Journée de travail IPSL-CIRED

22/05/2025 09:30

Une expédition pour décrypter le cycle de l’eau en Antarctique

16/05/2025 12:30

Forum International de la Météo et du Climat 2025 / Journées pédagogiques et grand public

15/05/2025 09:30

Unravelling changes in global freshwater nitrogen cycling in the Anthropocene

31/03/2023 12:00

Junjie Wang, post-doctorante à l’université d’Utrecht est actuellement en visiting à METIS.

Navigating on an iceless Bellingshausen Sea on board of the Polarstern

28/03/2023 11:00

Séminaire du LOCEAN.

Global emergence of compound climatic impact-drivers reveals a high exposure of marine environment

27/03/2023 11:00

Séminaire du LMD à l’ENS.

Dynamique de la circulation profonde en Atlantique Nord subpolaire au cours des derniers 400 000 ans

28/11/2023 14:00

Français

Les modèles du climat simulent un ralentissement de la circulation méridienne atlantique de retournement (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC) au cours du 21^e siècle. Cependant, de grandes incertitudes demeurent sur l’ampleur de ce ralentissement. Les mécanismes contrôlant l’AMOC, dont notamment les interactions océan-atmosphère-glace associées, sont encore mal compris et mal représentés dans ces modèles climatiques. L’AMOC consiste en la dérive nord-atlantique des eaux chaudes et salées du Gulf Stream, qui plongent lors de la formation hivernale de glace de mer dans les mers nordiques. Elles débordent ensuite vers le Sud dans le bassin Atlantique, en franchissant les seuils basaltiques entre le Groenland, l’Islande et l’Écosse. Ces courants de débordement forment par la suite les eaux les plus profondes de l’Atlantique Nord, appelées North Atlantic Deep Water (NADW).

Mon projet de thèse vise à étudier, au cours des derniers 400 000 ans, les variations d’intensité de l’une des masses d’eau de débordement (l’Iceland-Scotland Overflow Water ou ISOW), qui constitue l’une des deux branches profondes de l’AMOC en Atlantique Nord. Une approche multi-traceurs incluant des analyses par fluorescence aux rayons-X, de granulométrie et de magnétisme environnemental, a été appliquée sur les fractions détritiques de trois archives sédimentaires (MD03-2673, MD03-2679 et MD03-2685) situées le long du passage de l’ISOW actuel (Björn et Gardar drifts).

À l’échelle glaciaire-interglaciaire, l’ISOW est caractérisée par deux régimes distincts : intensité forte durant les périodes interglaciaires au sens large, intensité faible (mais non nulle) durant les périodes glaciaires. Les transitions entre ces deux régimes semblent être déclenchées par des évènements millénaires. L’état du régime d’intensité suite à cet évènement semble dépendre du volume des calottes glaciaires de l’hémisphère Nord, notamment lorsqu’une valeur seuil de δ¹⁸O benthique de 4 ‰ est franchie.

À l’échelle millénaire, les variations d’intensité de l’ISOW montrent un fort couplage entre les températures de surface du gyre subpolaire, celles du Groenland, et les décharges d’eau douce en Atlantique Nord. Un schéma complexe semble émerger de ces couplages, suggérant que les variations d’intensité de l’ISOW (ralentissement/renforcement) agissent comme une conséquence d’une extension/rétraction du gyre subpolaire et de la quantité d’eau douce déversée en Atlantique Nord, mais également comme une cause de refroidissement/réchauffement de l’hémisphère Nord.

Les optima climatiques passés, parfois plus chauds qu’aujourd’hui, montrent les intensités les plus fortes des derniers 400 000 ans. Elles ont lieu à la fin des optima climatiques, soit plusieurs milliers d’années après les maxima de température de surface et de gaz à effet de serre. Ces maxima tardifs d’intensité de l’ISOW semblent être liés à un contexte orbital particulier, influençant le climat régional en mer nordiques, proche des zones de convection.

À toutes ces échelles de temps, les changements de l’intensité de l’ISOW semblent être gouvernés par des changements de densité entre l’amont (Gulf Stream, dérive Nord Atlantique) et l’aval (zones de convection dans les mers nordiques) du système hydrologique nord-atlantique de surface/subsurface. La prise en compte de l’importance de tels mécanismes dans les modèles climatiques pourrait permettre d’améliorer et mieux représenter les changements océanographiques futurs.

 

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English

Climate models simulate a slowdown of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) over the 21st century, but major uncertainties still remain as to the extent of this slowdown. The mechanisms controlling AMOC, including the associated ocean-atmosphere-ice interactions, are still poorly understood and represented in these climate models. The AMOC consists of a northward drift of the warm and salty waters to the Nordic Seas, due to winter sea ice formation, these waters densify and sink. They return southward into the Atlantic basin, passing over the basaltic sills between Greenland, Iceland and Scotland. These overflow currents then form the deepest waters of the North Atlantic, known as North Atlantic Deep Water (NADW).

The aim of my PhD project is to study, over the last 400,000 years, the variations in the strength of one of the overflow water masses (the Iceland-Scotland Overflow Water or ISOW), which constitutes one of the two deeper branches of the AMOC in the North Atlantic. A multi-proxy approach, including X-ray fluorescence, grain size and environmental magnetism analyses, was applied to the detrital fractions of three sedimentary archives (MD03-2673, MD03-2679 and MD03-2685) located along the present-day pathway of ISOW (Björn and Gardar drifts).

On glacial-interglacial timescales, the ISOW is characterized by two distinct regimes: strong intensity during interglacial periods (s.l.), weak (but not absent) intensity during glacial periods. The transitions between these two regimes appear to be triggered by millennial scale events. The state of the intensity regime following this event then seems to depend on the Northern Hemisphere ice-sheet volume, particularly when a benthic δ¹⁸O threshold value of 4 ‰ is crossed.

On millennial timescales, ISOW intensity variations show a strong coupling between surface temperatures of the subpolar gyre, of Greenland, and freshwater discharges in the North Atlantic. A complex pattern seems to emerge from these couplings, suggesting that variations in ISOW intensity (slowdown/strengthening) act as a consequence of an extension/retraction of the subpolar gyre and the amount of freshwater discharged into the North Atlantic, but also as a cause of cooling/warming in the Northern Hemisphere.

Past climate optima, sometimes warmer than today, show the strongest intensities of the last 400,000 years. They occur at the end of the climatic optima, several thousand years after the surface temperature and greenhouse gas maxima. These late maxima in ISOW intensity appear to be linked to a particular orbital context, influencing regional climate in the Nordic Seas, close to convection areas.

Changes in ISOW intensity appear to be, on all time scales, dominated by density changes between the upstream (Gulf Stream, North Atlantic drift) and downstream (convection areas in the Nordic seas) North Atlantic surface/subsurface hydrological system. Considering the importance of such mechanisms in climate models could help to improve and better represent future oceanographic changes.

Modélisation des impacts des arbres sur la qualité de l’air de l’échelle de la rue à la ville

28/11/2023 14:00

Les arbres en ville apportent de nombreux services écosystémiques et permettent de diminuer certaines conséquences de l’urbanisation comme l’îlot de chaleur urbain et le ruissellement de l’eau. Cependant, l’effet aérodynamique des arbres limite la dispersion des polluants émis dans les rues canyons et les arbres émettent des composés organiques volatils (COVb) qui participent à la formation d’ozone et d’aérosols organiques secondaires. Les émissions de COVb, qui varient fortement selon l’espèce d’arbre, sont influencées par des facteurs climatiques (température, rayonnement) mais aussi par le statut hydrique des arbres. Les objectifs de la thèse sont de quantifier ces différents effets sur la qualité de l’air à Paris. Dans un premier temps, les différents effets des arbres urbains sur la qualité de l’air à l’échelle de la rue sont ajoutés dans la chaîne de modélisation CHIMERE/MUNICH. L’effet aérodynamique des arbres dans les rues a été paramétré à partir de simulations de mécanique des fluides. Afin d’améliorer la modélisation des émissions de COVb, un couplage entre les modèles TEB (Town Energy Balance) de la plateforme SURFEX, SPAC (modèle de continuum sol-plante-atmosphère) et MUNICH a été mis en place. Ce couplage permet de mieux représenter le micro-climat urbain et l’effet thermo-radiatif des arbres dans le modèle de qualité de l’air ainsi que l’impact du micro-climat urbain et du stress hydrique des arbres sur les émissions de COVb. Des simulations sur la ville de Paris pendant l’été 2022 sont réalisées afin de quantifier l’impact des arbres sur la qualité de l’air régionale et locale, et les concentrations atmosphériques de polluants sont comparées à des mesures, réalisées sur l’été 2022.

Régulation du photosystème II dans un contexte de changement climatique

15/11/2023 14:00

L’absorption du CO₂ atmosphérique via la photosynthèse joue un rôle majeur pour l’atténuation du changement climatique. Néanmoins via des épisodes de canicule et de sécheresse ce dernier induit d’importants stress sur les plantes terrestres. Dans ce contexte, des incertitudes considérables persistent dans la prévision des capacités d’absorption du CO₂ par les plantes terrestres pour les décennies futures. C’est pourquoi nous avons étudié la régulation de la photosynthèse dans ces conditions de stress, depuis les échelles de la molécule et du chloroplaste, jusqu’à l’échelle mondiale des surfaces continentales. Nous avons utilisé principalement des mesures de fluorescence de la chlorophylle a, permettant de faire le lien entre les connaissances de la plus petite échelle à la plus grande. Cette thèse nous a permis de proposer de nouveaux mécanismes ou modèles pour la régulation de la photosynthèse à plusieurs échelles : un rôle potentiel pour le glycolate au niveau du PSII, une voie de signalisation possible entre le chloroplaste et les racines, l’impact combiné de l’âge et de l’espèce de la plante pour les température extrêmes, la modélisation d’un processus de régulation moléculaire implémenté dans le modèle de surfaces continentales ORCHIDEE pour les forêts boréales à aiguilles persistantes, et enfin la modélisation d’un processus de régulation pour des arbustes en conditions de sécheresse et hautes températures. Dans l’ensemble, ce travail a renforcé la connexion entre des chercheurs experts de la régulation de la photosynthèse de l’échelle moléculaire à l’échelle mondiale. Il a conduit à améliorer la modélisation de l’absorption du CO₂ atmosphérique par les surfaces continentales, et permettra ainsi de réduire les incertitudes associées dans les projections climatiques.

The absorption of atmospheric CO₂ through photosynthesis plays a crucial role in mitigating climate change. However, episodes of heatwaves and drought induce significant stress on terrestrial plants. In this context, considerable uncertainties persist in predicting the future CO₂ absorption capacity of terrestrial plants for the coming decades. Therefore, we studied photosynthesis regulation under these stress conditions, from the molecular scale to the chloroplast level, up to the global scale of continental surfaces. We primarily used chlorophyll a fluorescence measurements to bridge the gap between knowledge from the smallest scale to the largest. This thesis allowed us to propose new mechanisms or models for photosynthesis regulation at multiple scales: a potential role for glycolate at the PSII level, a possible signaling pathway between the chloroplast and the roots, the combined impact of plant age and species under extreme temperatures, the modeling of a molecular regulation process implemented in the ORCHIDEE land surface model for boreal evergreen needleleaf forests, and finally, the modeling of a regulation process for shrubs under drought and high temperatures. Overall, this work reinforced the connection between researchers specialized in photosynthesis regulation from the molecular scale to the global scale. It has led to improvements in the modeling of atmospheric CO₂ absorption by continental surfaces, and thereby will enable to reduce the associated uncertainties in climate projections.