Impact des lancements spatiaux sur le climat et l'environnement

Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE)

CEN Saclay - Orme des Merisiers - Bat. 714

F-91191 Gif-sur-Yvette CEDEX - France

Si l'utilisation de l'espace est cruciale pour comprendre le changement climatique, l'augmentation drastique du nombre de lancements rend urgent de comprendre et d'atténuer les impacts environnementaux potentiels des activités spatiales elles-mêmes, en particulier ceux des lanceurs. Ces activités entraînent l'injection de polluants et de dioxyde de carbone (CO₂) dans toutes les couches atmosphériques, ce qui affecte le climat ainsi que l'ozone stratosphérique. L'ablation lors de la rentrée atmosphérique et les lancements de fusées produisent tous deux des particules d'alumine (Al₂O₃) et de l'azote réactif gazeux (NOx). Les lancements de fusées émettent également du noir de carbone (BC), du chlore gazeux, de la vapeur d'eau, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone (CO₂). Dans le cadre de ce stage, un inventaire des émissions dues aux lancements de fusées et aux rentrées atmosphériques des satellites sera introduit dans le modèle global de chimie-climat LMDZ-INCA, afin d'étudier l'impact de ces émissions sur la composition chimique de l'atmosphère et sur le climat.

Le stage se déroulera en plusieurs étapes. Dans un premier temps, après un travail bibliographique, un inventaire des principaux polluants (CO₂, NOx, Clx, BC, Al₂O₃, H₂O) émis par les lancements de fusées et les rentrées atmosphériques des satellites sera analysé à l'aide de programmes Python. Ces émissions seront ensuite préparées à l'aide du préprocesseur FORTRAN INCAflx, en vue de leur utilisation dans le modèle global LMDZ-INCA.

Dans un deuxième temps, nous effectuerons des simulations du modèle global de chimie-climat LMDZ-INCA afin de déterminer l'impact de ces émissions sur la composition chimique de l’atmosphère. Nous nous intéresserons plus particulièrement aux perturbations des champs des principales espèces gazeuses (NOx, Clx et H₂O), ainsi qu'à leur impact sur l'ozone dans la mésosphère et la stratosphère. Nous étudierons également l'impact sur les concentrations simulées de carbone suie qui ont un pouvoir réchauffant dans l’atmosphère. Ces perturbations de la composition chimique de l'atmosphère seront ensuite utilisées pour calculer les perturbations radiatives (forçages radiatifs), afin de quantifier l'impact potentiel sur le climat.

Les étages centraux et les carénages des fusées sont composés à 70 % d'aluminium. Lors de la dégradation de ces éléments dans l’atmosphère, l’aluminium ablaté se transforme en alumine (Al₂O₃). Cette alumine a le potentiel de détruire l’ozone stratosphérique et d'absorber le rayonnement infrarouge, ce qui exerce un forçage radiatif positif (réchauffement). Si le temps le permet, nous introduirons l’alumine dans le modèle LMDZ-INCA afin de compléter ces études d’impact des émissions sur la composition et le climat.

Ce stage est financé par l’Institut d’Aéronautique et d’Astronautique de l’Université Paris-Saclay et pourra le cas échéant déboucher sur une thèse dans le cadre du doctoral network Marie Curie SLICE Space Launch Impact on Climate and Environment.

NATURE DU SUJET :

Théorie : Un peu

Modélisation num. : Beaucoup

Expérimentation : Pas du tout

Analyse de données : Un peu

Instrumentation : Pas du tout