Atelier national sur les nuages polaires

24/06/2025 09:00

SIRTA / ICEO : Journée Scientifique 2025

24/06/2025 09:00

Evénement de clôture projet FAIR-EASE

12/06/2025 09:00

The art of climate model evaluation : example of ENSO

18/07/2023 11:00

Climate models help us understand the complexity of Earth’s climate, forecast the next seasons and predict the influence of anthropogenic forcings. It is therefore important to evaluate the performance of these models relative to observational datasets, to build confidence and to improve them.

Sea level extremes and compounding marine heatwaves in coastal Indonesia

18/07/2023 11:00

Low-lying island nations like Indonesia are vulnerable to sea level Height EXtremes (HEXs). When compounded by marine heatwaves, HEXs have larger ecological and societal impact. Here we combine observations with model simulations, to investigate the HEXs and Compound Height-Heat Extremes (CHHEXs) along the Indian Ocean coast of Indonesia in recent decades.

Forests in the Earth System

04/07/2023 11:00

Séminaire du LGENS par Benjamin Quesada (Universidad del Rosario).

Détermination des sources de composés organiques (gazeux et particulaires) en Ile-de-France

31/03/2023 14:00

Afin d’approfondir les connaissances sur la qualité de l’air et la chimie atmosphérique en Ile-de-France, il est nécessaire de documenter la nature et la variabilité des polluants atmosphériques sur le long terme. La station péri-urbaine du SIRTA (intégrée à l’infrastructure de recherche européenne ACTRIS) héberge des instruments de mesure permettant le suivi en continu des propriétés physico-chimiques des particules en suspension et de certains gaz réactifs inorganiques depuis une dizaine d’années. Des questions restent néanmoins encore ouvertes sur les origines de l’aérosol organique secondaire, et plus particulièrement sur son lien avec ses précurseurs gazeux, les composés organiques volatils (COV). Alors qu’ils jouent un rôle important dans la chimie de l’atmosphère, ces derniers n’étaient jusqu’alors pas mesurés sur le long-terme au SIRTA.

Dans ce contexte, cette thèse vise à mieux caractériser la pollution organique en Ile-de-France. Cela passe par la mesure de COV en temps réel venant compléter le panel de mesures existantes, ainsi que l’application et l’évaluation de méthodes pour la détermination des sources de polluants organiques adaptées au long-terme.

Pour ce faire, des mesures par spectrométrie de masse (PTR-MS), encore très peu utilisée au sein d’ACTRIS, ont été mises en place au SIRTA dans le cadre de cette thèse. Les chaînes de traitement de données automatisé ont été améliorées et adaptées pour le long terme et un contrôle qualité rigoureux a été appliqué aux données de 2020 et 2021. Ces deux premières années de mesures ont ensuite été étudiées en termes de variabilités journalières et saisonnières. Le rôle joué par les conditions météorologiques et par l’origine des masses d’air est particulièrement illustré par les résultats obtenus lors des confinements de 2020. L’influence de sources anthropiques a été observée pour les monoterpènes, composés habituellement identifiés comme biogéniques en site périurbain.

Le modèle source-récepteur Positive Matrix Factorisation (PMF) est classiquement utilisé pour la détermination des sources de polluants atmosphériques (aérosols ou COV), mais certaines limites existent pour son application sur le long-terme. Pour dépasser ces limitations, de nouvelles options existent et ont été testées lors de cette thèse. En particulier, les données COV ont servi de marqueurs pour l’analyse des sources de l’aérosol organique en été, par la création d’un jeu de données combiné unifié. Cette méthodologie complexe a été mise en œuvre ici pour la première fois avec ce type d’instruments. Elle a été adaptée au jeu de données du SIRTA, permettant de mieux déconvoluer l’aérosol organique oxygéné par rapport à une méthode classique, et par conséquent de le relier à ses sources/processus respectifs, notamment en distinguant des processus de jour et de nuit.

 

Abstract

To refine the knowledge on air quality and atmospheric chemistry in the Paris region, it is essential to document the nature and variability of atmospheric pollutants on the long term. The suburban SIRTA station (integrated to the European infrastructure ACTRIS) has been hosting instruments for the continuous measurement of physicochemical properties of suspended particles and of some inorganic reactive gases for a decade. Nonetheless, questions remain open on the origins of secondary organic aerosol and more specifically the link with its precursor gases, volatile organic compounds (VOC). Although their play an important role in atmospheric chemistry, VOC were hitherto not measured on the long term at SIRTA.

In this context, this thesis aims at better characterizing organic pollution in the Paris region. This involves the measurement of VOC in real time to complete the panel of existing measurements, as well as the application and evaluation of methods for the source apportionment of organic pollutants adapted to long term studies.

For this purpose, measurements using mass spectrometry (PTR-MS), still very little used within ACTRIS, were setup at SIRTA as part of this thesis. Automated data treatment was improved and adapted for the long term and a rigorous quality control was applied to 2020 and 2021. These first two years of measurements were then studied in terms of diel and seasonal variabilities. The role played by meteorological conditions and air masses was particularly illustrated by results obtained during the lockdowns in 2020. An influence of anthropogenic sources was observed for monoterpenes, compounds usually identified as biogenic in suburban sites.

The Positive Matrix Factorization (PMF) source-receptor model is classically used for the source apportionment of atmospheric pollutants (aerosol or VOC), but some limits exist for its long-term application. To overcome these limitations, new options exist and were tested during this thesis. Particularly, VOC were used as organic markers for the analysis of organic aerosol sources in summer, by creating a unified combined dataset. This complex methodology was implemented here for the first time with this type of instruments. It was adapted to the SIRTA dataset, allowing a better deconvolution of oxygenated organic aerosol compared to a classical method, and consequently to link it to its respective sources/processes, especially by distinguishing daytime and nighttime processes.

Observation et quantification du bilan radiatif terrestre à partir du satellite UVSQ-SAT

31/03/2023 13:00

Cette thèse a pour objectif d’apporter un regard nouveau sur l’observation depuis l’espace des composants du bilan radiatif de la Terre (ERB). Le climat est contrôlé par la quantité de flux solaire absorbé par la Terre et la quantité de flux infrarouge émis vers l’espace. Ces quantités, ainsi que leur différence, définissent l’ERB. Différentes techniques existent pour quantifier cette variable telles que l’observation par satellite, les mesures in situ, les réanalyses ou les modèles. Le projet UVSQ-SAT fournit des observations par satellite de l’ERB. Les produits UVSQ-SAT comprennent le rayonnement solaire réfléchi et le rayonnement émis par la Terre depuis le sommet de l’atmosphère (TOA).

Le CubeSat UVSQ-SAT a été lancé en Janvier 2021. Cette thèse traite de la détermination des flux terrestres émis à courtes et longues longueurs d’ondes, en se basant sur deux ans d’observation d’UVSQ-SAT. Un des objectifs est de déterminer précisément l’attitude du satellite pour obtenir l’ERB. Les méthodes de reconstruction des cartes de flux et les résultats de la mission sont présentés et expliqués. Les résultats de cette première approche fournissent des indications précieuses qui peuvent éclairer la conception et la mise en œuvre de futures missions spatiales.

L’observation de l’ERB au TOA avec une précision inégalée (1.00 Wm−2), en temps quasi réel (3 h) et en tout point du globe (quelques kms), requiert la mise en oeuvre d’une mégaconstellation de satellites. Les résultats obtenus lors de cette thèse montre l’intérêt d’avoir une constellation d’un minimum de 512 satellites pour atteindre des performances inégalées présentant d’excellentes périodes de revisite et résolution spatio-temporelle.

nalyse socio-spatiale de l’exposition des populations à la pollution atmosphérique en zone urbaine, par une approche de modélisation dynamique basée sur l’individu, intégrant les comportements de mobilité

27/03/2023 14:00

Le caractère non homogène de la pollution atmosphérique est à l’origine de nombreuses disparités d’exposition qui posent la question des inégalités environnementales. L’exposition étant l’une des questions clés pour évaluer les impacts sanitaires de la pollution, il est désormais nécessaire de considérer l’exposition au niveau individuel afin de mettre en évidence les inégalités sociales liées à l’exposition, et d’évaluer les formes d’action publique qui peuvent contribuer à les réduire.

L’objectif général de cette thèse est de proposer une analyse sociale et géographique de l’exposition à la pollution de l’air. Pour répondre à cet objectif, ma recherche s’appuie sur une analyse des pratiques de mobilité – leviers de la différenciation de cette exposition, la modélisation de ces pratiques socialement discriminées dans un modèle multi-agents, et la conduite de modélisations aboutissant à la production de données d’exposition. Ma démarche fait appel à une plateforme de modélisation urbaine développée dans mon équipe, dans le cadre de précédents projets de recherche pluridisciplinaires. Dans cette chaîne de modélisation, la configuration de l’espace urbain ainsi que les pratiques individuelles émettrices qui s’y déroulent (mobilité et consommation d’énergie dans les bâtiments) sont simulées par le modèle d’émissions OLYMPUS. OLYMPUS produit des données d’émissions qui alimentent les simulations de qualité de l’air du CTM CHIMERE. Les champs de concentration horaire produits par CHIMERE sont ensuite raffinés à l’échelle de la rue par une méthode de descente d’échelle statistique. Cette plateforme permet le couplage des concentrations avec la mobilité d’OLYMPUS pour produire une exposition dynamique individuelle.

Les développements que j’ai menés au cours de cette thèse sont pluriels et ont consisté à (i) enrichir la caractérisation des individus modélisés dans le modèle OLYMPUS en intégrant des paramètres socio-économiques dans leur profil et à (ii) implémenter la modélisation des comportements de mobilité socio-différenciés afin (iii) de proposer des données et analyses nouvelles sur la distribution des inégalités d’exposition des individus d’une grande aire urbaine. Ces développements ont été testés dans une situation contemporaine et dans un scénario de mobilité urbaine.

Abstract

The non-homogeneous nature of air pollution leads to a wide range of exposure disparities that raise the question of environmental inequalities. As exposure is one of the key issues in assessing the health impacts of pollution, it is now necessary to consider exposure at the individual level in order to highlight the social inequalities linked to exposure, and to evaluate the forms of public action that can help reduce them.

The general objective of this thesis is to propose a social and geographical analysis of exposure to air pollution. To achieve this objective, my research is based on an analysis of mobility practices – which are levers of differentiation of this exposure, the modelling of these socially discriminated practices in a multi-agent model, and the set-up of an urban modelling process leading to the production of exposure data. My approach makes use of an urban modelling platform developed in my team, in the framework of previous multidisciplinary research projects. In this modelling chain, the configuration of the urban space as well as the individual emitting practices (mobility and energy consumption in buildings) are simulated by the OLYMPUS emission model. OLYMPUS produces emissions data that feed the CHIMERE CTM air quality simulations. The hourly concentration fields produced by CHIMERE are then refined to the street scale using a statistical downscaling method. This platform allows the coupling of concentrations with OLYMPUS mobility to produce individual dynamic exposure.

The developments that I carried out during this thesis are plural and consisted in (i) enriching the characterization of the individuals modelled with OLYMPUS, by integrating socio-economic parameters in their profile and (ii) implementing the modelling of socio-differentiated mobility behaviours in order to (iii) propose new data and analyses on the distribution of exposure inequalities of individuals in a large urban area. These developments were tested in a contemporary situation and in an urban mobility scenario.