Modélisation et compréhension des liens entre paléogéographie, routage de l'eau continentale et végétation depuis le Crétacé

par Julia Bres

Projet de thèse en Océan, atmosphère, climat et observations spatiales

Sous la direction de Nicolas Viovy et de Pierre Sepulchre.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de École doctorale des sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris) , en partenariat avec LSCE - Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (laboratoire) , CLIM (equipe de recherche) et de Université de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    A l'échelle géologique, les changements paléogéographiques (ouverture et fermeture de passages océaniques, surrections de chaînes de montagnes) altèrent le système climatique via des changements de dynamique atmosphérique (Sepulchre et al., 2006) et océanique (Sepulchre et al., 2014). Les blocages des transports zonaux d'eau atmosphérique et le changement de routage de l'eau douce sur les continents en sont un exemple. En outre, à ces échelles de temps, les variations climatiques influencent directement la végétation par des processus liés à l'écophysiologie des plantes, qui se traduisent in fine par des changements radicaux du couvert végétal (Chaboureau et al., 2014). Or ce dernier joue lui-même un rôle crucial dans le système climatique, via des boucles de rétroaction impliquant les flux énergétiques, hydrologiques et le cycle du carbone. Un cas d'école des rétroactions climat-végétation aux longues échelles de temps est la diversification puis la dominance des plantes à fleurs (Angiospermes) au Crétacé, pendant l'ouverture de l'océan Atlantique. Il a longtemps été suggéré que cette révolution s'était produite dans un contexte climatique relativement uniforme et chaud il y a environ 100 millions d'années, or des données récentes montrent des variations climatiques rapides au cours de cette période. Et s'il est suggéré que les angiospermes ont joué un rôle dans les changements climatiques du Crétacé (Boyce et al., 2010), celui-ci est encore mal connu. Le but de cette thèse est de comprendre l'impact combiné du changement de couvert végétal et du changement de routage de l'eau douce continentale sur le climat global depuis 100 millions d'années. Le LSCE dispose avec le modèle Système Terre de l'IPSL d'un outil permettant de réaliser des simulations numériques prenant en compte ces rétroactions. La première étape sera de prendre en compte les changements topographiques depuis 90 millions d'années pour estimer leurs conséquences sur le routage de l'eau douce continentale, et simuler ses conséquences sur le système climatique global. Une attention particulière sera portée sur la réponse du système océanique et sur le climat tropical. La seconde étape sera de comprendre l'impact du remplacement du couvert végétal de type gymnospermes-cycades par un couvert dominé par les angiospermes au Crétacé en utilisant le modèle IPSL-CM5A2 et sa composante ORCHIDEE, qui simule les processus des surfaces continentales. Cette thèse s'appuiera sur l'utilisation du modèle IPSL-CM5A2 et des heures obtenues annuellement sur les supercalculateurs du TGCC que sont CURIE et IRENE (20 millions d'heures obtenues en 2017). Elle ouvrira la voie non seulement à une meilleure compréhension du système climatique global, mais également à la quantification de l'évolution de la végétation et de ses rétroactions sur le climat depuis 100 millions d'années. Cette thèse s'effectuera au sein de l'équipe CLIM du LSCE en collaboration étroite avec l'équipe MOSAIC, et impliquera des collaborations avec des équipes de l'ISEM et de l'UMR DIADE de Montpellier, et de Géosciences Rennes.

  • Titre traduit

    Modelling and understanding the links between paleogeography, continental water routing and vegetation since the Cretaceous


  • Résumé

    At the geological scale, paleogeographic changes (opening and closing of ocean passages, mountain range surrections) alter the climate system via changes in atmospheric (Sepulchre et al., 2006) and oceanic (Sepulchre et al., 2014) dynamics. The blockages of atmospheric water zonal transport and the change of freshwater routing on continents are one example. Furthermore, at these time scales, climate variations directly influence vegetation through processes related to plant ecophysiology, which ultimately translate into radical changes in vegetation cover (Chaboureau et al., 2014). The latter itself plays a crucial role in the climate system, via feedback loops involving energy, hydrological flows and the carbon cycle. A textbook case of climate-vegetation feedback at long time scales is the diversification then dominance of flowering plants (Angiosperms) in the Cretaceous, during the opening of the Atlantic Ocean. It has long been suggested that this revolution occurred in a relatively uniform and warm climatic context about 100 million years ago, yet recent data show rapid climatic variations during this period. And while it is suggested that angiosperms have played a role in Cretaceous climate change (Boyce et al., 2010), this is still poorly understood. The aim of this thesis is to understand the combined impact of land cover change and continental freshwater routing change on global climate over 100 million years. With the IPSL's Earth System model, the LSCE has a tool for performing numerical simulations that take these feedback into account. The first step will be to take into account topographic changes over 90 million years to estimate their consequences on continental freshwater routing, and simulate their consequences on the global climate system. Particular attention will be paid to the response of the ocean system and the tropical climate. The second step will be to understand the impact of replacing the gymnosperms-cycads vegetation cover by angiosperms dominated cover in the Cretaceous using the IPSL-CM5A2 model and its ORCHIDEE component, which simulates continental surface processes. This thesis will be based on the use of the IPSL-CM5A2 model and the hours obtained annually on CCGT supercomputers CURIE and IRENE (20 million hours obtained in 2017). It will open the way not only to a better understanding of the global climate system, but also to quantifying the evolution of vegetation and its feedback to climate over the past 100 million years. This thesis will be carried out within the CLIM team of LSCE in close collaboration with the MOSAIC team, and will involve collaborations with teams from ISEM and UMR DIADE of Montpellier, and Géosciences Rennes.