Thèse Nouveau Mécanisme de Glaciation des Nuages par les Courants Ascendants une Étude Satellitaire H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement
Laboratoire de recherche : Laboratoire d'Optique Atmosphérique
Direction de la thèse : Quentin COOPMAN ORCID 0000000171712134
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-08-31T23:59:59

Une étude en laboratoire suggère que la collision des gouttelettes pourrait générer suffisamment d'énergie pour induire leur congélation (Niehaus et Cantrell, 2015), sans qu'il soit nécessaire de recourir à des aérosols. Cependant, ce processus, qui pourrait être amplifié par une atmosphère instable et des courants ascendants intenses, n'a jamais été observé ni quantifié dans l'atmosphère. Cette lacune soulève une question fondamentale : les observations satellitaires peuvent-elles détecter et quantifier le givrage des nuages induit uniquement par la dynamique atmosphérique, indépendamment des INP ?

Pour répondre à cette question, ce projet propose d'utiliser les données des instruments embarqués à bord du satellite EarthCARE. Ce satellite offre une opportunité unique grâce à son lidar et à son radar, capables de fournir des profils verticaux détaillés de la phase nuageuse et des propriétés microphysiques des hydrométéores. De plus, son radar Doppler permettra de mesurer directement les vitesses des courants ascendants, un paramètre qui a été mal contraint par les réanalyses atmosphériques, dont la résolution spatiale et temporelle fournit des informations sur la dynamique générale de l'atmosphère, mais qui est insuffisante pour saisir les processus à l'échelle des nuages.

L'analyse des données sera en partie basée sur l'algorithme Varpy Mix (Aubry et al., 2024), qui détermine les propriétés des phases liquide et glacée dans les pixels en phase mixte, y compris la taille des hydrométéores, à partir des mesures lidar et radar, et sera appliquée aux observations EarthCARE. Différents modèles météorologiques seront définis afin d'étudier l'évolution de la phase nuageuse et des propriétés microphysiques avec les courants ascendants, tout en contrôlant d'autres paramètres tels que l'humidité et la concentration d'aérosols, à l'aide des réanalyses disponibles.

La dimension temporelle de la glaciation sera abordée à l'aide des données du satellite MTG (Meteosat Third Generation) et de l'instrument FCI (Flexible Combined Imager) (Holmlund et al., 2021). Un algorithme de suivi des nuages (Coopman et al., 2020 ; Seelig et al., 2021) permettra d'identifier le moment précis où un nuage passe de la phase liquide à la phase glacée. Les nuages suivis seront ensuite localisés à l'aide des observations EarthCARE afin d'analyser leur profil vertical au moment de la transition. Cette approche permettra de quantifier l'impact des courants ascendants sur la glaciation et d'évaluer si ce mécanisme peut expliquer certaines des transitions observées, indépendamment des INP.

Enfin, des études de cas spécifiques seront analysées comme des «laboratoires naturels» afin de tester les nouvelles paramétrisations proposées. Les résultats de cette thèse pourraient ainsi contribuer à réduire les incertitudes liées à la représentation des nuages dans les modèles en intégrant un mécanisme de glaciation dynamique qui a été négligé jusqu'à présent.

Les nuages jouent un rôle essentiel dans le bilan radiatif de la Terre, mais leur représentation dans les modèles climatiques reste incertaine, en particulier en ce qui concerne la transition de phase liquide-glace. Cet aspect est essentiel pour les modèles climatiques, car la phase des nuages influence leurs propriétés radiatives et leur durée de vie. Deux mécanismes principaux sont traditionnellement invoqués pour expliquer cette transition : la nucléation homogène, qui se produit à des températures inférieures à -38 °C, et la nucléation hétérogène, catalysée par des particules nucléatrices de glace (INP) via la présence de certains types d'aérosols. Cependant, la concentration atmosphérique de ces noyaux est beaucoup plus faible que celle des cristaux de glace observés (Hobbs et Rangno, 1989). Des processus de glace secondaires ont été proposés, mais ils n'expliquent toujours pas les concentrations de glace observées, ce qui suggère l'existence de mécanismes complémentaires qui ne sont pas encore compris.

- Master en physique, télédétection ou sciences atmosphériques.
- Compétences analytiques dans le traitement de données scientifiques
- Maîtrise des langages de programmation/script (par exemple, Python)
- Maîtrise de l'anglais écrit et parlé