Analyse multi-instrumentale de l'influence de la variabilité de la hauteur de couche limite sur la distribution verticale des oxydes d'azote en région parisienne

Human activities, and therefore important sources of pollution, are concentrated in cities, giving them a major role in air quality and climate change. Quantifying the impact of urban emissions at the regional and global scale requires to characterize the export of anthropogenic urban pollutants. In the frame of this PhD thesis, we studied the distribution of nitrogen oxides (NOx) in Paris region, with a focus on the influence of boundary layer (BL) depth variability on their vertical distribution. To do this, we analyzed, compared and confronted measurements from ground-based and space-borne instruments: in-situ NO2 measurements from the AIRPARIF network, integrated NO2 content from the Qualair station UV-visible spectrometer SAOZ and from the space-borne instruments SCIAMACHY and GOME-2, BL depth from the Qualair station backscatter microlidar. The building-up of this database required numerous algorithmic developments, whether regarding the determination of BL depth from the lidar observations, or the filtration of SAOZ observations in presence of clouds. The combined study of BL depth and NOx distribution variability allowed us to clarify the relationships between ground-level concentration and integrated content, and underlined the interest of a ground-based and city-centered integrated content measurement to estimate the urban emissions of NOx. Furthermore, this work underlined the existence of strong vertical gradients in the urban BL, showing that the hypothesis of an homogeneous vertical profile often used in satellite inversions is irrelevant. Finally, we used the available observations to establish, analyze and discuss the conditions of validity of an empirical relationship linking the integrated content of NO2 in the BL to its surface concentration.Les villes concentrent les activités humaines, par là-même des sources de pollution importantes. Elles jouent un rôle majeur en matière de qualité de l'air et de changement climatique. Quantifier l'impact des émissions urbaines aux échelles régionale et globale nécessite de caractériser l'export des polluants anthropiques urbains. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la distribution des oxydes d'azote (NOx) en région parisienne, en particulier à l'influence de la variabilité de l'épaisseur de la couche limite sur leur distribution verticale. Pour ce faire, nous avons analysé, comparé et confronté les mesures d'instruments déployés au sol et dans l'espace : mesures in-situ de NO2 du réseau AIRPARIF, colonnes intégrées de NO2 du spectromètre UV-visible SAOZ de la station Qualair et des instruments spatiaux SCIAMACHY et GOME-2, hauteur de couche limite du microlidar rétrodiffusion de la station Qualair. La construction de cette base de données a nécessité de nombreux développement algorithmiques, qu'il s'agisse de déterminer la hauteur de couche limite à partir des observations lidar, ou de filtrer les observations du SAOZ en présence de nuages. L'étude combinée de la variabilité de la hauteur de couche limite et de la distribution des NOx a permis de préciser les relations entre concentrations au sol et contenus intégrés selon la verticale, et a souligné l'intérêt de disposer d'une mesure intégrée depuis le sol, et en centre ville, pour estimer les émissions urbaines de NOx. Par ailleurs, ce travail a mis en évidence l'existence de gradients verticaux de NO2 prononcés dans la couche limite urbaine, l'hypothèse d'un profil vertical uniforme, souvent utilisé lors des inversions satellite, n'étant pas pertinente. À partir des observations disponibles, nous avons enfin établi, analysé et discuté les conditions de validité d'une relation empirique permettant de relier directement le contenu intégré de NO2 dans la couche limite à sa concentration de fond en surface