Observation et modélisation des événements de pollution au Chili

Observation and modeling of pollution events in Chile

• Auteur / Autrice : Rémy Lapere
• Direction : Laurent Menut, Sylvain Mailler
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides et des solides, acoustique
• Date : Soutenance le 30/09/2021
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de météorologie dynamique (Palaiseau ; 1968-....)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Drobinski
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Menut, Sylvain Mailler, Claire Granier, Gilles Forêt, Laura Gallardo Klenner, Fabien Solmon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Granier, Gilles Forêt

Mots clés

Mots clés contrôlés

Météorologie

Biophysique

Santiago (Chili)

Pollution atmosphérique

Mots clés libres

Modélisation de chimie-transport

Pollution atmosphérique

Chili

Carbone suie

Chemistry-Transport modeling

Air Pollution

Chile

Black Carbon

Résumé

Le Chili est fréquemment confronté à d'importants pics de pollution atmosphérique, notamment dans sa région centrale qui comprend la capitale, Santiago, et ses 7 millions d’habitants. Cette pollution est principalement d'origine anthropique (trafic, industrie, chauffage résidentiel) mais possède également une composante naturelle (poussières désertiques, sels marins, feux de forêt). Les concentrations atmosphériques élevées de polluants relevées dans cette région du monde, induisent à la fois à des problématiques de santé publique mais également environnementales et climatiques, en lien notamment avec la présence de glaciers de la cordillère des Andes à proximité des zones urbaines. Malgré la criticité de la pollution de l'air au Chili, la région reste peu étudiée, en particulier du point de vue de la modélisation atmosphérique, du fait d'une complexité géographique atypique.Dans ce cadre, les travaux conduits dans cette thèse combinent l'analyse de données observées (localement et par satellite) et la modélisation de chimie-transport avec le modèle WRF-CHIMERE, dans le but d'étendre les connaissances relatives aux sources et impacts de la pollution de l'air au Chili. Plus spécifiquement, les questions scientifiques originales suivantes sont étudiées : quelles sont les trajectoires de transport de polluants à l'échelle régionale en été et en hiver ? Quelle est la contribution du transport longue distance à la qualité de l'air de Santiago ? Peut-on quantifier les impacts sur l'atmosphère des incendies records de l'été 2017 ? Quelle source de pollution explique les pics extrêmes de particules fines observés lors d'hivers récents ? Comment les émissions de carbone suie de Santiago s'exportent-elles vers les glaciers des Andes, et dans quelles proportions s'y déposent-elles ? La magnitude de ce dépôt et le processus de transport sous-jacent évoluent-il avec les saisons ?

Chile regularly faces high levels of atmospheric pollution, particularly in its central region which comprises the capital city, Santiago, and its 7 million inhabitants. This pollution originates mostly from anthropogenic sources (traffic, industry, residential heating) but also involves natural sources (mineral dust, sea salts, forest fires). The elevated concentrations of atmospheric pollutants observed in this region of the world are associated with public health issues as well as environmental and climatic impacts, in connection with the presence of glaciers of the Andes Cordillera near large urban basins. Despite the criticality of air pollution in Chile, the region is still under-investigated, especially from the atmospheric modeling perspective, due to a complex, atypical geographical configuration.In this context, this thesis work combines the analysis of observations (from local and satellite data) and chemistry-transport modeling with WRF-CHIMERE, with a view to extending the current literature related to the sources and impacts of air contamination in Chile. More specifically, the following original scientific questions are investigated: What are the seasonal mean transport patterns of pollutants in summertime and wintertime at the scale of central Chile? To what extent does long-range transport contribute to air quality in Santiago? What were the atmospheric impacts of the historic 2017 forest fires? What pollution source led to the record-breaking extreme fine particles events observed in recent winters? Through which pathways do black carbon emissions from Santiago transport higher up to the Andes Cordillera and how much of it deposits on glaciers? Is there a seasonality in this deposition an the underlying pathway?