Caractérisation des performances du nouveau mini compteur de particules LOAC embarqué sous ballon météorologique : application à l’étude de la variabilité spatiale et temporelle des aérosols de la haute troposphère et de la stratosphère

Characterisation of the capabilities of the new balloon-borne miniature particulate counter LOAC : application to the study of spatial and temporal variability of aerosols in the upper troposphere and stratosphere

• Auteur / Autrice : Damien Vignelles
• Direction : Jean-Baptiste Renard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Climat et physico-chimie de l’atmosphère
• Date : Soutenance le 24/11/2016
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et chimie de l'environnement et de l'espace (Orléans ; 2012-...)
• Jury : Président / Présidente : Thierry Dudok De Wit
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Baptiste Renard, Thierry Dudok De Wit, Slimane Bekki, Patrick Rairoux, Colette Brogniez, François Dulac, Denis Boulaud, Gwenaël Berthet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Slimane Bekki, Patrick Rairoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ballons-sondes

Instruments de mesure

Poussière

Stratosphère

Troposphère

Aérosols atmosphériques

Mots clés libres

Aérosols stratosphériques

Particules stratosphériques

Mini compteur de particules

Stratospheric aerosols

Stratospheric particles

Balloon-borne miniature particulate counter

Résumé

L’étude des aérosols stratosphériques est importante pour comprendre le bilan radiatif terrestre. A l’heure actuelle, notre représentation des différents types de particules stratosphériques et leurs répartitions spatiale et temporelle n’est pas complète. Au cours de cette thèse, nous tentons de montrer que la mesure de la concentration en particules sous ballon météorologique au moyen d’un nouveau mini compteur de particules, le LOAC, pourrait permettre de rendre compte de la possible variabilité locale du contenu en aérosols stratosphériques dans la gamme de taille 0,2 à 100 μm en diamètre. La première partie de ce travail consiste à caractériser plus précisément les performances du LOAC sous ballon météorologique appliqué à la mesure en stratosphère. La seconde partie propose une analyse comparée du contenu en aérosols stratosphériques obtenu par LOAC, à partir de lâchers de ballons en France régulièrement depuis 3 ans et plus ponctuellement à l’étranger dans des situations particulières (volcan, mousson), et par d’autres types de données (Observations spatiales, lidar sol et simulation globale). Nous montrons alors que l’instrument possède une limite de détection rendant difficile la mesure des particules submicroniques lors de période de fond en moyenne stratosphère pour des concentrations de l’ordre d’une particule par cm3. Dans sa version actuelle, le LOAC permet de documenter les panaches volcaniques en troposphère ainsi qu’en basse stratosphère. En perspective, nous proposons des directions pour la calibration et l’analyse des futures données d’une nouvelle génération de l’instrument en développement.

The study of the stratospheric aerosols is important to our understanding of the terrestrial radiative budget. Our current comprehension of the different types of stratospheric particles and their spatial and temporal distribution is incomplete. In the present study, we try to show that measuring particle concentrations by the means of a new balloon-borne miniature particle counter, the LOAC, may allow us to determine the local variability in stratospheric aerosols in the size range 0.2 – 100 μm in diameter. In that respect, the PhD thesis consists of a first phase of a more accurate characterisation of the LOAC’s performances under balloon-borne measurement. A second phase consists of comparative analysis of stratospheric aerosol content based on a LOAC dataset obtained during a continuous campaign of balloon launches in France, along with some occasional flights abroad under particular circumstances (volcanic eruption, monsoon). Thus we show that the LOAC has a detection limit that restricts the measurement of submicronic particles in volcanic quiescent periods for concentrations lower than typically 1 particle per cm3. In its current version, the LOAC allows us to characterise aerosols in volcanic plumes in the troposphere and lower stratosphere. And, further, we propose directions concerning possible calibration and analysis strategies for the future data from the next generation of the LOAC currently in development.