Caractérisation des interactions entre le cycle du carbone et le climat au cours du stade marin isotopique 7

Etienne Legrain (2020-2023)

Direction : Frédéric Parrenin et Emilie Capron
Financement : MOPGA HOTCLIM

De nombreuses incertitudes demeurent sur les interactions futures et passées entre climat et cycle du carbone, ainsi que leur impact sur les composantes du système Terre, particulièrement celles qui sont les plus sensibles à un réchauffement du climat (e.g. calottes de glace, niveau des mers, circulation océanique). Dans ce contexte, les périodes chaudes du Quaternaire, les interglaciaires, peuvent apporter des informations utiles puisqu’ils offrent une série de laboratoires naturels qui permettent d‘étudier les processus au sein du système Terre pour un large éventail de conditions chaudes et comparables à aujourd’hui. Entre 260 et 190 ka, l’interglaciaire ‘Marine Isotopic Stage’ (MIS7) et la déglaciation qui précède se détachent des variations climatiques des derniers 800 ka, de par la structure particulière du réchauffement polaire, et de la variabilité climatique millénaire identifiée aux latitudes plus basses. Toutefois, cet intervalle de temps reste très peu étudié. En particulier, la résolution actuelle des enregistrements de CO2 atmosphérique ne permet pas de caractériser de façon continue la variabilité à l’échelle multi-centennale du cycle du carbone ainsi que sa relation de phase avec d’autres variables climatiques au démarrage puis au cours de l’interglaciaire. Cette thèse apportera des informations inédites afin d’approfondir notre compréhension des interactions entre le cycle du carbone et le climat au cours des périodes chaudes du passé. En particulier, l’objectif de cette thèse est d’identifier si les spécificités observées au cours de l’interglaciaire MIS 7 affectent la dynamique du cycle du carbone et son lien avec le climat à l’échelle pluri-centennale. Pour ce faire, elle repose de nouvelles analyses à haute résolution ( 250 ans) de la concentration atmosphérique en CO2 et des isotopes de l’air (δ15N de N2 et δ18O de O2 ; collaboration avec A. Landais du LSCE) à partir d’échantillons d’air piégé dans la carotte de glace profonde EPICA Dome C forée en Antarctique couvrant le MIS 7 et la transition glaciaire-interglaciaire qui précède. Une quantification précise des décalages entre les variations de CO2 et le climat antarctique sera réalisée en utilisant le δ15N de N2, un traceur répondant en Antarctique, aux changements de température et d’accumulation en surface. L’étude de phase bénéficiera également de l’utilisation du δ18O de O2 atmosphérique, qui est influencé par les modifications du niveau de la mer, du cycle hydrologique et de la productivité de la biosphère au niveau global. Ces résultats seront également intégrés dans une synthèse combinant des données d’archives climatiques marines et terrestres afin de reconstituer le contexte climatique et les séquences d’évènements à l’échelle pluri-milléniale au-delà des régions polaires au cours de cette période chaude du passé.

Mots clés : interglaciaire, paléoclimat, carotte de glace Antarctique, CO2 atmosphérique, cryosphère