De l'étude des cirrus à l'action climatique : faire progresser la modélisation et l'atténuation des traînées de condensation de l'aviation

Les traînées linéaires blanches formées dans le sillage des avions sont des nuages de glace appelés contrails (abréviation de condensation trails, ou traînées de condensation), qui peuvent avoir un impact significatif sur le climat. L'impact varie considérablement d'un contrail à l'autre, mais en moyenne, les contrails réchauffent le climat. L'ampleur de ce réchauffement est estimée entre la moitié et le triple de celle de toutes les émissions de CO2 provenant de l'aviation. Une solution d'atténuation proposée consiste à éviter les régions où se forment les contrails les plus réchauffants, mais cela entraîne un surcoût en carburant. Cependant, les incertitudes concernant les impacts climatiques des contrails restent importantes, ce qui pourrait entraver leur atténuation. Dans cette thèse, je développe une recherche sur plusieurs aspects clés de la chaîne d'action qui doivent être étudiés avant de pouvoir envisager la mise en œuvre de l'évitement des contrails.Tout d'abord, la représentation des cirrus, qui sont des nuages de glace dont les contrails font partie, a été améliorée dans le modèle de circulation générale atmosphérique LMDZ. Par défaut, LMDZ ne représente pas la sursaturation en glace, un phénomène physique clé pour la formation et l'évolution des cirrus. Pour pallier cette limitation, la paramétrisation des nuages de LMDZ a été revue et améliorée afin de fournir une représentation plus réaliste des processus liés aux nuages de glace. Elle s'appuie en partie sur la caractérisation de la distribution de l'humidité à l'altitude des cirrus à partir de mesures effectuées par des avions commerciaux. L'évaluation par rapport aux observations montre que la nouvelle version du modèle reste cohérente avec les observations tout en améliorant la représentation des processus liés aux cirrus. Grâce à cette amélioration de la paramétrisation, les contrails sont inclus dans LMDZ. Leur représentation est distincte de celle des cirrus naturels, ce qui permet un suivi détaillé et une évaluation de leurs effets climatiques tout au long de leur durée de vie. La simulation des contrails avec LMDZ montre que leur impact climatique instantané correspond aux estimations précédentes, mais les ajustements atmosphériques continuent de représenter une incertitude majeure quant au niveau de réchauffement attendu des contrails. Enfin, deux défis liés à la l'évitement opérationnel des contrails sont abordés. Premièrement, si le choix de la métrique utilisée pour évaluer le compromis entre contrail évité et CO2 additionnel influe sur les avantages climatiques perçus des stratégies d'évitement, son effet sur la décision d'éviter un contrail reste limité. Dans la pratique, il est généralement avantageux d'éviter les contrails à fort effet de réchauffement, car leur impact climatique dépasse de plusieurs ordres de grandeur celui des émissions supplémentaires de CO2. Deuxièmement, les incertitudes liées à la prévision de l'impact climatique des contrails évités peuvent involontairement conduire à un réchauffement du climat. Je montre également qu'il est essentiel de prendre en compte le risque de réchauffer involontairement le climat pour concevoir des stratégies efficaces d'évitement des contrails.