Thèse Détermination en Laboratoire des Propriétés Optiques des Aérosols de Feux de Biomasse H/F - 59

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement
Laboratoire de recherche : Physico-Chimie de la Combustion et de l'Atmosphère
Direction de la thèse : Denis PETITPREZ ORCID 0000000188163821
Début de la thèse : 2026-09-01
Date limite de candidature : 2026-04-28T23:59:59

Description du sujet : L'objectif de la thèse est de mesurer en laboratoire les propriétés optiques des aérosols issus de feux de biomasse (FB). Ces aérosols FB sont constitués très majoritairement de matière organique, dite Brown Carbon, dont l'absorption du rayonnement présente une forte dépendance spectrale. Leur grande diversité chimique et microphysique en font l'un des types d'aérosols les plus mal connus et très difficile à observer et à quantifier par télédétection. De plus, les aérosols FB sont une source importante d'incertitude pour les modélisations chimie-transport et climatique.
Ainsi, l'ambition de cette thèse repose en premier lieu sur la détermination en laboratoire des propriétés optiques, en particulier des indices complexes de réfraction (ICR) sur une large gamme spectrale (de l'infrarouge lointain à l'ultraviolet) d'aérosols FB pour des combustibles représentatifs de différentes essences de bois ou de végétations. Mesurer l'ICR dans une gamme spectrale aussi étendue représente un réel défi et serait une avancée importante dans la détermination des propriétés optiques (rapport lidar, épaisseur optique, albédo de diffusion simple, extinction spectrale, coefficient d'Ångström, etc.) nécessaires aux observations par télédétection ainsi qu'à la modélisation du climat.

Plan de travail : Dans le cadre d'une thèse précédente et d'une thèse en cours, des dispositifs expérimentaux ont été mis en oeuvre au laboratoire PC2A pour la génération de particules issues des 3 phases de la combustion du bois : pyrolyse, combustion en foyer ouvert et cendres résiduelles. Le (ou la) candidat(e) recruté(e) poursuivra ces travaux expérimentaux qui consistent à enregistrer les spectres d'extinction (spectromètres IRTF et UV-visible) des aérosols FB et à caractériser les propriétés physiques (compteurs de particules, granulomètres). Les analyses chimiques de ces particules seront réalisées en ligne (spectromètre de masse pour aérosols en collaboration avec le LPCA, ULCO) ou après impaction sur filtres ou substrats adaptés à la technique utilisée (analyse de surface, microscopie électronique). Dans une seconde phase du projet de thèse, les spectres d'extinction enregistrés seront inversés afin d'en restituer les ICR à l'aide d'une méthode numérique développée au LOA. On étudiera ensuite les corrélations éventuelles entre les propriétés optiques de ces aérosols et leur composition chimique à partir des spectres d'extinction ou des ICR. Les conditions expérimentales telles que la nature du bois et la proportion d'oxygène seront aussi étudiées. Enfin l'effet du vieillissement sur les propriétés optiques des aérosols sera envisagé à travers des expériences réalisées en réacteur à écoulement.

Retombées scientifiques : La détermination expérimentale des paramètres optiques qui caractérisent les particules émises par les feux de biomasse représente une attente de la communauté des sciences de l'atmosphère car ces données sont cruciales pour interpréter les observations par télédétection de ces feux dont la fréquence et l'intensité risquent d'augmenter avec le dérèglement climatique. Elles pourront aussi être injectées dans les modèles d'inversions utilisés par les équipes qui travaillent sur la modélisation à l'échelle régionale ou globale des aérosols carbonés.

Profil des candidats :
Titulaire d'un Master 2 ou équivalent en Chimie Physique, Chimie ou Physique - Goût pour les expériences de laboratoire et les calculs numériques.

Avec le dérèglement climatique, la fréquence et l'intensité des feux de biomasse risquent de croître. Ces méga-feux émettent de très grosses quantités d'espèces gazeuses et particulaires. Ces particulaires sont majoritairement constituées de matière organique dite brown carbon dont l'absorption du rayonnement présente une forte dépendance spectrale. Leur grande diversité chimique et microphysique en font l'un des types d'aérosols les plus mal connus et très difficile à observer et à quantifier par télédétection. De plus, les aérosols issus des feux de biomasse sont une source importante d'incertitude pour les modélisations chimie-transport et climatique.