Étudiant.e en doctorat (h/f)

Solutions de verdissement pour réduire la chaleur urbaine – refroidissement local dans le contexte de la dynamique atmosphérique

Mission :
Ce projet évaluera le potentiel de refroidissement local des solutions de verdissement urbain à l'aide d'un cadre novateur qui caractérise systématiquement l'influence de la dynamique atmosphérique. Ce cadre systématique permet ensuite d'identifier plus précisément les effets locaux induits par la surface, afin de tirer des conclusions plus significatives sur les contrastes entre les zones végétalisées et les surfaces bâties. La dynamique atmosphérique sera quantifiée à l'aide de six indicateurs dérivés d'observations novatrices de profils atmosphériques par télédétection au sol.

Les risques liés à la chaleur pour la santé humaine et la mortalité sont exacerbés dans les zones urbaines, où les vagues de chaleur sont plus intenses et durent plus longtemps que dans les zones rurales. Le stress thermique chez l'homme est en partie lié à la température de l'air ambiant, mais d'autres facteurs tels que le rayonnement (solaire et thermique), l'humidité et le vent peuvent avoir des conséquences graves. Selon les conditions, ces processus peuvent contribuer à augmenter ou à aggraver l'inconfort et les risques pour la santé. L'un des moyens les plus largement utilisés pour lutter contre la surchauffe urbaine est la création d'espaces verts et le verdissement des rues. Les zones végétalisées peuvent fournir un refroidissement local grâce à l'ombrage et à l'évapotranspiration et réduire davantage la capacité de la surface à stocker la chaleur par rapport aux matériaux de construction imperméables (tels que le béton ou l'asphalte) qui sont disposés dans une morphologie tridimensionnelle de rues et de canyons. Ces mécanismes modifient les échanges énergétiques entre la surface et l'atmosphère (rayonnement solaire et rayonnement à ondes longues ; flux turbulents de chaleur sensible et latente ; échange d'impulsion) et sont influencés par la conception spécifique (par exemple, le choix et la disposition des espèces et des types de plantes) et la gestion (par exemple, la taille des arbres ; les besoins en irrigation) des solutions de verdissement, ainsi que par l'environnement bâti (par exemple, la densité urbaine du quartier ; émissions directes de chaleur anthropique). Outre les processus liés à la surface, les conditions météorologiques synoptiques et la dynamique de la couche limite atmosphérique (ABL) influencent également les contrastes observés entre les conditions microclimatiques des zones bâties et celles des espaces verts. Tous ces facteurs jouent un rôle dans le potentiel de refroidissement spécifique de la végétation urbaine, qui varie considérablement dans le temps et dans l'espace. Afin d'expliquer ces variations de manière systématique et de mieux quantifier les avantages climatiques des solutions de verdissement, il est nécessaire de mieux comprendre les interactions entre la dynamique de la couche limite atmosphérique et les effets induits par la surface à différentes échelles spatiales.

Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans la compréhension et la prévision des microclimats urbains, les implications de la dynamique atmosphérique dans des environnements hétérogènes restent un domaine de recherche important. Afin de caractériser la dynamique et les échanges d'énergie dans la couche limite atmosphérique, six indicateurs seront dérivés d'observations continues de profils atmosphériques par télédétection, à savoir l'advection horizontale, la stratification thermique, le mélange vertical, l'entraînement, les effets des nuages et les hauteurs de la couche limite. Ces indicateurs permettent de décrire le refroidissement et le réchauffement locaux dans le contexte des échanges radiatifs, ainsi que le transport vertical et horizontal de la chaleur, de l'humidité et de la quantité de mouvement. En incluant les informations provenant de la surface jusqu'au sommet de la couche limite atmosphérique, l'influence des processus synoptiques peut être isolée de celle des conditions de surface.
Grâce aux progrès réalisés dans le domaine des technologies de télédétection au sol et du développement d'algorithmes, ces observations de profil peuvent désormais être obtenues à partir de réseaux multi-capteurs répartis dans les zones urbaines. Une nouvelle approche synergique sera mise au point, combinant les observations de la stratification thermique à partir de radiomètres micro-ondes, les profils du vent et de la turbulence à partir de lidars Doppler, ainsi que les caractéristiques des nuages et la hauteur des couches d'aérosols à partir du télémètre. La zone d'étude de ce projet est la Région Île-de-France.

Activités principales :

• Cette recherche repose sur une analyse détaillée des mesures atmosphériques provenant d'un réseau multi-capteurs (télédétection et stations de surface) à l'aide d'analyses statistiques et d'une compréhension physique des processus atmosphériques.
• L'étudiant.e devra déterminer dans quelle mesure les conditions observées correspondent à la description actuelle de l'état de l'art de l'atmosphère urbaine et comment la synergie des mesures peut contribuer à faire progresser la compréhension détaillée des processus d'échanges entre la surface et l'atmosphère en milieu urbain.
• Les résultats doivent être publiés dans des publications scientifiques concises (articles de revues) et présentés lors de conférences scientifiques et de réunions de projet.
• Dans le cadre du projet, l'étudiant.e interagira avec une vaste communauté académique interdisciplinaire et contribuera également à des événements de sensibilisation et à des discussions avec les municipalités et d'autres parties prenantes (y compris le secteur privé). Nous attendons de l'étudiant.e qu'il/elle soit proactif dans ces activités de communication scientifique.
• Le projet implique un travail pratique avec des instruments de télédétection, en particulier des lidars Doppler, des télémètres. Les responsabilités comprennent la conception de stratégies de balayage, la maintenance et le dépannage des instruments, la documentation, ainsi que le développement de logiciels de traitement pour des produits de mesure avancés.


Contexte de travail

Contexte : Situation de l’emploi et conditions :
Le projet de doctorat est associé avec le projet Paris RÉUSS-I : inteGREEN, financé par l'ANR France 2030 PEPR Ville Durable et Bâtiment Innovant (VDBI). inteGREEN a pour l’objectif de fournir une évaluation intégrée de la végétation en milieu urbain, sous de multiples perspectives, notamment ses fonctions sociales et ses besoins d'usage, la santé écosystémique des espaces verts liée à l'écophysiologie végétale, la santé des sols et le cycle de l'eau, ainsi que son impact sur la santé humaine en relation avec les microclimats et la qualité de l'air. La thèse est une composante importante de ce projet multidisciplinaire et sera liée à d'autres thèses et travaux de recherche postdoctorale qui utilisent les résultats de ce travail et apporteront d'autre part des contributions, par exemple sur la réponse évaporative des plantes.

La fédération régionale de recherche « Institut Pierre Simon Laplace » (IPSL) est un institut de recherche universitaire qui fédère neuf laboratoires regroupant environ 1 400 membres avec, à parts égales, des chercheurs, des ingénieurs et des étudiants. Le poste sera rattaché au « Laboratoire de Météorologie Dynamique » (LMD) de l'École Polytechnique à Palaiseau dans l’équipe responsable du l'observatoire atmosphérique SIRTA; des échanges étroits sont prévus avec d'autres laboratoires scientifiques de l'IPSL. Le LMD-IPSL et le SIRTA dispose d'une expertise diversifiée en matière de processus climatiques urbains et de mesures atmosphériques effectuées à partir de nombreuses plateformes. La mise en œuvre des données a lieu au centre national de données AERIS, dont une unité est intégrée à l'IPSL.


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.