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Télédétection par imagerie hyperspectrale pour la cartographie des émissions de particules d'aérosols dans l’atmosphère

Description

La dégradation de la qualité de l’air en raison de l’émission de particules fines dans l’atmosphère (encore nommées aérosols) est un problème environnemental et sanitaire majeur. Les sources d’émission d’aérosols sont nombreuses et diversifiées (trafic routier, industrie, chauffage, …) et les mécanismes de dispersion et de modification physico-chimique de ces particules restent complexes à représenter dans les modèles de prévision de la qualité de l’air. La collecte d’observations est donc essentielle pour améliorer nos connaissances de l’émission et de l’impact des particules fines.

L’approche développée à l’ONERA repose sur l’utilisation de l’imagerie hyperspectrale (0.4-2.5 µm) aéroportée permettant une approche innovante de l’analyse des concentrations et des propriétés physico-chimiques des aérosols en champ proche des sources d’émission. Dans le cadre du programme de recherches TEMMAS de l’ADEME, ce dispositif a été récemment utilisé pour caractériser les émissions de particules aux niveau de la raffinerie TOTAL de la Mède (commune de Martigues) et sur un site métallurgique. Un ensemble d’acquisitions hyperspectrales aéroportées a pu ainsi être obtenu sur différents types de panaches industriels. Le partenariat mené avec TOTAL, le LCE de Marseille, AirPaca, le CEREA, et le LA de Toulouse a également permis de collecter un grand nombre d’observations physico-chimiques et météorologiques in situ.

Le sujet de cette thèse porte donc sur l’exploitation des mesures radiométriques hyperspectrales pour la détection et la caractérisation des particules fines dans un contexte d’émissions industrielles. Les questions scientifiques portent sur l’optimisation de cette technique pour (i) identifier les contributions respectives des aérosols de fond et des panaches industriels; (ii) analyser la variabilité intra-panaches des aérosols lors de leur transport à proximité des sources; (iii) estimer les flux d’émission des principaux émissaires et les incertitudes associées et (iv) comparer les performances attendues de missions hyperspectrales en programmation avec les produits satellitaire déjà existants sur la caractérisation des sources intenses et locales d'aérosols. Ce dernier point faisant l'objet d'un projet TOSCA-CNES auquel participe l'Onera et le laboratoire d'Aérologie.

Pour cela, le doctorant aura pour charge de développer des outils d'analyse des signatures spectrales des panaches observés dans le spectre 0.4 - 2.5µm. Il s’appuiera sur les outils développés à l’Onera dans le cadre de différents projets sur la modélisation radiative des aérosols, sur la restitution des propriétés optiques des aérosols par imagerie hyperspectrale et sur la transposition de données aéroportées au cas satellitaire. Il disposera également de la base de données de mesures in situ acquises durant différentes campagnes aéroportées sur la période 2014 et 2017 et des résultats de simulations numériques afin d’exploiter pleinement les scènes imagées. Le calendrier initial proposé est donc le suivant :

- Sept. 2019 – Dec. 2020 : Etat de l'art. Consolidation, validation et analyse de sensibilité des outils de caractérisation des propriétés physico-chimiques des aérosols à partir des mesures de télédétection aéroportées.

- Jan. 2021 – Sept. 2022 : analyse des processus de formation de la pollution particulaire secondaire à partir des mesures et de la modélisation numérique, retour d’expérience et évaluation de la méthodologie pour des applications satellitaires, publication des résultats (thèse et articles).

Profil

Ingénieur(e) ou étudiant(e) ayant un master en physique / géophysique / télédétection ; intérêt pour les sciences de l’atmosphère, la modélisation du transfert radiatif, la mesure radiométrique, le traitement d'images.

Description de la structure
Laboratoire d'accueil : ONERA DOTA Toulouse et Laboratoire d'Aérologie UMR5560
Directeur(rice) de thèse/recherche : Léon Jean-François
E-mail du directeur(rice) de thèse/recherche : jean-francois.leon@aero.obs-mip.fr
Responsable Cnes de l'offre : LONJOU Vincent

Pour postuler à cette offre, nous vous invitons à vous rapprocher du directeur/rice de thèse et compléter avec son aide la partie cofinancement  du formulaire en ligne (Répondre à l’offre)  pour le 1er avril 2019

 

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