Principalement issues de pratiques agricoles telles que les excréments du bétail et la fertilisation minérale, qui varient d'une région à l'autre, la quantification des émissions d'ammoniac n'est pas simple. En outre, le processus de volatilisation dépend de variables environnementales qui rendent leur estimation particulièrement complexe. La plupart des modèles globaux de transport de la chimie reposent sur des inventaires de variations saisonnières artificielles, ce qui peut conduire à des incertitudes. Mon travail a pour but de mieux estimer les émissions d'ammoniac issues des pratiques agricoles à l'échelle globale et étudier leur impact sur la chimie atmosphérique.Tout d'abord, comme approche unique, je suggère d'inclure une représentation dédiée au flux d'ammoniac agricoles dans le modèle global de surface terrestre ORCHIDEE.

J’ai implémenté dans ORCHIDEE un nouveau module appelé CAMEO (Calculation of AMmonia Emission in ORCHIDEE), principalement basé sur des processus. Plus précisément, une représentation de l'alimentation du bétail, de la chaîne de gestion du fumier, de l'application d'engrais ainsi que des processus physiques du sol pour la volatilisation sont développés et paramétrés dans ORCHIDEE. Les émissions agricoles mondiales d’ammoniac estimées par CAMEO sont de 44 TgN/an et l'évaluation montre un cycle saisonnier fortement corrélé avec les émissions dérivées du satellite IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer). Cela résulte de la réponse des émissions d'ammoniac aux changements environnementaux provenant de l'utilisation des terres et météorologie dans CAMEO. La deuxième étape de mon travail consiste à exploiter CAMEO pour les futurs Scénarios Socio-Economiques Partagés (SSPs; conçus dans le cadre de CMIP6). Cependant, les densités de bétail, une donnée d'entrée clé pour CAMEO, ne sont pas disponibles pour le futur dans la littérature. Par conséquent, une méthode originale de réduction d'échelle est proposée pour récupérer les densités de bétail futures de 2015 à 2100 pour trois différents SSPs. Pour ce faire, les résultats de différents modèles d'évaluation intégrée (IAM) pour la distribution des prairies et la production animale sont exploitées et combinées. Les résultats de CAMEO montrent des émissions d’ammoniac par l’agriculture qui pourraient atteindre de 50 à 70 TgN/an en 2100.  Ceci met en évidence l'utilisation intensive future des engrais (synthétiques et organiques). Parce que CAMEO est piloté par des variables environnementales, j’ai pu montrer une augmentation de 15 à 20 % des émissions totales en 2100 dans le contexte du changement climatique. Enfin, les émissions d'ammoniac actuelles et futures de CAMEO ont été prescrites au modèle global de chimie atmopshérique LMDZ-INCA pour évaluer leur impact sur la composition de l'atmosphère. Les colonnes d'ammoniac simulées ont été évaluées avec les données IASI et montrent une amélioration significative de la variabilité spatiale et temporelle par rapport à une simulation de référence. Les émissions futures de CAMEO pour le scénario d'émissions le plus élevé en 2100 ont également été testées dans différentes conditions d'émissions de sulfate et de nitrate. Indépendamment des niveaux des autres espèces émises dans le futur, l'impact des émissions de CAMEO sur la charge en nitrates est crucial et positif (+50 %). Cependant, parmi les scénarios, des variabilités régionales sont également observées dans la formation d'aérosols de surface et les flux de dépôt d'azote qui en découlent. Connaissant la propriété bidirectionnelle de l'ammoniac à l'interface entre l'atmosphère et la biosphère, j'ai souligné l'importance du couplage entre ces deux compartiments autour du cycle de l'azote au sein du modèle de système Terre de l'IPSL.