Academic literature on the topic 'Propagation atmosphérique longue distance'

La pollution de l'air peut être transportée sur des distances de plusieurs milliers de kilomètres par la dynamique de grande échelle. Elle affecte ainsi le climat et la qualité de l'air loin des régions sources. Durant leur transport, les panaches de pollution voient leur composition altérée par le mélange avec l'air environnant. Les modèles globaux eulériens utilisés pour calculer les bilans d'export de polluants ne représentent pas bien le transport des panaches du fait de leur faible résolution, ce qui induit des erreurs dans le calcul de ces bilans et dans les vitesses de réaction du fait de la non-linéarité de la photochimie atmosphérique. Cette thèse a pour but de contribuer à améliorer la compréhension et la quantification du mélange subi par les panaches de pollution dans la troposphère libre lors du transport à longue distance, et sa représentation dans les modèles numériques. Elle se focalise sur l'Arctique, une région vulnérable au changement climatique, où la distribution des gaz à effet de serre et des aérosols est fortement influencée par le transport de polluants depuis les moyennes latitudes. Les travaux effectués s'organisent autour de trois études de cas de transport dans la troposphère arctique, dans le cadre de la campagne aéroportée POLARCAT durant l'été 2008. Les résultats obtenus permettent d'estimer que l'intensité du mélange dans cette région est plus faible qu'aux moyennes latitudes. Ils montrent également qu'une approche lagrangienne permet de reproduire la variabilité des concentrations dans les panaches âgés, de simuler le transport des structures de petite échelle, et d'évaluer la variabilité de l'évolution des concentrations en ozone dans les panaches induite par les différents scénarios de mélange. Les résultats de ces modèles lagrangiens permettent aussi de jauger les performances des modèles globaux eulériens en terme de transport des polluants en Arctique, et de définir la résolution spatiale nécessaire pour représenter ce transport de façon satisfaisante. Les trois études présentées concordent sur l'importance de combiner les approches lagrangienne et eulérienne pour simuler le transport à longue distance dans les modèles numériques.

La pollution particulaire recouvre de nombreux enjeux sanitaires et climatiques en Europe et dans le monde. Les aérosols organiques, qui représentent une fraction importante de la pollution particulaire, sont une matière complexe, émise directement sous forme condensée ou résultant de l'oxydation d'un très grand nombre de composés organiques volatiles dans l'atmosphère. En raison de la grande variété de ses sources d'émissions, qu'elles soient d'origine biogénique ou anthropique, la composition et les processus de formation et de vieillissement chimique des aérosols organiques restent aujourd'hui associés à de nombreuses interrogations. L'observation sur le terrain de la formation de la matière organique et de son évolution au sein des masses d'air étant difficile à mettre en œuvre, la modélisation reste un outil complémentaire indispensable pour simuler l'aérosol organique et suivre son transport sur de longues distances. C'est pourquoi ces travaux se sont attachés dans un premier temps à identifier les processus majeurs gouvernant aussi bien la formation que le vieillissement photochimique de la fraction organique des particules. En se basant sur une méthodologie innovante, un schéma chimique opérationnel dédié à l'émission et à l'oxydation de composés semi-volatiles a été développé pour les modèles de qualité de l'air. Son implémentation et son évaluation au sein du modèle CHIMERE a été réalisée par confrontation aux données des campagnes estivales et hivernales de la campagne MEGAPOLI. Enfin ces travaux se sont également attachés à implémenter dans CHIMERE et à discuter des mécanismes d'oligomérisation des composés organiques en phase condensée, phénomène qui est aujourd'hui reconnu comme l'un des processus majeur du vieillissement de l'aérosol organique<br>Nowadays, particular pollution is at the center of many environmental concerns because of its health effects and of its interactions with climate issues. Organic aerosols represent an important part of particular matter. They can be directly emitted as particulate matter or results from the oxidation of many different volatile organic compounds in the atmosphere. Owing to the large variety of its biogenic and anthropogenic emission sources, organic aerosol composition as well as its formation and chemical aging processes are still questioning. Field observations of organic aerosol aging and transport are quite complex to set up. This is why modeling tools remain a necessary complementary approach to describe the formation and long-range transport of the organic fraction of particulate matter. For these reasons, this work focused on the identification and the simulation of some of the main processes controlling the formation and photochemical aging of organic aerosols. Based on an innovating approach, we developed an operational chemical scheme for air quality models dedicated to the simulation of semi-volatile primary compound emission and oxidation. Its implementation and its evaluation in the CHIMERE model have been conducted through a comparison with the summer and winter MEGAPOLI campaign database. In parallel, one objective of this work was to implement oligomerization processes in our model, since it is now recognized that this process is one major pathway for organic aerosol aging

Les incendies de forêt sont responsables d'importantes émissions de gaz à effet de serre, de polluants gazeux et d'aérosols, qui contribuent au forçage radiatif et à la pollution atmosphérique. Bien que des politiques volontaristes de suppression des incendies aient réduit leur occurrence dans l'hémisphère nord (HN), le nombre d'incendies extrêmes a augmenté ces dernières années. Outre les effets régionaux sur la qualité de l'air, les grands panaches de fumée émis par les incendies de forêt les plus graves peuvent être transportés sur de longues distances, impactant ainsi la qualité de l'air à l'échelle continentale ou intercontinentale. Les biomes de l'HN sont particulièrement sensibles aux conditions hydrométéorologiques et donc aux effets du changement climatique sur les superficies brûlées. Les incendies les plus intenses des deux dernières décennies sont observés en Amérique du Nord et dans les régions boréales d'Asie. Dans cette thèse, j'étudie l'impact des feux sur la composition atmosphérique dans l'hémisphère nord et son évolution au cours des dernières décennies grâce aux observations satellitaires. L'analyse entre juin et octobre pour la période 2008--2023 des données fournies par les instruments IASI et MODIS montre que les incendies de grande intensité influencent fortement les niveaux de monoxyde de carbone (CO) et d'aérosols (AOD) dans l'HN. Ainsi, les colonnes totales de CO observées par IASI entre juin et octobre se sont révélées fortement corrélées aux surfaces brûlées. Une méthode de détection des panaches extrêmes observés par IASI a été développée, révélant une corrélation significative entre le nombre total de jours avec un panache de CO détecté en juin--octobre et la surface brûlée totale aux latitudes supérieures à 30 °N, à l'exclusion de l'ouest des régions d'Asie centrale et boréale (r=0.83). Dans les régions boréales d'Asie de l'Est et dans les régions boréales et tempérées d'Amérique du Nord. J'observe une augmentation de +16 % à +37 % des superficies brûlées entre juin et octobre lors des années récentes (2017--2023) par rapport à 2008--2023, accompagnée d'une hausse des niveaux moyens et extrêmes de CO et d'AOD. En Amérique du Nord, le nombre de jours avec des panaches de CO a augmenté de +51 % à +65 %, et ceux avec des panaches CO-aérosols de +73 % à +100 %. En Europe, bien que les surfaces brûlées aient diminué de 28 %, le transport à longue distance des panaches a conduit à une hausse des extrêmes de CO et d'AOD. L'Atlantique, sur la trajectoire des panaches, est également affecté. J'observe ainsi une augmentation du nombre de jours avec un panache de CO de +82 % au-dessus de l'Atlantique et +64 % au-dessus de l'Europe. Je montre que l'augmentation de l'étendue des panaches, provoquée par une fréquence et une étendue géographique par panache plus importantes, contrôle très majoritairement l'augmentation observée des valeurs moyennes de CO et de PAN. J'ai développé un algorithme basé sur les observations IASI de CO et de PAN pour déterminer les trajectoires des panaches et estimer leur origine la plus probable. Il en ressort que 51 % des panaches extrêmes observés entre juin et octobre sur la période 2008--2023 proviennent des régions boréales d'Asie de l'Est et d'Amérique du Nord, avec une hausse de +28 % à +47 % du nombre de trajectoires issues de ces régions entre 2017 et 2023. L'Europe est principalement affectée par des panaches venant d'Amérique du Nord (45 %), d'Afrique du Nord (28 %) et du Moyen-Orient (21 %), avec une augmentation de +40 % à +61 % des panaches provenant d'Amérique du Nord. Enfin, je montre que l'utilisation conjointe des méthodes de détection de panaches, des observations CALIOP de la distribution verticale des aérosols et des observations IASI de multiples composés chimiques permet de caractériser les altitudes d'injection des panaches et d'étudier la chimie des panaches au cours du transport en fonction de leur altitude<br>Wildfires are a significant source of emissions of greenhouse gases, gaseous pollutants and aerosols, which contribute to radiative forcing and atmospheric pollution. Although proactive fire suppression policies have reduced their occurrence in the Northern Hemisphere (NH), the number of extreme fires has increased in recent years. In addition to the regional effects on air quality, the large smoke plumes emitted by the most intense wildfires can be transported over long distances, impacting air quality on a continental or intercontinental scale. The NH biomes are particularly sensitive to hydrometeorological conditions and therefore to the effects of climate change on burned areas. The most intense fires in the last two decades have been observed in North America and the boreal regions of Asia. In this thesis, I study the impact of fires on atmospheric composition in the Northern Hemisphere and its evolution over recent decades using satellite observations. The analysis between June and October for the period 2008--2023 of the data provided by the IASI and MODIS instruments shows that high-intensity fires have a strong influence on carbon monoxide (CO) and aerosol (AOD) levels in HN. Thus, the CO total columns observed by IASI between June and October were found to be strongly correlated with the burned areas. A method for the identification of extreme plumes observed by IASI has been developed, revealing a significant correlation between the total number of days with a CO plume detected in June--October and the total burned area at latitudes above 30 °N, excluding the western regions of central and boreal Asia (r=0.83). In the boreal regions of East Asia and in the boreal and temperate regions of North America, I observe an increase of +16 % to +37 % in burned areas between June and October in recent years (2017--2023) compared with 2008--2023, concomitant with an increase in the average and extreme levels of CO and AOD. In North America, the number of days with CO plumes increased from +51 % to +65 %, and those with CO-aerosol plumes from +73 % to +100 %.In Europe, despite a 28 % decrease in burned areas, the long-range transport of plumes has led to an increase in the extremes of CO and AOD. The Atlantic, which is situated along the plume's trajectory, has also been impacted. An increase in the number of days with a CO plume of +82 % has been recorded above the Atlantic and +64 % above Europe. I show that the increase in the extent of the plumes, resulting from an increase in both the frequency and the spatial extent of each plume, exerts a predominant influence on the observed increase in mean CO and PAN values. An algorithm has been developed on the basis of IASI observations of CO and PAN to determine the trajectories of the plumes and estimate their most likely origin. The result indicates that 51 % of the extreme plumes observed between June and October over the period 2008--2023 originate from the boreal regions of East Asia and North America, with an increase from +28 % to +47 % in the trajectories originating from these regions between 2017 and 2023. Europe is predominantly impacted by plumes originated from North America (45 %), North Africa (28 %), and the Middle East (21 %), with an increase from +40 % to +61 % in plumes from North America. Finally, I show that the joint use of plume detection methods, CALIOP observations of the vertical distribution of aerosols and IASI observations of multiple chemical species enables the characterization of plume injection height and the study of the chemistry within plumes during transport as a function of their altitude

L'objet de cette étude est la résolution d'un problème inverse inédit, à savoir la localisation d'un avion supersonique à partir de signaux acoustiques enregistrés par une station de mesure unique. La distance de l'aéronef à la station de mesure est a priori inconnue, mais peut varier de quelques dizaines à quelques centaines de kilomètres ou davantage. Les signaux exploités à l'occasion de ce travail se situent généralement dans la gamme infrasonore, au-dessous de 20 Hz voire de 10 Hz. L'ONERA ayant mené des campagnes de mesure en Bretagne lors des premiers vols commerciaux transatlantiques de l'avion Concorde, les premières exploitations ont consisté à reprendre les données de ces campagnes et à développer à cette occasion un code de propagation acoustique basé sur la théorie des rayons. Le code de l'ONERA existant SIMOUN a été adapté en trois dimensions pour pouvoir tenir compte de la météorologie réelle et a reçu un certain nombre d'aménagements, dont le calcul de l'atténuation acoustique en fonction de la fréquence et la prise en compte de la rotondité de la Terre dont la négligence aurait entraîné des erreurs importantes aux grandes distances. Le calcul de niveau acoustique étant peu significatif aux distances considérées, des méthodes inédites basées sur l'analyse spectrale ont été développées. Associées à une technique de goniométrie basée notamment sur le calcul des fonctions d'intercorrélation temporelles, elles nous permettent de localiser l'avion supersonique en gisement-distance. Une première méthode, valable jusqu'à 200 kilomètres environ, est basée sur la divergence en fonction de la distance à l'aéronef de l'onde de pression en N correspondant au bang sonique. Il en résulte une modification du spectre en arche caractéristique de cette onde qui peut être corrélée avec la distance de propagation sous réserve de connaître l'onde en N initialement émise, reliée à la vitesse et à la géométrie de l'avion. Une seconde méthode beaucoup plus générale consiste à évaluer l'augmentation de la pente du spectre de l'onde en N, sachant que l'absorption atmosphérique, proportionnelle à la distance parcourue, augmente avec la fréquence et que la dissipation des effets non-linéaires a également tendance à augmenter la pente du spectre du signal. Cette méthode semble convenir pour des distances comprises entre 200 et 1000 km environ et présente l'avantage d'être indépendante des caractéristiques de la source sonore. Afin de pallier aux limitations de cette méthode, principalement liées au rapport signal sur bruit, l'analyse de signaux enregistrés en Suède à 3000 km de l'avion suggère d'utiliser pour les très grandes distances une méthode basée sur la durée totale du signal. Cette durée augmente en effet avec la distance, en rapport avec le phénomène classique de "rumble" qui transforme en roulement de tonnerre le signal impulsionnel émis par un coup de foudre.

La thèse apporte une contribution à la conception sûre en technologie. Le domaine d'application choisi est l'exploration spatiale habitée à réaliser en coopération internationale. Piloter la sécurité à partir d'un centre peut devenir très défavorable si le système est ouvert sur un environnement inconnu, comme c'est le cas pour une mission longue d'exploration de la planète Mars. La thèse effectuée dans le double cadre des Sciences de l'Homme et des Sciences pour l'Ingénieur identifie les problèmes que pose la conception d'un système technique autonome et cognitif couplé avec l'équipage d'astronautes. La méthodologie d'accompagnement permet de générer un processus de questionnement continu qui augmente la prise de conscience des dangers et amorce une dynamique d'apprentissage résiliente de la sûreté. L'épistémologie de la conception sûre consiste à passer d'une conception orientée par le système, à une méthode qui prend en considération la sensibilité de tous les auteurs du projet<br>The thesis is a contribution to safety design in technology applied to Human space exploration involving international cooperation. Co-ordinating security and safety by means of centralized control could become very hazardous in the case of an autonomous complex technological system such as a long duration Mars mission. The work in this thesis is situated in a multidisciplinary context : Human sciences coupled with engineering sciences and identifies the problems posed by the design of an autonomous space system which is interacting with an unknown environment and which is coupled with the on-board team of astronauts. The methodology generates a process of continuous questioning that increases consciousness of dangers and risks. This creates a dynamical learning process of robust safety. The epistemology of safety design makes it possible to transform the design process away from a system-centred design towards a cooperative design that motivates all the authors of the project

Ce manuscrit de thèse s’intéresse à l’étude théorique et à l’observation d’effets quantiques résultantde la manipulation de photons en fréquence. Ainsi nous rapportons une expérience d’interférenceà deux photons, pour laquelle l’intrication et la manipulation des photons survient dans le domainedes fréquences. Nous montrons que cette figure d’interférence est sensible à la dispersion des deuxphotons jumeaux et que ce phénomène peut être compensé de manière non-locale. D’un autre coté,nous étudions la réalisation d’une marche aléatoire quantique établie par la modulation de phase.Nous mettons en évidence un comportement intéressant de ces marches et suggérons un schémaexpérimental<br>This manuscript deals with a theoretical and experimental study of quantum effects taking place inthe frequency domain. On one side, we report a two photons interference experiment, where both theentanglement of the photons and their manipulation take place in the frequency domain. We showthat this interference pattern is sensitive to the dispersion of both photons and allows us to perform anonlocal dispersion cancellation. On the other side we study the implementation of a quantum walkbased on the phase modulation. We predict an interesting behavior of these quantum walks andsuggest a physical implementation

On s'intéresse dans ce travail à l'aspect tridimensionnel (3D) de la propagation sonore en milieux océaniques petits fonds dans le cadre des problèmes inverses. Les problèmes inverses en acoustique sous-marine se basent sur la modélisation bidimensionnelle (2D) de la propagation, ignorant ainsi les effets de réfraction horizontale, qualifiés d'effets 3D. Toutefois, la propagation acoustique en environnements petits fonds, tels le plateau continental, peut être affectée par des effets 3D, leur prise en compte nécessitant l'utilisation de modèles pleinement 3D. Une inversion basée sur un modèle 3D devient inabordable pour plus de deux paramètres à la fois en raison de temps CPU particulièrement élevés. L'objectif de ce travail est d'examiner l'importance des effets 3D sur la performance et la fiabilité des procédures d'inversion habituellement utilisées dans les problèmes de l'acoustique sous-marine. Pour cela, on se place dans un guide d'onde océanique à géométrie inclinée. Des expérimentations à échelle réduite sont menées afin d'identifier et d'interpréter les effets 3D. Une procédure d'inversion par champs d'onde adaptés, formulée dans un cadre Bayesien et basée sur la recherche exhaustive dans l'espace des paramètres, est élaborée. L'inversion s'effectue en comparant des données basse fréquence du champ acoustique, recueillies le long d'antennes linéaires verticales ou horizontales, aux répliques générées par des modèles d'équation parabolique 2D et 3D. Les paramètres importants sont identifiés au moyen d'une étude de sensibilité de la fonction de coût. Dans une étape préliminaire, la performance de l'inversion est étudiée, sur données synthétiques bruitées, dans un cas simple permettant l'utilisation de modèles 2D. Une stratégied'inversion en sous-espaces résultant en une réduction importante des temps CPU pour l'inversion, est examinée. L'inversion est ensuite abordée en présence d'un fond incliné. La possibilité et les limites d'une inversion basée sur un modèle 2D sont explorées. Cette approche, mise en œuvre sur données synthétiques, met en évidence la pertinence de l'utilisation de modèles 2D en champ relativement proche. Une inversion basée sur un modèle 3D n'étant alors nécessaire que pour la pente, des temps CPU raisonnables sont ainsi réalisés. En revanche, en champ lointain, nous sommes confrontés à un risque potentiel d'estimation erronée et le recours à une modélisation 3D devient nécessaire.