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ARCHIVES-TRACEURS

"Archives & Traceurs"

 

L'objectif des travaux menés dans le thème "Archives & Traceurs" est de comprendre la dynamique et la variabilité naturelle du climat et d'évaluer la sensibilité des écosystèmes marins et continentaux aux changements climatiques et anthropiques.

 

Pour comprendre la variabilité naturelle du climat, connaître l’ampleur et la périodicité des changements passés est une étape incontournable. Se tourner vers le passé permet de s'affranchir de la perturbation humaine. Aussi, reconstituer, dans ces conditions, de telles variations permet d’appréhender le fonctionnement  du système complexe qu’est le climat et d’identifier et quantifier les interactions et les flux entre ses différentes composantes: atmosphère, océan, glace et continent. Pour ce faire, l’analyse des  variations passées des paramètres climatiques et de leur impact sur les écosystèmes  nous renseigne sur la manière dont le système climatique réagit à des perturbations naturelles (orbitales et volcaniques). Depuis cinquante ans, le LSCE développe des méthodes de reconstitution de paramètres climatiques à partir de l’analyse de marqueurs physicochimiques dans des archives naturelles (glaces, sédiments marins et  lacustres, loess, spéléothèmes,  arbres, mollusques, coraux …). De telles données constituent un banc d’essai pour tester la capacité des modèles numériques de climat à représenter correctement les mécanismes impliqués dans les changements et leurs effets.

 

L'évaluation de la sensibilité des environnements marins et continentaux aux changements climatiques et anthropiques découle de deux approches: la première, en lien avec l’approche décrite précédemment repose sur l'étude des archives naturelles du climat qui informe sur les impacts passés des changements climatiques sur différents écosystèmes. La seconde est basée sur l'étude d'écosystèmes actuels soumis à la pression conjuguée du changement climatique et de la pression anthropique (rivières, sols, environnements marins, …).

 

Ces travaux de recherche reposent sur un fort investissement des membres du thème depuis le prélèvement des échantillons jusqu'à l'interprétation des résultats: i- échantillonnage (carottages de glace, de sédiments marins ou lacustres, d’arbres…), ii- analyses physico-chimiques, notamment isotopiques, mais aussi paléomagnétiques, micropaléontologie et sédimentologie, iii- datation (chronostratigraphie et radiochronologie), iv- compréhension des traceurs (enregistrement, fossilisation, préservation du signal climatique et/ou anthropique).

 

Le thème regroupe 5 équipes et groupe de recherche situés sur les sites CNRS de Gif-sur-Yvette et CEA de Saclay: CLIMAG (Climat, Paléomagnétisme), GEOTRAC (GÉOchronologie, TRaceurs et ArChéométrie), GLACCIOS (GLAces et Continents, Climat et Isotopes Stables), PALEOCEAN (Paléocéanographie), groupe LANDER.

CLIMAT-CYCLES

Depuis sa création, la modélisation est l’une des grandes spécialités du LSCE. Historiquement, cette approche était conduite en parallèle par les climatologues du thème Climat, intéressés par des échelles de temps relativement longues (de la centaine d’années aux centaines de millions d’années), et par les biogéochimistes du thème Cycles biogéochimiques, plutôt intéressés par des échelles de temps plus courtes (jusqu’à la centaine d’années). Depuis 2010, les modélisateurs du climat et des cycles biogéochimiques sont regroupées au sein du même thème. Ils y travaillent en particulier sur les interactions entre climat et cycles, et ce sur de multiples échelles de temps. Ces travaux de modélisation sont largement appuyés sur l’expertise des équipes d’observations présentes au LSCE, à la fois pour la reconstruction des climats du passé, et pour le suivi de la composition de l’atmosphère et des flux à l’interface entre atmosphère et surfaces.

 

Les différentes équipes du thème, toutes localisées à l’Orme, s’intéressent respectivement à la variabilité et aux interactions entre les différentes composantes du système Terre (MERMAID), à la dynamique intégrée du climat sur de multiples échelles de temps (CLIM), à l’infrastructure de modélisation (CALCULS) et aux méthodes statistiques pour étudier la variabilité les extrêmes ou les descentes d’échelle (ESTIMR).

 

CYCLES-TRANSFERTS

Le Thème Cycles biogéochimiques et transferts dans l’environnement mobilise 107 chercheurs, ingénieurs et techniciens (dont 45 permanents) au sein de sept équipes de recherche avec l’objectif de caractériser et quantifier les cycles biogéochimiques des gaz à effet de serre et les transferts de matière dans et entre les différents compartiments de l’environnement. Ces études ont pour finalité de mieux comprendre et prédire l’évolution de ces cycles en relation avec le changement climatique ou les impacts des changements environnementaux, de l’échelle globale jusqu’à l’échelle locale (de la ville au bassin versant). Les recherches du Thème s’appuient sur un continuum original des travaux depuis les observations jusqu’à la modélisation. Ils impliquent des moyens d’observation systématique, avec notamment l’infrastructure de recherche européenne ICOS (Integrated Carbon Observing System), des moyens expérimentaux de prélèvement et d’analyses, et des outils de simulation numérique.

  

Le premier volet important dans l’étude des cycles biogéochimiques repose sur une approche atmosphérique. Pour les principaux gaz à effet de serre (GES) d’origine humaine (CO2, CH4, N2O) à longue durée de vie, une meilleure compréhension et une quantification plus précise des flux doit s’appuyer sur un réseau d’observatoires de très haute précision, les signaux liés aux flux recherchés étant très faibles par rapport aux concentrations de fond. Le Thème dispose d’une excellence reconnue au niveau mondial en métrologie des GES à travers son Centre Thématique Atmosphérique (ICOS-ATC) de l’infrastructure de recherche européenne ICOS, comprenant un centre de données et un laboratoire de métrologie. L'équipe ICOS-RAMCES, elle, assure la contribution française au réseau européen de mesure in situ des GES avec 16 stations en France et dans le monde pour mieux caractériser la distribution atmosphérique des GES et cherche à améliorer les méthodologies pour observer et estimer les flux de surface à diverses échelles sur la base de ses mesures de composition atmosphériques. L’équipe SATINV développe et met en œuvre des méthodes numériques inverses pour estimer les sources et les puits des trois principaux GES conduisant à la cartographie des flux de surface à partir de ces mesures atmosphériques, notamment pour le service européen Copernicus Atmosphère. S’y ajoute une expertise dans la mesure spatiale des GES, pour exploiter les données et préparer les futures missions, notamment les missions franco-allemande MERLIN (CH4) et française MicroCarb (CO2). La chimie atmosphérique est également étudiée (équipe CAE) à travers les aérosols et les gaz réactifs de courte durée de vie, en s’appuyant sur des mesures atmosphériques régionales et locales, de l’atmosphère non polluée subantarctique à la région parisienne caractérisée par une pollution atmosphérique aux origines complexes, en lien avec l’infrastructure de recherche ACTRIS.

           

Le second volet s’attache à mieux comprendre les échanges de matière et les transferts latéraux sur les surfaces continentales. L’équipe MOSAIC travaille sur la modélisation de la biosphère continentale et des échanges à l’interface surface–atmosphère, afin de mieux comprendre les processus clés de bilan de matière, avec une expertise sur l’assimilation et la fusion de données et un outil clé, le modèle ORCHIDEE. L’équipe GEDI s’intéresse à l’influence des activités anthropiques sur les transferts de matière (particules, carbone et contaminants associés aux particules) sur les surfaces continentales et dans l’océan en utilisant des outils de la géochimie (traceurs isotopiques stables et radioactifs, traceurs élémentaires), de l’échelle locale aux grands bassins fluviaux. L’équipe HYDRO quant à elle a pour objectif de modéliser le fonctionnement des hydrosystèmes continentaux (nappes souterraines, lacs, rivières, …) et notamment leur réponse à un forçage météorologique ou climatique.

 

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