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«Etude de la composition isotopique (deutérium et oxygène 18) de la vapeur d’eau à Niamey (Niger) : vers une meilleure compréhension des processus atmosphériques en Afrique de l’ouest» par Guillaume Tremoy

Présentée par : Guillaume Tremoy Discipline : Météorologie, Océanographie Physique de l'Environnement Laboratoire : LSCE

Résumé :
Les isotopes stables de l’eau constituent un outil intéressant pour étudier les variations passées et actuelles du cycle de l’eau. Sous les tropiques, la convection est un facteur important agissant sur la composition isotopique (18O, D) de l’eau. Néanmoins, plusieurs questions subsistent sur la compréhension du signal isotopique, notamment en raison d’un manque de données dans la phase vapeur. Le but de cette thèse est d’une part de mesurer en continu pour la première fois au Sahel la composition isotopique de la vapeur d’eau en surface, puis de déterminer quelle est la valeur ajoutée de telles mesures pour l’étude du cycle de l’eau atmosphérique de la mousson africaine. Dans un premier temps, nous présentons notre protocole de mesure, à travers plusieurs tests réalisés en laboratoire avec une technologie laser récemment commercialisée. L’installation d’un instrument laser à Niamey (Niger) nous a permis d’acquérir des mesures pendant plus de deux ans. Nous discutons ces données à différentes échelles de variabilité. A l’échelle saisonnière, nous soulignons le rôle prépondérant de l’activité convective pendant la mousson et de la dynamique de grande échelle. Nous mettons en évidence de forts modes de variabilité intra-saisonniers évoluant au cours de l’année, illustrant le caractère intégrateur de la composition isotopique de la vapeur vis-à-vis de la convection pendant la mousson, et le rôle des interactions entre la circulation atmosphérique et les téléconnexions tropiques/extra tropiques pendant la saison sèche. Nous discutons aussi de la variabilité diurne et des informations que peuvent nous apporter ces mesures sur les processus convectifs.

Abstract :
Water stable isotopes are a useful tool to investigate past and present-day atmospheric water cycle. If the isotopic composition (18O, D) of tropical precipitation is strongly affected by convective processes at different timescales, large uncertainties remain in the understanding of its variability, since a variety of factors can control , from local to large-scale processes. One way to better understand the atmospheric controls on the isotopic composition of precipitation is to monitor that of the water vapor in parallel. The goal of this thesis is to monitor continuously for the first time the near-surface water vapor isotopic composition in the Sahel region, and second to study what is the added value of such measurements for investigating the atmospheric water cycle of the West African Monsoon. First, we present our measurement protocol, through several experimental results conducted in laboratory. We have set up a commercially available laser instrument in Niamey (Niger) and monitored the isotopic composition of water vapor during more than two years. Then, we present and discuss the data, through several temporal scales of variability. We show that the water vapor isotopic composition is strongly impacted by convection during the monsoon period, and large-scale dynamics during the dry season. It also records strong intraseasonal fluctuations that could be linked to convection modes of variability during the monsoon, and interactions between atmospheric circulation and tropical/extratropical teleconnections during the dry season. We also discuss diurnal variations, and investigate the variability at the scale of the rain events.
Informations complémentaires
Bernard FONTAINE, Directeur de Recherche, au Centre de Recherches de Climatologie - CNRS UMR 5080 - Dijon - Rapporteur
Jean-Luc MICHELOT, Directeur de Recherche, à l’Université Paris Sud 11 - UMR 8148 «IDES» - Orsay - Rapporteur
Françoise VIMEUX, Chargée de Recherche, Habilitée à Diriger des Recherches, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement, Gif-sur-Yvette et à L'Institut de Recherche pour le Développement/ Laboratoire HydroSciences Montpellier - Directeur de thèse
Sandrine BONY, Directeur de Recherche, à l’Université Pierre et Marie Curie - Laboratoire de Météorologie Dynamique - Paris - Examinateur
Philippe BOUSQUET, Professeur des Universités, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire des Sciences, du Climat et de l’Environnement (LSCE) - Gif/Yvette - Examinateur
Eric KERSTEL, Professeur des Universités, à l’Université Joseph Fourier de Grenoble/Laboratoire Interdisciplinaire de Physique - Grenoble - Examinateur
Serge JANICOT, Directeur de Recherche, Université Pierre et Marie Curie/Laboratoire LOCEAN - Paris - Invité
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