Soutenance de thèse de Michael Bell (INRA SAS)


 AHLeGall    18/12/2017 : 22:55

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Le lundi 18 décembre 2017 à 13:30, à Agrocampus Rennes (amphithéâtre Moule, Batiment 11, Agrocampus Ouest centre de Rennes, 65 rue de St Brieuc), Michael Bell soutient sa thèse intitulée "Emission, dispersion et dépôt d'ammoniac de l'échelle de la parcelle à l’échelle du paysage"

Le lundi 18 décembre 2017 à 13:30, à Agrocampus Rennes (amphithéâtre Moule, Batiment 11, Agrocampus Ouest centre de Rennes, 65 rue de St Brieuc), Michael Bell soutient sa thèse intitulée "Emission, dispersion et dépôt d'ammoniac de l'échelle de la parcelle à l’échelle du paysage"


Jury :

Edith Le Cadre, Présidente, Professeur Agrocampus
Claire Delon, Rapporteure, HDR, Laboratoire d’Aerologie Toulouse
Karine Sartelet, Rapporteure, HDR, CEREA, École des Ponts ParisTech
Christof Ammann, Examinateur, Agroscope Zürich
François Gautier, Examinateur, INERIS, Verneuil-en-Halatte
Benjamin Loubet, INRA-ECOSYS Grignon, Directeur de thèse
Pierre Cellier, Examinateur, INRA-ECOSYS, Grignon
Chris Flechard, Encadrant, INRA-SAS



Résumé
Les émissions d’ammoniac (NH3) atmosphérique sont impliquées dans un certain nombre d’impacts environnementaux allant de la pollution d’écosystèmes terrestres et aquatiques sensibles, à la dégration de la qualité de l’air et aux émissions indirectes de protoxyde d’azote (N2O). Provenant en très grande partie des activités d’élevage, les émissions d’NH3 et leurs impacts sont extrêmement variables dans l’espace, depuis la perspective d’une source agricole jusqu’à l’échelle régionale ou continentale. En partie, cette hétérogénéité spatiale est dûe à la solubilité et la réactivité de la molécule NH3 et les processus de dépôt qui en découlent, conduisant à une durée de vie atmosphérique très courte. La complexité des sources d’émission entraine donc la nécessité de mener des investigations aux échelles de mesure les plus petites possibles d’un point de vue pratique, qui peuvent s’avérer être une seule parcelle ou un seul bâtiment. Cependant, la nature composite des systèmes d’élevage peut représenter un défi considérable lorsqu’il s’agit d’intégrer les sources à l’échelle d’une ferme entière, ou d’un petit paysage aux multiples exploitations.

L’application de la modélisation inverse de la dispersion, couplée à des mesures de concentrations atmosphériques, est potentiellement le seul type de méthodologie capable de quantifier les émissions d’NH3 à partir de n’importe quel type de source. Cependant, il existe plusieurs techniques et options de mesure et de modélisation qui puissent être implémentées dans le cadre de la méthode d’inversion, susceptibles d’être optimisées pour des sources spécifiques. Le cas particulier du NH3 dans le contexte de la modélisation inverse présente des défis majeurs métrologiques et de modélisation, liés à la nature réactive et « collante » de la molécule.

Cette thèse présente six expérimentations réalisées dans trois pays, dans lesquelles les émissions d’NH3 ont été quantifiées à partir de sources multiples couvrant une large gamme d’échelles et de niveaux de complexité des systèmes étudiés - allant du cas le plus simple d’un cercle de lisier épandu sur prairie jusqu’à un petit paysage agricole comportant de multiples fermes et sources d’intensités variables. Dans chaque cas, la méthode de modélisation inverse de la dispersion est adaptée à la nature spécifique de la source étudiée et aux incertitudes sur la mesure et la modélisation, prenant en compte les processus de dépôt local. Les expérimentations ont été menées avec un focus sur l’évaluation méthodologique, comparant des techniques innovantes avec des méthodes alternatives plus classiques.

En dernière analyse, ce travail élargit le champ d’application de la méthode d’inversion appliquée au NH3 à l’échelle du paysage, contribuant à l’analyse intégrée des flux et bilans d’azote, et permettant une meilleure compréhension de l’impact des flux atmosphériques sur la cascade de l’azote réactif dans l’environnement.

Abstract
Emissions of ammonia (NH3) to the atmosphere have been implicated in a web of harmful environmental impacts, from pollution of sensitive terrestrial and aquatic ecosystems to worsening of urban air quality and the indirect emissions of nitrous oxide (N20). Originating overwhelmingly from livestock, NH3 emissions and its impacts are extremely variable in space, from the perspective of an individual farm source through to the regional or continental scale. In part, this spatial heterogeneity is due to the solubility and reactivity of the NH3 molecule and effective deposition processes, leading to a very short atmospheric lifetime. The complexities of NH3 emissions therefore necessitate investigation at the smallest practical scale measurement, which may be a single field or livestock barn. However, the composite nature of livestock operations can be a considerable challenge when integrating to the scale of a whole farm or a landscape containing multiple farms.

The application of atmospheric measurements and inverse dispersion modelling may be unique in providing a singular methodology which can quantify emissions of NH3 to the atmosphere from almost any source. However, there are various measurement and modelling techniques and options which may be implemented within the inverse dispersion method, which can be optimised for specific sources. The special case of NH3 in the context of NH3 in the context of inverse dispersion presents a number of measurement and modelling challenges, all related to the reactive and “sticky” nature of the molecule.

This thesis features six experiments carried out in three countries, in which NH3 emissions were quantified from multiple sources across a broad range of scales and system complexities - from the simple case of circular plots applied with slurry to an entire agricultural landscape containing multiple farm scale sources of varying intensity. In each case the inverse dispersion method was adapted to the specific nature of the source being investigated and the uncertainties of NH3 measurement and modelling, where local deposition must be considered. The experiments were undertaken with an emphasis on methodological evaluation, in which novel techniques were developed and alternative methods are compared.

This thesis ultimately expands the scope of the inverse dispersion method applied for NH3 to the landscape scale, connecting with integrated nitrogen assessments and budgeting which may bring forth new understanding into cascade of reactive nitrogen to the environment.



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Michael Bell (INRA SAS) /@