Les feux de biomasse, et plus particulièrement les feux non contrôlés (« wildfires »), sont au cœur de nombreuses interactions entre biosphère continentale et atmosphère de par leur influence sur les cycles biogéochimiques, le climat et l’équilibre chimique de l’atmosphère. En plus de l’impact social et économique des feux, la pollution atmosphérique résultant de l’émission de nombreux gaz traces et aérosols (e.g. Turquety et al., 2020), altère fortement la qualité de l’air. D’après les estimations récentes, 1,5 millions de décès prématurés par an dans le monde sont attribués aux feux de biomasse (Xu et al., 2024). L’augmentation de la fréquence et de la sévérité des feux met à mal les efforts de réglementation de la qualité de l’air dans de nombreuses régions (e.g. Ehret et al., 2024). Les mégafeux, associés à des conditions météorologiques extrêmes (sécheresses prolongées, vagues de chaleur), dégagent suffisamment d’énergie pour renforcer ou déclencher la convection (on parle de pyroconvection), favorisant en retour la propagation des incendies (orages, vents de surface renforcés, …). Ces conditions conduisent à des événements particulièrement difficiles à contrôler et des panaches de pollution extrêmement denses. La pyroconvection peut injecter la fumée à très haute altitude, ce qui modifie fortement les chemins de transport, l’impact à la surface, le bilan radiatif et l’évolution chimique des panaches.

Si les feux sont pris en compte dans la plupart des modèles de chimie-transport, l’estimation de leur impact demeure très difficile du fait de fortes incertitudes sur les quantités émises, sur l’altitude des panaches et l’évolution chimique au cours du transport (production d’ozone et d’aérosols secondaires notamment). Les observations satellitaires offrent un outil précieux pour l’étude des feux et de la pollution associée, très variable et souvent localisée loin des réseaux d’observation au sol. Le monoxyde de carbone (CO) et l’épaisseur optique des aérosols (AOD) sont communément utilisés pour suivre le transport à longue distance des panaches. Par exemple, Ehret et al. (2024) ont mis en évidence une nette augmentation du nombre de panaches intenses de CO et d’aérosols dans l’hémisphère Nord, en lien avec une augmentation des feux intenses sur la période 2008-2023. Des espèces chimiques plus réactives sont également observées dans les panaches de feux, dont plusieurs composés critiques pour l’étude de l’équilibre chimique de la troposphère : composés organiques volatiles (e.g. Franco et al., 2018), acide nitreux (Franco et al., 2024), ammoniac (e.g. Whitburn et al., 2017), dioxyde d’azote (e.g. Griffin et al., 2021) et ozone. En complément, les mesures LIDAR apportent une information sur les structures verticales des aérosols.

L’objectif de ce stage est d’analyser la composition chimique en fonction de l’altitude des panaches de feux et de l’âge des masses d’air, en se basant sur l’exploitation de la mission IASI/METOP (https://cnes.fr/projets/iasi, https://iasi.aeris-data.fr/).

Travail prévu pendant le stage :
Le stage exploitera une base de données des panaches extrêmes de CO détectés par IASI construite pendant la thèse d’Antoine Ehret (Ehret et al., 2024), en conjonction avec les observations d’altitude des panaches et des concentrations de composés réactifs. Les principales étapes sont brièvement décrites ci-dessous :

1.     Une analyse des observations d’altitude des panaches IASI et CALIOP permettra de choisir quelques cas d’étude caractéristiques avec un transport dans la moyenne troposphère ou la stratosphère. Les caractéristiques des feux et la stabilité de l’atmosphère seront examinées pour les cas de pyroconvection documentés dans la littérature, avant d’étendre l’étude à toute la période IASI (2008-2024).

2.     La composition chimique dans les panaches sera étudiée en fonction de l’altitude des panaches et de la quantité de CO mesurée (intensité du panache), en exploitant les observations IASI des composés suivants : ozone (O3), ammoniac (NH3), méthanol (CH3OH), acide formique (HCOOH), acide acétique (CH3COOH), PAN (CH3CO(O2)NO2), éthylène (C2H4), acide nitreux (HONO). L’observation des gaz traces étant intégrée sur la verticale, la sensibilité verticale des données IASI pour les différents gaz traces analysés devra également être considérée.

3.     Une analyse préliminaire de la composition chimique des panaches en fonction de l’âge des masses d’air sera réalisée. Les rapports de concentration proches des zones d’incendie pourront être comparés aux rapports de facteurs d’émission utilisés pour la construction d’inventaires d’émission (dont APIFLAME) (e.g. Andreae, 2019).

Ces étapes seront ajustées en fonction de la durée du stage.