Thèse Vers une Approche Multi-Modèles et Multi-Satellitaires pour Comprendre les Sources et Puits de Méthane en Arctique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France Laboratoire de recherche : Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement - DRF Direction de la thèse : Antoine BERCHET ORCID 0000000167090125 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59 Le méthane (CH) est le second gaz à effet de serre anthropique après le CO et contribue fortement au réchauffement climatique. Sa concentration atmosphérique résulte d'un équilibre entre émissions et destruction chimique, principalement par réaction avec le radical hydroxyl (OH), mais aussi avec O(¹D), le chlore stratosphérique et par dépôt au sol.
Les sources de méthane sont diverses : environnements anaérobies (zones humides, décharges, stations d'épuration, ruminants, termites), fuites liées aux combustibles fossiles et combustion incomplète de la biomasse. Leur variabilité spatiale et temporelle entraîne de fortes incertitudes sur les bilans globaux et l'attribution régionale des variations observées.
Les vastes zones humides de l'Arctique en font une région clé pour le bilan global du CH. Les émissions y présentent une forte saisonnalité : les sources anthropiques dominent en hiver, tandis qu'en été les émissions naturelles des zones humides et des surfaces en eau douce, parfois associées aux feux de biomasse, deviennent prépondérantes. L'Arctique est également l'une des régions les plus sensibles au changement climatique, avec un réchauffement plus rapide que la moyenne globale. Les environnements arctiques réagissent fortement aux variations de température, en particulier aux cycles de gel et de dégel, affectant la végétation, l'extension des zones humides et les conditions favorables à la production microbienne de méthane.
Le dégel du pergélisol et la possible déstabilisation des hydrates de méthane présents sur le plateau continental arctique pourraient, dans les décennies à venir, libérer des quantités importantes de CH, induisant une rétroaction positive sur le climat. Ces changements pourraient être rapides et concerner des stocks significatifs de méthane. Une meilleure quantification des émissions arctiques est donc essentielle pour réduire les incertitudes sur le bilan global du CH et mieux détecter les évolutions régionales liées au changement climatique.
Le sujet de thèse proposé s'appuie sur l'inversion atmosphérique, une méthode consistant à contraindre les flux de méthane à partir de mesures de concentrations atmosphériques et de modèles de transport. Les estimations actuelles en Arctique restent toutefois très incertaines en raison de la faible densité et de la discontinuité des réseaux de mesure au sol, liées aux conditions environnementales extrêmes et aux contraintes géopolitiques, notamment en Sibérie.
L'émergence d'une nouvelle génération d'observations satellitaires offre aujourd'hui des perspectives inédites. Les satellites Sentinel-5P et Sentinel-5 fournissent des cartographies estivales à haute résolution des colonnes de méthane, tandis que les instruments IASI et IASI-NG permettent un suivi tout au long de l'année. À moyen terme, la mission MERLIN, basée sur une technologie LIDAR active, apportera de nouvelles capacités d'observation.
Cette thèse vise à assimiler l'ensemble des données atmosphériques disponibles afin de réduire les incertitudes sur les sources et puits de CH en Arctique pour les années récentes. Elle explorera le potentiel combiné des observations satellitaires et développera des modèles simplifiés d'émissions des zones humides et des tourbières arctiques (SatWETCH, JSBACH-HIMELI), optimisés à l'aide de données environnementales et météorologiques. Ce travail posera les bases d'études prospectives sur l'impact du changement climatique sur les flux de méthane en Arctique. Les estimations actuelles en Arctique sont très incertaines en raison de la faible densité et de la discontinuité des réseaux de mesure au sol, liées aux conditions environnementales extrêmes et aux contraintes géopolitiques, notamment en Sibérie.
L'émergence d'une nouvelle génération d'observations satellitaires offre aujourd'hui des perspectives inédites. Les satellites Sentinel-5P et Sentinel-5 fournissent des cartographies estivales à haute résolution des colonnes de méthane, tandis que les instruments IASI et IASI-NG permettent un suivi tout au long de l'année. À moyen terme, la mission MERLIN, basée sur une technologie LIDAR active, apportera de nouvelles capacités d'observation. Mieux comprendre les facteurs gouvernant les émissions naturelles et anthropiques de méthane en Arctique afin d'améliorer les projections climatiques et attribuer le réchauffement actuel Cette thèse vise à assimiler l'ensemble des données atmosphériques disponibles afin de réduire les incertitudes sur les sources et puits de CH en Arctique pour les années récentes. Elle explorera le potentiel combiné des observations satellitaires et développera des modèles simplifiés d'émissions des zones humides et des tourbières arctiques (SatWETCH, JSBACH-HIMELI), optimisés à l'aide de données environnementales et météorologiques. Ce travail posera les bases d'études prospectives sur l'impact du changement climatique sur les flux de méthane en Arctique.

- Expérience ou fort intérêt pour les méthodes d'inversion (bayésiennes, assimilation de données) appliquées aux gaz à effet de serre et aux modèles de transport atmosphérique.
- Compétences en programmation (Python, Fortran, R ou équivalent), analyse de grandes bases de données, traitement de séries temporelles et données spatialisées.
- Intérêt pour les régions arctiques et compréhension des processus liés au pergélisol, aux cycles gel/dégel et aux rétroactions climat-biosphère.
- Maîtrise ou appétence pour l'exploitation de données satellitaires (Sentinel-5P, IASI/IASI-NG, MERLIN) : compréhension des produits, incertitudes, biais et validation.