The Dynamics of the Arctic Ocean

21/11/2022 14:00

Toward eliminating and understanding a decades-old bias in climate models

14/11/2022 11:00

Le climat change, la météo aussi ?

08/11/2022 12:45

Face à l’anthropocène : quels regards adopter pour accompagner l’orientation et l’action ?

11/05/2023 19:30

Joan Delort-Ylla (Physique, Ecole Polytechnique Saclay), Guillaume Roux (Physique, U. Paris Saclay), Alexis Tantet (Météorologie, LMD-IPSL, École Polytechnique Saclay) Parfois pétrifié.e.s par leur prise de conscience des menaces écologiques, les jeunes nous interpellent : « Que peut-on y faire ? » Entre incertitudes et valeurs non-consensuelles, comment pouvons-nous, scientifiques, y répondre

Novel machine learning methodologies to unpack the complexity of longitudinal movement patterns of facultative amphidromous fish

11/05/2023 13:00

Rodrigo Ramirez-Alvarez est doctorant à l’Université de Concepcion.

Observing and Simulating Earth’s Surface Waters

10/05/2023 11:00

Séminaire du LGENS. Par Cédric David (JPL, NASA)

L’eau souterraine, une ressource en eau critique pour les forêts et les sociétés humaines en état de stress hydrique

26/06/2024 14:00

Les eaux souterraines jouent un rôle majeur pour les écosystèmes et nos sociétés, tout particulièrement dans les régions du monde soumises au stress hydrique où elles constituent une ressource en eau critique. Comment améliorer durablement l’exploitation et la gestion de cette ressource invisible et si difficile à appréhender ? Nous avons besoin de mieux comprendre les conditions d’entrée de l’eau dans les aquifères pour mieux comprendre la disponibilité de la ressource d’eau souterraine pour les différents usages humains.

Ce rapport tentera d’apporter des éléments de réponse à cette vaste problématique en mêlant des approches classiques de l’hydrogéologie quantitative avec de la géophysique, de l’isotopie, de l’écologie fonctionnelle ou encore des approches tirées de l’hydrologie spatiale. Ces travaux sont menés dans deux zones contrastées et complémentaires : i) la région méditerranéenne et ii) le Sud-Ouest de Madagascar. Les travaux y sont menés à deux échelles différentes, échelle de la parcelle dans le premier cas et échelle régionale à nationale dans le deuxième.

Les résultats s’organisent en deux grandes parties. La première partie traite du développement de méthodologies permettant d’améliorer la caractérisation de la structure et du fonctionnement des hydrosystèmes karstiques en contexte forestier. Les résultats sont ensuite utilisés pour améliorer les connaissances de l’utilisation de l’eau par les arbres. La deuxième partie consiste à proposer des approches adaptées au contexte humanitaire pour explorer les eaux souterraines dans des milieux hydrogéologiques complexes. Ce travail se poursuit avec le développement d’outils de gestion qui permettent de suivre la dynamique des eaux souterraines et d’estimer la recharge à l’échelle régionale.

En perspective et dans la continuité des travaux précédents, deux axes de recherche se dessinent pour les prochaines années : i) l’amélioration de la caractérisation de l’eau disponible pour les arbres en milieu forestier et ii) la caractérisation de l’impact de la disponibilité en eau souterraine sur la santé humaine dans un contexte de stress hydrique intense.

Modélisation du potentiel oxydant des aérosols : un indicateur du risque sanitaire

21/05/2024 14:00

Le potentiel oxydant (PO) des aérosols est devenu un indicateur prometteur des effets néfastes des particules sur la santé, en complément de la masse des aérosols. En particulier, le PO est un indicateur du stress oxydant chez les organismes vivants et les êtres humains par la formation d’espèces réactives de l’oxygène.

Afin de fournir une cartographie de la variabilité spatiale et temporelle du PO en France, nous avons mis en place une stratégie pour simuler le potentiel oxydant volumique (POv) des particules dans le modèle de qualité de l’air de pointe CHIMERE sur l’ensemble du territoire français pour les années 2013 et 2014. Pour ce faire, un PO intrinsèque (POi) dérivé des mesures et spécifique à la source, déterminé par l’approche de modélisation des récepteurs par factorisation matricielle positive (PMF), est combiné aux sources de particules dans le modèle CHIMERE déterminées par une technique de taggage à l’émissions (PSAT).

Les résultats montrent un comportement satisfaisant des simulations CHIMERE par rapport aux observations d’aérosols (PM10) du réseau de qualité de l’air en France, ainsi qu’aux mesures de composition chimique effectuées sur plus de 10 sites de typologies différentes pendant deux années. En outre, une correspondance généralement satisfaisante entre la PMF et les combinaisons de sources de PM10 dérivées de la PSAT a pu être obtenue, comme l’indiquent les profils chimiques spécifiques de ces sources. Les valeurs de POv simulées par rapport aux valeurs observées ont montré des corrélations médianes allant de 0,35 à 0,60 et des biais fractionnels moyens allant de -0,3 à zéro, en fonction du test PO considéré (acide ascorbique AA, ou dithiothréitol DTT) et des sources de PM10 prises en compte (un ensemble réduit basé sur les métaux de transition et les espèces organiques contre un ensemble étendu prenant également en compte l’aérosol inorganique secondaire, la poussière et le sel de mer).

Pour l’ensemble étendu, la corrélation s’avère meilleure d’environ 0.1 à 0.15 pour les deux tests AA et DTT. Les champs de POv moyens sur deux ans obtenus montrent des zones d’intérêt majeur dans lesquelles le potentiel oxydant volumique est important, en particulier au niveau des grandes agglomérations urbaines, et également le long des autoroutes, et plus prononcés que les distributions de PM10 correspondantes. Ceci est dû à un POi élevé, en particulier pour les sources primaires telles que le trafic et la combustion de la biomasse. Ces effets sont plus marqués pour les essais AA que pour les essais DTT, ainsi que pour la méthode de l’ensemble réduit que celle de l’ensemble étendu.

Dans l’ensemble, grâce à la répartition des POv, ces résultats plaident en faveur d’une réduction accrue des émissions du transport routier et de la combustion de biomasse utilisée pour le chauffage dans les politiques de réduction de la pollution.

Relationship and feedback between LULC changes and hydroclimatic variability in Amazonia

06/05/2024 14:00

The Amazon rainforest plays a vital role by functioning as a regulator of the climate system, providing essential ecosystem services and acting as the main terrestrial carbon sink. It drives hydroclimatic processes and mitigates the effects of droughts through the strong coupling exerted between the soil, vegetation and the atmosphere. Indeed, forests operate as hydraulic pumps, absorbing and linking water stored in the soil with the atmosphere. Therefore, they have the potential to impact rainfall patterns through biophysical processes like water recycling. However, these capacities have been reduced during the last decades due to disturbances in the climate-vegetation system. The hydrological cycle has intensified, and extensive forest areas have been degraded. All this has accentuated a process of biophysical transition from a predominantly forested ecosystem to a Savanna. Therefore, given these complexities, understanding the direction of changes, the impacts and their interrelationships is of vital importance.

Using multiple datasets and a Land Surface Model coupled with a General Circulation Model, this thesis delves into the study of the interactions between Amazon hydroclimatology and vegetation. In addition, it seeks to expand our understanding of modifications in the vegetation-atmosphere system and its links with climate and Land Use and Land Cover (LULC) changes. Likewise, taking into account the increasing rates of deforestation, it investigates the effects and feedback resulting from a large-scale forest loss scenario on hydrological processes and water stress.
The results show that, over the southwestern Amazon, a little-explored region, forests undergo a transition from being influenced by energy availability to depending on water availability throughout the year. During the peak of the rainy season, vegetation growth is primarily influenced by energy availability rather than water availability. Nevertheless, outside of this period and for most of the year, forests respond positively to precipitation and terrestrial water storage, suggesting that vegetation is primarily dependent on water supply. However, a spatial analysis reveals that recent deforestation modifies these transitions and destabilizes the natural balance in the climate-vegetation system.

The nature of these imbalances in the Amazon is not entirely clarified. Through an approach based on the relationships of water fluxes, energy and vegetation conditions over the last four decades, it is explored whether these changes are intrinsic to climate variability or are driven by anthropogenic processes. 67% of the southwestern Amazon has experienced a transition towards a predominantly dry state due to climatic factors (external forcing), while 21% has transitioned towards a state dominated by deforestation (internal forcing). However, external and internal forcings are not independent processes, as both mechanisms drive changes simultaneously. By weighing the magnitudes of these forcings, we show that the synergies have led 74% of the southwestern Amazon toward a state of greater water stress. Nevertheless, during recent years, although combined external-internal processes continue to exert significant control over changes, 30% of these are strictly dominated by internal forcing. This suggests that internal processes are playing an increasingly relevant role in the transition towards a state characterized by high forest water stress, especially in areas where deforestation and anthropogenic pressure are increasing.

Using the land surface component (ORCHIDEE) coupled to the atmospheric component (LMDZ) of the IPSL Earth System Model, the effects of projected deforestation by 2050 on the terrestrial hydrological cycle and dryness of the Amazon region are examined. Deforestation decreases precipitation, reduces evapotranspiration and increases runoff. In addition, it drives an increase in the runoff coefficient and a significant decrease in moisture recycling, which results in a water deficit throughout the Amazon ecosystem. In fact, deforestation accentuates water stress especially in the southwestern Amazon (positive feedback). Water demands in the atmosphere, on the land surface and even in the soil root zone intensify during the dry season. During the wet season, the deficit of specific atmospheric humidity becomes even more acute towards the tropical Andes over the Altiplano region. These findings provide a more thorough understanding of the possible effects of massive forest removal on the water availability and resilience of the Amazon in a context where changes are occurring at an accelerated rate.