Thèse Modélisation de la Formation de Nouvelles Particules en Atmosphère Marine Depuis la Surface de l'Océan Vers la Troposphère Libre Marine H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Clermont Auvergne École doctorale : Sciences Fondamentales Laboratoire de recherche : Laboratoire de Météorologie Physique Direction de la thèse : Karine SELLEGRI ORCID 0000000252262403 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59 Les particules d'aérosol sont omniprésentes dans l'atmosphère. Elles sont importantes d'un point de vue climatique car elles interfèrent avec le rayonnement solaire et terrestre, et dans la formation des nuages. En atmosphère marine, les particules peuvent être émises vers l'atmosphère en tant qu'embruns marins, ou par la formation de nouvelles particules nanométriques à partir de précurseurs gazeux émis par les océans.
Les mesures conduites dans le cadre de campagnes océanographiques récentes dans l'Océan Pacifique Sud ont permis de mettre en évidence la formation de nouvelles particules au sein de larges enceintes embarquées simulant l'interface océan-atmosphère (Chamba et al., 2023). Elles ont également permis de quantifier les flux de composés gazeux possiblement impliqués dans le processus. L'implémentation de ces résultats dans le modèle de chimie transport 3D WRF-Chem a permis, dans la zone géographique concernée, d'améliorer significativement la représentation de la formation de nouvelles particules (et des précurseurs gazeux associés) à la surface de l'océan (Salignat et al., 2025 ; Salignat et al., en révision). En l'absence de données, la validation de ces développements 1) dans d'autres zones océaniques du globe et 2) à des altitudes supérieures de l'atmosphère (troposphère libre marine), qui pourraient être particulièrement propices au déroulement du processus, n'a pas, en revanche, été effectuée, et constitue l'objectif de cette thèse.
Pour atteindre cet objectif, l'étudiant(e) s'appuiera d'abord sur les mesures récemment collectées dans le sud de l'océan Indien, à bord du navire de recherche Le Marion Dufresne durant le projet Sophyac Light d'une part, et sur l'île d'Amsterdam (située dans les Terres Australes et Antarctique françaises) d'autre part. Le focus spécifique sur la troposphère libre marine sera quant à lui conduit sur la base des mesures qui seront prochainement conduites sur l'île de la Réunion. Dans la continuité des travaux effectués précédemment au laboratoire, l'étudiant(e) utilisera le modèle à méso échelle WRF-Chem (Fast et al., 2006 ; Skamarock et al., 2008). Sur la base des observations évoquées plus haut, il/elle pourra être amené(e) à apporter de nouveaux développements au modèle, dont il/elle évaluera notamment l'impact sur la formation de nouvelles particules et sur la formation nuageuse à l'échelle régionale. Ces simulations numériques permettront également, de manière intéressante, de documenter les échanges verticaux entre les différentes couches atmosphériques, qu'il est difficile d'étudier sur la seule base des observations. L'étudiant(e) sera également amené(e) à utiliser, de manière complémentaire, le modèle de chimie multiphasique CLEPS développé au LaMP (Mouchel Vallon et al., 2017) ; ce modèle boite à 1D offre la possibilité de conduire des études mécanistiques, pour documenter / valider les mécanismes de formation d'espèces d'intérêt identifiées par les observations en enceintes et également apporter des informations sur des espèces qui ne seraient pas ou partiellement documentées. Des développements visant à optimiser CLEPS spécifiquement pour l'étude de l'atmosphère marine ont par ailleurs été initiés (Salignat et al., en révision) et pourront être poursuivis.
Les particules d'aérosol sont omniprésentes dans l'atmosphère. Elles sont importantes d'un point de vue climatique car elles interfèrent avec le rayonnement solaire et terrestre, et dans la formation des nuages. En atmosphère marine, les particules peuvent être émises vers l'atmosphère en tant qu'embruns marins, ou par la formation de nouvelles particules nanométriques à partir de précurseurs gazeux émis par les océans.
Les mesures conduites dans le cadre de campagnes océanographiques récentes dans l'Océan Pacifique Sud ont permis de mettre en évidence la formation de nouvelles particules au sein de larges enceintes embarquées simulant l'interface océan-atmosphère (Chamba et al., 2023). Elles ont également permis de quantifier les flux de composés gazeux possiblement impliqués dans le processus. L'implémentation de ces résultats dans le modèle de chimie transport 3D WRF-Chem a permis, dans la zone géographique concernée, d'améliorer significativement la représentation de la formation de nouvelles particules (et des précurseurs gazeux associés) à la surface de l'océan (Salignat et al., 2025 ; Salignat et al., en révision). En l'absence de données, la validation de ces développements 1) dans d'autres zones océaniques du globe et 2) à des altitudes supérieures de l'atmosphère (troposphère libre marine), qui pourraient être particulièrement propices au déroulement du processus, n'a pas, en revanche, été effectuée.
Optimiser la représentation du processus de formation de nouvelles particules (et des flux de précurseurs associés) dans les modèles meso-échelle (et notamment WRF-Chem) dans la couche de surface océanique et en troposphère libre marine ; étudier l'impact du processus sur la formation nuageuse. L'étudiant(e) s'appuiera d'abord sur les mesures récemment collectées dans le sud de l'océan Indien, à bord du navire de recherche Le Marion Dufresne durant le projet Sophyac Light d'une part, et sur l'île d'Amsterdam (située dans les Terres Australes et Antarctique françaises) d'autre part. Le focus spécifique sur la troposphère libre marine sera quant à lui conduit sur la base des mesures qui seront prochainement conduites sur l'île de la Réunion. Dans la continuité des travaux effectués précédemment au laboratoire, l'étudiant(e) utilisera le modèle à méso échelle WRF-Chem (Fast et al., 2006 ; Skamarock et al., 2008). Sur la base des observations évoquées plus haut, il/elle pourra être amené(e) à apporter de nouveaux développements au modèle, dont il/elle évaluera notamment l'impact sur la formation de nouvelles particules et sur la formation nuageuse à l'échelle régionale. Ces simulations numériques permettront également, de manière intéressante, de documenter les échanges verticaux entre les différentes couches atmosphériques, qu'il est difficile d'étudier sur la seule base des observations. L'étudiant(e) sera également amené(e) à utiliser, de manière complémentaire, le modèle de chimie multiphasique CLEPS développé au LaMP (Mouchel Vallon et al., 2017) ; ce modèle boite à 1D offre la possibilité de conduire des études mécanistiques, pour documenter / valider les mécanismes de formation d'espèces d'intérêt identifiées par les observations en enceintes et également apporter des informations sur des espèces qui ne seraient pas ou partiellement documentées. Des développements visant à optimiser CLEPS spécifiquement pour l'étude de l'atmosphère marine ont par ailleurs été initiés (Salignat et al., en révision) et pourront être poursuivis.

Il s'agit d'une thèse associée au domaine des sciences de l'atmosphère, à l'interface entre la physique, la chimie et la biologie. Le/la candidate devra avoir une formation dans l'un de ces domaines au moins. Une expérience en analyse de données et en programmation scientifique (par exemple Python, R, Matlab) est attendue. Une expérience plus spécifique en modélisation constituera un atout particulier pour son recrutement. Il sera par ailleurs attendu du / de la candidat(e) des qualités humaines lui permettant de travailler en équipe. Une lettre de recommandation au moins devra être jointe au dossier de candidature.