Thèse Dynamiques de l'Agrégation Convective des Panaches Thermiques à la Mésoéchelle. H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris Cité École doctorale : Physique en Ile de France Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique de l'École normale supérieure Direction de la thèse : Bruno ANDREOTTI ORCID 0000000183286232 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-15T23:59:59 L'imagerie satellitaire, les mesures in situ et les simulations numériques ont révélé que la
convection atmosphérique, tant profonde que peu profonde, s'accompagne parfois d'une agrégation
spontanée des nuages (Muller and Held 2012, Muller and Bony 2015, Bony et al. 2020, Holloway et
al. 2017, Wing et al. 2017, Wing et al, 2020). Cette organisation spatiale impacte significativement
la circulation atmosphérique, les régimes de précipitations extrêmes et le climat (Fildier et al. 2021,
Muller et al. 2022). Lorsqu'elle se manifeste à méso-échelle (10 à 200 km) elle est associée à des
patterns nuageux très caractéristiques (Stevens et al. 2020) et des circulations pouvant perdurer
plusieurs heures (George et al. 2021, George et al. 2023) dans les régions d'alizés. Malgré
l'effervescence notable que ce domaine de recherche a suscité dans la communauté, de nombreuses
zones d'ombres demeurent sur les mécanismes qui pilotent l'établissement et le maintien dans le
temps de ces organisations nuageuses. Ce projet de thèse s'attaque précisément à cette question.
L'approche scientifique combine expériences en laboratoire, analyse de simulations numériques et
analyse de données issues de campagnes d'observation. Plus spécifiquement, l'enjeu est de
comprendre l'altitude maximale pouvant être atteinte par les nuages, comment les nuages
précédents et les nuages voisins influencent cette altitude et comment intervient l'écoulement
moyen. Les nuages ne sont pas de simples traceurs passifs ; ils impactent de manière très significative les circulations atmosphériques via leurs effets radiatifs et thermodynamiques. Actuellement, ils constituent l'une des sources d'incertitude majeures dans les modèles climatiques contemporains.
Récemment, les campagnes d'observation (notamment EUREC4A) ont mis en lumière une propension des cumulus d'alizés à s'agréger de manière spontanée au-dessus d'étendues océaniques homogènes. Cette organisation spatiale à méso-échelle, catégorisée selon quatre motifs typiques ('Sugar', 'Gravel', 'Fish', et 'Flowers'), joue un rôle crucial dans la régulation climatique planétaire (modification de l'albédo, régimes de précipitations). Pourtant, malgré ces observations, les mécanismes physiques et les interactions multi-échelles qui sous-tendent l'émergence et la persistance de ces agrégations demeurent largement méconnus. Ce projet de thèse vise à comprendre les mécanismes fondamentaux qui pilotent l'établissement et le maintien des organisations nuageuses à méso-échelle, associées à l'agrégation convective. L'enjeu spécifique est notamment de déterminer l'altitude maximale pouvant être atteinte par ces nuages de convection. Pour ce faire, ce travail évaluera les influences respectives des nuages voisins, des nuages précédents par le biais d'effets de mémoire (préconditionnement de l'environnement), ainsi que le rôle de l'écoulement moyen sur l'évolution de ces cellules convectives. Enfin, il s'agira d'identifier avec précision les processus physiques qui régissent les transitions entre les différents motifs d'organisation spatiale observés à cette échelle. Pour répondre à ces problématiques, la thèse déploiera une méthodologie innovante reposant sur trois approches complémentaires:
- Approche expérimentale : Poursuite et complexification d'un dispositif expérimental de laboratoire ('nuage analogue') développé pour reproduire et étudier la dynamique des panaches convectifs dans un environnement contrôlé. Des mesures de pointe (anémométrie Doppler, thermographie infrarouge) seront utilisées pour quantifier l'entraînement latéral et les interactions entre panaches adjacents.

- Approche numérique : Utilisation du modèle atmosphérique haute résolution Meso-NH pour réaliser des simulations des tourbillons (LES - Large Eddy Simulation). Cela permettra de caractériser la dynamique des nuages individuels et d'établir des lois d'échelle.

- Approche observationnelle : Analyse des données à très haute résolution issues de campagnes in situ et de télédétection (EUREC4A et MAESTRO) pour identifier les motifs d'organisation dans l'atmosphère réelle et contraindre nos modèles conceptuels.

Le candidat ou la candidate devra être titulaire d'un Master 2 (ou équivalent) en physique, mécanique des fluides ou sciences de l'atmosphère, avec un goût prononcé pour la recherche fondamentale et l'interdisciplinarité. Les compétences suivantes sont attendues :

- Physique expérimentale : Une expérience préalable en laboratoire expérimental est fortement souhaitée. La maîtrise d'outils expérimentaux tels que l'anémométrie par image de particules (PIV) ou la thermographie infrarouge serait un atout. La maîtrise du traitement de données est indispensable.

- Modélisation et calcul : De solides bases en analyse de données et en programmation (Python, Matlab ou Fortran) sont nécessaires pour le traitement des résultats expérimentaux et l'utilisation de modèles numériques (type Meso-NH).

- Qualités personnelles : Rigueur scientifique, autonomie, capacité d'initiative et aptitude à communiquer ses travaux dans un environnement de collaboration internationale. Un excellent niveau d'anglais scientifique (écrit et oral) est requis.