Propriétés physico-chimiques des poussières de hautes latitudes // physicochemical properties of high-latitude dust

Topic description

L'Arctique est la région du monde qui subit les effets les plus rapides et intenses du changement climatique. Les poussières de haute latitude (ou high latitude dust, HLD) émises par érosion éolienne des sols sont un élément émergent et potentiellement crucial pour l'écosystème arctique. Les sources naturelles d'HLD incluent les sédiments glaciaires qui apparaissent progressivement à la suite du recul des glaciers et de la réduction de la couverture neigeuse sur différentes régions autour de l'océan Arctique. Les sources anthropiques sont liées particulièrement aux activités d'extraction minière, qui attirent de plus en plus l'attention au Groenland et Canada et dont l'importance est censée croître au cours des prochaines années. Les sources de HLD sont estimé couvrir plus de km2, et etre potentiellement actives pendant la majeure partie de l'année en raison d'un climat sec, absence de végétation et de vents très forts pouvant disperser la poussière sur de vastes zones.
Les HLD présentent des effets divers sur les compartiments terrestres, atmosphériques, marins et cryosphériques. Notamment, elles peuvent influencer la disponibilité en lumière via l'absorption et diffusion du rayonnement atmosphérique. Déposé sur la surface, en tant que particule absorbant, les HLD peuvent accélérer la fonte des glaces. Les HLD peuvent également affecter les cycles biogéochimiques et la productivité primaire via l'apport de nutriments aux écosystèmes terrestres et marins. Les poussières peuvent appauvrir (lorsqu'elles sont émises) et enrichir (lorsqu'elles sont déposées) la surface avec une large gamme de macro et micronutriments, incluant des micro-organismes, des matières organiques, ainsi que des métaux lourds et des toxines qui peuvent etre adsorbés par les écosystèmes récepteurs.
L'impact des HLD sur l'écosystème Arctique, sa contribution aux changements climatiques régionaux et son influence sur l'environnement et la biodiversité reste à ce jour inconnu. Ce manque de connaissances est particulièrement critique si l'on considère que le rôle des HLD dans l'environnement arctique devrait progressivement s'accroître au cours des prochaines années en raison de l'augmentation des émissions dans un climat qui se réchauffe, due à la fois à l'exposition croissante des sources naturelles et à l'impact croissant des activités anthropiques.
Ce projet de thèse vise à progresser dans la caractérisation des HLD dans l'Arctique par une investigation expérimentale de leurs propriétés physico-chimiques à l'aide d'approches de laboratoire de pointe. Le travail de thèse portera en particulier sur leur composition inorganique et organique, espèces solubles, métaux et isotopes, qui ont une incidence sur les impacts écologique et traçabilité des HLD, ainsi que sur leurs propriétés spectrales d'absorption de la lumière, de relevance pour le transfert radiatif atmosphérique et la réflectivité de la neige. Les travaux de doctorat s'appuieront sur des expériences originales menées dans la chambre de simulation CESAM du LISA ( une infrastructure de classe mondiale permettant d'étudier les aérosols dans des conditions réalistes. L'étude ciblera les aérosols HLD générés à partir d'échantillons de sols naturels collectés dans des régions différents de l'Arctique. Le travail inclura des analyses chimiques avancées et modélisation optique pour restituer, à partir des mesures expérimentales, les paramètres de relevance pour le transfert radiatif et la télédétection, tels que l'indice de réfraction complexe ou leur absorption massique.
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The Arctic is the region of the world experiencing the fastest and most intense effects of climate change. High-latitude dust (HLD), emitted through wind-driven erosion of soils, is an emerging and potentially crucial component of the Arctic ecosystem. Natural sources of HLD include glacial sediments that are progressively exposed as a result of glacier retreat and reduced snow cover across various regions surrounding the Arctic Ocean. Anthropogenic sources are mainly associated with mining activities, which are attracting increasing attention in Greenland and Canada and are expected to grow in importance in the coming years. HLD sources are estimated to cover more than, km² and may remain active for most of the year due to a dry climate, lack of vegetation, and very strong winds capable of dispersing dust over large areas.
HLD exerts a wide range of effects on terrestrial, atmospheric, marine, and cryospheric compartments. In particular, it can influence light availability through absorption and scattering of atmospheric radiation. When deposited on the surface, HLD particles act as light absorbers and can accelerate ice and snow melt. HLD can also affect biogeochemical cycles and primary productivity by supplying nutrients to terrestrial and marine ecosystems. Dust emissions may deplete surface soils at the source regions and enrich receiving environments upon deposition with a broad range of macro- and micronutrients, including microorganisms, organic matter, as well as heavy metals and toxins that can be adsorbed by recipient ecosystems.
To date, the impact of HLD on the Arctic ecosystem, its contribution to regional climate change, and its influence on the environment and biodiversity remain largely unknown. This lack of knowledge is particularly critical given that the role of HLD in the Arctic environment is expected to increase in the coming years due to enhanced emissions under a warming climate, driven by both the increasing exposure of natural sources and the growing impact of anthropogenic activities.
This PhD project aims to advance the characterization of HLD in the Arctic through an experimental investigation of their physicochemical properties using state-of-the-art laboratory approaches. The doctoral work will focus in particular on their inorganic and organic composition, soluble species, metals, and isotopes, which influence both the ecological impacts and the traceability of HLD, as well as on their spectral light-absorption properties, which are relevant for atmospheric radiative transfer and snow albedo. The research will be based on original experiments conducted in the CESAM simulation chamber at LISA ( a world-class facility designed to study aerosols under realistic conditions. The study will target HLD aerosols generated from natural soil samples collected in different Arctic regions. The work will include advanced chemical analyses and optical modeling to derive, from experimental measurements, parameters relevant for radiative transfer and remote sensing, such as the complex refractive index and mass absorption efficiency.
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Début de la thèse : 01/10/

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Funding further details

Financement d'un établissement public Français