Hi?rarchisation des d?terminants de la composition atmosph?rique future en Europe

par Vincent Lemaire

Thèse de doctorat en M?t?orologie, oc?anographie, physique de l'environnement

Sous la direction de Laurent Menut.

Soutenue le 19-12-2017

à Paris Saclay , dans le cadre de ?cole doctorale Sciences M?caniques et Energ?tiques, Mat?riaux et G?osciences (Cachan, Val-de-Marne) , en partenariat avec ?cole polytechnique (Palaiseau, Essonne) (?tablissement op?rateur d'inscription) et de Laboratoire de m?t?orologie dynamique (laboratoire) .

Le président du jury était Nathalie Carrasco.

Le jury était composé de Laurent Menut, Augustin Colette, Fabien Solmon, Gilles For?t.

Les rapporteurs étaient Michael Gauss, Virginie Marecal.


  • Résumé

    La composition chimique atmosph?rique d?pend principalement des ?missions de polluants, de leurs pr?curseurs et de la m?t?orologie. Les strat?gies de gestion de la qualit? de l?air ambitionnent des r?ductions substantielles d??missions ? long terme. Mais il est l?gitime d??valuer si l?impact du changement climatique pourrait compenser ces efforts.Afin de r?pondre ? cette probl?matique, on a recours ? la mod?lisation qui permet de faire des projections ? long terme, sous diff?rents sc?narios de sensibilit? pour isoler les principaux facteurs. Se pose alors le probl?me des incertitudes dans la mod?lisation. L?approche privil?gi? pour les ?tudes d?impact du climat est la mod?lisation ensembliste. Cependant du fait de l'important co?t de calcul, on constate qu?aucune ?tude pass?e d?impact du climat sur la qualit? de l?air ne repose sur un ensemble large de projections climatiques. C?est pourquoi, nous avons d?velopp? une m?thode statistique alternative, entra?n?e sur des grands ensembles de simulation, pour caract?riser l'impact des ?missions et de la m?t?orologie sur la qualit? de l'air dans un contexte de changement climatique.Nous avons montr? qu'un mod?le statistique permettait d'obtenir des r?ponses sur l'impact du climat sans forc?ment avoir ? r?aliser explicitement des mod?lisations d'ensemble. La m?thode d?velopp?e donne des r?sultats avec une incertitude faible sur le long terme, m?me si nous avons montr? ses limites lorsqu'il s'agit de traiter des cas de pollution extr?mes.Afin de quantifier l'erreur induite par les donn?es climatiques des mod?les actuellement conserv?es de mani?re partielle, nous avons r?alis? une ?tude de sensibilit? ? la r?solution verticale des mod?les climatiques r?gionaux. Nous avons montr? qu'un minimum de dix niveaux verticaux, ainsi que des variables suppl?mentaires ? l'existant ?taient indispensables si l'on voulait que l'erreur de simulation reste inf?rieure au signal climatique ?tudi?.Enfin, nous avons utilis? le mod?le statistique pour confronter l?impact du changement climatique aux r?ductions d'?missions anthropiques attendues ? l?avenir. Les r?sultats ont permis de mettre en ?vidence que le b?n?fice climatique pour les particules fines, PM2.5, ?tait du m?me ordre de grandeur que les baisses r?alis?es dans le secteur le plus influent de chaque pays ?tudi?. Ces baisses d'?missions vont donc ?tre renforc?es par le changement climatique. Au contraire, pour le SOMO35, la p?nalit? climatique va contrebalancer les efforts de r?ductions d'?missions r?alis?s entre 2050 et 2010. Pour les pays analys?s, on peut estimer la date approximative de l??mergence du signal induit par le changement climatique malgr? la r?duction des ?missions attendue dans la l?gislation actuelle.

  • Titre traduit

    Drivers of the future european atmospheric composition


  • Résumé

    The atmospheric composition is mainly driven by the emission of primary pollutants and precursors and meteorology. Because of its sensitivity to unfavorable weather patterns, air pollution is expected to be sensitive to climate change. That is why the aim of this work is to estimate the effect of climate change over air pollution in Europe at the end of the century. To achieve this we rely on modeling which allow to cover such timescales. To reduce uncertainties and quantify the effect of climate change on air quality, ensemble approaches should be applied. However, the computing cost of such methods is substantial. To overcome this issue we developed a statistical method which does not require forcing a chemistry and transport model with a large ensemble of climate projections. The results obtained with this statistical method are in good agreement with full chemistry-transport models when considering long time periods. But we point out the limits of the method when focusing on extreme pollution events. The statistical model can be used to assess the uncertainty of using a comprehensive ensemble of climate forcing in terms of air quality impacts. The statistical approach can also help identifying a subset of climate forcing that should be explored in priority to drive chemistry-transport models.Such a subset of climate models is however only available at a degraded vertical resolution on existing databases such as EuroCordex. To quantify the error induced when using a meteorological variables only saved for a few vertical levels, a sensitivity study focused on the impact of the vertical resolution of the meteorological data has been perfomed. We emphasized that a minimum of 10 vertical levels and some specific variables were required to study the impact of climate change on air quality to keep the error lower than the climate change signal.Finally, we use the statistical method to compare the climate change effect and the future emissions reduction impact estimated also with a surrogate model. We exhibit that the magnitude of climate benefit for PM2.5 will be comparable to the emissions reductions of the dominant sector in each country studied. These emissions decreases will therefore be reinforced the climate change. On the opposite, for SOMO35, the climate penalty will jeopardize the emission reductions between 2010 and 2050. We also evaluate that climate change will become more important than the expected reduction emissions signal.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : École polytechnique. Bibliothèque Centrale.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.