Faits marquants 2020

Climate models are the major tools to study the climate system and its evolutions in the future. However, climate simulations often present statistical biases: even for the past climate, the statistical attributes of modeled variables (e.g., the mean or spatial correlations) can differ from those calculated based on observations (or reanalysis). Therefore, it is often needed to adjust climate simulations before using it, for instance, for climate change impact studies. Recently, some multivariate bias correction methods have been proposed in the literature to restore inter-variable and spatial correlations of climate simulations. However, these methods present different specificities in terms of applicability and assumptions which are not yet fully apprehended by researchers and practitioners. In this study, we intercompared 4 existing multivariate bias correction methods in order to help practitioners in the choice of methods for their applications [1]. Although the 4 methods showed a great ability to adjust the desired multivariate statistical properties, caution has to be taken before applying theses methods. It has indeed been noted that instability can be observed for some methods when considering a high number of variables to correct. Moreover, none of the multivariate bias correction methods considered in this study are designed to adjust the temporal properties of climate simulations, which leads to obtain corrected data with potential unexpected temporal behaviors. Developing new multivariate bias correction methods that are able to correct, on the one hand, inter-variable and spatial correlations and, on the other hand, temporal properties of climate simulations is an interesting perspective on which the ESTIMR team is actively working.
 

[1] Bastien François, Mathieu Vrac, Alex J. Cannon, Yoann Robin and Denis Allard. Multivariate bias corrections of climate simulations: Which benefits for which losses? Earth System Dynamics, 2020.

Lien vers le diaporama

Dès lors qu'un avis lui est demandé par un décideur ou un porteur d'enjeux, le scientifique coiffe sa casquette d'expert et sort à la fois de sa zone de compétence propre et de sa zone de confort pour se confronter aux décisions publiques alors que les enjeux et les pressions peuvent être considérables.
Pourtant, la posture du "sachant", si elle est attendue, souvent implicitement, lors de la sollicitation, est risquée à plus d'un titre : s'exprimer sur des champs scientifiques qui ne relèvent pas de sa spécialité propre, risque d'occulter des incertitudes signifiantes mais en dehors du paradigme habituel de travail dans son propre champ de spécialité, responsabilité engagée en cas d'erreur de priorisation du discours ou de mauvaise compréhension. Le chercheur est également soumis à une stratégie personnelle de carrière, à des enjeux de valorisation de son propre collectif de recherche, à des biais psychologiques comme le biais de confirmation ou la minoration des processus ou résultats objets de polémiques. Pour ces raisons, le discours d'un expert individuel n'engage que lui et ne saurait être normatif.

The Surface Water and Ocean Topography (SWOT) space mission will map surface area and water level changes in lakes at the global scale. Such new data are of great interest to better understand and model lake dynamics as well as to improve water management. In this study, we used the large-scale SWOT simulator developed at the French Space National Center (CNES) to estimate the expected measurement errors of the water level of different water bodies in France. These water bodies include five large reservoirs of the Seine River and numerous small gravel pits located in the Seine alluvial plain of La Bassée upstream of the city of Paris. The results show that the SWOT mission will allow to observe water levels with a precision of a few tens of centimeters (10 cm for the largest water reservoir (Orient), 23 km²), even for the small gravel pits of size of a few hectares (standard deviation error lower than 0.25 m for water bodies larger than 6 ha). The benefit of the temporal sampling for water level monitoring is also highlighted on time series of pseudo-observations based on real measurements perturbed with the simulated noise errors. Then, the added value of these future data for the simulation of lake energy budgets is shown using the FLake lake model through sensitivity experiments. Results show that the SWOT data will help to model the surface temperature of the studied water bodies with a precision better than 0.5 K and the evaporation with an accuracy better than 0.2 mm/day. These large improvements compared to the errors obtained when a constant water level is prescribed (1.2 K and 0.6 mm/day) demonstrate the potential of SWOT for monitoring the lake energy budgets at global scale in addition to the other foreseen applications in operational reservoir management.

Authors: Catherine Ottlé, Anthony Bernus, Thomas Verbeke, Karine Pétrus, Zun Yin, Sylvain Biancamaria, Anne Jost, Damien Desroches, Claire Pottier, Charles Perrin, Alban de Lavenne, Nicolas Flipo and Agnès Rivière

Ref.: Remote Sensing 2020, 12(18), 2911; https://doi.org/10.3390/rs12182911

To respect the Paris agreement targeting a limitation of global warming below 2°C by 2100, and possibly below 1.5°C, drastic reductions of greenhouse gas emissions are mandatory but not sufficient. Large‐scale deployment of other climate mitigation strategies is also necessary. Among these, increasing soil organic carbon (SOC) stocks is an important lever because carbon in soils can be stored for long periods and land management options to achieve this already exist and have been widely tested. However, agricultural soils are also an important source of nitrous oxide (N₂O), a powerful greenhouse gas, and increasing SOC may influence N₂O emissions, likely causing an increase in many cases, thus tending to offset the climate change benefit from increased SOC storage. Here we review the main agricultural management options for increasing SOC stocks. We evaluate the amount of SOC that can be stored as well as resulting changes in N₂O emissions to better estimate the climate benefits of these management options. Based on quantitative data obtained from published meta‐analyses and from our current level of understanding, we conclude that the climate mitigation induced by increased SOC storage is generally overestimated if associated N₂O emissions are not considered but, with the exception of reduced tillage, is never fully offset. Some options (e.g. biochar or non‐pyrogenic C amendment application) may even decrease N₂O emissions.

Authors: Bertrand Guenet, Benoit Gabrielle, Claire Chenu, Dominique Arrouays, Jérôme Balesdent, Martial Bernoux, Elisa Bruni, Jean‐Pierre Caliman, Rémi Cardinael, Songchao Chen, Philippe Ciais, Dominique Desbois, Julien Fouche, Stefan Frank, Catherine Henault, Emanuele Lugato, Victoria Naipal, Thomas Nesme, Michael Obersteiner, Sylvain Pellerin, David S. Powlson, Daniel P. Rasse, Frédéric Rees, Jean‐François Soussana, Yang Su, Hanqin Tian, Hugo Valin, Feng Zhou

Ref.: Global Change Biology, 2020.

En 2019, le Thème Cycles biogéochimiques et Transferts dans l'environnement a initié un cycle d'animations "projets" biannuelles  sous forme de présentations suivies d'un échange. Ces courtes présentations donnent des éléments de compréhension sur le projet (question scientifique, consortium, défis ... résultats et perspectives si on est proche de la fin du projet) et sur les implications (missions longue durée/longue distance, transfert de matériel lourd, temps de calcul, recrutement ...).

La séance du 29 juin 2020 a été filmée avec les présentations des projets :
EMME-CARE (Philippe Ciais) : présentation du projet EMME CARE
IMMILA (Olivier Evrard) : Qualification et quantification des flux de la mine au lagon
EUREC4A (Julien Totems) : EUREC4A, une campagne aéroportée internationale pour l'étude des cumulus superficiels en zone de subsidence tropicale, rôle du LSCE
CAMS (Frédéric Chevallier/Philippe Peylin) : "Les activités du service européen Copernicus Atmosphère sur les gaz à effet de serre" / "The activities of the European Copernicus Atmosphere Monitoring Service about greenhouse gases"

La Mer Méditerranée est actuellement bien oxygénée grâce à la formation active des eaux profondes en hiver par mélange vertical, qui contribue au maintien de la biodiversité. Les projections pour 2100 indiquent un réchauffement des eaux de la Méditerranée qui pourrait entraîner une stratification des eaux de surface et une diminution du mélange vertical hivernal. Même si cet effet pourrait être partiellement compensé par une réduction de la précipitation annuelle sur la région Méditerranéenne, une circulation plus stagnante pourrait se mettre en place à la fin du siècle. D’autant que ce phénomène pourrait être amplifié par la fonte des glace du Groenland dont la dynamique est encore mal connue. En effet, l’entrée d’eaux moins salées de l’Atlantique en Méditerranée par le Détroit de Gibraltar pourrait contribuer au ralentissement de la circulation marine en Méditerrané.

La suite est à lire sur le site du CNRS/INSU

Climate models are the major tools to study the climate system and its evolutions in the future. However, climate simulations often present statistical biases: even for the past climate, the statistical attributes of modeled variables (e.g., the mean or spatial correlations) can differ from those calculated based on observations (or reanalysis). Therefore, it is often needed to adjust climate simulations before using it, for instance, for climate change impact studies. Recently, some multivariate bias correction methods have been proposed in the literature to restore inter-variable and spatial correlations of climate simulations. However, these methods present different specificities in terms of applicability and assumptions which are not yet fully apprehended by researchers and practitioners. In this study, we intercompared 4 existing multivariate bias correction methods in order to help practitioners in the choice of methods for their applications [1]. Although the 4 methods showed a great ability to adjust the desired multivariate statistical properties, caution has to be taken before applying theses methods. It has indeed been noted that instability can be observed for some methods when considering a high number of variables to correct. Moreover, none of the multivariate bias correction methods considered in this study are designed to adjust the temporal properties of climate simulations, which leads to obtain corrected data with potential unexpected temporal behaviors. Developing new multivariate bias correction methods that are able to correct, on the one hand, inter-variable and spatial correlations and, on the other hand, temporal properties of climate simulations is an interesting perspective on which the ESTIMR team is actively working.
 

[1] Bastien François, Mathieu Vrac, Alex J. Cannon, Yoann Robin and Denis Allard. Multivariate bias corrections of climate simulations: Which benefits for which losses? Earth System Dynamics, 2020.

Lien vers le diaporama

Dès lors qu'un avis lui est demandé par un décideur ou un porteur d'enjeux, le scientifique coiffe sa casquette d'expert et sort à la fois de sa zone de compétence propre et de sa zone de confort pour se confronter aux décisions publiques alors que les enjeux et les pressions peuvent être considérables.
Pourtant, la posture du "sachant", si elle est attendue, souvent implicitement, lors de la sollicitation, est risquée à plus d'un titre : s'exprimer sur des champs scientifiques qui ne relèvent pas de sa spécialité propre, risque d'occulter des incertitudes signifiantes mais en dehors du paradigme habituel de travail dans son propre champ de spécialité, responsabilité engagée en cas d'erreur de priorisation du discours ou de mauvaise compréhension. Le chercheur est également soumis à une stratégie personnelle de carrière, à des enjeux de valorisation de son propre collectif de recherche, à des biais psychologiques comme le biais de confirmation ou la minoration des processus ou résultats objets de polémiques. Pour ces raisons, le discours d'un expert individuel n'engage que lui et ne saurait être normatif.

The Surface Water and Ocean Topography (SWOT) space mission will map surface area and water level changes in lakes at the global scale. Such new data are of great interest to better understand and model lake dynamics as well as to improve water management. In this study, we used the large-scale SWOT simulator developed at the French Space National Center (CNES) to estimate the expected measurement errors of the water level of different water bodies in France. These water bodies include five large reservoirs of the Seine River and numerous small gravel pits located in the Seine alluvial plain of La Bassée upstream of the city of Paris. The results show that the SWOT mission will allow to observe water levels with a precision of a few tens of centimeters (10 cm for the largest water reservoir (Orient), 23 km²), even for the small gravel pits of size of a few hectares (standard deviation error lower than 0.25 m for water bodies larger than 6 ha). The benefit of the temporal sampling for water level monitoring is also highlighted on time series of pseudo-observations based on real measurements perturbed with the simulated noise errors. Then, the added value of these future data for the simulation of lake energy budgets is shown using the FLake lake model through sensitivity experiments. Results show that the SWOT data will help to model the surface temperature of the studied water bodies with a precision better than 0.5 K and the evaporation with an accuracy better than 0.2 mm/day. These large improvements compared to the errors obtained when a constant water level is prescribed (1.2 K and 0.6 mm/day) demonstrate the potential of SWOT for monitoring the lake energy budgets at global scale in addition to the other foreseen applications in operational reservoir management.

Authors: Catherine Ottlé, Anthony Bernus, Thomas Verbeke, Karine Pétrus, Zun Yin, Sylvain Biancamaria, Anne Jost, Damien Desroches, Claire Pottier, Charles Perrin, Alban de Lavenne, Nicolas Flipo and Agnès Rivière

Ref.: Remote Sensing 2020, 12(18), 2911; https://doi.org/10.3390/rs12182911

To respect the Paris agreement targeting a limitation of global warming below 2°C by 2100, and possibly below 1.5°C, drastic reductions of greenhouse gas emissions are mandatory but not sufficient. Large‐scale deployment of other climate mitigation strategies is also necessary. Among these, increasing soil organic carbon (SOC) stocks is an important lever because carbon in soils can be stored for long periods and land management options to achieve this already exist and have been widely tested. However, agricultural soils are also an important source of nitrous oxide (N₂O), a powerful greenhouse gas, and increasing SOC may influence N₂O emissions, likely causing an increase in many cases, thus tending to offset the climate change benefit from increased SOC storage. Here we review the main agricultural management options for increasing SOC stocks. We evaluate the amount of SOC that can be stored as well as resulting changes in N₂O emissions to better estimate the climate benefits of these management options. Based on quantitative data obtained from published meta‐analyses and from our current level of understanding, we conclude that the climate mitigation induced by increased SOC storage is generally overestimated if associated N₂O emissions are not considered but, with the exception of reduced tillage, is never fully offset. Some options (e.g. biochar or non‐pyrogenic C amendment application) may even decrease N₂O emissions.

Authors: Bertrand Guenet, Benoit Gabrielle, Claire Chenu, Dominique Arrouays, Jérôme Balesdent, Martial Bernoux, Elisa Bruni, Jean‐Pierre Caliman, Rémi Cardinael, Songchao Chen, Philippe Ciais, Dominique Desbois, Julien Fouche, Stefan Frank, Catherine Henault, Emanuele Lugato, Victoria Naipal, Thomas Nesme, Michael Obersteiner, Sylvain Pellerin, David S. Powlson, Daniel P. Rasse, Frédéric Rees, Jean‐François Soussana, Yang Su, Hanqin Tian, Hugo Valin, Feng Zhou

Ref.: Global Change Biology, 2020.

En 2019, le Thème Cycles biogéochimiques et Transferts dans l'environnement a initié un cycle d'animations "projets" biannuelles  sous forme de présentations suivies d'un échange. Ces courtes présentations donnent des éléments de compréhension sur le projet (question scientifique, consortium, défis ... résultats et perspectives si on est proche de la fin du projet) et sur les implications (missions longue durée/longue distance, transfert de matériel lourd, temps de calcul, recrutement ...).

La séance du 29 juin 2020 a été filmée avec les présentations des projets :
EMME-CARE (Philippe Ciais) : présentation du projet EMME CARE
IMMILA (Olivier Evrard) : Qualification et quantification des flux de la mine au lagon
EUREC4A (Julien Totems) : EUREC4A, une campagne aéroportée internationale pour l'étude des cumulus superficiels en zone de subsidence tropicale, rôle du LSCE
CAMS (Frédéric Chevallier/Philippe Peylin) : "Les activités du service européen Copernicus Atmosphère sur les gaz à effet de serre" / "The activities of the European Copernicus Atmosphere Monitoring Service about greenhouse gases"

Le livre Nos Futurs est une anthologie de textes destinés à sensibiliser, à informer et à produire des récits autour des enjeux du changement climatique.

Dix binômes auteur-chercheur ont ainsi été formés pour se saisir de dix thèmes parmi ceux étudiés par le GIEC, et dont le choix a fait l’objet d’un sondage auprès d’un large public. L’ambition est de présenter ces dix thèmes sous un double éclairage : celui de la fiction, pour explorer les possibles, et celui de la vulgarisation scientifique, pour expliquer l’état des connaissances. En rassemblant ces vingt textes, issus de la rencontre entre auteurs et chercheurs, l’objectif est de donner à voir la différence et la complémentarité entre ces deux approches qui vont être indispensables pour s’approprier les bouleversements qui s’annoncent.

Le livre a été préfacé par Valérie Masson-Delmotte, et a reçu la contribution de Pascal Maugis (MOSAIC) en collaboration avec Estelle Faye, sur le thème des usages de l'eau et de l'impacts de changement climatique sur cette ressource et ses usages.

Les partenaires :
Ce livre a été rendu possible par le soutien de la Diagonale Paris-Saclay ainsi que de la chaire Arts et Science de l’Ecole polytechnique, de l’Ecole Nationale Supérieure des Arts Décoratifs et de Paris Science et Lettres. Il est également soutenu par le Collectif Citoyens Pour le Climat, la fondation Elyx, le festival des Utopiales, l’association S[cube] et le réseau des médiathèques de Paris-Saclay.

Nous avons tous en tête des images de récifs coralliens aux éclatantes couleurs et abritant une biodiversité fabuleuse. Nous nous imaginons nager dans les eaux chaudes et turquoises des régions tropicales pour les explorer. Mais peu d’images du monde corallien des régions tempérées ou subpolaires nous viennent à l’esprit. Pourtant, un monde bien plus mystérieux se cache dans les profondeurs de ces océans… un monde mis en péril par le réchauffement climatique et l’acidification des eaux méditerranéennes.

La suite est à lire sur le site du CNRS/INSU.

Les orchidées? On connait tous ! Mais savez-vous que certaines d'entre elles ne sont pas uniquement photosynthétiques mais ont besoin d'aide pour fabriquer les molécules simples donc elles ont besoin? Elles vivent en symbiose avec d'autres plantes ou avec des champignons. Les voies métaboliques ne sont pas encore parfaitement connues, les temps de transit d'un individu à l'autre non plus. La datation ¹⁴C permet de lever quelques inconnus et ce fut l'objet de l'étude que nous avons développée avec deux collègues du Muséum National d'Histoire Naturelle.

La symbiose mycorhizienne, un mutualisme répandu, vieux de plus de 400 millions d'années, consiste en des champignons du sol associés aux racines des plantes. Dans cette symbiose, les nutriments minéraux du sol sont échangés contre des produits photosynthétiques. Dans l'évolution des plantes, les champignons impliqués dans cette association se sont diversifiés, et l'échange a été modifié dans certains cas. Plusieurs groupes de plantes achlorophylliennes associées à des champignons ont émergé indépendamment, ce qui a inversé le flux de carbone ancestral. Les plantes dites mycohétérotrophes exploitent les substrats de carbone de leurs hôtes fongiques. Ces champignons obtiennent leur propre carbone à partir d'autres sources : certains sont saprophytes et exploitent la matière organique morte, tandis que d'autres sont mycorhiziens sur des plantes autotrophes qui fournissent le carbone et l'énergie pour l'ensemble du consortium. En zone tropicale, nous avons montré que le carbone nourrissant les Wullschlaegelia calcrata avait quitté l'atmosphère 8.4 ans auparavant, transitant par la litière et des champignons décomposeurs et que le temps de transit pour les Voyria aphylla était de 4.3 ans passant les racines des arbres et les mycorhizes associées. En zone tempérée, les temps de transit sont plus lents : moins d'un an pour Cephalanthera damasonium, Neottia nidus-avis, Hypopitys monotropa associés à des hêtres.

Christine Hatté, Antoine Zazzo, Marc-André Sélosse, 2020. The radiocarbon age of mycoheterotrophic plants. New Phytologist, doi: 10.1111/nph.16637

Une collaboration française impliquant le LSCE a étudié une archive sédimentaire atypique : les matières accumulées entre mai 2015 et mars 2016 dans un bassin de décantation du réseau d'assainissement d'Orléans. L'utilisation de marqueurs originaux leur a permis de relier le contenu de ces sédiments aux évènements pluvieux durant cette période.

Les carottes sédimentaires prélevées au fond des lacs ou des rivières permettent de « lire » les évolutions passées du climat et des écosystèmes. De même, les sédiments accumulés dans les égouts peuvent être vus comme des archives du milieu urbain à notre époque, marquée par l’empreinte de l’Homme (Anthropocène). C'est l’idée directrice du projet de recherche Golden Spike, mené en 2017-2018 à Orléans, avec le soutien d'Orléans Métropole.

Les scientifiques ont tiré parti des travaux de rénovation de la « chambre à sable » d'Orléans. Cet ouvrage permet la décantation des particules charriées par les eaux usées et pluviales, en amont des stations d'épuration. Entre deux opérations de curage des sédiments, une carotte de 1,5 m de long, correspondant à près d'un an d'accumulation de matières, a été prélevée.

Elle présente des changements nets avec, à sa base, des sédiments fins et organiques (les plus anciens), puis des sédiments grossiers et minéraux et, au sommet, des sédiments fins et minéraux (les plus récents). Pour comprendre l'origine de ces différents compartiments, les chercheurs ont utilisé des marqueurs originaux : des traceurs fécaux (acides biliaires), des radioéléments et des microbilles de verre qui entrent dans la composition des peintures blanches de marquage au sol pour en augmenter le pouvoir réfléchissant (passage piétons, lignes de circulation).

Les marqueurs fécaux se sont révélés très abondants dans les sédiments organiques, témoignant d’un apport d’eaux usées. À l'inverse, les microbilles de verre ont principalement été retrouvées dans les sédiments minéraux, signant un apport d’eaux pluviales.

Les chercheurs ont ensuite comparé leur séquence de sédiments à l'évolution des débits des eaux dans le réseau et aux évènements pluvieux. En l'absence de pluies, les matières déposées dans la chambre à sable le sont essentiellement par les eaux usées, chargées en matières organiques. À l'inverse, lors de fortes précipitations, les particules minérales grossières provenant du lessivage des chaussées et trottoirs sont prédominantes.

Selon l’étude, ces archives atypiques répondent très directement aux évènements météorologiques affectant le milieu urbain. En particulier, les précipitations perturbent la sédimentation régulière des eaux usées, en charriant et déposant des matières très distinctes, à l'instar des épisodes de crues dans les lacs.

La suite de ces travaux est consacrée aux dépôts accumulés depuis plus de trente ans dans la chambre à sable et sauvegardés avant les travaux de rénovation. D'autres marqueurs – des médicaments notamment – permettront de tracer certains éléments du quotidien des populations urbaines.

La collaboration associe l’Institut des Sciences de la Terre d'Orléans (CNRS-Université d'Orléans-BRGM), le laboratoire « Environnements, dynamiques et territoires de la montagne » (CNRS-Université Savoie Mont-Blanc), le LSCE (CEA-CNRS-UVSQ) et le Bureau de recherches géologiques et minières.

Jacob, J., Thibault, A., Simonneau, A., Sabatier, P., Le Milbeau, C., Gautret, P., Ardito, L., Morio, C., 2020. High-resolution sedimentary record of anthropogenic deposits accumulated in a sewer decantation tank. Anthropocene 30. doi: 10.1016/j.ancene.2020.100238 - insu-02507329

Voir aussi le reportage photo dans Le Journal du CNRS : « L'étonnante mémoire des eaux usées ».