PROcessus et inTéractions de fine Echelle Océanique (PROTEO)

Responsables : Francesco d’Ovidio et Yannis Cuypers

Composition de l’équipe

Personnels permanents (fonction/affiliation

  • Pascale Bouruet-Aubertot, PR, SU
  • Jacqueline Boutin, DR, CNRS
  • Xavier Capet, CR, CNRS
  • Jean-Benoît Charrassin, PR, MNHN
  • François Colas, CR, IRD
  • Cédric Cotté, MC, MNHN
  • Yannis Cuypers, MC, SU
  • Francesco d’Ovidio, CR, CNRS
  • Vincent Echevin, CR, IRD
  • Christophe Hourdin, IR, CNRS
  • Dimitry Khvorostianov, IR, CNRS
  • Marina Lévy, DR, CNRS
  • Liliane Merlivat, Bénév
  • Stéphane Pous, MC, MNHN
  • Jean-Baptiste Sallée, CR, CNRS
  • Dimitry Khvorostianov, IR, CNRS
  • Gilles Reverdin, DR, CNRS
  • Frédéric Vivier, CR, CNRS

Les études de l’équipe PROTEO visent à une meilleure compréhension des interactions à fine échelle entre la physique océanique, la biogéochimie marine et les écosystèmes, incluant une compréhension fine des processus physiques sous-jacents. Les échelles d’espace concernées vont des échelles de la circulation régionale, en passant par la (sub)-mésoéchelle jusqu’aux échelles inertielles, associées à des échelles temporelles allant de quelques jours jusqu’à  l’inter-annuel.

Au niveau biogéochimique, les intérêts de l’équipe couvrent principalement les apports de nutriments par la dynamique, le cycle du carbone (flux air-mer, export) et le cycle de l’oxygène (en particulier l’étude des zones de minimum d’oxygène). Au niveau des écosystèmes, nos intérêts couvrent également un large spectre, allant de la biodiversité du phytoplancton  à l’écologie des prédateurs supérieurs, et incluent des études sur les échelons intermédiaires. Au niveau de la physique de l’océan, l’équipe s’enrichit de nouvelles compétences en physique de petite échelle qui proviennent de la réunion  des anciennes équipes PEPS et IPSO. Ces compétences permettront d’appréhender un plus vaste spectre de processus, notamment le rôle des interactions océan-vagues, le rôle des ondes d’inertie-gravité forcées par le vent et la marée et le rôle des interactions océan-glace de mer.

Notre démarche intègre la modélisation (physique-biogéochimie-écosystème planctonique-transport-connectivité), la collecte (campagnes de mesure, observations à long terme) et l’analyse de données (in-situ et satellite), et la télémetrie animale. Cette approche multi-outils implique des développements dédiés, tant au niveau instrumental qu’au niveau modélisation, et au niveau de l’analyse des données. Ainsi, nous participerons au développement de flotteurs-profileurs (en particulier Ice-T pour la marge de glace et TurboProvBio pour les mesures bioéochimiques et de turbulence), de nouveaux instruments de biologging (phocidés) et à la préparation et à l'exploitation de futures missions satellites concernant notamment des mesures altimétriques à sub-méso-échelle, de couleur de l’eau géostationnaires, des mesures de salinité et de courants de surface (SWOT, OCAPI, MICROWAT, CRYORAD, SEASTAR).  L'équipe accompagne également le développement des modèles physiques (NEMO et CROCO) et  biogéochimique (PISCES), en particulier par leur emploi dans des configurations inédites (montée en résolution et en complexité; exploration des routes d'énergie; couplage avec l’atmosphère).

Notre recherche sera articulée sur 4 axes, avec des spécificités régionales:

Axe 1 : Couplage océan-vagues-biogéochimie en milieu côtier  (pelagos-benthos) à travers le développement de modèles et des campagnes dédiées: cette démarche gardera une continuité avec des études en cours sur des régions à forte production biologique, en particulier les zones de plateau des upwellings côtiers (Sénégal; Pérou), les îles du sud-ouest de l’océan Indien (Îles Éparses) et du Pacifique Sud-ouest (Nouvelle-Calédonie) et l’Afrique Australe.

Axe 2: Échanges couche de mélange/atmosphère/subsurface: nos travaux viseront à mieux caractériser les flux thermodynamiques (sel, chaleur), biogéochimique (carbone, azote, oxygène) et d’énergie (génération à la dissipation d’ondes d’inertie-gravité)  entre ces couches. Nous poursuivrons les chantiers en cours sur les mers indonésiennes, la mer Méditerranée, le Storfjord, l’océan Atlantique Nord, l’océan Indien et l’Océan Austral. Des enjeux importants concernent l'extension verticale du transport associé aux instabilités de sub-mesoéchelle, l’étude de la marée sous-inertielle, les interactions entre ondes, vent, submeso échelle, et turbulence, la pénétration du carbone anthropique, la fertilization naturelle par le fer, la désoxygenation des océans, ainsi que l’évolution des ces forçages de petite échelle en réponse au changement climatique.

Axe 3 : Couplage physique/biologie : nous étudierons les liens entre océan physique, biodiversité, écosystèmes, en particulier en support à la conservation du milieu pélagique Méditérranée, dans les zones d’upwellings, dans l’océan Austral (en collaboration avec la Commission pour la conservation de la faune et la flore marines de l'Antarctique) en incluant les zones englacées, et dans le Pacifique Sud avec nos implications sur l’étude de la biodiversité pélagique notamment pour le grand Parc marin de la mer de Corail. Les actions principales dans ce volet incluent le développement d’études de processus et configurations de modèles de circulation couplés physique – écologie, l’observation des niveaux trophiques intermédiaire par acoustique active, et l’étude de l’écologie des prédateurs marins en lien avec la variabilité des paramètres biotiques et abiotiques de leur milieu.

Axe 4 : Couplage océan/cryosphère : nous étudierons la glace de mer et ses interfaces avec l’océan et l’atmosphère, pour observer et analyser les processus régissant le bilan de masse de glace et comprendre comment la dynamique océanique est influencée par la glace, et cela en relation avec la flore et faune de la banquise. Un enjeu important sera d’assurer la continuité des mesures (par télémétrie animale, navires, flotteurs, capteurs embarqués par des mammifères marins) en Arctique central (e.g., bouée Ice-T) et en Antarctique (e.g., biologging de phocidés, flotteurs Argo). L’analyse des données vise à déterminer le bilan de masse de glace de mer, de chaleur et de sel de la couche de mélange sous la glace (éventuellement sur l’influence de la houle et des processus dans la glace) ainsi que à étudier l’écologie alimentaire des grandes prédateurs en marge de glace. L'interaction entre océan et glaciers continentaux antarctiques et les implications pour la dynamique de la couche de mélange, l’apport de nutriments dans la couche de surface, et la formation d’eaux profondes continuera d'être abordé à partir de campagnes en mer.

Thématiquement, nous serons particulièrement impliqués sur les axes, “Forçages abiotiques sur les écosystèmes marins”, “Du grand large au côtier”, “Cryosphère et milieux polaires”, “Salinité: De la mesure au climat”, “Le mélange océanique” ainsi que “Systèmes d’upwelling”. Nous contribuons également aux axes “Interactions air-mer” qui recouvrent des processus jouant un rôle clé dans les interactions environnement-écosystèmes.

Nous voyons l'axe "Du grand large au côtier" comme un bon moyen de développer des synergies avec les chercheurs d'autres équipes engagés dans un travail de descente en échelle, en particulier ceux du chantier indien (essentiellement dans l'équipe VARCLIM). Nous sommes disposés à animer les axes "Du grand large au côtier", “Forçages abiotiques sur les écosystèmes marins”, “Salinité: De la mesure au climat” (co-animation avec VARCLIM), “Le mélange océanique” . 

Variabilité de l’océan et de la glace de mer (VOG)

Responsable : Christophe Herbaut

Composition de l’équipe

Personnels permanents (fonction/affiliation)

  • Sabine Arnault, DR, IRD
  • Anne-Cécile Blaizot, IE, IRD
  • Michael Field, IR, CNRS (2015-2019)
  • Christophe Herbaut, CR, CNRS
  • Marie-Noëlle Houssais, DR, CNRS
  • Vincent Klein, AI, CNRS
  • Guillaume Massé, CR, CNRS
  • Jean-Luc Mélice, CR, IRD
  • Eva Moreno, MC, MNHN
  • Laurent Mortier, PR, ENSTA
  • Diana Ruiz-Pino, MC, SU
  • Marie-Alexandrine Sicre, DR, CNRS
  • Pierre Testor, CR, CNRS

Personnels non permanents (fonction/affiliation)

  • Michael Field, IR, CNRS, 2015-2019
  • Christopher Roach, Chercheur, CNRS, 2019-2021
  • Yang Feng, doctorante, SU
  • Katia Mallil, doctorante, SU
  • Kouacou Bosson, doctorant, SU

Les objectifs de l’équipe VOG sont de mieux comprendre la dynamique du système couplé océan-glace de mer, sa variabilité actuelle et passée et son impact sur les cycles biogéochimiques. Pour ce faire l’équipe développe une synergie entre observations et modélisation pour étudier à la fois les échelles fines des processus de la circulation océanique et les échelles de temps longues dont la connaissance est indispensable pour une meilleure évaluation du rôle de l’océan dans la variabilité climatique et ses impacts. Elle s’intéresse notamment à des problématiques comme l’évolution de la banquise, les changements dans les propriétés des masses d’eau en lien avec leur mode de formation, l’acidification de l’océan, le transport de chaleur océanique en lien avec la circulation méridienne de retournement, les impacts de la dynamique océanique sur la biogéochimie marine. La recherche de l’équipe est largement abordée dans le cadre de problématiques régionales, en lien avec les chantiers Antarctique, Arctique, Atlantique Tropical et Méditerranée.

L’équipe s’investit fortement dans l’observation : depuis l’acquisition de mesures in-situ dans le cadre de campagnes multi instrumentées, ponctuelles ou récurrentes jusqu’à la mise en œuvre et le maintien de systèmes d'observation intégrés du GOOS. Cette stratégie d’observation est complétée par l’analyse d’observations satellitaires, notamment altimétriques et radiométriques, Enfin, l’effort d’observation s’appuie sur des projets de développement instrumental (gliders profonds, capteurs pH).

Principaux axes de recherche

  • Variabilité de la glace de mer : échelles de temps et rôle de l’océan dans cette variabilité.
  • Mélange vertical : influence de la banquise, impact sur la production primaire et la pompe de carbone océanique.
  • Convection profonde, interactions d’échelles et circulation thermohaline
  • L’eau douce dans les régions polaires : sources, transport et impacts sur la dynamique et la biogéochimie océanique.
  • Circulation de bord et échanges côte-large

Austral Boréal Carbone (ABC)

Responsable : Christine Provost

Composition de l’équipe

Personnels permanents (fonction,affiliation)

  • Isabelle Durand IE, MNHN
  • Jean-Claude Gascard, DR Em, CNRS
  • Natahlie Lefèvre, CR, IRD
  • Young-Hyang Park, PR Em, MNHN
  • Christine Provost, DR, CNRS
  • Mehrad Rafizadeh, IR, CNRS
  • Nathalie Sennéchael, MC, MNHN
  • Sabine Février, MC, SU
  • Jérôme Sirven, MC, SU

Notre objectif principal est d’observer et comprendre la variabilité et l’évolution (synoptique, interannuelle à décennale) des propriétés physico-chimiques des masses d’eau, de la circulation, des apports d’eau douce, des interactions océan-glace/neige-atmosphère, des flux de chaleur (méridien) dans les océans polaires et l’Atlantique tropical. Les questions scientifiques auxquelles se rattachent nos études ont été identifiées comme des enjeux scientifiques majeurs dans la prospective du laboratoire. Nos actions se situent également dans les chantiers prioritaires: Arctique, Antarctique et Amérique latine : Argentine et Brésil, Atlantique tropical et Afrique de l’Ouest.

L’équipe s’appuie sur des réseaux d’observations physiques et biogéochimiques et les combine à des données acquises lors de campagnes en mer, à des mesures spatiales, à des simulations numériques et à des réanalysesde centres opérationnels (Mercator- Océan, Mercator Vert, ECMWF). Nous avons une importante activité de développement instrumental pour l’amélioration des observations in situ.

Nos actions prioritaires sont :

  • la caractérisation des flux horizontaux et verticaux des propriétés physico-chimiques dans les océans polaires et l’Atlantique Tropical (incluant rôle de la méso et subméso échelle) (thèmes 1 et 2, axes 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12) - l’étude des causes et impacts du retrait des glaces de mer en Arctique et en particulier de la réponse de l’océan (physique et biogéochimie) à la variabilité de l’étendue de la glace de mer (thèmes 1, 2, axes 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12).
  • l’étude de l’évolution de la capacité d’absorption de CO2 et acidification de l’océan (thème 2, axes 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12)

Les activités de l’équipe sur l’Austral vont se focaliser sur le chantier Udintsev fracture zone (Pacifique Sud) (Projet Phantom-2 soutien CNES- coopération Corée), le Passage de Drake et le Bassin Argentin (Projet Cassis-Malvinas- coopération Argentine- soutien CNES).

Les activités sur l’Arctique s’articulent autour du projet EQUIPEX IAOOS de mise en place d’un réseau de plateformes instrumentées dérivantes en arctique. Le réseau activé en 2015 est maintenu par des déploiements réguliers dans le cadre de coopérations internationales (Allemagne, Corée, Russie, Norvège). IAOOS initialement prévu pour l’observation de paramètres physiques (océan, glace, neige, atmosphère) s’étend maintenant à l’observation de paramètres biogéochimiques. Le projet ANR MACAO (Measuring Acidification in the ArcticOcean) va permettre des mesures fiables de pH dans l océan arctique qui est particulièrement touché par l’acidification. Les réanalyses du centre Européen (ECMWF) sont utilisées pour analyser l’évolution de la banquise Arctique en fonction des «Freezing Degrees Days»(FDD) au cours des 4 dernières décennies et comparer les résultats à des sorties de modèles (PIOMAS). En continuation du projet EU FP7 ACCESS, des opérations glider vont se développer en été en zone marginale de glace voire sous la glace. Le projet Belmont Forum « Pan Arctic Options » se focalise sur l’Arctique Central.

L’équipe ABC contribue à l’observation de fCO2 dans l’Atlantique (projet H2020 ATLANTOS) à l’aide de capteurs CARIOCA sur bouées PIRATA (observatoire labellisé PIRATA-CO2) et de systèmes CO2 embarqués sur navires marchands (observatoire labellisé SSS-CO2). Les observations régulières du CO2 alimentent la base de données SOCAT chaque année et contribuent aux synthèses régionales et aux bilans de carbone planétaire annuels. Des études spécifiques sont menées à l’échelle régionale en partenariat avec le Brésil avec un transfert d’expertise à la fois technique et scientifique sur la thématique CO2. Le renouvellement de l’INCT AmbTropic (phase 2) a pour objectif l’établissement d’un laboratoire de référence pour le CO2 à l’UFPE.

En Atlantique tropical ouest, les mesures régulières entre la France et la Guyane (H2020 ATLANTOS) ainsi que les mesures côtières réalisées dans les eaux brésiliennes (INCT AmbTropic phase 2, DICAM) permettent de mieux documenter et comprendre l’impact du panache de l’Amazone sur le bilan du CO2 en Atlantique tropical. Le panache amazonien crée un puits de CO2 important dans l’Atlantique tropical ce qui réduit la source de CO2 d’environ 10% par rapport aux estimations actuelles du bilan de CO2 dans cette région

NEMO R&D

Reponsable : Julie Deshayes

Composition de l’équipe

Personnels permanents (fonction/affiliation)

  • Olivier Aumont, CR, IRD
  • Casimir de Lavergne, CR, CNRS
  • Julie Deshayes, CR, CNRS
  • Christian Éthé, IR, CNRS
  • Claire Lévy, CR, CNRS
  • Gurvan Madec, DR, CNRS
  • Nicolas Martin, IE, SU
  • Sébastien Masson, PO, CNAP
  • Clément Rousset, IR, CNRS
  • Sybille Téchené, IR, CNRS
  • Martin Vancoppenolle, CR, CNRS

Prospective

L’équipe NEMO R&D est formée de scientifiques permanents (DR, CR, PO, IR et IE), affiliés aux tutelles IRD, CNRS et UPMC via l’OSU ECCE-TERRA, auxquels s’associent thésards et CDD. Leurs expertises couvrent les 3 composantes marines. Logiquement, leurs problématiques scientifiques présentes et futures concernent ces 3 compartiments : l’océan physique (“océan bleu”), la glace de mer (“océan blanc”) et la biogéochimie marine (“océan vert”). Leurs questionnements portent sur la compréhension et la représentation de processus physiques et biogéochimiques observés potentiellement importants pour le système climatique. L’équipe s’intéresse aux processus qui sont explicitement représentés ou paramétrisés dans les modèles, qu’elle contribue à développer, mais également aux processus ou mécanismes de variabilité qui émergent aux plus grandes échelles, de simulations réalisées en conditions idéalisées ou réalistes. Les questions scientifiques qui sont ou seront adressées, sont résumées ci-dessous:

 

Circulation thermohaline : quelles sont les sources d’énergie du mélange intérieur et profond et quel est le rôle de la couche limite de fond ?

Effet des fines échelles océaniques : comment les introduire dans les modèles de climat (méthodes déterministes et stochastiques) ?

Interactions océan / glace / atmosphère : comment améliorer la représentation des couches limites à leurs interfaces ?

 

Les modèles de glace de mer : quels sont les processus dont la représentation est à améliorer pour les grandes et fines échelles ?

Les processus de fine échelle aux hautes latitudes : quel est leur rôle dans 3 régions clés qui ont un impact singulier et significatif sur le climat (une polynie côtière au Svalbard, la Mer du Labrador et la mer de Weddell) ?

Quel est l’impact de la calotte Antarctique sur l’océan global ?

 

Quelle est la contribution de la glace de mer à la production biologique dans les océans polaires ?

Comment mieux représenter la matière organique dans les modèles biogéochimiques (labilité, évolution, biodiversité…) ?

Quel est le rôle des ice-shelves, icebergs et glace de mer sur les géotraceurs marins (Fe) ?


 Les activités de recherche et développement, entreprises pour répondre à ces questions scientifiques, alimentent le plan stratégique de développement de NEMO. En effet, l’équipe NEMO R&D comprend 8 membres de la NEMO System Team, l’équipe du consortium européen NEMO responsable du développement et de la distribution du code NEMO. La plupart de ces membres contribuent également à l’expertise pour le développement de CROCO. De ce fait, les collaborations nationales et internationales de l’équipe sont nombreuses (LJK, IGE, LOPS, CNRM, LMD, LSCE, LEMAR, LEGOS, MERCATOR-Océan et, à l’international, les partenaires du consortium NEMO, BAS, NOCS, UCL, ULB, UNIS, UWS, UTAS).

L’équipe NEMO R&D intervient sur presque tous les chantiers géographiques du LOCEAN:

  •  (au sud) le Pérou-Chili, l’Océan Indien, l’Afrique Australe, l’Afrique de l’Ouest
  • (hautes latitudes) le Svalbard, l’Océan Arctique, l’Océan Austral, la Mer de Weddell
     mais la majeure partie des activités de NEMO R&D concerne l’océan global et les éléments fondamentaux de la dynamique océanique globale (circulation thermohaline, glace de mer, courants de bord ouest…).

Ces activités contribuent directement aux objectifs du groupe IPSL-CMC pour la préparation et la validation du modèle Système Terre IPSL-CM, et la réalisation des simulations pour le projet CMIP. Elles couvrent l’ensemble des activités de modélisation pour la recherche en océanographie à l’exception de l’assimilation de données : analyse de données d’observations à partir desquelles les représentations des processus sont développées, écriture de schémas numériques, développements de paramétrisations, développements de configurations, réalisations d’expériences et l’analyse de simulations en comparaison aux observations. La proximité de ces différentes activités au sein d’une seule et même équipe, permet de multiplier les collaborations tant officielles qu’informelles, de tirer un maximum de profit des expertises disponibles, et in fine d’accroître les motivations individuelles

Océan et variabilité du climat (VARCLIM)

Responsables: Myriam Khodri & Juliette Mignot

Composition de l’équipe

Personnels permanents (fonction/affiliation)

  • Julien Brajard, MC, SU
  • Francis Codron, PR, SU
  • Michel Crépon, Bénév.
  • Simona Flavoni, IE, CNRS
  • Claude Frankignoul, PR Em, SU
  • Guillaume Gastineau, MC, SU
  • Éric Guilyardi, DR, CNRS
  • Takeshi Izumo, CR, IRD
  • Serge Janicot, DR, IRD
  • Myriam Khodri, CR, IRD
  • Alban Lazar, MC, SU
  • Nicolas Lebas, IE, CNRS
  • Julie Leloup, MC, SU
  • Matthieu Lengaigne, CR, IRD
  • Juliette Mignot, CR, IRD
  • Josyane Ronchail, MC, P7
  • Jacques Servain, DR Em, IRD
  • Pascal Terray, DR, IRD,
  • Sylvie Thiria, PR, UVSQ
  • Jérôme Vialard, DR, IRD

Les questions scientifiques au cœur des activités de recherche de l’équipe VARCLIM sont

  • Quel est le rôle de l’océan dans la variabilité climatique aux échelles de temps intra-saisonnières à multi-décennales ?
  • Quelles sont les interactions entre les modes de variabilité climatiques dans différents bassins et à diverses échelles de temps ?
  • Comment interpréter la variabilité climatique observée lors du XXe siècle au regard des variations naturelles, et notamment celle des 1 000 dernières années ?
  • Comment les forçages externes au système climatique, qu’ils soient naturels (volcanisme en particulier) ou anthropiques influent-ils sur l’océan et le climat ?
  • Quels sont les impacts continentaux et océaniques (y compris biogéochimiques) de la variabilité climatique et du réchauffement climatique?

Ces questions sont déclinées sur les trois bassins tropicaux (Pacifique, Indien et Atlantique) et les régions continentales adjacentes (et en particulier les systèmes de mousson). Ces actions s’appuient fortement sur l’implication des chercheurs de l’équipe dans les chantiers régionaux locaux (Inde, Brésil, Sénégal notamment) via des expatriations, missions de longue durée et l’encadrement d’étudiants. Une importante proportion de chercheurs de l’équipe est en effet soutenue par l’IRD, ce qui contribue à sa force et à son identité.

Ces questions se déclinent également aux moyennes latitudes, dans les bassins Pacifique, Atlantique Nord et Austral, où l’océan joue un rôle prépondérant sur la variabilité à des échelles de temps interannuelles, décennales ou centennales. Ces études intègrent notamment la thématique émergente et porteuse de la prévision climatique.

Enfin l’équipe mène également une réflexion sur l’usage de la science du climat au service des sociétés pour renforcer les capacités d’adaptation des pays du Sud face au réchauffement climatique. Cette recherche se traduit entre autres par la mise en place de démonstrateurs de services climatiques conjointement avec des partenaires de certains pays du Sud.

En termes d’outils, les activités de l’équipe s’appuient sur des observations in situ et satellites, des reconstructions climatiques (réanalyses), des reconstructions climatiques longues issues d’archives naturelles, ainsi que différents modèles de climat. Les recherches menées au sein de l’équipe visent également au développement de méthodes statistiques. Les investigations menées sur les mécanismes climatiques permettent en particulier de s'interroger et progresser sur ces différentes approches et leurs combinaisons.




sponsor sponsor sponsor sponsor sponsor sponsor

Contacter le webmaster