Chercheur - étude de l'évolution du carbone organique dans un contexte de changement climatique amélioration des émissions et de la chimie dans les modèles h/f

Les composés organiques présents dans l'atmosphère impactent la qualité de l'air et le climat. La quantification de ces impacts reste cependant délicate compte tenu des incertitudes associées à la spéciation et aux flux d'émission des composés organiques primaires, ainsi qu'à la réactivité et au transfert de masse des composés organiques secondaires. Ces incertitudes augmentent notamment en période estivale dans un contexte de changement climatique entrainant des conditions météorologiques extrêmes, et des niveaux de pollution photochimique élevés.

L'objectif de ce projet post-doctoral vise à améliorer la représentation de l'évolution du carbone organique dans les modèles de qualité de l'air en période estivale dans un contexte de changement climatique.

Au cours de l'été 2022, caractérisé par plusieurs périodes caniculaires pouvant ainsi être utilisées comme analogue d'un climat futur, des observations très détaillées de la composition chimique atmosphérique ont été réalisées en simultané dans différents types d'environnement en France : des sites de fond dans le cadre de la campagne EMEP (European Monitoring and Evaluation Programme -https://projects.nilu.no/ccc/tfmm/EIMPsummer2022/EIMP2022_index.html), ainsi que des sites urbain (Paris), suburbain (SIRTA (Site Instrumental de Recherche par Télédétection Atmosphérique - Institut Pierre Simon Laplace) - https://sirta.ipsl.fr) et forestier (forêt de Rambouillet) dans le cadre de la campagne ACROSS (Atmospheric ChemistRy of the Suburban foreSt - https://across.cnrs.fr). Ces observations détaillées sont des contraintes fortes pour évaluer et améliorer notre compréhension des processus intégrée dans les modèles. Cependant, une comparaison directe entre les simulations menées avec les modèles de qualité de l'air et les mesures détaillées est délicate. En effet, dans ces modèles, les milliers de composés organiques présents dans l'atmosphère sont agrégés en une centaine d'espèces modèles, et ce dès l'émission, entrainant une perte d'information significative sur la spéciation des composés organiques individuels, et sur leurs propriétés physico-chimiques. L'évaluation et l'amélioration de la représentation des processus dans les modèles de qualité de l'air (3D) passent ainsi par une étape intermédiaire essentielle de comparaison des observations détaillées à une modélisation explicite, ne pouvant être résolue que dans un modèle de boîte (0D).

Dans le cadre de ce post-doctorat, des simulations chimiquement très détaillées en 0D, et des simulations en 3D avec le modèle de qualité de l'air CHIMERE (https://www.lmd.polytechnique.fr/chimere) seront menées de façon conjointe. Les simulations explicites de l'évolution du carbone organique seront menées dans un modèle de boîte configuré pour représenter les différents sites de mesures de l'été 2022. Ce modèle utilisera les mêmes données d'entrée en termes d'émissions et météorologie que le modèle CHIMERE. Le modèle 0D utilisera un mécanisme chimique très détaillé qui sera créé en utilisant le générateur de mécanismes chimiques GECKO-A (https://geckoa.lisa.u-pec.fr). Les comparaisons modèle explicite/mesures permettront d'évaluer les flux d'émission et la spéciation des composés organiques biogéniques et anthropiques, ainsi que la chimie des espèces secondaires, et de proposer des améliorations à intégrer dans CHIMERE. Ensuite, les mécanismes chimiques gazeux et particulaires réduits, tels qu'utilisés dans CHIMERE, seront intégrés au modèle de boîte et comparés aux simulations explicites, utilisées ici en tant que référence, afin d'identifier le mécanisme réduit le plus fiable. Des simulations de l'été 2022 seront alors menées avec ce CHIMERE amélioré, et les comparaisons modèle / mesures permettront d'évaluer la capacité du modèle à représenter la formation de polluants secondaires (ozone et particules) dans un proxy de climat futur. La sensibilité de la formation de ces polluants aux sources anthropiques et biogéniques, ainsi qu'aux conditions météorologiques (température, humidité) souvent caniculaires de l'été 2022 sera analysée.

Activités
- Réaliser un état de l'art sur la représentation de l'évolution du carbone organique dans les modèles
- Développer les scénarios 0D pour représenter les sites de mesures des campagnes ACROSS et EMEP
- Réaliser les simulations explicites 0D pour les différents sites de mesures
- Sélectionner les mesures d'intérêt des campagnes ACROSS et EMEP, et les formater, notamment les COV
- Effectuer les comparaisons modèle explicite / mesures détaillées et évaluer le modèle
- Identifier l'origine de divergences observées (émissions anthropiques/biogéniques, chimie) et proposer des améliorations
- Réaliser des simulations 0D avec les mécanismes réduits pour les différents sites de mesures
- Effectuer les comparaisons mécanismes réduits / modèle explicite / mesures détaillées
- Sélectionner le mécanisme réduit le plus fiable pour représenter la formation des polluants secondaires (ozone, particules)
- Réaliser les simulations CHIMERE pour l'été 2022 suite à son amélioration
- Effectuer les comparaisons modèle / mesures et évaluer le modèle
- Analyser la contribution des sources anthropiques et biogéniques pour la formation des polluants secondaires (ozone, particules) et la dépendance aux conditions météorologiques (présence des canicules avec des effets de sécheresse)
- Présenter les résultats lors des réunions du projet ECLAT
- Valoriser les travaux dans des conférences internationales et rédiger des articles scientifiques

Compétences
Doctorat en sciences de l'atmosphère, de l'environnement, en chimie, ou disciplines proches
Expérience en modélisation de la chimie, idéalement de la composition chimique atmosphérique
Excellente connaissance en programmation scientifique (R, Python, Fortran)
Maîtrise de l'environnement Linux
Rigueur, autonomie et curiosité scientifique
Esprit d'initiative, de synthèse et d'analyse critique
Bonne capacité de travail en équipe
Qualités rédactionnelles et d'expression orale en anglais

Contexte de travail

Ce poste sera affecté au LISA (Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques - http://www.lisa.u-pec.fr), au sein du groupe MODELISATION. Les travaux seront effectués dans le cadre du projet ÉCLAT (Tirer les leçons de l'Eté 2022 : quelle qualité de l'air dans un CLImAT futur ?), financé par l'ADEME et porté par Matthias Beekmann (DR CNRS). La personne recrutée (H/F) bénéficiera de la forte expertise du LISA en modélisation 0D et mécanismes chimiques explicites et d'une expertise en modélisation 3D et mécanismes réduits avec la contribution à d'une équipe scientifique encadrante dynamique.
Ce postdoctorat s'inscrira également dans une collaboration avec les équipes expérimentales qui ont participé à la campagne ACROSS : les membres du groupe MEREIA du LISA ainsi qu'avec tous les partenaires du projet ÉCLAT, un consortium très complémentaire regroupant, en plus des équipes du LISA, celles de l'INERIS, du LMD, du LSCE, du LCE ainsi que l'IMT-nord Europe.

Informations complémentaires

Le LISA (Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques), UMR CNRS 7583 est une unité mixte de l'Université Paris-Est Créteil, de l'Université Paris Cité et du CNRS. Il fait partie de l'Observatoire des Sciences de l'Univers EFLUVE et de la Fédération de recherche IPSL. Ses principaux thèmes de recherche portent sur la compréhension du fonctionnement des atmosphères terrestres et planétaires, et des impacts liés à la modification de la composition de l'atmosphère par les activités humaines. Les méthodes utilisées sont fondées sur des observations en atmosphère réelle, sur de la simulation expérimentale en laboratoire et de la modélisation numérique.