Emissions anthropiques d'aérosols carbonés en Afrique en 2005 et en 2030 : élaboration d'inventaires et évaluation

par Abé Yapo Eric-Michel Assamoi

Thèse de doctorat en Physicochimie de l'atmosphère

Sous la direction de Catherine Liousse.

Soutenue en 2011

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Le climat régional et son évolution constitue une thématique majeure, tout particulièrement en Afrique, un continent témoin pour les changements climatiques et leurs différents impacts en termes de déforestation, de désertification et par suite, en termes de ressources vitales. Ces impacts multiples se répercutent sur de très nombreux secteurs d'activités : agronomie et rendement des cultures, écologie et écosystèmes, ressources en eau et hydrologie, qualité de l'air et de nombreux aspects sanitaires et socio-économiques connexes. La croissance démographique rapide que connait le continent africain ces dernières décennies ainsi que l'exode rural, tendent de plus en plus à concentrer dans les mégapoles (e. G. Abidjan) une grande partie des activités nationales polluantes (transports, industries,. . . ), en plus du développement des activités pétrolières et minières le long des côtes du Golfe de Guinée. De même, les combustions de biofuels sont largement répandues pour les besoins domestiques. Tout ceci contribue à des émissions anthropiques considérables et croissantes d'aérosols de combustion dont les inventaires sont encore largement bien mal connus sur le continent. L'objectif premier de cette thèse a permis de mettre en évidence et de mieux caractériser les émissions de carbone suie et de carbone organique primaire associées à l'utilisation des véhicules deux roues en Afrique de l'Ouest. Les résultats ont mis en exergue de grandes différences sur les émissions, notamment celles portant sur le carbone organique primaire avec des émissions dans notre nouvel inventaire régional des deux roues supérieures à celles de tout le trafic dans les inventaires globaux existants selon un scénario bas dans 13 des 16 pays de notre étude. Par la suite, j'ai développé un nouvel inventaire d'émissions de carbone suie et de carbone organique primaire à l'échelle de l'Afrique pour l’année 2005, afin de réviser et de mettre à jour les données de l'inventaire global de Junker and Liousse (2008). Les émissions 2005 en carbone suie (0,69 Tg) sont sensiblement égales à celle de l'inventaire global de Junker and Liousse (2008) actualisé pour l'année 2005. Par contre, la différence est plus nette avec le carbone organique primaire où les émissions dans le nouvel inventaire sont, au moins, trois fois plus importantes que celles de Junker and Liousse (2008). Par ailleurs, nous avons développé un inventaire à l'échelle de l'Afrique pour 2030 selon deux scénarios, REF et CCC. Globalement, les émissions du scénario CCC restent inférieures à celles du scénario REF en 2030 avec des hausses de plus de 67% entre les années 2005 et 2030. Enfin, des tests de sensibilité ont été effectués sur l'année 2030, en considérant que les engins deux roues avaient tous des moteurs quatre temps au lieu des deux temps « actuels » en Afrique de l'Ouest et, en Afrique du Sud en appliquant les ratios de projections de la Pologne, typique de pays émergeants. Ces hypothèses de travail ont permis de réduire considérablement les émissions futures, surtout dans le scénario CCC. Enfin, nous avons simulé les concentrations ambiantes à partir des données de nos nouveaux inventaires 2005 en utilisant le modèle global TM5. Il ressort des résultats 2005 que ce modèle peut simuler de manière satisfaisante les concentrations en zones rurales, moins bien en zones urbaines. Ces différences peuvent s'expliquer par un maillage trop grossier du modèle (1° x 1°) et le site choisi (site trafic où les concentrations sont maximales). Du point de vue des épaisseurs optiques, le modèle fournit des ordres de grandeur satisfaisants avec cependant un positionnement encore imparfait des maxima en Afrique de l'Ouest et en Afrique Centrale. Pour l'albédo de simple diffusion, nos résultats sont encourageants, sachant que le carbone suie et le carbone organique sont seuls pris en compte dans notre modèle global TM5.

  • Titre traduit

    Carbonaceous anthropogenic aerosol emissions in Africa for 2005 and 2030 : elaboration of inventories and evaluation


  • Résumé

    Regional climate and its evolution is a major theme, particularly in Africa, a witness continent for climate changes and their various impacts in terms of deforestation, desertification and more generally in terms of vital resources. These different impacts apply to a number of activity sectors : agronomy and crop outputs, ecology and ecosystems, water resources and hydrology, air quality with various associated sanitary and socio-economic aspects. Rapid demographic growth over Africa in recent years together with rural depopulation result in the concentration in megapoles (e. G. Abidjan) of increasing parts of polluting national activities (transport, industries,…), further to oil and mining ones along the coasts of the Guinea Gulf. Also, biofuel combustions are largely used for domestic needs. All this results in large and increasing anthropogenic combustion aerosol emissions, the inventories of which are still largely unknown for Africa. A primary objective of this thesis is put into focus and improve the characterization of black carbon and primary organic carbon aerosols due to two-wheel vehicles in West Africa. Also, large differences have been observed between emissions, particularly ones bearing upon primary organic carbon due to such vehicles in our regional inventories vs. All traffic emissions in presently available global inventories in the “low” scenario for 13 over 16 countries. Next, I have developed a new regional inventory for black carbon and primary organic carbon emissions at Africa scale for the year 2005, so as to update the global inventory of Junker and Liousse (2008). Our new 2005 emissions for black carbon (0. 69 Tg) are about equal to those in the global inventory by Junker and Liousse (2008) updated for 2005. Nevertheless, differences are larger for primary organic carbon for which our new emissions are three times over those from Junker and Liousse (2008). Furthermore, we have developed a new emission inventory for Africa in 2030, according to two scenarios, REF and CCC. Generally, CCC emissions are lower than in scenario REF in 2030, with over 67% increase between 2005 and 2030. At last, sensitivity tests have been done considering that two-wheel vehicles will all be equipped with four-stroke engines instead of present two-stroke ones in West Africa, whereas in South Africa, future scenarios are now typical of emerging countries such as Poland. Such working assumptions have resulted in large reductions of future emissions, particularly in scenario CCC. We have simulated ambient aerosol concentrations based on data issued from our new 2005 inventories, using the TM5 global model. From these 2005 results, TM5 which appears to be apt to satisfactorily simulate concentrations in rural zones, is not so successful in urban zones. Such differences can be attributed to too gross model resolution (1° by 1°) and the type of sources (traffic sources give high aerosol concentrations). As for optical thicknesses, TM5 gives satisfactory orders of magnitude, though with differences in the location of maxima in West and Central Africa. As for single scattering albedo, rather fine results are observed, when considering that only black carbon and organic carbon have been implemented in TM5.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (246 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 205-224

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2011 TOU3 0045
  • Bibliothèque : Observatoire Midi-Pyrénées. Centre de documentation Sciences de l'univers, de la planète et de l'environnement.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : 2011/OMP/11188
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