Estimation des émissions de gaz à effet de serre à différentes échelles en France à l’aide d’observations de haute précision

Estimation of greenhouse gases emission at different scales in France using high precision observations

• Auteur / Autrice : Morgan Lopez
• Direction : Philippe Bousquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences et environnement
• Date : Soutenance le 16/11/2012
• Etablissement(s) : Paris 11
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Modélisation et Instrumentation en Physique, Energie, Géosciences et Environnement (Orsay, Essonne ; 2010-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1998-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Désesquelles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Bousquet, Pierre Désesquelles, Paolo Laj, Pierre Cellier, Chritof Janssen, Aurélie Colomb, Martina Schmidt
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Paolo Laj, Pierre Cellier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protoxyde d'azote

Radon, Mesures de

Carbone -- Isotopes

Mots clés libres

Traceurs atmosphériques

Émission

222 Rn

N2O

Isotopes du CO2

Atmospheric tracers

Emission

222 Rn

N2O

CO2 isotopes

Résumé

L’objectif de ma thèse est de conduire et d’utiliser les observations de haute précision de gaz à effet de serre pour estimer les émissions de ces gaz à différentes échelles en France, du locale au régionale. Le réseau français de mesure de gaz à effet de serre, géré par l’équipe RAMCES, est constitué de trois observatoires équipés de systèmes de mesure par chromatographie en phase gazeuse. Ces chromatographes en phase gazeuse sont situés à Gif-sur-Yvette, Trainou (forêt d’Orléans) et au sommet du Puy-de-Dôme. Ils ont été optimisés pour la mesure continue et de haute précision des principaux gaz à effet de serre : CO2, CH4, N2O et SF6. Ayant installé le GC au Puy-de-Dôme au cours de l’année 2010, je présenterai et analyserai en détail la série temporelle obtenue depuis son installation. Les mesures de gaz à effet de serre et des traceurs associés m’ont permis d’utiliser une approche multigaz pour contraindre leurs émissions à différentes échelles. A une échelle départementale et régionale, j’ai utilisé le 222Rn comme traceur de masses d’air pour quantifier les flux surfaciques mensuels de N2O à Gif-sur-Yvette et Trainou. Les émissions annuelles de N2O estimées à Gif-sur-Yvette et Trainou sont respectivement de 0.34/0.51 et 0.52 g(N2O) m-2 a-1. Le cycle saisonnier des émissions de N2O a permis de mettre en évidence l’impact de l’agriculture sur les émissions lors de l’apport d’engrais azoté dans les sols. J’ai mis en évidence une corrélation entre les flux de N2O annuels et les précipitations annuelles à Gif-sur-Yvette. A une échelle locale, j’ai utilisé le CO2 et ses isotopes mesurés lors d’une campagne réalisée pendant l’hiver 2010 à Paris, pour estimer les flux de CO2 parisien. Les mesures de 14CO2 atmosphérique m’ont permis de montrer que les flux de CO2 parisien en hiver sont essentiellement anthropiques (77 %) avec une contribution significative des émissions biogéniques (23 %). L’analyse du 13CO2 à quant à lui mis en évidence que les 77 % d’émission de CO2 d’origine fossile sont dues à 70 % à l’utilisation de gaz naturel et 30 % à l’utilisation de pétrole.

The aim of my PhD is to use high precision measurements to evaluate greenhouse gas emissions at different scales in France, from local to regional. These measurements are made in the framework of the French greenhouse gases network operated by the RAMCES team. Three stations in France are equipped with gas chromatography measurement systems located at Gif-sur-Yvette, Trainou (Orléans forest) and on the summit of Puy-de-Dôme. They were optimized to measure continuously with high precision the main greenhouse gases: CO2 , CH4 , N2O and SF6. In July 2010, I have installed the gas chromatograph at Puy-de-Dôme and I present here the analysis of the past two years. I used an approach with measurements of greenhouse gases and related trace gases to constrain the emissions of greenhouse gases at different scales. At a regional scale, I used the 222Rn as an air mass tracer to quantify the monthly N2O fluxes at Gif-sur-Yvette and Trainou. Annual N2O emissions, derived from the atmospheric approach at Gif-sur-Yvette and Trainou are 0.34/0.51 and 0.52 g(N2O) m−2 a−1 , respectively. I found a clear seasonal cycle of N2O emissions with larger values in spring and summer, demonstrating the large contribution of agricultural emissions from fertilized soils. A correlation between annual N2O fluxes and annual precipitations was observed at Gif-sur-Yvette. At a local scale, I used carbon isotopes to estimate the fossil fuel CO2 contribution. Measurements were performed during a campaign in winter 2010 in Paris. Atmospheric 14 CO2 measurements showed that 77 % of total CO2 emissions are anthropogenic with a significant contribution of biospheric fluxes (23 %). Additionally, 13CO2 analysis showed that natural gas and fuel combustion amounted to 70 % and 30 %, respectively, of fossil fuel emissions.