Modélisation numérique des cycles de l'eau et des poussières de la planète Mars et de leurs couplages

Numerical modeling of the water and dust cycles of the planet Mars and their couplings

• Auteur / Autrice : Margaux Vals
• Direction : Aymeric Spiga, François Forget
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l’Univers
• Date : Soutenance le 29/11/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de météorologie dynamique (Palaiseau ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Franck Montmessin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mathieu Vincendon, Francisco González Galindo
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Lori Neary, Ricardo Hueso

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation prédictive

Cycle hydrologique

Mars (planète) -- Atmosphère

Climatologie des planètes

Mots clés libres

Atmosphère

Mars

Modélisation

Planétologie

Paramétrisation

Climatologie

Atmosphere

Mars

Modeling

Planetary science

Parametrization

Climatology

Résumé

Cette thèse porte sur l'amélioration de la représentation de l'atmosphère de la planète Mars par le Modèle de Climat Global (« GCM ») martien du Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD). Le GCM martien développé au LMD en collaboration avec plusieurs équipes européennes (LATMOS, IAA Grenade, University of Oxford, The Open University), et avec le soutien de l'ESA et du CNES, est utilisé pour de nombreuses applications. Ce modèle s'efforce de prédire le comportement détaillé du climat martien décrit par les cycles du dioxyde de carbone, de l'eau, des poussières et de la photochimie, uniquement à partir d'équations universelles. La comparaison des simulations du GCM avec les observations disponibles permet de les interpréter, et révèle parfois que certains processus climatiques martiens restent mal modélisés. Le travail de cette thèse consiste à étudier et paramétriser l'effet de certains de ces mécanismes sous-maille, c'est-à-dire non résolus directement par le modèle. À l'aide de l'analyse et de la modélisation de ces processus on tente de corriger les défauts du modèle concernant la distribution verticale de la vapeur et de la glace d'eau, ainsi que les échanges avec la surface, la distribution verticale des poussières, avec notamment la modélisation des couches détachées de poussière, et bien sûr les effets de leurs couplages. Mais aussi, on s'intéresse aux phénomènes sous-maille de l'atmosphère qui peuvent avoir un impact extrêmement important sur la circulation globale, en particulier les ondes de gravité non-orographiques que j'ai étudiées en analysant les observations de la mission MAVEN.

This thesis focuses on the improvement of the representation of the atmosphere of the planet Mars by the martian Global Climate Model (GCM) of the Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD). The martian GCM developped at LMD in collaboration with several european teams (LATMOS, IAA Grenade, University of Oxford, The Open University) and with the support of ESA and CNES is used for many applications. This model aims at forecasting the detailed behaviour of the martian climate described by the cycles of carbon dioxyde, of water, of dust so as photochemistry, essentially based on universal equations. The comparison of GCM simulations with the available observations allows their interpretation, and sometimes reveals that some climatic processes are poorly modeled. These problematic processes notably result from the action of sub-grid scale mechanisms, meaning they are not directly resolved by the model. The work of this thesis consists in studying and parametrizing the effect of some of these mechanisms. With the help of the analysis and modeling of these processes, we try to correct the model's defects regarding the vertical distribution of water vapour and water ice, so as the exchanges with the surface, the vertical distribution of dust, with notably the modeling of the detached dust layers, and of course the effect of their couplings. Furthermore, we focus on the sub-grid scale processes of the atmosphere, which can significantly impact the global circulation, in particular the non-orographic gravity waves, which I have studied by analysing MAVEN mission observations.