Thèse Variabilité Naturelle des Flux Air-Mer de Co2 Durant l'Holocène et leur Évolution Sous l'Effet du Changement Climatique. H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France Laboratoire de recherche : Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement - DRF Direction de la thèse : Marion GEHLEN ORCID 0000000296880692 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Au cours de la dernière décennie (2013-2024), l'océan a absorbé environ 2,9 ± 0,4 Gt C par an, soit environ 30 % des émissions anthropiques issues des combustibles fossiles. Les variations des flux air-mer reflètent la superposition de la variabilité interannuelle à centenaire du cycle naturel du carbone et la réponse au forçage anthropique. À des échelles de temps interannuelles à décennales, et jusqu'à présent, les modes de variabilité climatique naturelle semblent être les principaux moteurs des fluctuations interannuelles du puits de carbone océanique. Parmi ces modes, l'ENSO (El Niño-Oscillation australe) joue un rôle prépondérant. L'année 2023 a vu la combinaison d'un tel épisode dans le Pacifique équatorial et d'anomalies de chaleur dans les régions extratropicales et subpolaires. Le renforcement attendu du puits de carbone océanique en réponse à l'épisode El Niño (diminution du dégazage de CO) a été compensé par un excès de dégazage dans les régions extratropicales et subpolaires, en particulier dans l'Atlantique Nord. Cette situation semble sans précédent et illustre les interactions entre le cycle naturel et le forçage anthropique (dans ce cas, l'anomalie de température à la surface de l'océan). Pour comprendre les fluctuations actuelles et futures des flux de CO air-mer, il est donc important de comprendre leur variabilité naturelle.

L'holocène est une période caractérisée par un climat moyen relativement stable et des modes de variabilité climatique similaires à ceux observés actuellement. Ce sujet tire partie de cette relative stabilité du climat moyen de l'holocène pour étudier la variabilité naturelle des flux air-mer de CO2 aux échelles interannuelles et décennales. Il s'agira d'établir une ligne de base contre laquelle évaluer les variabilités contemporaines et futures.

L'objectif sera dans un premier temps de confirmer et de quantifier le rôle joué par les modes de variabilité climatiques régionales (e.g. ENSO, Pacifique Equatorial) dans la variabilité des flux air-mer de CO2 au cours de l'holocène Il s'agira ensuite d'explorer l'existence de phénomènes de compensation similaires aux observations de 2023. En fonction des résultats obtenus, l'approche sera appliquée par la suite aux périodes historique et future.


L'océan a absorbé sur la dernière décennie (2013-2024) environ 2.9 0.4 Gt C par an, ou 30% des émissions anthropiques fossiles (Friedlingstein et al., 2025). La quantification de ce puits et de son évolution est au centre de nombreuses recherches. Ces recherches sont synthétisées annuellement au niveau international par le Global Carbon Project (https://globalcarbonbudget.org). Le puits est estimé d'une part à partir d'un ensemble de modèles de circulation océanique couplés à des représentations de la biogéochimie marine incluant le cycle du carbone, et d'autre part à des reconstructions des flux air-mer de CO2 à partir d'observations in situ de la pression partielle de ce gaz. L'évolution des flux air-mer reflète la superposition de la variabilité interannuelle à centennale du cycle naturel du carbone et de la réponse au forçage lié aux émissions anthropiques (DeVries et al., 2024). Aux échelles de temps interannuelles à décennales, et jusqu'à présent, les modes de variabilités climatiques naturelles apparaissent comme la source principale des fluctuations interannuelles du puits océanique de carbone. Parmi ces modes, ENSO (El Niño-Southern Oscillation) a un rôle prépondérant expliquant jusqu'à 30% de l'anomalie observée dans l'évolution du CO2 atmosphérique en épisode El Niño (Feely et al., 1999, Rödenbeck et al., 2014). L'année 2023 a vu la conjugaison d'un tel épisode dans le Pacifique Equatorial et des anomalies chaudes en zones extra-tropicales et sub-polaires. Le renforcement attendu du puits océanique en réponse à l'épisode El Niño (diminution du dégazage de CO2) a été amoindrit par un excès de dégazage dans les zones extra-tropicales et subpolaires, notamment dans l'Atlantique Nord (Müller et al., 2025). Cette situation semble inédite et illustre les interactions entre le cycle naturel et le forçage anthropique (ici l'anomalie chaude des températures de surface de l'océan). Afin de comprendre les fluctuations contemporaines et futures du cycle du carbone et un premier lieu des flux air-mer de CO2, il est donc important de comprendre leur variabilité naturelle.
L'holocène est une période caractérisée par un climat moyen relativement stable et des modes de variabilité climatique similaires à ceux observés actuellement. Les études passées se sont surtout focalisées sur l'évolution du cycle du carbone depuis la sortie de la dernière glaciation et sur la répartition des stocks de carbone entre les réservoires du système terre (océan-atmosphère-surface continentale), l'objectif étant de comprendre l'augmentation des concentrations du CO2 atmosphériques (e.g. Joos et al., 2004, Brovkin et al. 2008, 2019). Ici, nous proposons de tirer partie de la relative stabilité du climat moyen de l'holocène pour étudier la variabilité naturelle des flux air-mer de CO2 aux échelles interannuelles et décennales. En effet, le cycle du carbone océanique reste dynamique notamment aux échelles de temps interannuelles à décennales en répondant au mode de variabilité climatique tel que par exemple ENSO. C'est ainsi que l'Holocène est marquée par l'intensification du phénomène El-Niño en réponse à la diminution de la saisonnalité dans hémisphère nord et son intensification dans l'hémisphère sud and réponse aux variations lentes des paramètres orbitaux (Carré et al. 2021). Il s'agira d'établir une ligne de base contre laquelle évaluer les variabilités contemporaines et futures.
Améliorer notre compréhension des fluctuations contemporaines et futures du cycle du carbone et un premier lieu des flux air-mer de CO2 par l'étude de variabilité naturelle aux échelles interannuelles à décennales:
1) confirmer et quantifier le rôle joué par les modes de variabilité climatiques régionales (e.g. ENSO, Pacifique Equatorial) dans la variabilité des flux air-mer de CO2 au cours de l'holocène;
2) explorer l'existence de phénomènes de compensation à l'échelle régionale;
3) mettre en évidence et quantifier les interactions entre variabilité naturelle et signal anthropique aux périodes historique et future (scénario à moyenne intensité).
L'étude exploitera une simulation transitoire de 6000 ans couvrant une partie de l'holocène réalisée au Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement avec le modèle système Terre de l'Institut Pierre-Simon Laplace (IPSL-CM6) (e.g. Al-Yaari et al., 2026). Cette simulation est poursuivie sur la période historique et en projection suivant le scénario moyen SSP2.4.5.