Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que
Madame Alix LIMOGES
Doctorante au laboratoire MIO rattaché
à l’École Doctorale 548 « Mer & Sciences » de l’Université de Toulon (France)
soutiendra sa thèse en vue de l’obtention du Grade de Docteure
sous la direction de
Discipline : Sciences de l’Univers
Spécialité : Météorologie, Océanographie Physique et Physique de l’Environnement
sur le thème
Modélisation Haute Résolution de la Dynamique des Aérosols en Zone Littorale Méditerranéenne
Vendredi 13 décembre 2024 à 14h00
A l’Université de Toulon – Campus La Garde-Bâtiment X (SeaTech) – Amphi X.300
Devant un jury composé de
Mme Marie-Noëlle BOUIN, Directrice de Recherche-CNRS, Centre National des Recherches Météorologiques (CNRM-Brest) (France), Rapportrice
Malek CHAMI, Professeur des Universités, Sorbonne Université (France), Examinateur
Marc MALLET, Directeur de Recherche-CNRS, Centre National des Recherches Météorologiques (CNRM-CNRS) Toulouse (France), Examinateur
Alexander VAN EIJK, Professeur des Universités, TNO Physics and Electronics Laboratory (Pays-Bas), Examinateur
Pierre SAGAUT, Professeur des Universités, Aix-Marseille Université (France), Codirecteur de thèse
Jacques PIAZOLLA, Professeur des Universités, Université de Toulon (France), Directeur de thèse
Résumé :
Les aérosols marins, générés par des processus d’interaction vent-vagues, représentent une composante majeure de l’aérosol naturel et jouent un rôle important dans le bilan radiatif de la planète. C’est pourquoi, une meilleure connaissance des propriétés et de la dynamique atmosphérique de ces particules constitue un enjeu majeur dans le contexte du changement climatique, mais aussi pour leurs interactions avec les polluants atmosphériques et le transport de grandes quantités de matière organique qui vont impacter la qualité de l’air, en particulier dans les régions côtières. Ce travail de thèse a été consacré au développement d’une modélisation fine de la dynamique atmosphérique de ces aérosols en zone littorale dans le but de mieux comprendre l’intrusion et les variations atmosphériques locales des concentrations d’aérosols marins dans ces zones spatialement limitées. Pour ca faire, une version LES du modèle MESO-NH dans lequel a été introduit une formulation spécifique de fonction source de l’aérosol marin développée au laboratoire MIO a été implémentée sur la région côtière toulonnaise. Les simulations numériques ont été comparées à des données expérimentales acquises à bord du navire Atalante lors de la campagne de recherche MIRAMER. La capacité du modèle numérique à prédire les variations de concentration d’aérosols en fonction des différentes directions du vent local a été évaluée. Les résultats obtenus ont permis une meilleure compréhension de l’impact de la configuration géographique du littoral sur la dynamique des aérosols, et montré l’apport et les limitations de la modélisation à haute résolution utilisée. Celles-ci concernent notamment les limites du modèle météorologique pour le rendu des structures turbulentes localisées, dont une meilleure description est nécessaire pour une modélisation précise des aérosols, en particulier dans la zone de transition terre-mer. Ce travail a également permis d’améliorer la fonction source des aérosols générés par le déferlement des vagues dans les conditions de fetch court, en s’appuyant sur une analyse spécifique de la pente des vagues. Les résultats obtenus montrent que la prise en compte de ces aérosols issus du déferlement des vagues dans les modèles atmosphériques renforce notre capacité à prévoir les épisodes de fortes précipitations.
Mot clés : Aérosols marins, zone littorale, Meso -NH, Large Eddy Simulation, Modélisation atmosphérique, Conditions météorologiques extrêmes, turbulence, Medicanes, Modélisation haute résolution.
High-Resolution Modeling of Aerosol Dynamics in the Mediterranean Coastal Zone
Abstract:
Marine aerosols, generated by wind-wave interaction processes, represent a major component of natural aerosols and play a significant role in the planet’s radiative balance. Therefore, a better understanding of the properties and atmospheric dynamics of these particles is essential in the context of climate change, as well as for their interactions with atmospheric pollutants and the transport of large amounts of organic matter, which impact air quality, particularly in coastal regions. This thesis focused on the development of a high-resolution model of aerosol atmospheric dynamics in coastal zones, aiming to better understand the intrusion and local atmospheric variations of marine aerosol concentrations in these spatially constrained areas. To achieve this, an LES version of the MESO-NH model, incorporating a specific source function for marine aerosols developed at the MIO laboratory, was implemented in the Toulon coastal region. The numerical simulations were compared with experimental data collected aboard the Atalante vessel during the MIRAMER research campaign. The ability of the numerical model to predict variations in aerosol concentration based on different local wind directions was evaluated. The results provided a better understanding of the impact of coastal geographic configuration on aerosol dynamics and highlighted both the benefits and limitations of the high-resolution modeling used. These limitations mainly concern the model’s ability to accurately represent localized turbulent structures, which require better characterization for precise aerosol modeling, particularly in the land-sea transition zone. This work also improved the source function for aerosols generated by wave breaking under short-fetch conditions, using a specific analysis of wave slope. The results demonstrate that incorporating these wave-generated aerosols into atmospheric models enhances our ability to predict heavy precipitation events.
Keywords: Marine aerosols, coastal zone, Meso-NH, Large Eddy Simulation, atmospheric modeling, extreme weather conditions, turbulence, Medicanes, high-resolution modeling.
