Thèse Impacts Climatiques Passés et Futurs de Déstabilisations de la Circulation Océanique Méridienne de Retournement Atlantique 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 : Masa KAGEYAMA ORCID 0000000308225880 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-01T23:59:59 L'objectif de cette thèse sera de réaliser et analyser des simulations numériques du climat futur pour les prochains 1000-10000 ans en réponse à des scénarios de variations de gaz à effet de serre et de disparition des calottes polaires. L'accent sera mis sur les possibles changements d'AMOC dans le futur et leurs conséquences sur le climat en Europe de l'Ouest, notamment sur le site d'enfouissement profond des déchets radioactifs de Bure. Pour évaluer la qualité des projections, le candidat réalisera également des simulations climatiques passées afin de pouvoir comparer les résultats du modèle aux archives sédimentaires. Deux versions du modèle de système Terre de l'IPSL seront utilisées pour réaliser ces simulations. Une version basse résolution, IPSL-CM5A2 qui permettra de simuler l'évolution du climat et de l'AMOC sur plusieurs milliers d'années dans le futur et dans le passé en réponse à différents scénarios de forçages (taille des calottes polaires, flux d'eau de fonte, concentration en gaz à effet de serre). Une version plus complexe et plus haute résolution, IPSL-CM7, amené à contribuer au prochain exercice du GIEC, nous permettra de préciser de façon plus fine les conséquences potentielles d'une déstabilisation de l'AMOC sur l'Europe de l'Ouest à l'échelle (multi-)millénaire. La circulation océanique méridienne de retournement Atlantique (AMOC) est un acteur majeur de la redistribution de la chaleur accumulée dans l'océan Atlantique aux latitudes subtropicales vers les hautes latitudes. A ce titre, elle est souvent vue, avec la circulation atmosphérique, comme contribuant à la relative douceur du climat européen par rapport à celui de l'est du continent américain.
Des données d'observations (Ditlevsen & Ditlevsen, 2023) et certains modèles numériques d'océan semblent pointer vers un ralentissement (Weijer et al., 2020), voire un arrêt complet de l'AMOC dans le futur, en réponse à l'augmentation rapide des gaz à effet de serre. Un tel scénario conduirait à des conséquences potentiellement larges sur le climat européen, aussi bien en termes de température que de précipitations, conséquences s'ajoutant à celles de l'augmentation des concentrations en gaz à effet de serre. L'évolution future de l'AMOC est pourtant très incertaine (Baker et al. 2025, Dijkstra and van Westen 2025), a fortiori au-delà du 21e siècle, car ces projections futures sont obtenues via des modèles numériques qui restent des approximations de la complexité du système océan-atmosphère. Ces modèles présentent ainsi des circulations océaniques assez différentes les unes des autres en termes de structure, d'intensité et de réponses transitoires aux variations des forçages (gaz à effet de serre, flux d'eau douce, etc.), et ce même pour la période observationnelle (Jackson et al. 2023a, 2023b). Cet aspect nous encourage donc à chercher à comprendre les dynamiques de fonctionnement de l'AMOC et à explorer l'espace des phases de la réponse de celle-ci afin d'anticiper les trajectoires climatiques possibles.

Il existe malheureusement peu de données pour quantifier de façon fiable les variations de l'AMOC. Les données récentes (par exemple, satellitaires) couvrent une période temporelle trop courte par rapport aux échelles de temps de la circulation océanique grande échelle (> 10 - 103 années) pour pouvoir anticiper de potentielles bifurcations dans le système climatique. Notre connaissance des variations de l'AMOC et de ses potentielles déstabilisations reposent donc principalement sur les archives sédimentaires marines et les traceurs isotopiques, notamment le 13C (Muglia et al., 2023). Ces archives ont une relativement bonne couverture spatiale dans l'Atlantique Nord et permettent d'évaluer les variations d'AMOC entre la période récente et le dernier maximum glaciaire (21 000 ans BP). Ces données semblent indiquer un océan glaciaire plus stratifié alors que la grande majorité des modèles numériques ne reproduisent pas cette tendance, signe que certains processus sont encore mal compris (Sherriff-Tadano & Klockmann 2021). Les données de 13C montrent également des variations abruptes, à la signature géographique complexe, qui pourraient s'apparenter aux changements anticipés par un ralentissement voire un arrêt de l'AMOC.

L'objectif de cette thèse sera de réaliser des simulations numériques du climat futur pour les prochains 1000-10000 ans en réponse aux variations de gaz à effet de serre, se basant sur les scénarios du projet BIOCLIM (https://www.andra.fr/mini-sites/bioclim/documentation.htm), et de disparition des calottes polaires. L'accent sera mis sur les possibles changements d'AMOC dans le futur et leurs conséquences sur le climat en Europe de l'Ouest, notamment sur le site d'enfouissement profond des déchets radioactifs de Bure. Pour évaluer la qualité de nos projections, nous réaliserons également des simulations climatiques passées afin de pouvoir comparer les résultats du modèle aux archives sédimentaires (notamment le 13C). Nous utiliserons deux versions du modèle de système Terre de l'IPSL pour réaliser ces simulations. Une version basse résolution, IPSL-CM5A2 (Dufresne et al. 2013, Sepulchre et al. 2020), qui a notamment été utilisée dans le cadre de l'exercice AR5 du GIEC et qui nous permettra de simuler l'évolution du climat et de l'AMOC sur plusieurs milliers d'années dans le futur et dans le passé en réponse à différents scénarios de forçages (taille des calottes polaires, flux d'eau de fonte, concentration en gaz à effet de serre). Nous utiliserons également une version plus complexe et plus haute résolution, IPSL-CM7, amené à contribuer au prochain exercice du GIEC, qui nous permettra de préciser de façon plus fine les conséquences potentielles d'une déstabilisation de l'AMOC sur l'Europe de l'Ouest à l'échelle (multi-)millénaire.
- prévoir les possibles climatiques en Europe et notamment en France hexagonale, sur la prochaine dizaine de milliers d'années, à l'aide des modèles de climat de l'IPSL
- avant cet objectif général, évaluer ces modèles sur des changements climatiques avérés lors desquels la circulation océanique de retournement atlantique varie de manière rapide. La thèse se déroulera en plusieurs étapes :
- Dans un premier temps, le modèle IPSL-CM5A2 sera utilisé pour réaliser plusieurs projections multi-millénaires en suivant les scénarios issus du projet BIOCLIM pour les gaz à effets de serre ainsi que différents scénarios de fonte des calottes de glace groenlandaise et antarctique. Les résultats de ces projections fourniront un espace de phase des différentes trajectoires possibles pour l'AMOC, ainsi que pour le climat de surface de l'Europe de l'Ouest. Les scénarios menant aux changements les plus extrêmes de déstabilisation (ou non) de l'AMOC seront alors choisis pour forcer le modèle plus complexe et plus haute résolution IPSL-CM7 pour raffiner les trajectoires à l'échelle du prochain millier d'années.
- En parallèle, sur la base des travaux déjà effectués par Samuel Aubin dans le cadre de son stage de master 2, IPSL-CM7 sera utilisé pour simuler le climat du Dernier Maximum Glaciaire (DMG) et étudier sa sensibilité à des flux d'eau douce, modulant l'intensité de l'AMOC. Les résultats obtenus, notamment en termes de circulation de l'océan, seront comparés aux données disponibles de 13C pour évaluer la capacité du modèle à reproduire des changements passés de l'AMOC.
- Enfin, les scénarios extrêmes obtenus avec IPSL-CM5A2 seront intégrés à des simulations IPSL-CM7 plus courtes mais qui mettront à profit les développements techniques présents dans ce modèle afin de zoomer sur l'Europe de l'Ouest et proposer plusieurs trajectoires possibles d'évolution climatique sur cette région avec une résolution inédite jusqu'à présent à l'échelle de temps du millier d'années.