Modélisation biophysique des émissions de NO par les sols agricoles, spatialisation et impact sur la chimie troposphérique à l'échelle régionale

Biogenic inventories used in atmospheric chemistry transport models (CTM) are simplified, because they are based on the application of emission factors which poorly integrate the influence of environmental conditions that govern NO emissions. The aim of this work was to improve the prediction of NO emissions from agricultural soils for use in the CHIMERE CTM. It is based on the agro-environmental model CERES-EGC, which allows to simulate the dynamics of nitrogen and water in the soilcrop system. The implementation of a parametrization of NO emissions and its tests with experimental data, showed that taking into account the first centimeters of soil to describe heat and matter transfers is crucial. The simulations of daily NO emissions showed a strong seasonal variability due to the climate and the crop practices conditions. We obtained a total of 1-4 kg N-NO ha-1, which represents an emission factor (E.F.) of 1-2% in relation to fertilizer doses. Next, we realized a map of NO emissions for the Ile de France area near Paris, using CERES-EGC, geographical information systems and a range of databases. The spatial distribution of soil types in the area induced an important variability of NO emissions. This work allows to quantify the total rates of NO emissions around 2.7 kt N-NO for 14 months and an averaged emission of 5.1 kg N-NO ha-1 (E.F. Of 3.4%). Lastly, maps on NO emissions were implemented into the regional version of CHIMERE in order to estimate the role of NO emissions into the production of O3. Results showed NO emissions contribute to ± 1-8 ppb of Ox on the photochemical formation. Their effects can be explained by the different photochemical regimes.Les inventaires d'émissions biogéniques dans les modèles de qualité de l'air sont peu adaptés, car basés sur l'utilisation de facteurs d'émission (FE) moyens ils intègrent partiellement les variables environnementales et techniques pilotant ces émissions. Le but de cette thèse a été d'améliorer la prise en compte des émissions de NO par les sols agricoles dans le modèle de chimie transport CHIMERE. Ce travail se base sur un modèle d'agro-écosystème CERES-EGC, qui simule la dynamique de l'azote dans le système sol-plante. Un module d'émission de NO y a été intégré et le test sur des données expérimentales a montré la nécessité de modéliser les échanges de masse et de chaleur près de la surface du sol. Des simulations annuelles ont révélé une variabilité saisonnière des émissions selon le climat et les pratiques culturales. Les émissions varient de 1 à 4 kg N-NO ha-1 sur un an, soit à des FEs de 1-2% selon les doses de fertilisation. Puis, une cartographie des émissions a été réalisée pour l'Ile de France, en combinant l'utilisation de CERES-EGC à des méthodes de systèmes d'information géographique et diverses bases de données. La prise en compte des pédopaysages de la région a fortement influencé les émissions. Notre approche conduit à des émissions totales de 2.7 kt N-NO sur 14 mois et à une moyenne de 5.1 kg N-NO ha-1 (FE de 3.4%). Enfin, l'outil a été couplé à CHIMERE afin d'évaluer l'impact des émissions de NOx par les sols sur la formation d'O3. L'influence des émissions s'explique par les régimes chimiques (perte d'Ox dans le panache urbain et production d'Ox supplémentaire aux alentours) et varie de 1 à 8 ppb d'Ox pour des concentrations de fond de 50 à 100 ppb