Impact des structures turbulentes de la couche de surface atmosphérique sur la variabilité des concentrations de polluants à petite échelle par Télédétection

Impact of turbulent structures of the atmospheric surface layer on the variability of pollutant concentrations at small scales by Remote Sensing

• Auteur / Autrice : Perrine Perrine
• Direction : Hervé Delbarre, Elsa DIEUDONNé
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique Milieux dilués et optique fondamentale
• Date : Inscription en doctorat le 21/03/2022
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physico-chimie de l'atmosphère (Dunkerque, Nord)

Mots clés

Mots clés libres

Lidar Doppler

Turbulence

Dynamique atmosphérique

Télédétection

Polluants

Machine Learning

Atmospheric dynamics

Doppler (wind) lidar

Turbulence

Remote sensing

Polluants

Machine Learning

Résumé

Les études expérimentales consacrées à l'impact de la dynamique atmosphérique sur la qualité de l'air se limitent souvent à une approche à une dimension, i.e. la dilution des émissions dans une couche limite atmosphérique d'épaisseur variable selon le moment de la journée. En parallèle, les nombreuses études expérimentales concernant la structuration en trois dimensions de la turbulence atmosphérique, par exemple la formation de rouleaux de convection, s'intéressent rarement à l'impact de ces structures sur la dispersion verticale et horizontale des polluants. Cette thèse s'appuiera sur les moyens expérimentaux du LPCA en télédétection active (lidar vent à balayage, lidar aérosols...) et exploitera les développements algorithmiques réalisés pendant une autre thèse, soutenue en février 2021, afin de caractériser les structures turbulentes et les phénomènes dynamiques et déterminer leur influence sur la variabilité à petite échelle (quelques 100 m à quelques km) de la concentration de polluants. La granulométrie des aérosols, notamment, sera échantillonnée en plusieurs points en surface ou en altitude. L'accent sera mis sur les phénomènes responsables des pics de pollution hivernaux en zone urbaine (inversion thermique marquée, stratification des atmosphères stables...) et plus généralement sur les phénomènes nocturnes (jets nocturnes, turbulence nocturne...), ainsi que sur les phénomènes particuliers aux zones côtières (brises, jets côtiers...).

Experimental studies investigating the impact of atmospheric dynamics on air quality often limit to a one-dimensional approach (dilution of pollutants into an atmospheric boundary layer of varying depth). In parallel, the numerous experimental studies bearing upon the three dimensional structuration of atmospheric turbulence (e.g. convective rolls) rarely show interest for the impact of those structures on the vertical and horizontal dispersion of pollutants. This PhD will make use of the experimental means owned by the LPCA in the field of active remote-sensing (scanning wind lidar, aerosol lidar ) and exploit the algorithmic developments performed in the framework of an another PhD, defended in February 2021, in order the characterize the turbulent structures and dynamic phenomena, and determine their influence upon the small-scale variability (a few 100 m to a few km) of pollutants' concentrations. The granulometry of the aerosols, especially, will be measured at several points at the surface or in altitude. A particular attention will be paid to phenomena occurring in coastal areas (breezes, coastal jets ), to phenomena responsible for winter pollution peaks (strong thermal inversion, atmospheric stratification in stable atmospheres ) and to nocturnal phenomena (nocturnal jets, nocturnal turbulence ).