Attendus de l`appel d`offre

AO LEFE 2009 : Les Enveloppes Fluides et l'Environnement
Attendus de l’appel d’offre
Au cours des dernières années, les interrogations concernant le devenir de notre
environnement ont conduit le citoyen et ses relais politiques, à interroger la communauté
scientifique sur le niveau de variabilité et de risque naturels et les impacts actuels et
futurs des perturbations induites par les activités humaines. Par exemple, l’évaluation de
l’intensité du réchauffement climatique, la prévision des pics estivaux d’ozone dans et
autour
des
grandes
agglomérations,
l’éventuelle
recrudescence
des
événements
extrêmes, l’eutrophisation des eaux côtières… Il est donc devenu essentiel de pouvoir
diagnostiquer l’état des différents milieux (air, mer, eau douce, sol, biosphère) et les
modifications qu’ils encourent sous les perturbations d'origine naturelle ou anthropique,
et de pouvoir comprendre la nature irréversible ou non des altérations qu’ils subissent.
Afin de proposer des réponses aux très fortes demandes sociétales concernant les
impacts des activités humaines sur notre planète, et plus particulièrement sur le
changement climatique, la biodiversité, la composition chimique de l’atmosphère, la
pollution, les ressources halieutiques, la gestion durable…. le programme LEFE mène des
recherches sur le fonctionnement de l'atmosphère et de l'océan, leur couplage, leurs
interactions avec les autres composantes du système climatique (cryosphère, biosphère,
hydrosphère)
d'un
point
de
vue
dynamique,
physique,
chimique,
biologique
et
biogéochimique. Ces recherches permettent d’améliorer notre compréhension des
réponses du Système Terre aux forçages anthropiques, de les détecter et d’en prévoir
l’évolution. Le programme national inter-organisme LEFE, coordonné par l’INSU, est
constitué de cinq actions reflétant les priorités définies par la communauté Océan Atmosphère lors du colloque de prospective de Lille de novembre 2005 :
- Chimie atmosphérique (CHAT)
- Evolution et variabilité du climat à l’échelle globale (EVE)
- Cycles biogéochimiques, environnement et ressources (CYBER)
- Interactions et dynamique de l’océan et de l’atmosphère (IDAO)
- Assimilation de données (ASSIM)
L’organisation en 5 actions est faite pour aider l’évaluation scientifique mais les projets
peuvent s’adresser à plusieurs actions.
Le programme LEFE souhaite favoriser l’émergence d’idées nouvelles tant aux frontières
de la connaissance dans un domaine spécifique que sur les frontières entre disciplines, ou
entre milieux. Les ruptures technologiques ou méthodologiques seront considérées avec
intérêt ainsi que le montage de projets à forte composante transdisciplinaire. Une part
significative du budget LEFE pourra être consacrée à :
-
des projets incitatifs potentiellement « à risque » mais auxquels est associé un
fort potentiel de créativité et/ou d’essaimage ;
-
des projets coordonnés pour structurer la communauté ou mutualiser des
efforts autour d’objets communs ;
-
des projets bi- ou multi-latéraux dans le cadre de la construction de l’Espace
Européen de la Recherche (un objectif de 30% est visé à terme).
Le
cadre
de
fondamentale
l’appel
mais
d’offre
s’adresse
recouvre
des
également
à
questions
importantes
l’émergence
de
de
recherche
nouveaux
systèmes
d’observations et de prévision à caractère pérenne ou pré-opérationnel, dans le cadre de
l’initiative européenne GMES. Le renforcement des bases théoriques en recherche et
développement nécessaires à l’élaboration des services pilotes GMES ainsi que la
fédération des efforts français pour y apporter une contribution significative sont
encouragés. Cet aspect intègre aussi
la valorisation des missions spatiales en
coordination étroite avec le programme TOSCA du CNES.
Dans le cadre de la mise en place du Chantier Méditerranée, dit ECOMED, porté par le
Comité Inter-Organisme Environnement (CIO-E)1 et piloté par l'INSU, un appel d’offre
commun ST-EC2CO-LEFE est mis en place pour l’évaluation des différentes actions
structurantes, en cours ou en gestation2, pouvant contribuer au chantier dont la phase
intensive est centrée sur 2011-2016. Ces actions coordonnées de recherches, de
campagnes
de
mesures,
de
développement
de
systèmes
d'observation,
et
corrélativement d'informations, visent à évaluer l'évolution de « l’habitabilité en région
méditerranéenne » au cours du XXIème siècle. A ce stade, il est attendu la soumission de
lettre d’intention, synthétique ou très détaillée selon l’avancée des initiatives. La
confrontation, et l’articulation, des différentes initiatives sera effectuée lors du colloque
du lancement d’ECOMED (3-5 Novembre 2008, Aix en Provence). Ils devront notamment
indiquer, outre les spécificités et les synergies avec les autres actions du chantier, un
calendrier pluriannuel de mise en œuvre comprenant les moyens consolidés. Il est enfin
important de souligner que ces actions auront d’autant plus de poids qu’elles s’inscrivent
dans une dynamique internationale.
Les moyens financés et labellisés par LEFE
Le programme national inter-organisme LEFE, coordonné par l’INSU, assure désormais
une triple fonction : i) il évalue des projets scientifiques complets basés sur des budgets
consolidés, ii) il attribue des moyens spécifiques, iii) il décerne des labels spécifiques pris
en compte par d’autres opérateurs ou agences de moyens. Cette démarche pro-active
vise à consolider le portail unique LEFE dans le domaine de la recherche en OcéanAtmosphère, suite aux recommandations de la prospective nationale de Lille (2005).
1) Plus précisément, le programme LEFE peut financer directement :

le fonctionnement général du projet (fournitures, petit équipement, missions,
publications, etc…) ;

les analyses (in situ, au laboratoire ou dans des services d’analyses nationaux) :
la justification détaillée (e.g., coût unitaire de l'analyse et nombre d'analyses
prévues, coût total par poste) des dépenses envisagées devra être fournie ;

les frais de missions et de transport de matériel liés aux campagnes sur le
terrain ;
1
Organismes partenaires du Comité Interorganisme Environnement : INSU, Andra, BRGM, CEA, Cemagref,
Cirad, CNES, CNRS, IFP, Ifremer, Ineris, INRA, IRD, IRSN, LCPC et Météo France
2
à ce jour, mais pouvant être complété, ceci concerne les initiatives : HYMEX, MERMEX, CHARMEX,
MOOSE, TERMEX, SICMED, PALEOMEX …

le soutien des laboratoires à des projets scientifiques basés sur la mise en oeuvre
de
campagne
ballon
(à
l’exception
des
campagnes
de
démonstration,
d’étalonnage et de validation d’instruments ou de missions spatiaux) ou de
valorisation de missions spatiales3.

sauf exception4 le programme LEFE est destiné à financer des projets supérieurs à
10-15k€
2) Surtout
le
programme
LEFE
favorise
l’accès
à
un
ensemble
de
soutiens
complémentaires via une procédure de labellisation. Ceci concerne l’ensemble des
volets suivants :
2a)
AO coordonnées par l’INSU et synchronisés avec l’AO LEFE :

Campagne(s) avion (cf AO SAFIRE)

Personnel et/ou soutien DT/INSU (cf AO DT/INSU)
2b) AO coordonnées par d’autres organismes ou agences de moyens:

Equipement (AO CNRS synchronisé avec LEFE ou autres organismes)

Personnel temporaire : doc, post-docs et CDD (AO CNRS ou autres
organismes)

Campagnes ballon destinées à la démonstration ou l’étalonnage et la
validation d’instruments ou de missions spatiaux (AO CNES)

Campagne(s) à la mer Flotte Nationale et CIRs (AO ad-hoc)

Calcul intensif (AO IDRIS, CIES, …)

Coopération régionale (AO GIS, RTRA, Régions, etc …)

Coopération internationale (AO DRI, DAE, ESF, etc …)

Coordination internationale (programmation internationale, « assessments »,
etc …)

Animation
&
formation,
colloque,
école
d’été
(AO
CNRS
ou
autres
organismes)

Autres à préciser (ANR, …)
Il est important de noter que les labellisations par LEFE donnent un plus au projet, mais
nécessitent d’effectuer les démarches spécifiques aux divers AO auprès des organismes
partenaires ou agences de moyens reconnaissant ce label LEFE parmi leurs divers
critères de sélection. Ceci concerne notamment les demandes de support en ressources
humaines comme les docs, les postdocs et les CDD. A noter que ces derniers pourront
3
LEFE peut également financer les coûts du laboratoire au cours des campagnes (missions, petits consommables,
..) et pour l'exploitation des résultats (publications, petit matériels,..) ainsi que des données validées issues de
missions spatiales (POLDER 1 & 2, ENVISAT, POAM, SAGE, ADEOS, TOPEX/POSEIDON, JASON1, etc
(Ocean Surface Topographie- Science Team) en excluant les aspects démonstration, calibration ou validation qui
relèvent directement de comités scientifiques du CNES. Les projets sélectionnés fin 2007 dans le cadre de l’AO
international CNES-Eumetsat « OST-ST » ( Ocean Surface Topographie- Science Team) dont les thématiques
relèvent de LEFE seront suivis par les CS de ce programme.
4
comme un projet annuel particulièrement structurant ou innovant, notamment au sein de la nouvelle action
ASSIM
être financés que dans un petit nombre de cas par le CNES et l’INSU et seulement sur
des projets jugés particulièrement prioritaires par ces organismes et ne pouvant se
réaliser sans cet apport.
Modalités de réponse
Sauf procédure particulière5, toutes les demandes de moyens adressées au secteur
Océan-Atmosphère de l’INSU doivent faire l’objet d’une réponse à l’appel d’offres LEFE.
Les propositions pourront être sélectionnées pour 1 an, 2 ans ou 3 ans. Les propositions
sélectionnées sur 2 ou 3 ans n’auront pas à être resoumises pendant cette période.
1) le nouveau formulaire informatisé
Les porteurs de projet devront utiliser le nouveau formulaire unique informatisé qui
sera mis en ligne sur le site de l’INSU. Il remplace les divers formulaires de
soumission des programmes (LEFE, PNTS, EC2CO, …), de soumission aux « boîtes
équipements mi-lourds », de soumission au soutien de la Direction Technique, de
soutien avion, ...
Ce formulaire prend donc en compte toutes les demandes financières, ainsi que les
diverses demandes de labellisation LEFE pour consolider le projet en partenariat avec
les autres organismes ou agences de moyens partenaires. Le projet doit notamment
expliciter chaque demande correspondant à un type différent de labellisation en i)
joignant un descriptif de la demande, ii) un échéancier, iii) un budget consolidé6 afin
que le comité puisse émettre les recommandations auprès des organismes et agences
concernés.
Les ressources obtenues ou demandées en réponse à d’autres appels d’offres
(européens, nationaux, régionaux, …) doivent être indiquées, permettant ainsi
d’obtenir un coût consolidé pour chaque projet. Les lettres d’intention sont également
possibles et doivent également faire l’objet d’une soumission via le même formulaire
informatisé.
Une action nécessitant plusieurs demandes, qu’elles soient financières ou pour des
labellisations, fera l’objet d’une seule soumission, qui sera transmise aux différentes
instances ad hoc pour évaluation. Dans le cas de projet transverse au-delà du
domaine Océan-Atmosphère, il est également possible de soumettre le projet pour
évaluation à une autre section de l’INSU (SIC, ST ou AA), ce peut-être notamment le
cas d’actions envisagées dans le cadre du Chantier Méditerranée (voir note ci-dessus
p.2).
2) le dossier scientifique
Il est joint au formulaire informatisé et ne devra pas excéder 15 pages (a priori plus
court dans le cas d’une Lettre d’Intention). Il décrira précisément le contexte
scientifique dans le cadre international, les questions abordées et la méthodologie
originale choisie pour les résoudre dans un contexte global et exhaustif, ainsi que la
planification en termes d’objectifs et de moyens du travail de recherche. Les
collaborations nationales, européennes ou internationales doivent être mentionnées.
5
6
identifiée hors appel d’offres LEFE
une annexe précisera les divers coûts induits (ressources humaines, calcul, bateau, avion, etc…)
Pour les projets pluriannuels, le plan de travail et de financement détaillé devra être
impérativement proposé pour les durées entières du projet, tant pour les moyens
financiers
directs
que
les
divers
supports
nécessaires
via
une
labellisation
(équipements, campagnes, calcul, ressources humaines, etc…).
Pour permettre l'évaluation du projet, les proposants doivent veiller à fournir un
échéancier cohérent, en précisant les soutiens financiers accordés ou demandés par
ailleurs
(autres
programmes
nationaux,
soutien
interne
d'organisme,
projet
européen), les moyens nécessaires à la réalisation du projet (soutien de la DT INSU,
heures de calcul sur un grand centre, campagne à la mer, campagne avion, ...) et
une liste exhaustive du personnel impliqué, permanents et temporaires, en précisant
le temps consacré au projet.
Evaluation
Le programme LEFE est piloté par un Comité InterOrganismes (CIO) formé par les
représentants
des
organismes
et
agences
partenaires.
Le
CIO
décide,
sur
recommandation du Conseil Scientifique LEFE, des projets retenus et des moyens qui leur
sont attribués. Le Conseil Scientifique LEFE s’appuie, pour émettre ses recommandations,
sur les évaluations menées par les Conseils Scientifiques des différentes actions qui le
composent.
Le programme inter-organisme LEFE doit avoir une vue globale et consolidée du soutien
nécessaire à la réalisation des projets qu’elle sélectionne.
Pour sa recevabilité, le projet devra non seulement être jugé prioritaire de par son
adéquation à l’appel d’offres, la pertinence de son questionnement scientifique et
l'innovation et/ou la solidité de sa méthodologie, mais de plus il devra être accompagné
d'une analyse attentive de sa faisabilité en terme de calendrier, de moyens financiers et
humains, et d’accès aux moyens lourds (avion, flotte, ballon, temps calcul, …). Les
projets interdisciplinaires ou favorisant les transferts de savoir-faire depuis ou vers les
autres disciplines sont particulièrement recherchés, ainsi que la structuration de la
communauté nationale et européenne sur des projets nécessitant une masse critique.
L'ensemble de ces éléments sera déterminant pour son acceptation. Enfin, l’ensemble
des projets sera évalué en estimant un indice de « retour potentiel » relativement à un
indice de « risques » encourus lors de la réalisation selon le modèle joint en Annexe. Une
appréciation de ces deux indices par les proposants est souhaitée.
Le Comité Inter-Organisme peut, pour des raisons scientifiques ou budgétaires, ne
proposer qu'un financement partiel dans un projet, ce qui se traduira par une
réorganisation du projet. Les proposants sont donc expressément invités à mentionner
explicitement leurs priorités.
Formulation des réponses à l’appel d’offre
La date de clôture de l’appel d’offres est fixée au 30 septembre 2008. Les
porteurs de projet doivent impérativement utiliser le formulaire d’appel d’offres
informatisé.
Nota 1 : Les porteurs de projet appartenant à une unité associée au CNRS devront
impérativement pré-renseigner la rubrique « dotation sur projet » du labintel via leur
directeur d’unité avant le 12 septembre 2008.
Nota 2 : Les porteurs de projets n’appartenant pas à une unité associée au CNRS
devront envoyer par courrier postal la fiche d’identité du projet imprimée et signée par le
directeur d’unité à l'INSU (Pascale Ebner) BP287-16 75966 Paris cedex16.
Annexe 1
L’évaluation « Risques et retours potentiels » s’appuie sur les 2 indices suivants :
1) Identification de l’indice de « Retour Potentiel »:
Ce critère est destiné à caractériser l’intérêt intrinsèque du projet s’il est effectivement
réalisé. Le classement sera explicitement justifié par les experts et les conseils
scientifiques de LEFE.
Fort : Contribution certaine aux objectifs principaux de l’appel d’offre
Moyen : Contribution probable aux objectifs principaux de l’appel d’offre
Faible : Contribution marginale aux objectifs principaux de l’appel d’offre
2) Identification de l’indice de « Risques » :
Ce critère est destiné à caractériser les risques associés à la réalisation effective du
projet dans le cadre de l’échéancier affiché. Le classement sera explicitement justifié par
les experts et les conseils scientifiques de LEFE.
Faible : Pas de risque identifié dans l’implémentation
Moyen : Certains risques identifiés (scientifique, technique, financier, humain, …) dans
l’implémentation mais ne compromettant pas la réalisation principale du projet
Fort : Risque identifié (scientifique, technique, financier, humain, …) que les proposants
ne puissent mener à bien leur projet dans les échéances impartis.
ACTION « Assimilation de données»
(ASSIM)
1. Introduction
Le Programme Assimilation de Données a été entériné par la CSOA (Commission
Scientifique Océan-Atmosphère) de l’INSU au printemps 2005. Il a vocation à
l'interdisciplinarité et concerne donc également d’autres divisions (Surfaces Continentales
par exemple) et départements (STIC et SPM par exemple), ainsi que d'autres
organismes.
Les motivations principales de ce programme sont les suivantes :

stimuler les recherches innovantes et fondamentales en assimilation, et leur
donner la reconnaissance et le soutien nécessaires

favoriser les échanges scientifiques sur les recherches théoriques dans le domaine
de l’assimilation de données entre des communautés disciplinaires différentes,
afin d’enrichir ces recherches grâce à cette pluridisciplinarité

dynamiser le transfert des avancées théoriques vers les applications dans
différentes disciplines

participer à des actions de formation, et d'une manière générale diffuser
largement les potentialités scientifiques et les techniques de l'assimilation

jouer un rôle d’animation au niveau international dans ce domaine
L’appel à propositions annuel sélectionnera et participera au financement de projets de
recherche centrés sur les aspects méthodologiques et les aspects transverses en
assimilation de données, ainsi que sur les applications innovantes, notamment vers de
nouvelles disciplines. A cet égard, il est rappelé que le périmètre du programme
Assimilation
n’est
pas
limité aux disciplines océan-atmosphère :
des
recherches
innovantes en assimilation de données relevant de toute autre domaine de recherche
(par exemple la géophysique interne, les SHS, etc…) sont éligibles dans le présent cadre.
2. Contexte scientifique
Les termes « Assimilation de données »
d'utiliser
les
différentes
informations
recouvrent toutes les méthodes permettant
disponibles
(observations,
lois
théoriques,
statistiques, images) sur un système pour reconstruire aussi précisément que possible
l'état de ce système dans toute sa dimension spatio-temporelle.
Ces méthodes sont déjà très utilisées dans plusieurs domaines de la géophysique (e.g.
en météorologie et océanographie), et émergent dans plusieurs autres (e.g. hydrologie,
glaciologie). Quelle que soit l’application considérée, la solution des problèmes inverses
fait appel aux mêmes techniques, fondées sur des méthodes probabilistes (estimation
bayésienne, apprentissage statistique, etc) et/ou sur les méthodes de contrôle optimal.
Un certain nombre de difficultés spécifiques rencontrées en géophysique en font souvent
un problème particulièrement ardu : caractère fortement non-linéaire, voire chaotique,
de
la
dynamique
du
système
étudié,
complexité
des
opérateurs
méconnaissance des statistiques d’erreur, grande taille des systèmes…
d’observation,
La nécessaire diffusion de ces méthodes dans des communautés scientifiques de maturité
différente sur ces sujets, leurs fondements théoriques communs, et la nécessité de
poursuivre les recherches sur ces méthodes et leurs mises en œuvre, ont conduit à
définir une organisation, le programme Assimilation de LEFE, afin de piloter les actions
relatives à l’assimilation des données. Sont plus spécifiquement ciblés, dans le présent
appel à propositions, les travaux amont de recherches, alors que les travaux plus
finalisés allant jusqu'à l'opérationnel relèvent de programmes par champs disciplinaires.
Dans la lignée du GDR qui avait été consacré dans les années 90 aux méthodes
variationnelles
d’assimilation
de
données
en
météorologie
programme Assimilation de Données vise donc à
et
océanographie,
le
regrouper la communauté des
assimilateurs en géophysique sur des activités fondamentales pour continuer à stimuler
les recherches théoriques, ainsi que sur des applications exploratoires soulevant de
nouvelles difficultés. La communauté des mathématiciens sera associée étroitement à ce
programme, afin de conserver des fondements théoriques solides qui fourniront des
méthodes de bonne qualité et efficaces répondant aux nouveaux besoins rencontrés, et
de bénéficier des nouvelles pistes de recherche en mathématiques pour alimenter les
méthodologies de l’assimilation de données.
Les travaux en lien direct avec des projets structurants du type GMES, AROME,
ADOMOCA, GMMC… relèvent a priori des structures existantes : programmes nationaux,
TOSCA, GIP MERCATOR… Selon le schéma en vigueur, les demandes de soutien et de cofinancement concernant chaque champ disciplinaire doivent être adressées aux autres
programmes de LEFE pour la physique de l’atmosphère et océanographie physique, la
chimie atmosphérique, l’océanographie côtière biogéochimique, la climatologie, la
biogéochimie marine, à EC2CO pour l’hydrologie, au PNTS pour les données spatiales et
au GMMC pour l’océanographie opérationnelle physique et biogéochimique.
Outre un soutien financier, les propositions peuvent comporter une demande de
« labellisation » de bourse de thèse BDI et de post-doc, labellisation dont le but est de
favoriser l’obtention effective de ces bourses auprès des organismes.
3. Thèmes de recherche
Le présent appel vise à susciter des propositions de projets de recherche centrés sur les
aspects méthodologiques et les aspects transverses en assimilation de données, ainsi
que sur les applications innovantes, notamment vers de nouvelles disciplines. Sans être
exhaustif, on peut citer notamment les thèmes suivants (qui s’intersectent évidemment)
:
1. Développements théoriques

Limites des approches linéaires gaussiennes

Méthodes adaptées aux cas où les approximations linéaires ne sont plus valides :
filtres particulaires, algorithmes génétiques, assimilation variationnelle quasistatique…

Méthodes d’ensemble (variationnelles et stochastiques)

Développements conceptuels sur l’hybridation des approches variationnelle et
séquentielle

Etude de la propagation de l’information (notamment en assimilation séquentielle)

Développement de méthodes optimales au sens de la théorie de l’information :
inversion par régularisation selon le principe du maximum d’entropie, filtrage basé
sur ce même principe

Assimilation d’images

Détermination des sources de traceurs

Assimilation et prévisibilité, techniques d’identification des modes stables et
instables, analyse de sensibilité, quantification et propagation d’incertitudes,
études au second ordre

…
2. Développements algorithmiques

Développement d’algorithmes d’ordre réduit

Méthodes d’assimilation multi-échelles (emboitement de modèles, désagrégation,
…)

Algorithmes duaux

Méthodes variationnelles d’ensemble

Modélisation
et
prise
en
compte
des
corrélations
d’erreur
(notamment
temporelles)

Développement d'algorithmes pour les problèmes d'identification (forçages,
paramètres, termes sources, …)

Assimilation pour la modélisation couplée

Minimisation et optimisation

Etude de la non-différentiabilité et algorithmes pour les problèmes nondifférentiables

Développement de logiciels spécifiques : différentiation automatique, coupleurs, …

Assimilation d'images

Assimilation et nouveaux développements technologiques en informatiques

…
3. Erreurs

Modélisation des statistiques d’erreurs d’observation et de modélisation

Identification des erreurs, biais systématique

Contrôle d’erreurs multiples par méthodes adaptatives

Sensibilité aux erreurs

Validation a posteriori des algorithmes d’assimilation

Tests objectifs de l’optimalité et de la cohérence interne des méthodes
d’assimilation, estimation des statistiques d’erreur par ajustement a posteriori

Minimisation a posteriori des erreurs d’estimation : validation croisée, filtrage
adaptatif, …
4. Optimisation des systèmes d’observation

Utilisation d’observations nouvelles et/ou de données hétérogènes

Définition
des
correspondantes
opérateurs
(erreurs
d’observation
d’observation
et
stricto
identification
sensu
et
des
erreurs
erreurs
de
représentativité)

Modélisation des covariances d’erreur d’observation

Sensibilité aux observations et ciblage d’observations

Expériences de simulation d’observations, méthodologies sur les études d’impact
5. Nouveaux champs d’application

l’océanographie côtière

la biogéochimie marine et terrestre

la méso-échelle atmosphérique et océanique

la chimie atmosphérique

l’hydrologie du sol et les eaux continentales (surface et souterraine)

la glaciologie

la biosphère continentale

…
ACTION « Chimie Atmosphérique »
(CHAT)
Il est désormais établi que les activités humaines ont altéré, au cours du siècle écoulé, la
composition
chimique
de
l'atmosphère.
Cela
s'est
traduit
d’une
part
par
une
augmentation de la teneur en polluants gazeux et particulaires avec des impacts
environnementaux, sanitaires mais aussi économiques et d’autre part, par une
modification de l’abondance des gaz à courte durée de vie comme l’ozone qui contribue à
l’effet de serre et des concentrations en particules qui modifient les propriétés radiatives
de l'atmosphère et donc le climat terrestre.
Il est donc devenu nécessaire de comprendre et de prédire les émissions de polluants,
leurs transformations, dépôts et dispersion dans l'atmosphère. De même, identifier et
comprendre les évolutions à long terme des teneurs de ces composés et leur impact est
un défi majeur. Les résultats obtenus devraient apporter des éléments de réponse aux
préoccupations majeures de la société, l’objectif final étant d’appréhender dans toutes
leurs dimensions les conséquences des modifications de la composition de l'atmosphère
sur notre environnement.
Dans cet objectif, le plan de recherche de l’action CHAT est articulé autour de cinq
thèmes majeurs :
1) Capacité oxydante de l’échelle locale à l’échelle globale
2) Aérosols
3) Chimie et microphysique des nuages
4) Bilan des espèces traces dans la haute troposphère et la basse stratosphère
5) Emissions et dépôts de constituants atmosphériques gazeux et particulaires
Ces cinq actions prioritaires sont accompagnées de la mise en œuvre d'études amont et
d'outils transversaux indispensables :
A) Etudes des processus physico-chimiques atmosphériques en laboratoire
B) Etudes spectroscopiques d'espèces atmosphériques
C) Instrumentation
D) Outils et méthodes pour la modélisation et l’assimilation
1. Capacité oxydante de l’échelle locale à l’échelle globale
Il est proposé d’orienter les actions de recherche sur le domaine de la pollution
atmosphérique au sens large, depuis l’échelle locale et les zones urbaines jusqu’à
l'échelle planétaire. Ce choix résulte du besoin d'approfondir la connaissance des
mécanismes complexes qui contrôlent la pollution atmosphérique dans les basses
couches de l’atmosphère et de répondre à une demande sociale accrue en matière de
qualité de l'air et d’évaluation de l’impact sanitaire de la pollution. Ces études doivent
porter sur le développement d’outils fiables et optimisés, dont le transfert en mode
opérationnel peut permettre une prévision de la qualité de l’air et des épisodes de
pollution et donner une base rationnelle à l’élaboration ou à la discussion de politiques de
réduction des émissions (par exemple au travers d'études de sensibilité et de scénarios
d’émission). Par ailleurs, les modèles actuels, dont la formulation conduit à des
simulations d’échelle supérieure à quelques kilomètres, ne permettent pas d’évaluer les
concentrations réelles auxquelles sont exposés les habitants des grandes agglomérations,
ce qui, in fine, est le questionnement majeur des responsables de la santé publique. Par
conséquent, des développements méthodologiques sont sollicités dans ce domaine, en
amont de réelles études d’impact.
Sur ce thème, l’action CHAT souhaite soutenir en particulier trois types d’actions.

le bilan instantané des radicaux libres et la production photochimique de l’ozone,
approche expérimentale de « fermeture chimique », en incluant l’observation des
radicaux et de leurs sources et pertes (notamment les espèces carbonylées) et la
confrontation avec les simulations. Dans la mesure du possible, on cherchera à établir
l’impact des aérosols sur le bilan des radicaux ;

le
transport
transfrontière
et
intercontinental
de
polluants
(évaluation
des
contributions respectives de la pollution photooxydante et particulaire des panaches
transportés vers et depuis l’Europe et de celle produite régionalement, variabilité
saisonnière et interannuelle de ces panaches intercontinentaux et leur impact sur le
bilan de l’ozone à l’échelle globale). On se penchera tout particulièrement sur les
mécanismes d’échanges verticaux à grande échelle. L’étude de ce thème tirera
largement profit de l’utilisation d’observations satellitales et de l’application de
techniques d’assimilation ;

la
pollution
extérieure
à
l’échelle
locale ;
étude
des
processus
chimiques ;
développement des méthodes afin de spatialiser plus finement les concentrations
surtout des espèces primaires (typiquement à 2 m de hauteur dans des mailles de
l’ordre de la centaine de mètres en résolution horizontale). L’accent est mis sur une
description climatologique et statistique de la distribution des polluants.
En particulier, l’action CHAT sera attentive aux propositions ayant pour objet l’impact des
mégapoles sur la qualité de l’air et sur la composition chimique de l’atmosphère à grande
échelle.
2. Aérosols
Les aérosols jouent un rôle très important au sein de la chimie de l’atmosphère. L’impact
sanitaire, notamment des particules ultrafines (de diamètre inférieur à 100 nm), est de
plus en plus reconnu. En modifiant le bilan radiatif de l’atmosphère et la microphysique
des nuages, les aérosols jouent un rôle important dans la problématique du changement
climatique. Enfin, ils sont susceptibles de catalyser certaines réactions entre composés
gazeux et peuvent ainsi altérer le bilan de ces espèces dans l’atmosphère. L’intensité de
ces effets (sanitaire, climatique, catalytique) dépend à la fois de la composition chimique
des aérosols, de leur distribution en taille, et de leurs caractéristiques de surface. Il
convient alors de mieux comprendre ces différentes caractéristiques des aérosols. En
particulier les processus de formation et d’altération d’aérosols organiques sont toujours
mal connus.
L’action CHAT souhaite soutenir plus particulièrement des études portant sur :

l’utilisation de mesures spatiales, disponibles ou programmées, afin de déterminer
aux grandes échelles la variabilité spatio-temporelle et les caractéristiques (taille,
composition) de l’aérosol ;

le mécanisme de formation des aérosols secondaires, notamment à partir de
précurseurs organiques (avec des expériences de terrain couplées aux expériences de
laboratoire ou de modélisation, pour une caractérisation de nouvelles voies
réactionnelles pouvant créer des aérosols,…) ;

la relation entre propriétés chimiques et optiques (albédo de simple diffusion, taux
d’échauffement atmosphérique,…) ;

les propriétés hygroscopiques des particules, en particulier le rôle de la matière
organique (évolution de ces propriétés lors du vieillissement des aérosols, mesures
sur le terrain de ces propriétés, rôle dans le processus d’activation de nuages, rôle de
la
surface,…) ;
identification
de
la
fraction
volatile
des
aérosols
(nitrates
d’ammonium, AOS, …) ;

l’interaction entre les particules et les photooxydants, en particulier l’ozone (études
de réactivité en laboratoire, rôle de la surface, en liaison avec des études en
laboratoire,…) ;

les relations entre modèles et expérience (développement de nouveaux modules
numériques en s’appuyant sur les résultats des grandes campagnes d’observations,
paramétrisation pour les modèles 3D,…).
Concernant les points 3 et 4 ci-dessus (« propriétés chimiques et optiques » et
« propriétés
hygroscopiques »),
il
est
entendu
qu’une
communauté sera encore engagée dans l’expérience AMMA
partie
importante
de
la
(avec un financement par
l’API-AMMA).
Par ailleurs, un couplage entre expériences de laboratoire et de terrain est encouragé.
3. Chimie et microphysique des nuages
Les nuages redistribuent les gaz et les aérosols émis depuis la surface vers la
troposphère libre et la haute troposphère. Ils interfèrent avec les rayonnements solaire
et infrarouge, altérant ainsi à la fois la photochimie de l'atmosphère et son bilan radiatif.
Les précipitations dans les nuages chauds ou mixtes éliminent tout ou partie des gaz et
aérosols les plus solubles. Enfin, les hydrométéores sont un milieu très favorable pour
des transformations chimiques rapides qui affectent à la fois les gaz et les aérosols. Le
rôle des hydrométéores glacés reste, quant à lui, mal connu à ce jour. Les nuages
agissent ainsi sur la capacité oxydante de l'atmosphère, les propriétés chimiques et
radiatives des aérosols et finalement à plus long terme sur l'évolution du climat.
L’action CHAT souhaite soutenir plus particulièrement des études portant sur :

la chimie en phase glace et, plus généralement, en phase mixte (photochimie en
phase aqueuse, études des propriétés géométriques et chimiques des noyaux
glaçogènes, altération du pouvoir glaçogène par la matière organique ou les
microorganismes,…) ;

l'impact des nuages sur les aérosols et les gaz (transport vertical, lessivage,
formation de nouvelles particules, formation de COV oxygénés spécifiques à la phase
aqueuse ...) ;

l'impact des aérosols sur les propriétés optiques et les phases des nuages (sensibilité
à la composition chimique des aérosols, ...), cet aspect pouvant bénéficier
d’observations satellitales ;

la modélisation du rôle des nuages (incorporation des aérosols et des gaz, propriétés
optiques et phase des nuages en fonction de la composition,…)
Au sein de ce thème, un aspect intéressant à développer est le transfert de connaissance
depuis la recherche fondamentale vers la paramétrisation des processus dans les
modèles micro-physiques, voire météorologiques et climatiques. Dans ce cadre. des
interactions avec les actions IDAO et EVE sont encouragées.
4. Bilan des espèces traces dans la haute troposphère et la basse
stratosphère
La composition chimique comme la météorologie de la haute troposphère et de la basse
stratosphère (UTLS), entre 10 et 25 km, varient sous l’impact des rejets anthropiques et
des variations climatiques. Une des priorités doit être donnée à la compréhension des
mécanismes qui contrôlent les variations de l’ozone et de la vapeur d’eau dans la haute
troposphère/basse stratosphère. L'objectif est d’en comprendre à la fois les causes,
l’impact sur le rayonnement UV au sol et sur le climat et, si possible, en prévoir
l’évolution à long terme.
Parmi les mécanismes intégrant à la fois la chimie et le transport, l’action CHAT souhaite
soutenir les deux axes prioritaires suivant :

la chimie de la haute troposphère/basse stratosphère et la composition de l’air
entrant dans la stratosphère (transport vertical convectif, advection de grande
échelle, échanges mésosphère-stratosphère-troposphère, mécanismes source de la
vapeur d’eau stratosphérique, processus microphysiques et chimiques dans les
nuages et les aérosols, flux d’espèces chimiques émises en surface,…) ;

le bilan de l’ozone dans la basse stratosphère (tropiques, moyennes latitudes, régions
polaires) ; la priorité est mise sur l’analyse de nouvelles données satellitales, la
modélisation du transport et de la photochimie, et l’utilisation de techniques
d’assimilations.
L’action CHAT soutiendra également l’analyse des données fournies par les campagnes
européennes passées ou à venir, par les Réseaux d’Observations et par les moyens
d'observation avion, ballon et spatiaux.
5. Emissions et dépôts de constituants atmosphériques réactifs sous forme
gazeuse et particulaire
La connaissance des émissions conditionne largement la pertinence des simulations aussi
bien en matière de climat que de pollution et qualité de l’air, et les dépôts sont un terme
essentiel du bilan des espèces chimiques. En raison du domaine d’intervention de l’action
CHAT, on s’intéressera ici surtout aux composés réactifs ayant une influence significative
sur la chimie atmosphérique. Néanmoins, des travaux ayant pour objet les POP
(polluants organiques persistants) font également partie de l’AO.
Dans ce domaine, l’action CHAT souhaite soutenir des actions portant sur :

le développement de modèles d’émissions et dépôts de constituants sur les surfaces
naturelles, applicables aux espèces réactives et aux aérosols et intégrant l’interaction
entre atmosphère, sol, eaux et végétation ;

le développement de méthodes d’agrégation des émissions et dépôts à l’échelle d’une
maille de modèle atmosphérique, l’objectif étant de prendre en compte les
hétérogénéités des surfaces naturelles ;

le développement de méthodologies de construction de cadastres d’émissions.
Dans le cadre de ces actions, il est demandé de s’attacher à l’évaluation de l’incertitude
des modèles et cadastres, notamment par comparaison avec des observations et par le
biais de la modélisation inverse. Ces travaux devront être conçus en vue d’une utilisation
des résultats, méthodes et modèles par des modèles de chimie atmosphérique.
Concernant les émissions et dépôts, certains projets peuvent nécessiter de s’intéresser
au métabolisme des plantes et des micro-organismes du sol ou au fonctionnement des
écosystèmes. Ce type d’études spécifiques est cependant plus du ressort de l’action
interorganisme EC2CO.
Les cinq actions de caractère plus fondamental sont accompagnées de la mise en œuvre
d'études amont et d'outils transversaux indispensables.
A. Etudes des processus physico-chimiques atmosphériques en laboratoire
Les études cinétiques et mécanistiques en laboratoire constituent un axe de recherche
transverse aux actions thématiques prioritaires définies précédemment. Ces études
devront permettre d’améliorer les codes chimiques servant à une description correcte de
l’évolution des différentes espèces réactives dans l’atmosphère. Elles devront également
permettre d’améliorer les méthodes théoriques visant à estimer les cinétiques et
mécanismes chimiques difficilement mesurables expérimentalement.
L’action CHAT souhaite une imbrication marquée entre chimie homogène et hétérogène.
Elle soutiendra plus particulièrement des études portant sur :

le mécanisme de formation des aérosols secondaires, notamment les processus de
nucléation à partir de précurseurs organiques (identification de précurseurs gazeux
aboutissant à la formation de nouvelles particules, caractérisation de nouvelles voies
réactionnelles - multiphasiques ou non - pouvant créer des aérosols,…) ;

l’interaction entre les particules et les photo-oxydants, en particulier l’ozone (liaison
avec des études en terrain) ;

l’évolution de la composition chimique des aérosols et de l’état de surface lors de leur
séjour dans l’atmosphère (lien avec l’hygroscopicité et la réactivité) ;

les réactions impliquant les composés atmosphériques à basse température (180230K) en liaison avec la modélisation moléculaire.
Il est souhaité qu’un lien fort soit établi avec les spectroscopistes dans le cadre de
développements de nouvelles techniques expérimentales ou théoriques ainsi qu’avec les
chimistes analytiques.
B. Etudes spectroscopiques d’espèces atmosphériques
Cette action résulte de la nécessité d'améliorer les paramètres spectroscopiques afin de
rendre plus opérationnels les moyens de mesures optiques dans l’atmosphère à partir de
différentes plateformes (sol, avion, ballon, satellite), en particulier les sondeurs spatiaux
à l'horizon de quelques années et d’étendre leur champ d'investigation à la troposphère.
L’action CHAT se propose de soutenir des recherches en laboratoire en accompagnement
scientifique
des
expériences
atmosphériques
en
cours
ou
prévues
utilisant
la
spectroscopie (micro-onde, infrarouge, visible-UV). Il s'agira plus particulièrement :

d’améliorer des paramètres spectroscopiques d’espèces déjà étudiées mais absorbant
dans de larges domaines spectraux (H2O, O3, CH4, HNO3…) en faisant porter l’effort
sur la cohérence dans les différents domaines spectraux ;

de
déterminer,
spectroscopiques
expérimentalement
d'espèces
d’intérêt
ou
théoriquement
atmosphérique
instables
les
paramètres
et/ou
réactives
(ClONO2, HNO3, BrONO2, Cl2O2…);

d’étudier la spectroscopie ou les propriétés optiques d’espèces troposphériques
encore peu étudiées (PAN, COV, COV oxygénés, aérosols, agrégats,…) ;

de développer de nouvelles techniques de mesures optiques (spectroscopie diode
laser, CRDS,…) soit au laboratoire, soit sur le terrain, plus sensibles que les méthodes
actuelles, en liaison avec les besoins de la communauté atmosphérique ;

de réaliser des études préparatoires et de définition de futurs sondeurs spatiaux pour
la chimie troposphérique.
Il est souhaité qu’un lien fort soit établi avec les chimistes de laboratoire dans le cadre de
développements de nouvelles techniques expérimentales ou théoriques.
C.
Instrumentation
Cette action est indispensable car l’étude de la chimie de l’atmosphère est avant tout
fondée sur l’existence de mesures. Bien qu’une large panoplie de capteurs d’espèces
chimiques et d’aérosols soit aujourd’hui disponible, il est indispensable de poursuivre le
travail de développement instrumental pour en améliorer les performances (précision,
constante de temps), l’utilisation (miniaturisation et embarquement sur des platesformes variées) et les possibilités de détection d’espèces encore difficiles à atteindre. Par
ailleurs, grâce à l'émergence de nouvelles techniques d'observation in situ et l'adaptation
de ces techniques aux mesures aéroportées, une meilleure compréhension des systèmes
multiphasiques peut être envisagée. Enfin, un aspect particulièrement important est
l’adaptation aux mesures de chimie de l’atmosphère de technologies développées pour
d’autres finalités (spectrométrie de masse, CRDS,…).
L’action CHAT souhaite plus précisément soutenir des actions portant sur :

le développement de méthodes de mesures rapides de flux d’espèces réactives et
particules ;

le développement de méthodes permettant d’accéder aux profils verticaux dans la
couche limite planétaire d’espèces d’intérêt pour la qualité de l’air ou intervenant
dans les cycles photochimiques (O3, NOx, COV, radicaux, particules…) ;

le développement de mesures in situ dans le domaine de la chimie/microphysique de
nuages ;

les nouvelles techniques de mesures, en particulier les études des aérosols par
spectroscopie ainsi que l’optimisation de technique existantes pour la caractérisation
du carbone organique (fiabilité et qualité des méthodes existantes et réflexion sur le
dégrée de spéciation nécessaire) .
Les développements instrumentaux aéroportés devront se faire en liaison avec le Comité
Scientifique des Avions de Recherche Atmosphérique et de Télédétection (CSTA).
La définition de Procédures Assurance Qualité est vivement encouragée, ainsi que la mise
en place d’expériences dédiées à l’amélioration de la précision des systèmes de mesure.
D. Outils et méthodes pour la modélisation et l’assimilation
Les modèles numériques et les systèmes d’assimilation sont des outils intégrateurs et
jouent ainsi un rôle transversal au sein de l’action CHAT. Au cours du précédent PNCA,
des projets coordonnés ont permis l’émergence d’outils maintenant reconnus au plan
international, tant pour la modélisation de la grande échelle et du climat, que pour la
prévision de la qualité de l’air, le soutien aux campagnes de mesure ou encore les études
de processus. Si certains outils et modèles ont atteint la maturité suffisante pour être
largement impliqués dans des propositions thématiques, l’action CHAT désire encourager
la poursuite des projets coordonnés d’assimilation et de modélisation dans le domaine de
la chimie atmosphérique notamment en relation avec la modélisation du climat, de
manière à favoriser la poursuite et la consolidation des collaborations engagées et à
fédérer les compétences nationales dans ces domaines très compétitifs au plan
international (dans la perspective de GMES).
Le volet assimilation de l’AO de l’action CHAT est complémentaire à l’AO de l’action
Assimilation. Les travaux soutenus par CHAT viseront plutôt l’application de méthodes
d’assimilation aux problèmes de la chimie atmosphérique, tandis que l’action Assimilation
vise des développements méthodologiques plus fondamentaux.
INFORMATIONS SUR LE FONCTIONNEMENT de l’action CHAT
Dans son fonctionnement, l’action CHAT soutiendra en priorité des propositions
coordonnées pluriannuelles réunissant plusieurs équipes avec des compétences
complémentaires. Cependant, environ 1/5ème du budget total pourra être
consacré au soutien de propositions présentant un caractère particulièrement
novateur.
Les équipes soutenues par CHAT doivent s’engager explicitement dans leur proposition
à rendre leurs résultats disponibles à la communauté via la base de données Ether (en
particulier les observations issues de campagnes ou continues, mais aussi les
simulations). Ils s’engagent à présenter leurs résultats lors de journées thématiques de
restitution.
ACTION
« Cycles Biogéochimiques, Environnement et
Ressources »
(CYBER)
Les modifications des forçages physiques (e.g. température, UV, régimes de vents,
érosion)
ou
chimiques
(e.g.
CO2,
pH)
résultant
du
changement
global
et
de
l’augmentation des teneurs en gaz à effet de serre, sont susceptibles de modifier la
biodiversité marine, la structuration et le fonctionnement des écosystèmes marins, ainsi
que le niveau des ressources exploitables, les cycles biogéochimiques et finalement les
flux d’éléments aux interfaces avec les autres réservoirs (atmosphère, terre). Les
perturbations ressenties par le biotope peuvent rétroagir sur le climat en modifiant
notamment la concentration atmosphérique de certains gaz impliqués dans l’évolution du
climat (e.g. DMS, composés halogénés), ou en affectant le bilan thermique de l'océan
superficiel. Malgré l’avancée des connaissances obtenues dans le cadre des grands
programmes tels que JGOFS ou GLOBEC, les mécanismes abiotiques et biotiques par
lesquels la variabilité du climat affecte les écosystèmes restent encore assez mal
quantifiés, ce qui restreint notre capacité à prédire les changements futurs des cycles
biogéochimiques et la modification des écosystèmes. Les rétroactions éventuelles des
cycles biogéochimiques sur l’évolution du climat sont encore plus difficiles à prédire. C’est
pourquoi, la compréhension et la paramétrisation de ces rétroactions restent essentielles
pour réduire les incertitudes sur les simulations du climat.
L’objectif général de CYBER est de favoriser l’émergence de recherches pluridisciplinaires.
Le spectre des recherches potentiellement couvertes par CYBER s’étend des études de
processus aux études globales. Ces études visent à l’acquisition des connaissances
permettant
rétroaction)
de
comprendre,
entre
climat,
quantifier
cycles
et
modéliser
biogéochimiques
et
les
interactions
écosystèmes
(impact
marins.
et
Ces
recherches, qui seront fortement ancrées dans le contexte programmatique international,
s’appuieront globalement sur deux grandes catégories d’études :
d’une part, des études à caractère générique, à sensibilité plus biologique (thème 1) ou
géochimique (thème 2), se focalisant sur des processus ou des variables clés dont la
paramétrisation apparaît essentielle pour la compréhension du système couplé climat cycles biogéochimiques - écosystèmes ;
d’autre part, des études ciblées sur des objets, en l’occurrence deux interfaces majeures
de l’océan, les marges continentales (thème 3) et l’interface océan - atmosphère (thème
4), dont il est désormais essentiel d’apprécier l’importance dans le cadre d’une approche
intégrée et globale du domaine océanique.
En 2009, des actions préparatoires au futur Chantier Méditerranée sont particulièrement
attendues.
1. Structure
des
écosystèmes,
diversité
fonctionnelle
et
cycles
biogéochimiques : observation, quantification et représentation dans les
modèles.
L’étude des interactions entre climat et cycles biogéochimiques nécessite de comprendre
comment
les
communautés
biologiques
(du
virus
au
poisson)
s’adaptent
aux
modifications de l'environnement à différentes échelles de temps et d’espace et, en
retour, contribuent à la modification des cycles. Dans ce thème, il est attendu un
regroupement des communautés de biologistes, chimistes et physiciens qui ambitionnent
de comprendre et de quantifier la réponse des organismes vivants et des cycles
biogéochimiques à la variabilité des forçages physique et chimique, qu’ils soient d’origine
naturelle, anthropique ou climatique. L’action recommande en particulier de :

Améliorer la représentation des types fonctionnels du plancton dans les modèles
couplés climat-cycles biogéochimiques. Pour apprécier et tenter de réduire les
incertitudes inhérentes à ces modèles, un effort particulier sera porté dans trois
directions :

Définir ou préciser les constantes écophysiologiques (production, respiration,
assimilation d’éléments, broutage, mortalité) des types fonctionnels du plancton,
en particulier hétérotrophes (bactéries, zooplancton). Ces études pourront
notamment inclure des analyses de sensibilité simulant expérimentalement des
scenarii d’évolution climatique (impact du changement de pCO 2, des UV ou de la
température).

Regrouper les observations existantes, en réaliser de nouvelles ou développer des
outils permettant de quantifier les types fonctionnels du plancton.

Réaliser des exercices de validation de ces modèles sur des jeux de données les
plus complets et réalistes possible.

Explorer la biodiversité dans le domaine pélagique : isolation et caractérisation de
nouveaux groupes planctoniques ; évaluation de leur impact éventuel sur les cycles
biogéochimiques en quantifiant leur abondance ainsi que leurs taux métabolique et
reproductif. Un effort particulier sera mis sur les fixateurs d’azote, les archeae, les
bactéries photo-hétérotrophes et les organismes mixotrophes.

Evaluer l’impact des processus physiques à sub-mesoéchelle et mésoéchelle sur la
structuration des écosystèmes et les cycles biogéochimiques. Ces recherches,
jusqu’alors essentiellement limitées à des expérimentations numériques, devront être
poursuivies en tentant de s’appuyer sur des observations conduites aux mêmes
échelles et permettant de valider les simulations. La description fine des mécanismes
à petites échelles ne prendra toutefois tout son sens que replacée dans le contexte de
la représentation des cycles biogéochimiques océaniques à plus grandes échelles.

Améliorer la représentation des interactions trophiques. La compréhension des
mécanismes physiques chimiques et biologiques, présidant à l'établissement, au
maintien ou au remplacement d'un type de réseau trophique devra être abordée en
même temps que celle des répercussions éventuelles sur les ressources vivantes
exploitables.
Ce thème relève de la contribution française aux programmes IMBER et GLOBEC et au
Réseau d’excellence EUR-OCEANS
2. Cycles biogéochimiques des éléments traces et de leurs isotopes.
Les éléments traces et leurs isotopes jouent un rôle fondamental comme nutriments et
comme traceurs des processus actuels et passés dans l’océan. Notamment, la
compréhension de leur cycle biogéochimique est essentielle pour les recherches relatives
au cycle du carbone, au changement climatique et au fonctionnement des écosystèmes
océaniques. Par le passé, le manque de connaissances a été un frein aux avancées dans
ce domaine, mais grâce à des progrès méthodologiques récents (échantillonnage et
analyse), il existe désormais un fort potentiel pour améliorer la compréhension de ces
cycles. Dans ce cadre, l’action soutiendra les recherches visant à :

Déterminer la distribution globale de certains éléments traces et isotopes clés en
incluant leur quantification, leur spéciation chimique. Evaluer les sources et puits ainsi
que les cycles internes des espèces chimiques pour mieux contraindre les processus
physiques, chimiques et biologiques qui régulent leur distribution. En particulier,
l’étude du comportement des éléments traces ou isotopes régulés par l’activité
biologique devra être associée à la mesure de paramètres biologiques simples
permettant d’évaluer la biomasse et/ou l’activité des groupes impliqués (e.g.
phytoplancton, bacterioplancton…).

Acquérir des connaissances suffisantes sur les processus déterminants dans le cycle
des éléments traces afin de prédire leurs réponses au changement global et
d’appréhender leur impact sur le cycle du carbone et le climat.

Comprendre les processus qui contrôlent les traceurs utilisés comme proxis des
paléo-environnements. Cette action requiert nécessairement d’associer les efforts des
paléo-océanographes à ceux des océanographes.
Ce thème représente la contribution française au programme GEOTRACES (voir aussi
thème3)
3.
Processus biologiques
continentales
et
biogéochimiques
au niveau
des
marges
Les marges, interfaces entre les domaines côtier et hauturier, jouent un rôle essentiel
dans la chimie, la biogéochimie et la production globale des océans. Bien que la
communauté océanographique ait depuis plusieurs années pris conscience de la nécessité
d’étudier ces zones, la complexité et la variété des échelles de processus à prendre en
compte ont certainement contribué à ralentir l’émergence de recherches intégrées.
L’apport de nouvelles techniques (modélisation aux fines échelles, observations in situ
haute fréquence, télédétection et utilisation de nouveaux proxis) devrait désormais
permettre de relever ce défi. Les questions importantes devront être posées dans un
contexte océanographique préalablement bien ciblé ; les réponses à ces questions vont
donc requérir, ici plus qu’ailleurs, un effort pluridisciplinaire reposant notamment, pour
certains projets, sur des actions concertées transversales à CYBER et au PNEC. Pour la
partie relevant de l’action CYBER les recherches sur les domaines suivants sont
considérées comme prioritaires :

En géochimie et biogéochimie:

Quantification des transferts et des transformations d’éléments chimiques, y
compris certains polluants organiques et métalliques, entre la zone côtière et le
large. Export du sédiment vers le large et les fonds océaniques. Sensibilité de ces
processus au changement climatique et aux événements extrêmes.

Impact des fleuves sur le cycle du CO2.

Anoxie en zone de marge : impact sur l’accumulation et l’enfouissement de
matière et sur les cycles du carbone et de l’azote.

En biologie des populations:

Impact du transport des éléments chimiques et biologiques entre les zones
côtières et hauturières sur la biodiversité, la biogéochimie et la productivité des
marges continentales.

Impact des processus physiques et chimiques en zone de marge sur la
structuration de réseaux trophiques, notamment ceux favorables au recrutement
d’espèces halieutiques hauturières (développement d’approches « end-to-end »).

Amplification éventuelle de la productivité à l’interface côtier-hauturier et
implications dans les flux biogéochimiques et trophiques.
Ce thème représente la contribution française au programme LOICZ II, IMBER et
GEOTRACES
4. Processus biologiques
Atmosphère
et
biogéochimiques
à
l’interface
Océan-
L'évolution admise du climat a accru notre besoin de comprendre d'une part comment
celle-ci influence les processus physiques et biogéochimiques dans le système couplé
océan-atmosphère, et d'autre part, comment ce système rétroagit sur le climat. Dans ce
thème, il est attendu qu'océanographes et atmosphériciens ayant une expertise
notamment sur les gaz importants pour le climat, les aérosols, le transfert radiatif et la
photochimie, joignent leurs efforts pour améliorer la compréhension des processus
responsables des sources et puits de ces gaz dans l'océan superficiel, leur échange à
l'interface air-mer, ainsi que leur influence sur la chimie de l'atmosphère. CYBER
encourage les recherches suivantes sur :

Le rôle des processus photo-chimiques et photo-biologiques sur les échanges de
matière à l’interface. En particulier, un effort particulier sera porté sur l’étude des
processus dans la micro-couche de surface.

Les flux de CO2 à l'interface air-mer représentent un échange fondamental entre les
deux réservoirs dans le cadre du cycle global du carbone. Non seulement les
observations sur ces flux doivent être pérennisées, mais les études sur les
mécanismes physiques et biologiques qui en sont à l’origine doivent être renforcées.

La production de gaz intervenant dans l’évolution du climat (e.g. DMS). Les études
viseront à mieux comprendre et quantifier les processus biologiques et chimiques
contrôlant leur production et leur concentrations marines.

L’impact des dépôts atmosphériques (émissions anthropiques et naturelles) sur les
cycles biogéochimiques dans l’océan de surface, et notamment sur la fixation d’azote.
Un effort sera également porté sur les processus chimiques responsables d’une
modification de la bio-disponibilité des nutriments dans l’atmosphère.
Ce thème relève de la contribution française au programme SOLAS.
Note importante :
Les porteurs de projets relevant de l’action CYBER peuvent bénéficier du soutien de deux
services nationaux :

La cellule base de données gère, en étroite concertation avec les porteurs de
projets, le dimensionnement a priori
de la base de données ainsi que
l’alimentation régulière et les réactualisations de cette base au cours du
déroulement du projet. Le comité scientifique juge essentiel que les données
acquises soient visibles durant la vie du projet, puis disponibles à la fin de celui-ci.

La cellule « pièges à particules
intervient dans le traitement et l’analyse de
paramètres de base des échantillons de pièges à particules. Elle s’occupe
également de la gestion de l’archive d’échantillons de la série « Dyfamed »,
depuis 2007. L’utilisation de cette archive se fait au travers de projets
scientifiques soumis à l’AO LEFE et évalués par le comité scientifique CYBER.
ACTION « Interactions et dynamique de l'atmosphère
et de l'océan »
(IDAO)
IDAO vise à la compréhension de la dynamique des enveloppes fluides de la planète par
l'approche expérimentale, théorique et numérique des phénomènes atmosphériques,
océaniques et de leurs interactions, des échelles locales à globales, des périodes diurne à
décennale.
IDAO encourage ainsi les travaux sur :

les processus météorologiques et leurs interactions avec les surfaces sous-jacentes,
aux échelles locales, moyennes et planétaires, en relation notamment avec le cycle
de l'eau, sous les tropiques, aux latitudes tempérées et polaires ;

les mécanismes conditionnant la circulation océanique et les transports associés de
matière et d'énergie, à l'échelle globale, au niveau des différents bassins, à l'interface
entre le talus et le plateau continental, dans les domaines côtier et littoral ;

les processus concernant la cryosphère (banquise, calotte, glaciers, pergélisol,
surfaces
enneigées),
leurs
interactions
avec
les
milieux
atmosphériques
et
océaniques, l’impact climatique aux échelles pluri-annuelles.

la variabilité du système couplé océan – atmosphère – continents – glace, aux
périodes intra-saisonnières à décennales, concernant notamment les caractéristiques
d'évolution, de périodicité, d'instabilité (transitions rapides, processus à seuil,
évènements extrêmes, ... ), de prévisibilité, ainsi que la régionalisation de l'évolution
climatique ;

les échanges aux interfaces entre milieux (atmosphère, hydrosphère, lithosphère,
cryosphère) et barrières (couche limite – troposphère libre, tropopause, couche
mélangée - océan profond, eau douce – eau de mer, ... ) en terme de structures,
d'échelles caractéristiques, de flux, de circulations induites ;

les interactions entre échelles spatiales et temporelles (de la turbulence à la
variabilité
pluri-annuelle)
atmosphérique,
et
perturbations
entre
processus
(par
météorologiques
et
ex.
dynamique
hydrologie,
et
chimie
biogéochimie
et
circulation océanique, couplages entre l'atmosphère et les surfaces continentales et
océaniques, ... ) dans le cadre de projets coopératifs avec d'autres actions de LEFE.
Dans ce cadre, IDAO

soutient la mise en place de coordinations fédérant les activités d'équipes travaillant
par différentes approches sur des thèmes communs, ou sur différents aspects de
thématiques complexes ;

participe à la définition, la coordination, le suivi et l'évaluation de projets coopératifs
au niveau national et international ;

encourage les initiatives originales, notamment théoriques, susceptibles de donner
lieu à des avancées numériques ou expérimentales.
Les projets soumis à IDAO s'appuieront notamment sur :

la valorisation de jeux de données existants (campagnes d'observation, expériences
numériques, analyses opérationnelles et réanalyses, observations spatiales, ... ),
notamment grâce à l'assimilation dans des modèles numériques, en relation
éventuelle avec l’action « Assimilation » de LEFE pour les aspects techniques ;

l'acquisition de mesures in situ et par télédétection, éventuellement lors de
campagnes coopératives de mesures, dans un cadre national ou international ;

des études numériques à l'aide de codes communautaires, les nouvelles approches
avec les simulations par ensembles (en fonction de conditions initiales, de
paramétrisations, de couplages externes, ... ), l'évaluation des performances et des
caractéristiques des modèles (statistiques d'erreur, conditions d'équilibre, rétroactions
internes, ... ) ;

la dynamique des fluides expérimentale avec l'utilisation de plates-formes dédiées ;

certains développements instrumentaux originaux liés à un objectif scientifique
identifié dans le cadre IDAO, dans la mesure des moyens disponibles.
Les thèmes prioritaires de IDAO sont détaillés ci-dessous.
1.
Processus Atmosphériques
Ces études concernent les perturbations du cycle énergétique atmosphérique (systèmes
dépressionnaires et pluvio-nuageux des latitudes moyennes et tropicales, phénomènes
conditionnés par les interactions avec la surface continentale ou océanique, ... ) afin de
faire progresser la compréhension, la modélisation, la paramétrisation, et la prévision.
Par ailleurs, le
développement des recherches sur les interactions entre milieux ou
processus est souhaité : dynamique de l'atmosphère et hydrologie, microphysique des
nuages et rayonnement, dynamique et thermodynamique de l’atmosphère urbaine et
pollution, impact du couplage océan-atmosphère, ...
1.Météorologie tropicale (en dehors des actions relevant de l'API AMMA)
Les études relatives aux phénomènes de grande échelle (équilibres globaux radiation /
convection / flux océan – atmosphère, ondes tropicales, moussons, ... ), d'échelle
synoptique (zone de convergence inter-tropicale, épisodes de vent d'ouest, interactions
tropiques – latitudes moyennes, ... ), et de moyenne échelle (cyclones tropicaux,
systèmes convectifs, précipitations, zones sèches, ... ) sont encouragées, ainsi que les
travaux concernant la variabilité intra-saisonnière à interannuelle, et les spécificités de la
modélisation numérique en régions tropicales (paramétrisation de la convection,
conditions d'équilibre, assimilation des données, statistiques d'erreur, échelles à
résoudre, ... ).
Les travaux préparant l’exploitation scientifique des futures données de la mission
MEGHA-TROPIQUES (lancement prévu en 2009) sont encouragés dans le cadre de la
coordination nationale des actions scientifiques MEGHA-TROPIQUES. Les projets seront
coordonnés par Rémy Roca (LMD) et Nicolas Viltard (CETP).
2. Météorologie des moyennes et hautes latitudes
Dans le cadre de la future expérience méditerranéenne HYMEX, les études concernant le
forçage synoptique, l’évolution des systèmes dépressionnaires et la génération de
précipitations intenses sont encouragées.
Ces propositions seront coordonnées par les responsables du projet : Véronique Ducrocq
(CNRM, Toulouse, [email protected]) et Philippe Drobinski (SA, Paris,
[email protected]).
Est aussi soutenue l’exploitation des données du projet international COPS, axé vers la
prévision quantitative des précipitations avec un suivi du cycle de l'eau depuis l'humidité
et les aérosols jusqu'aux précipitations, dans le contexte de la convection continentale
estivale.
Les propositions devront être envoyées à Evelyne Richard (Laboratoire d'Aérologie,
Toulouse ; [email protected]) qui les coordonnera.
Les recherches relatives à la prévisibilité des perturbations atmosphériques dans le cadre
de THORPEX sont encouragées, par l'utilisation optimale d'observations ou par la mise en
oeuvre de nouvelles approches en modélisation, adjoints et/ou ensembles y compris à
mésoéchelle. Des propositions, axées sur les processus polaires et leurs interactions avec
la circulation globale, pourront être faites dans le contexte de l’année polaire
internationale. Le but est d'améliorer la prévision numérique du temps et les simulations
climatiques dans les régions polaires par l'exploitation des données in-situ, aéroportées
et satellitaires, et par des systèmes de modélisation avancés.
3. Physique des nuages
Sont
encouragées
des
propositions
relatives
à
la
formation
et
évolution
des
hydrométéores dans des nuages précipitants ou non, l’électricité atmosphérique, la
géostatistique de la pluie et le couplage avec les modèles hydrologiques, les interactions
microphysique
–
dynamique
–
rayonnement,
le
développement
de
techniques
d'observations, l'amélioration de la représentation des nuages dans les modèles
atmosphériques et de climat, les rétroactions des nuages sur le climat, ...
L’exploitation scientifique de données spatiales (satellites de l’AQUA-Train, Meteosat-9,
METOP, …) et de mesures de surface (ex : instrumentation au SIRTA) se rapportant à
l’observation des nuages pourra être soutenue.
Les études concernant les relations entre les propriétés physico-chimiques des aérosols
et leur rôle dans la nucléation nuageuse, des échelles locales à globales, pourront faire
l'objet
de
propositions
soumises
conjointement
à
IDAO
et
à
l’action
« Chimie
Atmosphérique » de LEFE.
4. Phénomènes de couche limite :
La priorité est donnée aux phénomènes se produisant en terrain complexe, et à la
caractérisation des flux aux interfaces.
Dans le domaine de la « Météorologie Urbaine », en incluant le climat urbain ou les
relations
avec
la
pollution
urbaine,
les
études
de
processus
dynamiques,
thermodynamiques et radiatifs, devront concerner les questions suivantes :

quantification et modélisation des échanges entre zones urbaines ou péri-urbaines et
l’atmosphère ;

interactions dynamique et thermodynamique dans la couche limite urbaine ;

problèmes de mesure : flux turbulents en ville, microclimat des rues, évaluation de
mesures par télédétection ... ;

changement à long terme du climat urbain ;
Le couplage océan-atmosphère est également un thème important car ce phénomène
joue un rôle majeur dans le développement de perturbations atmosphériques à toutes les
latitudes, et pour l'entretien des circulations océaniques à diverses échelles spatiotemporelles. Les études expérimentales et numériques concernant les relations entre la
couche limite atmosphérique et la couche mélangée océanique sont encouragées.
2.
Océanographie
La compréhension et la modélisation des circulations océaniques et des interactions
océan – continent – atmosphère – glace requièrent l’étude couplée à différentes échelles
spatiales et temporelles des flux aux interfaces, de la dynamique océanique et des
mécanismes de mélange. Dans ce cadre, IDAO incite à l'utilisation de données (par ex.
observations par satellites, campagnes à la mer) et d'analyses numériques (par ex.
DRAKKAR,
MERCATOR,
…
)
disponibles,
ainsi
qu’à
la
recherche
d’applications
potentiellement utiles pour l'océanographie opérationnelle (côtière et hauturière) en
liaison avec le GMMC (Groupe de Mission MERCATOR-CORIOLIS).
Un renforcement de l'étude de la dynamique côtière et littorale est souhaité, en vue
notamment d'améliorer la compréhension des processus hydrodynamiques et des
couplages entre circulations – apports continentaux – écosystèmes. Les projets
concernant les interactions entre circulations côtière et hauturière sont aussi encouragés.
Les propositions concernant la Méditerranée devront expliciter leur positionnement dans
le contexte des initiatives en cours sur le Chantier Méditerranée (voir note ci-dessus p.2).
1. Océanographie à Grande Echelle
Les objectifs prioritaires concernent l'observation, la compréhension, la modélisation, la
paramétrisation des processus dynamiques qui conditionnent la circulation océanique à
l'échelle globale et à celle des bassins, et les transports associés de matière et d’énergie,
sur les thèmes suivants :

processus mettant en jeu la bathymétrie, le mélange, la convection profonde, les
structures cohérentes, la formation de masses d’eau ;

forçages de surface : couche de mélange océanique, détermination et paramétrisation
des flux océan – atmosphère, détermination des flux à grande échelle, en particulier
par l’utilisation des données satellitaires et l’intégration d'échelles, rôle de la glace de
mer. Une coopération entre les équipes météorologiques spécialisées dans les
interactions océan – atmosphère et les équipes impliquées dans l’étude des
circulations océaniques est ici particulièrement souhaitable ;

quantification de l'influence de la méso-échelle océanique dans les échanges océan –
atmosphère;

quantification des échelles efficaces du forçage atmosphérique des circulations, en
particulier aux hautes fréquences (cycle diurne, période inertielle) et conséquences
sur le couplage des modèles océan – atmosphère;

étude des processus au niveau des marges océaniques (marge et talus continental,
transitions entre bassins océaniques).
2. Océanographie à Moyenne Echelle
IDAO soutient les projets s'appuyant sur des données in-situ, des observations
satellitaires et des résultats de modélisation: étude des mouvements verticaux des
masses d’eau (par ex : subduction, « cascading »…), de l’enfouissement de carbone et
des processus de mésoéchelle.

Sont également encouragées les études permettant d’identifier le rôle de la
dynamique océanique et des échanges océan –
atmosphère
sur les écosystèmes
marins et leur évolution (production et export de matière organique), sur la
production océanique, sur les échanges de CO2 et d’autres constituants à l’interface
aux échelles de temps allant de l’intra-saisonnier au pluri-annuel.

Les points importants concernent les couplages d’échelles entre processus physiques
et biologiques en association par exemple avec les fronts océaniques, les structures
tourbillonnaires de méso-échelle et les systèmes d’upwelling. Toute proposition dans
ce domaine devra être soumise conjointement aux actions LEFE / IDAO et CYBER.
3. Océanographie Côtière
Cette partie concerne la circulation sur le talus et le plateau et son interaction avec la
circulation de bassin, le rôle des flux atmosphériques et notamment du vent à mésoéchelle, l'étude de la dynamique océanique à méso- et sub-méso-échelle incluant
notamment la formation d'eau dense, le rôle des panaches fluviaux et l'influence de la
topographie du talus ou du plateau. Une attention particulière est accordée aux transferts
d'énergie et de matière au travers du talus continental, ainsi qu'aux effets de mélange et
de dissipation induits par la couche limite de fond. Dans ce contexte, sont encouragés :

le développement et la valorisation de bases de données hydrologiques et
courantologiques adaptées à ces études de processus ;

le développement et la valorisation de bases de données atmosphériques, notamment
à haute résolution spatio-temporelle, destinées aux forçages des modèles;

le développement et la validation des modèles de circulation côtière, et leur couplage
avec les modèles hauturiers ;

l’étude de l'apport des observations disponibles par l'intermédiaire de l'assimilation de
données (dans un contexte de coopération avec le GMMC et en relation éventuelle
avec l'océanographie opérationnelle) ;

la
préparation
d'une
action
intégrée
pluriannuelle
associant
observations,
modélisations et assimilation dans le but (i) d'améliorer la connaissance des
processus, leur modélisation et leur prédictibilité, et (ii) de soutenir le transfert
d’expertise de la communauté scientifique vers l’opérationnel (contexte EPIGRAM sur
l’Atlantique, cadre Chantier Méditerranée) ;

les études sur les ondes internes d’inertie-gravité (mécanismes de génération,
dynamique non linéaire et déferlement) au moyen de modèles réalistes ou
académiques, outils théoriques et approches expérimentales (en laboratoire ou dans
le cadre de campagnes à la mer incluant des mesures spécifiques permettant de
mieux quantifier l’impact de ces ondes sur la dissipation d’énergie et la mélange) ;
Les propositions relatives au thème des ondes internes seront envoyées à Pascale
Bouruet-Aubertot (LODYC, Paris ; [email protected]) qui les
coordonnera.
4. Littoral

Dans ce domaine, les priorités concernent les apports continentaux, les processus
hydrodynamiques
qui
contrôlent
le
transport
sédimentaire
et
les
évolutions
morphologiques en domaine littoral, et plus particulièrement :

la dynamique des ondes de gravité (houle, marée, onde interne) et les circulations
induites en milieu peu profond ;

la propagation de la marée sur les zones émergeantes ;

l'hydrodynamique de la zone sous influence du déferlement (transformations de la
houle, dissipation d'énergie, courants et ondes associés) ;

la caractérisation des forçages hydrodynamiques « représentatifs » susceptibles de
contrôler la morphodynamique littorale ;

couplage littoral – côtier : étude des échanges hydro-sédimentaires entre les franges
littorales soumises à des houles énergétiques et le plateau continental ; extension des
modèles de circulation côtière au domaine littoral (ou couplage avec des modèles
littoraux), avec la prise en compte du forçage de la houle dans la génération des
courants en milieu peu profond.

couplage continent - littoral : apports fluviaux, impacts sur l'érosion côtière et sousmarine, mélanges de masses d'eau.
Dans ce cadre, des actions coopératives entre les actions LEFE / IDAO, EC2CO / PNEC
et ST / RELIEFS sont particulièrement encouragées.
Les projets devront mentionner les interactions éventuelles avec les actions HYMEXMERMEX-CHARMEX.
3. CRYOSPHERE
La cryosphère (glace de mer, neige, gel de sol, glaciers et calottes) affecte environ un
quart de la surface de la planète. Son rôle à l'interface entre l'atmosphère et les surfaces
océaniques ou continentales est important et particulier. L'impact climatique de la
cryosphère et des processus qui lui sont liés, et la prise en compte imparfaite de ces
processus dans les modèles de climat, ont conduit il y a 5 ans à la mise en place par le
Programme Mondial de Recherche sur le Climat du programme CLIC (/CLImate and
Cryospshere,
http://clic.npolar.no//).
Dans
ce
contexte,
les
projets
d'étude
des
processus, des rétroactions et des propriétés d'intégration de la cryosphère sont donc
encouragés par IDAO. Les demandes seront au besoin soumises conjointement à l’action
EVE, si les aspects climatiques sont également traités.
1 Interfaces et rétroactions
A l'interface entre l'atmosphère et les surfaces océaniques et continentales, la cryosphère
affecte les échanges d'énergie (chaleur sensible et latente, rayonnement), d'eau et de
certaines espèces chimiques. L'impact de ces interfaces sur le climat et l'environnement,
ainsi que l'ampleur des rétroactions climatiques associées, nécessitent des études ciblées
d'observation et de modélisation de la cryosphère et de ses couplages avec l'atmosphère,
l'océan et les surfaces continentales. Les propositions visant l'étude de ce rôle
d'interface, pouvant conduire à améliorer les paramétrisations dans les modèles
atmosphériques, océaniques et climatiques sont encouragées.
La circulation atmosphérique, largement influencée par les calottes et par les vents
catabatiques, est un élément essentiel des interactions océan – glace – atmosphère en
périphérie. De plus, et dans une large mesure par ce rôle d'interface, la cryosphère
intervient dans plusieurs mécanismes de rétroaction climatique. Certains sont déjà
reconnus comme majeurs (albédo, circulation thermohaline, cycle du carbone, ... ),
d'autres sont encore si mal connus que, dans certains cas, le signe même de la
rétroaction n'est pas évalué avec certitude. Les propositions relatives à une meilleure
connaissance et prise en compte des rétroactions liées à la cryosphère dans les modèles
de climat sont ainsi encouragées.
2 Intégration et enregistrement du signal climatique
Les rapports successifs de l'IPCC soulignent les capacités uniques d'intégration et
d'enregistrement naturels du signal climatique par la cryosphère. L'étude et l'observation
de la cryosphère permettent de reconstruire les variations de l'environnement et du
climat dans des régions d'altitude et/ou de latitude où l'observation directe est rare et
délicate et la variabilité climatique insuffisamment connue. L'acquisition de ces données
ne relève pas nécessairement d'IDAO (voir plutôt EVE). En revanche, les études des
processus à l'interface qui génèrent ces données, dans la mesure où elles rejoignent les
aspects plus généraux liés au rôle climatique de la cryosphère (cf. 3.1. /Interfaces et
Rétroactions/) ou permettent une meilleure appréhension de la variabilité climatique
saisonnière et pluriannuelle (cf. Thème 4 de l'Appel d'Offres) sont invités.
4.
Variabilité saisonnière et pluriannuelle
Il est souhaitable que les actions se situant dans ce cadre évoluent vers une plus grande
coordination avec les thèmes concernant d’une part les grandes et moyennes échelles
atmosphériques et océaniques, d’autre part la prévision à long terme et l’évolution
climatique, ce dernier point entrant dans l’appel d’offre de l’action LEFE/EVE.
Certaines études dans ce cadre nécessitent des actions à long terme (> 3 ans) qui
devront être identifiées pour que LEFE et IDAO puissent les soutenir dans la mesure des
moyens disponibles.
1. Atlantique Nord et Méditerranée :
Les rôles respectifs de la variabilité interne de l'atmosphère et du couplage avec l’océan
et la glace de mer doivent être approfondis par l'analyse des observations et de
simulations dans un contexte couplé. L’accent sera mis sur le rôle du bilan d’eau douce
dans la variabilité climatique et l’occurrence des transitions rapides.

Il faut améliorer la compréhension du couplage entre circulations océaniques
horizontale et méridienne. On s’attachera notamment à étudier le rôle du bilan d'eau
douce des régions arctiques, de l'export d'eau douce par les courants de bord ouest
et des relations entre glace de mer et atmosphère sur ce couplage.

On s’interrogera sur les modes pouvant être importants pour le climat européen en
particulier sur la stabilité spatiale et temporelle du mode NAO/AO en fonction de
variations lentes – naturelles et anthropiques – du climat terrestre.

On cherchera à déterminer le potentiel de prévision aux échelles saisonnière à
décennale, sur l'Europe et les régions avoisinantes, en étudiant les poids respectifs
des différents mécanismes locaux et de connexion de grande échelle, notamment
avec les régions tropicales.
2. Régions Tropicales (en dehors des actions relevant de l'API AMMA)
Les parts respectives de la redistribution zonale et méridienne de la chaleur et du sel
dans l’émergence et le maintien des gradients de température en région équatoriale
doivent être explorées pour les océans Pacifique, Indien et Atlantique. Les échelles de
temps nécessaires pour ventiler la région équatoriale doivent être identifiées, ainsi que
l’influence des téléconnexions dans la variabilité décennale.
 Par quels mécanismes, à quelles échelles et dans quelle région, l’atmosphère
développe-t-elle une réponse cohérente à des modifications de la température de
surface de l’océan ? quels sont les rôles respectifs des régions d’upwelling océanique,
d’eaux chaudes ou de gradient ? peut-on identifier les structures océaniques critiques
à l’origine des perturbations atmosphériques de grande échelle, et par quels
mécanismes celles-ci contribuent-elles à la variabilité climatique ? Que peut-on
apprendre de la variabilité des régions équatoriales à l’échelle des derniers siècles ?

Les circulations de mousson sont déterminées par les gradients méridiens d'énergie
entre les régions équatoriales excédentaires, principalement océaniques, et les zones
continentales tropicales moins excédentaires ou déficitaires, comme le Sahara. Il faut
déterminer les influences respectives des deux milieux pendant l’évolution
de la
mousson : anomalies des températures de surface océanique, conditions hydriques et
couverture végétale des surfaces continentales. Aux grandes échelles spatiales et
temporelles, le rôle des téléconnexions doit être analysé dans un contexte de
variabilité décennale ou de changement climatique. Aux échelles synoptique et
moyenne, la mousson interagit avec les perturbations convectives, principaux
pourvoyeurs des précipitations dans ces régions. L’ensemble de cette physique
complexe devra être étudié et quantifié.

Un effort important doit être fait sur la prévision en région tropicale. Des anomalies
climatiques majeures y prennent naissance et persistent de quelques mois à quelques
années, avec des conséquences parfois lointaines par les téléconnexions. Dans le
Pacifique tropical, on regardera les interactions entre la variabilité de type ENSO et le
changement climatique global. Dans l’océan Indien, le démarrage et l’intensité de la
mousson sont fortement conditionnés par des perturbations atmosphériques et
océaniques intra-saisonnières à pluri-annuelles. Concernant la mousson d’Afrique de
l’Ouest, la prévision saisonnière, à l’aide de schémas statistiques et de modèles
dynamiques à améliorer, constitue une priorité au sein du programme AMMA et devra
être intégrée dans le cadre de l’API
3. Océan Austral
Le rôle de l'océan austral dans la dynamique du climat à l'échelle planétaire est important
et cependant peu connu. La variabilité du transport circumpolaire et des échanges de
propriétés (chaleur, sel, oxygène, carbone, ... ) avec les trois autres océans, la variabilité
des formations des eaux intermédiaires et profondes, des remontés d'eaux profondes,
des extensions de glace de mer, de la nébulosité, de la production primaire, … sont
autant de mécanismes possibles des variations observées des climats du passé ou du
futur. Mais les interprétations reposent sur des connaissances très limitées des
mécanismes et de leurs couplages.
Pour évaluer le rôle de cet océan dans le climat, certaines questions demandent
investigation : comment cet océan contrôle-t-il le climat global ? Répond-il de façon
brusque ou lente aux variations climatiques externes ? Quelles sont les variations
d'amplitude et les déphasages des signaux climatiques entre les deux hémisphères ? Le
rôle de l'océan austral dans le passé climatique est-il ou non indicateur de son rôle sur le
climat futur ? Quelles sont les améliorations à apporter dans les modèles océaniques et
couplés pour répondre à ces questions ? Quelles sont les observations nouvelles (in-situ,
satellitaires, paléo et proxies) qui aideraient à répondre à ces questions ?
5. Régionalisation du changement climatique

Les projections actuelles du changement climatique réalisées à partir des Modèles de
Circulation Générale couplés Océan-Atmosphère décrivent des échelles spatiales au
minimum de quelques centaines de kilomètres. Ces échelles sont trop importantes
pour représenter nombre de phénomènes extrêmes tels que les cyclones tropicaux,
les tempêtes des moyennes latitudes ou des phénomènes convectifs intenses, ou
pour contraindre des modèles de calcul d'impacts.

Les objectifs de la régionalisation sont d'une part de réduire les échelles des
phénomènes résolus dans les études numériques du changement climatique, d'autre
part d'améliorer la représentation du climat en termes de moyenne et de variabilité,
dont celle liée aux événements extrêmes. Cela implique que les mécanismes à
l’origine des signaux climatiques soient identifiés, compris et validés, notamment par
études exhaustives, validées sur le climat présent. De même, il est important de bien
identifier les biais systématiques qui peuvent se reporter sur la tendance moyenne et
la variabilité de différentes variables. On s’intéressera aussi à la possibilité d’utiliser
en retour l’information produite à l’échelle régionale pour améliorer le signal de
grande échelle.

Les méthodes de « désagrégation d’échelle » peuvent faire appel à des techniques
statistiques reliant les variables de grande échelle à celles d’échelle régionale ou
locale au moyen de modèles simples ou de fonctions ajustées sur les observations
(générateurs de temps, fonctions de transfert, types de temps…). Il est également
possible de mettre en oeuvre des modèles de simulation du climat avec une
résolution plus fine que celle des MCGs couplés, en se restreignant à l'étude de
l’atmosphère (à l’exclusion de l’océan) sur une période de temps limitée au plus à
quelques
décennies.
L’utilisation
de
modèles
couplés
peut
cependant
être
indispensable pour traiter l’évolution de certains phénomènes comme la propagation
des ondes intrasaisonnières en région tropicale. L'utilisation de ces diverses
techniques sur des domaines sensibles (Europe, Méditerranée, régions tropicales ou
polaires) est encouragée.
Les propositions soumises dans ce contexte veilleront à s’inscrire dans une démarche
coordonnée, démontrant clairement la valeur ajoutée par la descente d’échelle. Elles
devront être conjointement envoyées à l’action LEFE / EVE pour une évaluation croisée.
6. Recherches fondamentales en dynamique des fluides
Les travaux théoriques, les simulations physiques, les approches numériques de la
dynamique des fluides géophysiques concernant les écoulements atmosphériques et
océaniques peuvent être soutenues dans la mesure où ils établissent clairement un
lien avec les thématiques de IDAO ou s'intègrent dans des projets coopératifs qu'il
soutient.
ACTION «EVOLUTION ET VARIABILITE DU CLIMAT
A L’ECHELLE GLOBALE»
(EVE)
Le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a été créé
pour évaluer les informations scientifiques, techniques et socio-économiques pertinentes
à la compréhension des risques liés aux changements climatiques causés par l'activité
humaine. Il s'appuie sur des recherches de pointe portant sur la compréhension intégrée
du système terre et une quantification améliorée des fourchettes d’incertitude des
projections. L'objectif principal d'EVE est de fournir les bases d'une telle recherche qui
doit sous-tendre notre stratégie pour aborder le changement climatique à l’échelle de la
demande sociétale : c’est-à-dire de la décennie au siècle, à une échelle régionale.
Renforcer l’observation, la compréhension de sa représentativité, son insertion dans un
ensemble de données variées, et l’utiliser au mieux dans un système de modélisation, est
un gage d’avancée sur la connaissance des mécanismes et de leur représentation dans
des modèles de grande échelle. Comprendre, à défaut de réduire, les incertitudes des
modèles climatiques actuels passe par le développement d’un cadre intégrateur où, dans
diverses conditions spatiales et temporelles, les études de détection et d’attribution
permettront de confronter les résultats de modèles aux réalités de terrain. Les données
nécessaires pour cette confrontation sont à diverses échelles de temps et d’espace avec
leurs caractéristiques propres (abondance de données récentes, rareté de données
représentant le long terme), mais elles apportent toutes une contribution spécifique à la
compréhension de l’évolution en cours.
Les projets soumis à EVE tenteront de répondre à l’une ou l’autre des questions
suivante :
 Comment notre système climatique va-t-il réagir au développement des diverses
activités anthropiques et quels changements en résulteront ?
 Dans quelle mesure et depuis quand l’activité humaine modifie-t-elle l’environnement
global ? Quelle est la part anthropique et la part de variabilité naturelle dans le
changement global?
 Quelles sont les régions les plus vulnérables et comment se manifeste cette
vulnérabilité ?
 Quels sont les mécanismes internes et les principaux modes de variabilité du système
climatique ? Comment sont-ils reliés et à quelles échelles de temps ? Comment le
changement
global
pourra-t-il
affecter
ces
modes
de
variabilité
et/ou
leurs
interactions ?
 Quelles sont les causes des variations naturelles des gaz à effet de serre, aérosols,
capacité oxydante de l’atmosphère, …., ? Selon quelles séquences les changements
des forçages, conditions de surface et des réponses écosystémiques se sont-ils
déroulés ?
 Les
gradients
d’énergie
équateur
pôles
sont
modifiés.
Quelles
en
sont
les
conséquences? Comment ce gradient a-t-il évolué dans le passé? Quels sont les
mécanismes en jeu?
 Quels sont les seuils (et leurs causes) à l’origine des transitions rapides entre des
états climatiques quasi-stables ? Quels sont les risques d’instabilité dans les
prochaines décennies ? Y a-t-il un risque d’évolution irréversible du climat ?
 Quel est le lien entre la dynamique des calottes glaciaires et les variations passées et
futures du climat ? Quel est le risque de disparition des calottes ? Quel est l’impact de
la fonte des glaces sur la circulation thermohaline ?
 Quelles sont les modifications en cours des cycles hydrologiques ? quelles en sont les
conséquences sur l’équilibre énergétique de la planète ? comment sont affectés les
paysages et les ressources ?
La réponse à ces grandes questions nécessite le développement d’un grand nombre
d’outils expérimentaux, de modélisation et diagnostics, d’acquisition de données, ainsi
que la mise en oeuvre de nouvelles méthodologies :

développer des modèles à différents niveaux de complexité, couplant le système
dynamique-physique
(océan-atmosphère-cryosphère)
avec
les
cycles
(bio)géochimiques, la dynamique des écosystèmes (continentaux et océaniques) et
l’hydrologie continentale ;

développer des stratégies visant à hiérarchiser l'importance des couplages et des
interactions d'échelle dans l'estimation des sensibilités climatiques ;

mettre au point des outils d’évaluation et de comparaison des modèles à différentes
échelles de temps, et en réponse à différents forçages (des échelles de temps
orbitales à interannuelles voire saisonnières) ;

mettre au point des stratégies d’utilisation des observations récentes et passées pour
contraindre et évaluer l'éventail des changements climatiques futurs ;

mettre au point des méthodes diagnostiques pour quantifier la sensibilité climatique
et l’amplitude des changements à l’échelle globale ;

développer des nouvelles méthodologies pour la caractérisation des différentes
sources d'incertitudes, en particulier une approche probabiliste des scénarios
climatiques ;

développer des méthodes d’assimilation des données dans les modèles climatiques
performantes à différentes échelles de temps ;

renforcer la modélisation directe des proxies (ou traceurs) dans les modèles ;

élaborer de nouveaux proxies capables de reproduire les fluctuations des modes
principaux de la variabilité climatique, les évaluer au niveau du signal enregistré, de
leurs erreurs et de leurs limites ;

développer des approches de détection/attribution des forçages climatiques ;

mettre en place les structures nécessaires pour développer l'acquisition de données
globales et la gestion et l’interopérabilité de bases de données ( in-situ, spatiales,
réanalyses, historiques, paléoclimatiques) : insolation, volcanisme, bilan radiatif,
bilan hydrique, circulation océanique, fontes de calottes, gaz à effet de serre,
aérosols, usage des sols …
Ce programme visant avant tout un rôle d’animation et de structuration de la
communauté nationale, nous avons défini quatre actions prioritaires. Elles ne sont pas
exclusives, mais les projets proposés devront tenter d’apporter une vision globale et
intégrée de notre système climatique. Idéalement, l’approche intégrative « modèlesdonnées » sera favorisée, mais une approche « purement données » qui permet de
comprendre les forçages et les mécanismes à grande échelle est également recevable.
Les deux premières actions focalisent l’attention sur certaines périodes de temps clés
(l’anthropocène - i.e. les 150 dernières années et le prochain siècle, et la variabilité
climatique récente – i.e. les 1000 dernières années). Les deux autres actions ont pour
objectif de progresser sur la compréhension de mécanismes de rétroactions pouvant
influencer
de
façon
significative
l’évolution
du
climat
(interaction
entre
cycles
biogéochimiques, aérosols et chimie atmosphérique et climat, caractérisation des
variations abruptes et / ou irréversibles).
1. La variabilité climatique récente : les 1000 dernières années
Les 1000 dernières années représentent la période transitoire clé de l’histoire de
notre
système
climatique
qui
a
vu
l’arrivée
d’une
action
anthropique
suffisamment importante pour perturber son évolution naturelle. Notre capacité à
comprendre et reproduire l’évolution du climat au cours de cette période, à détecter les
variations attribuables à l’Homme est aujourd’hui un véritable défi.
Il nous faut :

reconstruire des forçages réalistes (solaire, volcanisme, usage des sols, …) ;

étudier à la fois l’évolution du climat moyen, de la variabilité et de ses liens avec
l’état moyen, aux évènements extrêmes voire abrupts ;

développer les études de détection / attribution afin d’identifier les réponses
climatiques aux différents forçages ;

étudier la sensibilité des reconstructions climatiques à partir des proxies en fonction
de leurs caractéristiques spatio-temporelles ;

mettre en place les méthodologies ad-hoc d’initialisation des modèles (principalement
océaniques, mais également les réservoirs de carbone) ;

évaluer le rôle de différentes boucles de rétroaction (climat-cycles biogéchimiques,
climat-dynamique
naturelle
et
anthropique
de
la
végétation,
climat-chimie
atmosphérique, …) sur l’évolution du climat de cette période.
2. L’anthropocène : de 1850 à 2100
La participation de la communauté française au dernier exercice du GIEC (Groupe
Intergouvernemental pour l’Evaluation du Changement climatique) a donné lieu à la
réalisation d’un grand nombre de simulations du climat des 150 dernières années et du
prochain
siècle. Ces simulations sont
réclamées par de nombreux scientifiques
s’intéressant à l’impact du changement climatique sur les écosystèmes (marins et
continentaux), sur les ressources en eau, les risques de sécheresse ou autres
évènements extrêmes …
Par ailleurs, des questions scientifiques spécifiques se posent selon les échelles de temps
auxquelles on étudie les évolutions du climat: évolutions récentes (avec un lien fort avec
les observations), évolutions dans un futur proche (30 prochaines années, avec
notamment les incertitudes liées à l'état initial de l'océan) et évolutions jusqu'à la fin du
siècle, voire au-delà (avec notamment le rôle des processus "lents").
Il relève de notre communauté de :

conduire des études systématiques de la dynamique simulée du climat de cette
période de temps ;

réaliser des études de sensibilité, ou de nouveaux scénarios, prenant en compte de
nouveaux processus et/ou boucles de rétroactions potentiellement importants ;

mener une recherche sur les liens entre la sensibilité des modèles aux forçages
anthropiques et naturels externes et leur capacité à reproduire les principales
caractéristiques du climat actuel (état moyen, cycle saisonnier, variabilité saisonnière
à interannuelle, téléconnexions et processus, ...) ;

étendre les études de détection et attribution à d’autres échelles spatio-temporelles
(continentale et interannuelle) et à d’autres variables, en particulier océaniques ;

développer de nouvelles méthodologies pour la quantification et la hiérarchisation des
différentes sources d’incertitudes pour les scénarios climatiques ;

Proposer des scénarios probabilistes basées sur des ensembles de simulations à la
communauté des utilisateurs.
3. Quelles sont les relations causales et les rétroactions entre climat et
cycles biogéochimiques ?
L’interaction entre cycle du carbone et climat a été démontré de façon éclatante dans les
carottes de glaces. L’étude et la compréhension des fluctuations des taux de gaz à effet
de serre, des concentrations en aérosols dans l’atmosphère, de la composition chimique
de l’atmosphère et de sa capacité oxydante nécessitent de bien comprendre les
processus régulant la distribution des puits et des sources, de tenir compte des
réservoirs lents (l’océan profond, la biosphère, la cryosphère), et de disposer d’outils de
simulation de diverses complexités qui tiennent compte de l’ensemble des processus et
interactions entre les différentes composantes de notre système climatique.
Dans un contexte d’évolution future qui correspond à une longue période transitoire, il
est nécessaire de documenter et comprendre (notamment par des exercices de
sensibilité) :

les grandes transitions climatiques pour appréhender les relations causales et les
rétroactions à diverses échelles de temps entre climat et cycles biogéochimiques ;

la variabilité de la composition chimique de l’atmosphère pendant les périodes
chaudes interglaciaires dépourvues d’action anthropique ;

les différentes trajectoires possibles du système couplé climat-cycles
biogéochimiques-aérosols-chimie dans le futur.
4. Les
variations
rétroactions
climatiques
abruptes :
risques,
conséquences,
On observe dans les enregistrements océaniques d'amples variations de la circulation
thermohaline, avec en particulier des basculements rapides (de l’ordre du siècle), qui
sont encore insuffisamment documentées, et qui ne sont toujours pas comprises ni
modélisées correctement. Or, dans un contexte de changement futur où le cycle
hydrologique va être profondément modifié, de tels évènements pourraient-ils se
reproduire ?
Le risque de déstabilisation des calottes Groënlandaise et Antarctique dans le futur est-il
réel ? A quelle échelle de temps ? Quelles seraient les conséquences climatiques de cette
déstabilisation ? Une bonne compréhension du rôle de la dynamique des calottes de glace
dans le système climatique, notre capacité à simuler les entrées et sorties de glaciation,
sont des étapes importantes et nécessaires.
Quelles sont les régions les plus vulnérables aux changements climatiques ? Quels sont
les modes de basculement d’un état à l’autre ? Peut-on identifier les seuils critiques et la
la sensibilité de nos écosystèmes aux changements climatiques ? Ces études seront
menées à la fois en étudiant les climats passés, par confrontation des enregistrements
continentaux
aux
enregistrements
océaniques
et
glaciaires,
mais
également
en
réalisation des études de sensibilité numériques explorant les risques de changements
abrupts dans le futur, à des échelles de temps pouvant excéder le siècle.
Contexte programmatique
Ce programme est complémentaire d’EC2CO, du GICC2 et de l’ANR/VMCS qui prennent
en charge les interactions avec les écosystèmes et les impacts du changement global. Il
doit prendre en compte les acquis de grands programmes internationaux tels que AMMA
(valorisation des acquis et suivi des efforts futurs), être en phase avec l’année polaire
internationale (soutenir les projets phare, réflexion sur le suivi à long terme), et préparer
les futurs chantiers tels que le Chantier Méditerranée (favoriser des pré-études
permettant d’approfondir la stratégie scientifique et logistique de grandes campagnes à
venir).
Les projets soumis à EVE, mais relevant également des objectifs d'IDAO en ce qui
concerne une meilleure modélisation des processus liés à la dynamique de l'atmosphère,
l'océan et la cryosphère, devront être soumis aux deux actions. Il en va de même pour
les autres actions de LEFE, comme la calibration des proxies marins (CYBER), la prise en
compte de la chimie atmosphérique dans les modèles climatiques (CHAT) et l'assimilation
des données dans une optique d'amélioration de la paramètrisation dans les modèles
climatiques (ASSIM).
Les propositions concernant la Méditerranée devront expliciter leur positionnement dans
le contexte des initiatives en cours sur le Chantier Méditerranée (voir note ci-dessus p.2).