Modélisation haute résolution de la dynamique de l'aérosol côtier en zone méditerranéenne : application à la qualité de l'air

L’atmosphère côtière méditerranéenne est caractérisée par la présence de nombreuses sources de particules atmosphériques d’origine anthropique ou naturelle dont l’impact sur la qualité de l'air et la santé préoccupe grandement les autorités. En particulier, dans un contexte global de changement climatique et de la pression anthropique subie par les régions urbanisées côtières, de larges incertitudes concernent l’évolution à moyen terme de la qualité de l’air en région SUD PACA. C’est dans ce cadre que s'inscrit notamment, le projet AER-NOSTRUM du dernier volet MARITIMO et financé par le programme INTERREG dédié au suivi et à la modélisation de la qualité de l’air dans les ports méditerranéens dans lequel le laboratoire MIO est impliqué. L'estimation de l'impact des aérosols sur les propriétés de la basse atmosphère en région côtière nécessite une meilleure compréhension de la dynamique atmosphérique des particules. Pour ce faire,  l’utilisation de modèles numériques dits de « chimie et de transport » connus aussi sous leur nom anglais, Chemistry Transport Model (CTM) peut s’avérer une aide précieuse dans l’évaluation du devenir atmosphérique des particules. Un des axes de travail du sujet de thèse proposé consistera à travailler sur le couplage entre un modèle CTM d'emprise régionale, type WRF-Chem (Skamarok et al., 2005) ou MESO-NH (Aumond et al., 2013) à des modélisations nouvelle génération à haute résolution de type LES (Large Eddy Simulation; Sagaut, 2005). L'objectif sera de pouvoir fournir des simulations numériques permettant de prédire la qualité de l'air à l'échelle d'une rue, d'une plage ou d'un port. L’utilisation d'un modèle CTM fournira les conditions aux frontières ainsi que l’ensemble des sources et leurs caractéristiques, ce qui est important dans le cas de zones anthropisées telle que la zone côtière méditerranéenne. Cependant, l’amélioration des prévisions de ces modèles pour les zones côtières urbanisées nécessite la possibilité de comparer les simulations avec des données expérimentales pertinentes. C'est pourquoi, le candidat validera la démarche de modélisation en mettant en place une série de mesures sur des sites côtiers particulièrement vulnérables (plages, ports, routes littorales …), qui correspondent à des zones spatialement limitées. Les mesures devront être alors comparées aux prédictions de la chaine de modèles haute résolution mise en place au préalable par le candidat. Pour ce faire, il serait nécessaire de conduire une série de campagnes expérimentales dédiées à l’analyse physico-chimique des particules transitant en zone côtière, combinant différentes techniques d’analyse et méthodologies expérimentales innovantes et sur différents sites côtiers. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de mettre en place une méthodologie de mesures innovante basée sur le développement d'un réseau de capteurs, dont un ensemble portatif pour investiguer à échelle fine différents lieux de la zone méditerranéenne nord-occidentale. En particulier, on souhaite utiliser des capteurs d’aérosols portatifs  permettant un échantillonnage fin de la zone investiguée à partir de piétons. En particulier, il  semble pertinent que ce réseau soit constitué de stations en zone urbaine et quelques-unes plus éloignées des zones anthropisées.  C'est pourquoi, une partie des mesures seront conduites à la station du MIO sur l'île de Porquerolles qui permettra de mieux appréhender la dynamique atmosphérique des polluants vis-à-vis d’une zone urbaine. Ce travail doit permettre de fournir au finale une meilleure description du devenir des aérosols dans la couche limite atmosphérique en région littorale en développant plus spécifiquement trois axes de travail (cf. paragraphe 2):

Le travail s'organisera en trois axes: