Thèse Vers une Modélisation Explicite de la Réactivité Multiphasique en Milieu Urbain Cas de Brouillards Caractérisés par la Plateforme Mobile Paariou H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Clermont Auvergne École doctorale : Sciences Fondamentales Laboratoire de recherche : Laboratoire de Météorologie Physique Direction de la thèse : Laurent DEGUILLAUME ORCID 0000000231874793 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59 Les nuages et brouillards représentent dans l'atmosphère des milieux multiphasiques complexes, composé de gouttelettes en suspension dans l'air atmosphérique. Les composés chimiques émis naturellement ou par sources anthropiques dans l'atmosphère peuvent se dissoudre dans la phase aqueuse des nuages où ils subissent possiblement des transformations par voies chimiques ou biologiques. Afin d'étudier ces processus, des mesures in situ bio-physico-chimiques permettent de caractériser ce milieu pour différentes conditions environnementales et des outils de modélisations sont développés afin de reproduire les mécanismes complexes associés à ce milieu. De nombreuses études ont permis ces dernières années de caractériser et de modéliser ces systèmes complexes avec l'objectif de répondre à la question fondamentale : est-ce que les nuages permettent de capturer et de transformer les composés chimiques ? C'est dans ce contexte général que s'inscrit la thèse proposée. Cette dernière propose d'utiliser la double approche mesure/modèle afin d'étudier un milieu encore peu étudié : les brouillards en coeur urbain.

Pour cela, l'objectif est de prendre en main et de développer l'outil de modélisation CLEPS simulant la chimie nuageuse. Ce modèle fortement développé ces dernières années considère les processus de réactivité chimique dans la phase gazeuse et la phase aqueuse ainsi que les échanges associés (transfert de masse) des molécules entre ces deux phases. Il a été développé afin de reproduire des environnements plutôt sous l'influence des sources biogéniques mais notre objectif est d'améliorer sa représentation des brouillards/nuages sous influence des sources anthropiques. Le schéma chimique en phase gazeuse repose sur un mécanisme explicite (MCM) considérant la chimie associée aux molécules anthropiques et biogéniques. Récemment, le modèle a été développé afin de transférer en phase aqueuse les molécules gazeuses de MCM (Master Chemical Mechanism, Université de Leeds) aussi bien d'origine naturelle qu'anthropique en fonction de processus cinétiques contraints par différents paramètres tels que la constante de Henry (solubilité) ou encore le coefficient d'accommodation. La plupart des composés ne sont pas documentés dans la littérature et des relations dites de structure-activité ont été utilisées pour estimer ces grandeurs et mener à bien ce travail. Nous proposons dans la thèse de continuer ce travail fondamental en développant le mécanisme en phase aqueuse afin de considérer la réactivité des composés chimiques d'origine anthropique se dissolvant dans la phase aqueuse. Cela se fera sur la base de mécanisme existant dans la littérature ou sur la base d'estimation de leur réactivité en utilisant des relations de structure-activité.

En parallèle à ce travail de modélisation, un/des épisodes de brouillards seront documentés pendant la thèse en utilisant la nouvelle plateforme mobile du laboratoire PAARIOU. Elle permet de mobiliser une suite d'instruments sophistiqués afin de monitorer en temps réel les propriétés physico-chimiques des différents compartiments atmosphériques (gaz, aérosol, nuage/brouillard) et des conditions atmosphériques (météo, hauteur de couche limite, etc.). Ces mesures permettront de développer des scénarios physico-chimiques de ce/ces évènements de brouillard qui seront simulés. Dans le cadre de la thèse, le(a) candidat(e) sera aussi impliqué(e) dans la campagne au sein de l'équipe du LaMP. Les concentrations modélisées seront alors confrontées aux mesures in situ afin d'évaluer les développements effectués par le(a) doctorant(e). Plus particulièrement, la partition des composés anthropiques les plus solubles et toxiques entre gaz et gouttelettes sera évaluée ainsi que leur efficacité de transformation dans la phase aqueuse du brouillard. Les nuages et brouillards représentent dans l'atmosphère des milieux multiphasiques complexes, composé de gouttelettes en suspension dans l'air atmosphérique. Les composés chimiques émis naturellement ou par sources anthropiques dans l'atmosphère peuvent se dissoudre dans la phase aqueuse des nuages où ils subissent possiblement des transformations par voies chimiques ou biologiques. Afin d'étudier ces processus, des mesures in situ bio-physico-chimiques permettent de caractériser ce milieu pour différentes conditions environnementales et des outils de modélisations sont développés afin de reproduire les mécanismes complexes associés à ce milieu. De nombreuses études ont permis ces dernières années de caractériser et de modéliser ces systèmes complexes avec l'objectif de répondre à la question fondamentale : est-ce que les nuages permettent de capturer et de transformer les composés chimiques ? C'est dans ce contexte général que s'inscrit la thèse proposée. Cette dernière propose d'utiliser la double approche mesure/modèle afin d'étudier un milieu encore peu étudié : les brouillards en coeur urbain. Le(a) doctorant(e) utilisera et développera un outil de modélisation de chimie du nuage. Ce modèle décrit de façon très détaillé la réactivité chimique du nuage et son évolution microphysique. Le(a) doctorant(e) sera également impliquée dans une campagne de mesure effectuée à l'aide de la plateforme mobile PAARIOU du laboratoire afin de mesurer la composition atmosphérique multiphasique en milieu urbain et en condition de brouillard.

Il s'agit d'une thèse associée au domaine des sciences de l'atmosphère avec un focus sur la chimie atmosphérique. Des connaissances en physique de l'atmosphère est également un plus afin de comprendre les mécanismes de formation des brouillards/nuages.
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.