Thèse - Modélisation globale du cycle de l’azote au sein du système Terre (H/F)

Sujet de thèse :
L’azote réactif (Nr) sous forme d’engrais joue un rôle essentiel sur la productivité des écosystèmes cultivés. Cet apport d’azote engendre l’accumulation d’azote sous de multiples formes de composés réactifs et l’augmentation des flux d’azote associés aux nombreuses réactions dans lesquelles ces composés sont impliqués. C’est ce qu’a défini Galloway et al. (Galloway et al., 2003) sous le terme de cascade de l’azote. Ainsi, les composés azotés (NH3, NOx, N2O), principalement émis par le secteur agricole, sont également des composants importants pour la chimie atmosphérique et, directement ou indirectement, pour le climat. L’ammoniac (NH3) peut réagir avec l’acide sulfurique ou l’acide nitrique pour former de fines particules (PM2.5) qui ont des conséquences sur le climat (par leurs effets radiatifs) et sur la santé. Le N2O, en tant que gaz à effet de serre, a un impact sur le bilan radiatif, et les NOx, précurseurs de l'ozone troposphérique, contribuent à détériorer la qualité de l’air. En retour, les dépôts atmosphériques d’azote sous forme réduite (NHx) et oxydée (NOx) favorisent la productivité des écosystèmes terrestres et océaniques, en agissant comme des fertilisants.
De nombreux travaux ont récemment mis en évidence la perturbation majeure du cycle de l’azote par les activités humaines au sein des différents réservoirs du système Terre (Erisman et al., 2013; Tian et al., 2020). Les études s’appuyant sur des approches de modélisation sont pour l’essentiel menées à l’échelle d’un seul réservoir (atmosphère, surfaces continentales, ou océans) avec des données d’inventaires ou issues d’autres modélisations comme contraintes aux limites du système étudié. Ces travaux provenant d’un assemblage d’études « mono-composante » peuvent être sources d’incohérence et ne permettent pas d’étudier de façon interactive les rétroactions entre grands réservoirs dans un environnement perturbé, avec le changement climatique et l’utilisation accrue d’engrais azotés. Dans le cadre de la thèse proposée, nous souhaitons donc remédier à cette limitation en développant une modélisation interactive du cycle de l’azote à l’échelle globale dans un modèle de système Terre et ainsi ouvrir de nouveaux champs d’applications.
L’objectif de cette thèse sera de quantifier les échanges d’azote entre l’atmosphère, la biosphère continentale et les océans au travers d’une modélisation intégrée. Ce travail se fera pour la période historique ainsi que pour différents scénarios futurs d’évolution socio-économique, en particulier du secteur agricole. Pour ce faire on s’appuiera sur la modélisation numérique développée à l’IPSL (Boucher et al., 2020) et en particulier sur les récents développements ayant abouti à une modélisation interactive des émissions d’ammoniac entre les composantes « surfaces continentales » (modèle ORCHIDEE) et « chimie atmosphérique » (modèle INCA) du modèle de système Terre de l’IPSL (Beaudor,
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