Sujet de thèse – Bilans d’azote en Afrique de l’ouest et centrale à l’aide de données satellites, mesures in situ et modélisation

L’azote (N) est un nutriment essentiel à la croissance des plantes, mais sa présence excessive dans l’environnement peut avoir des effets néfastes sur les écosystèmes et la santé humaine. Ceci constitue le paradoxe de l’azote, qui doit être ni trop, ni trop peu présent dans l’environnement. Les stocks et flux d’azote sont affectés par le changement d’occupation des terres ainsi que par la gestion agricole. L’exploitation ou l’appauvrissement des sols peuvent entrainer une perte de fertilité. 

Les apports et exports d’azote d’un système donné, qui définissent les bilans d’azote, peuvent aider à informer les agriculteurs, les consommateurs et les décideurs politiques. Ces bilans sont également nécessaires dans les systèmes semi-naturels, où ils fournissent des informations précieuses sur les cycles biogéochimiques.

En Afrique Sub Saharienne (ASS) le défi consiste à augmenter les rendements pour garantir la sécurité alimentaire en augmentant les apports d’engrais (synthétique ou organique), sans augmenter les pertes vers l’environnement 

Ce sujet de thèse s’inscrit dans les thématiques de préservation de l’environnement et des services écosystémiques, dans la recherche de politiques d’atténuation des effets du changement climatique et de l’anthropisation et dans la gestion durable des ressources. Ce sujet est pluridisciplinaire, et se place à l’interface entre la physico-chimie de l’atmosphère, la biogéochimie des surfaces continentales, l’écologie et les politiques publiques. 

Le travail de l’étudiant-e en thèse s’articulera autour de trois axes :

• L’analyse et la validation de données satellites permettant de quantifier et qualifier les variables qui influencent les émissions et dépôts d’azote depuis et vers la surface. Il s’agira ici de récupérer, traiter et comparer les produits satellites de cartes d’occupation de sol, de type de végétation, d’humidité de surface, de précipitations, de concentration de composés azotés, de surfaces brulées, afin de mieux visualiser leur répartition à l’échelle de l’Afrique de l’ouest et centrale. 
• La modélisation couplée de climat régional CLM-RegCM pour simuler les flux à l’échelle régionale, et leur impact sur la physicochimie de l’atmosphère. L’étudiant-e utilisera dans un premier temps les résultats déjà obtenus, et pourra également modéliser des scénarios futurs d’occupation des sols et de leur impact sur les bilans d’azote atmosphérique. 
• L’utilisation de mesures in situ de concentrations de composés azotés à la surface sous forme gazeuse et particulaire et dans la pluie, leur évolution temporelle et spatiale à partir des mesures du réseau INDAAF (International Network to study Deposition and Atmospheric chemistry in AFrica).

Les données satellites permettront de suivre de manière dynamique l’évolution temporelle des variables de surface qui influencent les émissions et dépôts d’azote ainsi que les concentrations atmosphériques (axe 1). Les résultats de modèle issus de l’axe 2 seront explicitées par rapport aux variables de forçage et d’entrée du modèle et validées par les données in-situ (axe 3). Le bilan d’azote atmosphérique en région ouest africaine et centrale sera estimé à partir des émissions et dépôts de composés azotés calculés par le modèle en chaque point du domaine, afin de mettre en évidence les zones où l’azote est en excès, et celles où il est en déficit. 

Ce sujet de thèse relie les sciences de l’environnement, la télédétection, la modélisation environnementale et la gestion des cycles biogéochimiques. Ce projet permettra de proposer des solutions de gestion de l’azote en Afrique de l’ouest et centrale à destination des politiques publiques, participant ainsi à un double objectif : améliorer la sécurité alimentaire et réduire la pollution de l’air, de l’eau et des sols.

Ce projet s’inscrit ainsi dans les priorités de la recherche française en matière d’agroécologie, de durabilité et de coopération scientifique internationale.

Contact au LAERO : Claire Delon

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