Soutenance

L’évolution de la concentration de CO2 atmosphérique est contrôlée non seulement par les émissions anthropiques liées à la combustion des réserves fossiles et à la déforestation, mais aussi largement par la capacité de la biosphère terrestre et de l’océan, à absorber une part de ce carbone anthropique. Plusieurs études ont mis en évidence que l’impact du changement climatique sur le cycle du carbone conduit à une rétroaction positive, c’est à dire à un renforcement du réchauffement initial.

L’objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre et quantifier les interactions entre le système climatique et le cycle du carbone. Dans cet objectif, j’ai pour cela développé le modèle numérique 3D climat-carbone IPSL-CM4-LOOP Ce modèle repose sur le couplage entre le Modèle de Circulation Générale Océan-Atmosphère (MCGOA) de l’IPSL et des modèles de cycles biogéochimiques.

J’ai tout d’abord proposé et développé une métrique d’évaluation des modèles couplés climat-carbone. Cette métrique est basée sur l’évaluation de leur capacité à reproduire le taux de croissance, le cycle saisonnier, la variabilité interannuelle du CO2 atmosphérique, ainsi que la sensibilité du CO2 à la variabilité climatique, à différents sites de mesures. Je montre les mesures directes, disponibles depuis la deuxième moitié du 20ième siècle, de l’évolution de la concentration atmosphérique de CO2 permettent d’évaluer de manière satisfaisante ce type de modèles.

A l’aide de IPSL-CM4-LOOP, j’ai par la suite étudié la sensibilité des échanges de carbone entre l’atmosphère, la biosphère terrestre et l’océan, à différents forçages radiatifs et différentes vitesses de perturbation du système.

J’ai réalisé des simulations qui montrent que IPSL-CM4-LOOP simule l’une des plus faibles amplitudes du feedback climat-carbone parmi les modèles qui ont participé au projet international d’inter-comparaison de modèles couplés climat carbone (C4MIP). Cette amplitude, simulée par IPSL-CM4-LOOP, est principalement due à la disparité, à l’échelle régionale, de la sensibilité de la biosphère terrestre au changement climatique induit par le forçage radiatif exercé par le CO2 atmosphérique. J’ai également testé la sensibilité du feedback climat-carbone à la vitesse de perturbation du système climatique. J’ai montré que l’amplitude du feedback est sensible à la vitesse d’augmentation de la concentration atmosphérique de CO2. En revanche, la sensibilité de la biosphère terrestre et de l’océan au changement climatique est indépendante de la vitesse de perturbation mais dépend de l’amplitude du réchauffement simulé.

Par la suite, j’ai testé la sensibilité du feedback climat-carbone au forçage radiatif exercé par les autres gaz à effet de serre et par les aérosols sulfatés. En réponse au refroidissement induit par les aérosols sulfatés anthropiques au cours du 20ieme siècle, j’ai montré que la biosphère terrestre était moins efficace pour absorber le CO2 atmosphérique, contrairement à la réponse au refroidissement induit par une éruption volcanique de type Pinatubo.

J’ai enfin estimé le réchauffement simulé pour le scénario SRES-A2 en tenant compte du feedback climat-carbone, du forçage radiatif exercé par tous les gaz à effet de serre et des aérosols : ce réchauffement atteint +2.3 à +5.6°C en 2100 contre un réchauffement de +2.4 à +4.1 °C simulé par les Modèles de Circulation Générale Océan-Atmosphère du quatrième rapport de l’IPCC.