Thèse le Rôle Émergent des Poussières Anthropiques dans le Système Climatique de l'Afrique Australe Concentrations Propriétés et Variabilité H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris Cité École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France Laboratoire de recherche : LISA - Laboratoire Interuniversitaire des Systèmes Atmosphériques Direction de la thèse : Paola FORMENTI ORCID 0000000203721351 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-01T23:59:59 Les modèles climatiques projettent que la charge en poussières désertiques en Afrique australe augmente à mesure que les températures s'élèvent et que les conditions de sécheresse s'intensifient. Cependant, l'ampleur et la composition de ces émissions, ainsi que leurs propriétés pertinentes pour le climat - en particulier celles de la fraction anthropique - ne sont pas caractérisées. Cela limite notre capacité à évaluer leurs impacts sur le climat actuel et futur de l'hémisphère Sud et à orienter des stratégies d'adaptation et d'atténuation efficaces face au réchauffement de l'Afrique australe.
Ce projet de thèse vise à évaluer, pour la première fois, les facteurs déterminants et les propriétés des émissions de poussières résultant de la pression anthropique et du changement climatique en Afrique du Sud. Le projet est interdisciplinaire et repose sur des observations de terrain et des expériences de laboratoire pour décrire la fréquence et la variabilité spatio-temporelle et les propriétés physico-chimiques des poussières émises par les sols nus à la suite des activités agricoles et des incendies de végétation en Afrique du Sud. Les particules de poussières minérales en suspension, issues de l'érosion éolienne des sols nus, peuvent voyager à travers les continents et les océans, en modifiant le bilan radiatif via les interactions aérosols-radiation, à la fois dans le spectre solaire et terrestre¹, par les interactions aérosols-nuages en conditions chaudes et glaciales²,³, et en modifiant l'état oxydatif de l'atmosphère, agissant comme source ou puits pour les espèces traces réactives. Par dépôt, la poussière constitue également une source majeure de nutriments, notamment de phosphore (P) et de fer (Fe), pour les écosystèmes, stimulant la productivité primaire et régulant les cycles biogéochimiques et le stockage du carbone.
La poussière anthropique (ADUST) est responsable du forçage climatique au sens du GIEC et provient des activités humaines (pâturages, agriculture, exploitation minière, fonderies...) modifiant l'usage des terres, mais également, de manière indirecte, des changements climatiques affectant la force du vent, la couverture végétale et les précipitations-¹¹. Le GIEC AR6 rapporte une grande confiance dans le fait que les émissions de poussière répondent aux changements climatiques et d'usage des terres, mais une faible confiance dans la quantification de cette réponse, si bien que la contribution d'ADUST aux émissions mondiales pourrait atteindre 60 %, mais reste très incertaine (plage 10-60 %).
Alors que les augmentations historiques de la charge en poussière pourraient avoir produit un forçage radiatif effectif de 0,07 ± 0,18 W m² entre 1841 et 2000, largement dû à la pression anthropique sur le climat et l'environnement, la plupart des modèles regroupent le forçage d'ADUST dans celui des émissions naturelles (NDUST),¹² ou ne représentent qu'un nombre limité de sources¹³,¹. La deuxième grande incertitude concerne les propriétés physico-chimiques et climatiquement pertinentes d'ADUST (minéralogie, distribution granulométrique, solubilité, absorption lumineuse, réactivité). Lors de l'émission, ces propriétés dépendent des caractéristiques des sols parents (minéralogie, taille des grains) et de l'intensité de l'érosion. Pendant le transport, la poussière peut subir des transformations chimiques et physiques lors de sa co-évolution et de son mélange avec les espèces atmosphériques émises simultanément¹,¹.
Au cours de la dernière décennie, des progrès considérables ont été réalisés pour contraindre les propriétés climatiquement pertinentes de NDUST pendant leur cycle de vie atmosphérique, mais il existe actuellement trop peu d'observations des propriétés d'ADUST pour évaluer leurs impacts¹¹. Ces considérations s'appliquent particulièrement à l'Afrique australe, source clé et émergente de poussière dans l'hémisphère Sud, où des nouvelles sources anthropiques (terrains agricoles, lacs en assèchement, conversion de bois en arbustes) apparaissent en raison de la sécheresse, de la perte de végétation et de la dégradation accélérée des sols par le déclin des bio-croutes superficielles¹, mais aussi à cause d'une forte pression anthropique due à l'urbanisation et à l'industrialisation rapides¹,². Malgré le manque actuel de connaissances sur ces émissions dans le climat présent et futur, leur impact potentiel sur l'hémisphère Sud pourrait être énorme. En effet, la poussière d'Afrique australe peut être transportée sur de longues distances vers l'Atlantique Sud, les océans Indien et Austral²,²-³, et jusqu'en Antarctique³¹, où elle pourrait représenter jusqu'à 8 % du dépôt total de poussière¹². Le projet de thèse vise à caractériser les poussières anthropiques, en identifiant leurs signatures chimiques spécifiques et leur émissivité de source. Ces informations sont essentielles pour comprendre comment ces poussières influencent le forçage radiatif, la formation des nuages et le dépôt de nutriments, et ainsi améliorer la représentation des interactions poussière-climat dans les modèles régionaux et globaux.
Le projet repose sur les protocoles établis au LISA. Des échantillons de sols superficiels seront prélevés dans les principales zones sources, incluant les zones agricoles de l'État libre et les sols de savane représentant les émissions post-incendie. Ces sols seront utilisés pour générer des aérosols de poussière en laboratoire sous conditions contrôlées, et les particules collectées sur filtres pour analyses chimiques et minéralogiques. Les analyses porteront sur les ions solubles dans l'eau, les nutriments clés, la solubilité des métaux, la composition minéralogique, les éléments de terres rares et les signatures isotopiques. La comparaison sols-aérosols permettra d'estimer le potentiel d'émissivité et d'évaluer les processus de fractionnement.
Ces données serviront à élaborer des profils chimiques spécifiques pour les principales sources de poussières anthropiques, permettant d'améliorer l'attribution des sources, la représentation de la composition et du transport de la poussière, et l'évaluation de leurs impacts radiatifs et biogéochimiques en Afrique australe.

Les candidat(e)s doivent avoir une formation en physique et chimie atmosphériques ainsi qu'en chimie physique expérimentale. Une forte motivation, de l'enthousiasme et une capacité à communiquer sont requises. Une bonne connaissance des langages de programmation (Python, R, IDL, ...) et de l'anglais (oral/écrit) est nécessaire.