Journée des stagiaires de l'IPSL

12/06/2025 09:00

ICOLMDZ Limited Area Model (LAM) Day

03/06/2025 09:30

Au cœur de l'actualité du monde de la recherche : libertés académiques et engagements publics des chercheur·es

23/05/2025 10:00

La transition énergétique : défis, obstacles et conditions de réussite

13/12/2023 16:00

Séminaire du cours « Transition énergétique » du CERES (ENS).

Large-Scale Sea Ice Modeling: Insights and Prospects

12/12/2023 11:00

Séminaire du LOCEAN.

Transports et mobilités face au changement climatique

08/12/2023 14:00

Nouvelle séance du séminaire « Changement Climatique : Sciences, Sociétés, Politique » co-organisé par le Centre Alexandre-Koyré (EHESS-CNRS) et l’ENS (CERES).

Le cycle du carbone aux interfaces côtières sous les effets du changement climatique

05/10/2023 14:00

Les zones côtières sont particulièrement vulnérables aux multiples effets du changement climatiques et aux pressions anthropiques. La stratification thermohaline des eaux de surface, l’eutrophisation, la désoxygénation et l’acidification des eaux de fond sont à l’origine de multiples facteurs de stress.

Dans ce contexte, le cycle du carbone subit de nombreuses perturbations et le rôle de l’océan côtier en termes de puits ou de sources de carbone est toujours très incertain. La composante sédimentaire de ces milieux hétérogènes et peu profonds est à la fois complexe, relativement peu documentée et particulièrement variable dans l’espace et le temps.

Ce travail présente l’état des connaissances sur le cycle du carbone aux interfaces côtières. Il porte une attention particulière sur la biogéochimie des sédiments et sur l’acidification de l’océan, avec un focus spécial sur la diagenèse précoce et le système des carbonates à l’interface eau-sédiment. Ces problématiques sont abordées sur 3 systèmes RiOMars (River-dominated Ocean Margins) avec des caractéristiques très contrastées : (i) dans l’océan Arctique avec le fleuve Mackenzie et la mer de Beaufort, (ii) en Méditerranée avec le Rhône et ses sédiments prodeltaïques, et (iii) le nord du golfe du Mexique sous l’influence du Mississippi.

Sous l’interface eau-sédiment, la caractérisation des processus de minéralisation (oxique et anoxique) et leurs interactions avec le système des carbonates permettent de mieux comprendre les flux benthiques de carbone inorganique dissous (DIC) et d’alcalinité totale (TA). Sous l’effet de l’acidification des océans, la dissolution des carbonates sédimentaires pourrait bien augmenter dans les systèmes RiOMars. À l’interface eau-sédiment, les flux de DIC renforcent l’acidité des eaux de fond alors que les flux de TA tamponnent les eaux de fond.

Ce travail est le fruit d’un travail d’équipe résultant du co-encadrement de 3 thèses et de plusieurs stages de M2. Nos résultats contribuent à mieux comprendre le rôle des zones côtières, en général, et des sédiments, en particulier, vis à vis du cycle du carbone à l’interface continent-océan.

Surface and subsurface evolution of mesoscale eddies under atmospheric forcings : case study in the Mediterranean sea

09/10/2023 14:00

Mesoscale eddies are ubiquitous turbulent structures in the oceans, in thermal wind balance with a signature in density. Anticyclones with negative vorticity are associated with a negative density anomaly translating in a sea surface height (SSH) elevation, and conversely for cyclones. Statistical studies really began with eddy automated detections based on gridded altimetry products. The first quantitative studies were done in a composite approach : many observations are collocated with eddy contours and gathered into a single mean eddy picture. This approach combined with remote-sensing and Argo profiling floats provided eddy average signature in sea surface temperature (SST), salinity, chlorophyll but also air-sea fluxes. Previous studies did not significantly investigate eddy temporal evolution, apart from trajectory statistics. Eddies interact with heat and momentum air-sea fluxes interact over both short and long timescale, but their evolution remains unknown. We then investigate the mesoscale evolution submitted to atmospheric interactions, in both surface and at depth. Mediterranean eddies provide an ideal case study with extensive in situ measurements and occurrence of long-lived anticyclones. In a first part, we define a Lagrangian method tracking eddies in altimetric data at 1/8°. Eddy observation are collocated with in situ vertical profiles to measure eddy subsurface physical properties, and an outside-eddy reference background is defined to retrieve the eddy-induced anomalies. In a second part, evolution of eddy SST anomalies reveals a strong seasonal signal. Anticyclonic cold and cyclonic warm surface signatures shift from very rare in winter to predominant in early summer. This seasonal oscillation also recovered tracking individual structures. Collocated vertical profiles reveals this summer shift to occur only in near-surface. Hence an eddy-modulated vertical mixing is hypothesized to drive this evolution, with increased mixing in anticyclones. Getting to the mixed layer depth (MLD) in a third part, anticyclones are observed to enhance winter mixed layer deepening (up to 350m anomaly) and significantly delay spring restratification (up to 2 months). Eddy MLD anomalies do not scale with relationship from previous composite studies, and are rather impacted by the subsurface density profile. In a fourth part, we assess the accuracy of eddy evolution in a high resolution numerical experiment with the CROCO model. Eddy seasonal variations in both SST and MLD are retrieved. Increased mixing in anticyclone is confirmed and found to be sensitive to grid resolution. Near-inertial waves triggered by high frequency winds propagate more into the anticyclonic negative relative vorticity and enhancing mixing, in a remarkable example of scales interaction. Last, remaining interactions are discussed, in particular the role of Ekman pumping, atmospheric retroactions and importance of salinity. This study highlights the rich evolution occurring in mesoscale eddies with atmospheric interactions, blurred in composite approach but observable using Lagrangian tracking, and not yet properly retrieved nor studied in global models.

Évaluation de l'habitabilité de la surface de Mars en inventoriant la matière organique avec les expériences spatiales SAM (Mission MSL) et MOMA (Mission ExoMars)

27/09/2023 14:00

Français

Ma thèse de doctorat porte sur la détection de molécules organiques sur Mars. Je présente l’influence des sels sur la préservation et la détectabilité de ces molécules. En effet, des sels de chlorure ont été observés à plusieurs endroits sur Mars, mais les conséquences de leur présence dans des échantillons contenant de la matière organique restent à explorer.

J’ai mené des expériences en laboratoire pour reproduire les conditions dans lesquelles les échantillons martiens sont traités in situ par les suites instrumentales à bord de plusieurs sondes martiennes. J’ai travaillé sur un ensemble spécifique d’instruments présents dans la charge utile des sondes martiennes Viking, Curiosity et Rosalind Franklin afin d’analyser la composition moléculaire des échantillons de la surface de Mars : la chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (GC-MS). J’ai d’abord testé l’influence des sels de chlorure et d’une matrice de phyllosilicate sur la préservation des composés organiques soumis aux rayonnements UV. Les résultats de cette étude ont montré que les sels de chlorure avaient le potentiel pour préserver les molécules organiques de la dégradation photocatalytique et pouvaient donc représenter d’excellents candidats pour l’analyse moléculaire des échantillons martiens.

Ces résultats ont conduit à explorer l’influence des sels de chlorure sur plusieurs composés organiques d’intérêt pour l’astrobiologie au cours d’expériences de pyrolyse-GC-MS. J’ai montré que lors de l’analyse, la présence de ces sels pouvait gêner la détection des composés organiques mais aussi former des précurseurs de composés chlorés, comme cela a déjà été détecté sur Mars.

Enfin, l’interaction entre les phases inorganiques et organiques dans l’environnement martien et lors des analyses in situ m’a amené à explorer la détectabilité d’un autre type de composés : les sels organiques aromatiques. Les sels organiques sont des molécules réfractaires, difficiles à détecter. J’ai utilisé les techniques de pyrolyse et de dérivatisation GC-MS utilisées par les instruments de vol pour comprendre le comportement et la signature de ces composés. Malgré leur nature non volatile, j’ai découvert qu’ils pouvaient être indirectement identifiés en combinant ces différentes techniques.

Dans l’ensemble, cette thèse de doctorat vise à faciliter l’interprétation des données in situ obtenues par les instruments embarqués à bord des anciennes, actuelles et futures missions martiennes, ainsi qu’à guider la recherche d’échantillons susceptibles de contenir des biosignatures.

 

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English
Evaluation of the habitability of the surface of Mars by inventorying organic matter with the SAM (MSL Mission) and MOMA (ExoMars Mission) space experiments

My Ph.D. thesis focuses on the detection of organic molecules on Mars. I will present the influence of salts on the preservation and detectability of organic molecules at the Mars surface. Chloride salts have been observed at several locations on Mars, but the consequences of their presence in samples containing organic matter are yet to be explored. I conducted laboratory experiments to reproduce conditions in which Martian samples are processed in situ by the instrument suites onboard several Martian probes. I worked on a specific set of instruments present in the analytical chemistry payload of the Viking, Curiosity, and Rosalind Franklin surface probes to analyze in situ the molecular composition of Mars surface samples: Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS).

I first tested the influence of chloride salts and a phyllosilicate matrix on preserving organic compounds subjected to UV radiation reaching the Martian surface. The results of this study showed that chloride salts had the potential to preserve organic molecules from photocatalytic degradation and could represent, therefore, excellent candidates for sample analysis. These results led to exploring the influence of chloride salts on several organic compounds of interest for astrobiology during pyrolysis-GC-MS experiments. I showed that during molecular analysis, the presence of these salts could hinder the detection of organic compounds but could also form precursors of chlorinated molecules, as already detected on Mars.

Finally, the interaction between inorganic and organic phases in the Martian environment and during in situ analyses led me to explore the detectability of another type of compound: aromatic organic salts. Organic salts are refractory molecules, challenging to detect. I used pyrolysis and derivatization GC-MS techniques as used in the flight instruments to understand the behavior and signature of these compounds.

Despite their non-volatile nature, I found that they could be indirectly identified by combining these different techniques. Overall, this Ph.D. thesis aims to help interpreting in situ data as performed by the instruments onboard former, current, and future Martian missions, as well as guide the search for samples that could contain preserved biosignatures.