Thèse Caractérisation Mécanismes Physiques et Prévisibilité des Vagues de Chaleur Extrêmes en Afrique de l'Ouest à Partir d'Indicateurs Physiologiques de Stress Thermique H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : STEP - Sciences de la Terre de l'Environnement et des Planètes Laboratoire de recherche : Institut des Géosciences de l'Environnement (IGE) Direction de la thèse : Christophe LAVAYSSE ORCID 0000000236040608 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59 La chaleur extrême constitue aujourd'hui l'une des principales causes de mortalité associées au changement climatique à l'échelle mondiale. Plusieurs études récentes suggèrent que le dépassement du seuil de réchauffement global de 1,5 °C pourrait conduire certaines régions tropicales à atteindre, voire dépasser, les limites physiologiques de tolérance humaine à la chaleur humide. Dans ce contexte, comprendre les mécanismes responsables des épisodes de chaleur extrême, à différentes échelles temporelles et spatiales, représente un enjeu majeur pour le développement de systèmes d'alerte précoce et la protection des populations.
En Afrique de l'Ouest, les vagues de chaleur constituent une menace croissante pour les sociétés, avec des impacts sanitaires, économiques et sociaux significatifs. L'épisode extrême survenu à Niamey en 2010 illustre notamment la nécessité d'analyser ces phénomènes à des échelles fines, au-delà des moyennes climatiques conventionnelles, afin de mieux caractériser leur intensité réelle et leurs conséquences.
L'objectif principal de cette thèse est de caractériser les vagues de chaleur extrêmes en Afrique de l'Ouest, d'identifier leurs principaux mécanismes physiques et climatiques, et d'exploiter ces connaissances pour contribuer au développement d'indicateurs opérationnels d'alerte précoce. Dans une dernière phase, le projet évaluera le potentiel des systèmes de prévision décennale pour anticiper les conditions favorables aux événements de chaleur extrême à des horizons pluriannuels.

Les résultats attendus incluent :
(i) la cartographie et la caractérisation des vagues de chaleur historiques les plus sévères à partir d'indicateurs physiologiques de stress thermique ;
(ii) l'analyse détaillée des mécanismes atmosphériques et océaniques associés aux épisodes extrêmes ;
(iii) l'évaluation du potentiel des systèmes de prévision climatique pour améliorer les dispositifs d'alerte chaleur-santé. Du point de vue physiologique, la température de l'air seule ne suffit pas à caractériser le stress thermique subi par le corps humain lors d'une exposition à une chaleur extrême. L'humidité atmosphérique, la vitesse du vent ou encore le rayonnement solaire jouent un rôle déterminant dans la capacité du corps à dissiper la chaleur et à maintenir une température interne stable.
Ce projet utilisera plusieurs indicateurs physiologiques de stress thermique, notamment le Wet Bulb Globe Temperature (WBGT), le Heat Index et l'Humidex, qui permettent d'estimer plus fidèlement les conditions réellement ressenties par les populations.
Le WBGT constitue l'indicateur le plus complet, car il intègre simultanément température, humidité, rayonnement et ventilation, offrant ainsi une estimation adaptée à l'exposition extérieure. Les résultats obtenus seront comparés à ceux issus d'indicateurs plus simples tels que le Heat Index ou l'Humidex, largement utilisés dans les dispositifs opérationnels en raison de leur simplicité de calcul.
La majorité des études existantes reposent encore sur des définitions des vagues de chaleur fondées uniquement sur la température. Cette approche tend à sous-estimer les épisodes de chaleur humide, pourtant particulièrement dangereux pour la santé humaine. En intégrant explicitement l'humidité atmosphérique, cette thèse contribuera à une meilleure identification des situations à haut risque et au développement de plans d'action chaleur-santé adaptés aux contextes climatiques contrastés de l'Afrique de l'Ouest. Cette thèse poursuivra trois objectifs principaux :
- Cartographier et caractériser les vagues de chaleur extrêmes en Afrique de l'Ouest sur les cinquante dernières années à partir d'indicateurs physiologiques de stress thermique tels que le Wet Bulb Globe Temperature (WBGT), le Heat Index et l'Humidex. Une attention particulière sera portée à l'analyse d'événements historiques majeurs, notamment la vague de chaleur de Niamey en 2010, afin d'en évaluer la sévérité et les impacts potentiels.
- Analyser les mécanismes atmosphériques et océaniques associés à ces événements extrêmes, en examinant notamment le rôle des circulations synoptiques régionales, des anomalies de températures de surface de la mer (SST) et des principaux modes de variabilité climatique. L'influence d'éléments dynamiques propres à l'Afrique de l'Ouest, tels que la dépression thermique saharienne (Heat Low), les ondes tropicales ou la position du jet subtropical, sera également étudiée.
- Évaluer la prévisibilité des vagues de chaleur extrêmes à différentes échelles temporelles, depuis l'échelle sub-saisonnière jusqu'à l'échelle décennale, en explorant le potentiel des systèmes de prévision climatique pour le développement d'alertes multi-annuelles. Le projet reposera sur une approche combinant données climatiques et analyses statistiques.
Les principales étapes incluent :
- l'utilisation des réanalyses ERA5, ERA5-Land et éventuellement ERA6 pour calculer les indicateurs physiologiques de stress thermique sur la période 1970-2025
- la validation des données issues des réanalyses à partir d'observations in situ (stations météorologiques) et de produits satellitaires lorsque cela sera pertinent
- le développement d'une méthodologie de détection des événements extrêmes reposant sur des seuils absolus et relatifs adaptés aux réalités climatiques ouest-africaines
- l'analyse statistique des mécanismes associés aux événements extrêmes à l'aide de méthodes telles que corrélations, composites ou analyses en composantes principales afin d'identifier les téléconnexions avec les SST et les principaux modes de variabilité climatique (ENSO, NAO, variabilité Atlantique tropicale ou Méditerranéenne)
- l'analyse des composantes synoptiques régionales, notamment la dépression thermique saharienne, les ondes d'est africaines et la dynamique des jets subtropicaux
- l'exploration de simulations climatiques afin d'évaluer la prévisibilité des événements extrêmes à l'échelle multiannuelle
- Les connaissances acquises issues des projets ANR ACASIS et ANR STEWARd.

Le ou la candidat(e) devra être titulaire d'un master (ou équivalent) en sciences du climat, météorologie, physique de l'atmosphère, mathématiques appliquées, sciences de l'environnement, géophysique ou disciplines connexes.

Les compétences suivantes sont attendues :
- Solides bases en climat, météorologie ou sciences du système climatique, particulièrement en zone tropicale
- Bon niveau en analyse statistique et traitement de données environnementales
- Expérience en programmation scientifique (Python, R, Matlab ou équivalent) et manipulation de grands jeux de données climatiques (NetCDF, GRIB)
- Intérêt pour l'analyse des événements climatiques et leurs impacts sociétaux, notamment aux interfaces climat-santé
- Capacité à travailler avec des données issues de réanalyses climatiques, observations ou simulations numériques

Les compétences suivantes constitueront un atout :
- Connaissance des environnements Linux et du calcul scientifique (HPC)
- Expérience en télédétection ou en validation observationnelle
- Intérêt pour la coopération internationale
- Intérêt dans le développement d'outils d'aide à la décision
- Bonne capacité rédactionnelle et très bon niveau d'anglais scientifique (écrit et oral) sont requis.