Thèse de Gabriel Chenoiu

Soutenance de thèse de Gabriel Chenoiu - laboratoire LOA

Solar environment and atmopheric pollution particles in the Hauts-de-France region: recent evolution and future scenarios

Résumé :

Le rayonnement solaire incident en surface, principale source d'énergie pour la vie sur Terre et pour la ressource photovoltaïque, présente de fortes variabilités spatio-temporelles en raison notamment de l’influence des propriétés de l’atmosphère.

L'objectif principal de cette thèse est d'analyser la variabilité récente et l'évolution future de l'environnement solaire en région Hauts-de-France (HdF), caractérisée par une forte influence de conditions nuageuses et des niveaux significatifs de pollution particulaire.

Nous utilisons d’abord les mesures coïncidentes continues des propriétés optiques des aérosols et du rayonnement solaire incident à la surface effectuées à Lille entre 2010 et 2022. La mise au point d’une classification des conditions d’ensoleillement en trois catégories (ciel clair, ciel nuageux avec soleil visible ou non) permet d’obtenir des climatologies de l’environnement solaire par type de situations. Par ailleurs, l’utilisation d’une décomposition multivariée basée sur des simulations du transfert radiatif permet d’analyser l’influence de la variabilité des nuages et des aérosols atmosphériques sur celle de l’environnement solaire mesurée à Lille. Le printemps et l’été, deux saisons clefs en termes de ressource solaire, sont marquées par des conditions moins nuageuses et des concentrations en aérosols élevées. Au printemps, l’effet des aérosols est maximum, avec une réduction du flux global incident de l’ordre de -9 W/m² en moyenne (-23 W/m², en l’absence de nuages dans la direction du Soleil). Les aérosols modifient considérablement la partition entre le flux direct et diffus, augmentant la proportion de diffus d'un facteur 2 en moyenne en ciel clair. A Lille, notre analyse met également en évidence une tendance sur la période d’étude à l'augmentation des flux global et direct (de l’ordre de +4 W/m²/an) pour ces deux saisons, en lien notamment avec une diminution de la fréquence des conditions nuageuses.

Afin d’étendre spatialement l’étude menée à Lille à l’ensemble de la région HdF et ses environs, nous utilisons les simulations climatiques du modèle régional ALADIN-Climat incluant le schéma d’aérosol TACTIC. L'analyse d’un premier jeu de simulations en mode HINDCAST sur la période 2010-2020 montre des scores de comparaisons satisfaisants avec les mesures de flux et d'aérosols effectuées sur plusieurs sites de notre zone d'étude. Cette approche met également en évidence un maximum d’ensoleillement et de flux global au printemps et en été, en particulier sur le sud de la région d'étude, la Manche et la Mer du Nord, ainsi que des niveaux particulièrement élevés d’aérosols sur le Bénélux et la région HdF. De plus, la tendance récente à l'augmentation du flux global mesurée à Lille en lien avec la diminution de la fréquence des conditions nuageuses, est confirmée par ALADIN-Climat sur une large part de la région.
Enfin, nous analysons, à l’aide de trois jeux supplémentaires de simulations d’ALADIN-Climat en mode climatique, l’évolution future possible, au printemps et en été, de l’environnement solaire aux horizons 2050 et 2100, par rapport à la période 2005-2014, pour deux scénarios climatiques CMIP6 contrastés. Pour le scénario SSP1-1.9 relativement optimiste, ALADIN-Climat projette une augmentation du flux global au printemps et en été en 2100, en particulier sur l'Angleterre et l'est de la zone d’étude, en lien avec une diminution coïncidente de la fraction nuageuse et des aérosols. Pour le scénario SSP3-7.0 plus pessimiste, ALADIN-Climat simule au contraire une diminution significative du flux global sur l'ensemble de la zone pour les deux saisons, en lien avec une augmentation des aérosols et de la vapeur d’eau. En été, ALADIN-Climat simule une diminution de la couverture nuageuse qui compense, plus en 2050 qu’en 2100, ces premiers effets. Au printemps, les simulations projettent au contraire une augmentation de la couverture nuageuse, qui accentue la diminution du flux global dès 2050.

Mots clés : BILAN ENERGETIQUE,Plan Climat,RAYONNEMENT,ENERGIE SOLAIRE,changement climatique,POLLUTION