Apport des isotopes stables de l`eau à la compréhension

ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT
D'ILE DE France N° 129
Proposition de sujet de thèse pour la rentrée 2017
Nom du Laboratoire d’accueil : LSCE
N° UMR : 8212
Nom du Directeur du laboratoire : Elsa Cortijo
Adresse complète du laboratoire : CE Saclay, Orme des Merisiers, Bât 701, 91191 Gif-sur-Yvette Cedex
Nom de l’Equipe d’accueil et adresse si différente de celle du laboratoire : GLACCIOS (GLaces et
Continents, Climats et Isotopes Stables)
Nom du Directeur de thèse HDR : Françoise Vimeux
Téléphone : 01 69 08 57 71
Mail : [email protected]
Nom du co-encadrant non HDR : Christelle Barthe (LACy, UMR 8105)
Téléphone : 02 62 92 11 85
Mail : [email protected]
• Titre de la thèse :
Apport des isotopes stables de l'eau à la compréhension des processus convectifs et cycloniques dans l'Ouest
de l'Océan Indien. Approche couplée des mesures isotopiques dans la vapeur d'eau et de la modélisation
isotopique méso-échelle
• Sujet proposé (2 pages maximum) :
Dans le cadre du changement climatique actuel, une augmentation vraisemblablement inéluctable du
risque cyclonique dans tout le sud-ouest de l'océan Indien (SOOI) est annoncée à l’horizon de quelques
décennies d'après les travaux du GIEC. Les observations dans cette région sur les cinq premières saisons
cycloniques de la décennie en cours (2011-2020) montrent une augmentation nette du nombre de cyclones
qualifiés de très intenses, en regard de la décennie précédente. Une des questions majeures dans le bassin du
SOOI est de prévoir avec la meilleure fiabilité possible l'intensité des cyclones. Pour cela, il est nécessaire de
bien comprendre les processus à l'origine des modifications d'intensité lors de la vie d'un cyclone et d'avoir
des outils de modélisation fiables pour la prévision, et donc une physique dans les modèles validée pour ces
situations cycloniques.
La composition isotopique de la vapeur d'eau est utilisée depuis plusieurs années pour avancer sur la
compréhension des processus atmosphériques humides comme la convection, le mélange de masses d'air, les
phénomènes d'hydratation et de déshydratation de la troposphère ou encore pour contraindre des bilans d'eau
en surface. Cet outil géochimique a aussi montré sa capacité à repérer des biais humides dans les modèles
atmosphériques de circulation générale (équipés avec les isotopes de l'eau) non décelés par des méthodes
classiques de comparaison modèles-données.
Depuis fin 2014, des mesures en continue de la composition isotopique de la vapeur d'eau sont
réalisées sur le site de l'observatoire atmosphérique du Maïdo à l'île de la Réunion (site labellisé par le
CNRS-INSU). Des processus de la dynamique climatique reliée au Jet tropical ont été étudiés dans le cadre
d'une collaboration entre l'Institut de Recherche pour le Développement (IRD), le Laboratoire des Sciences
du Climat et de l'Environnement (LSCE) et le Laboratoire des Atmosphères et des Cyclones (LACy). Ces
mesures isotopiques ont aussi enregistré des signaux particuliers sortant de la gamme de la variabilité lors des
passages dépressionnaires et des cyclones au large de la Réunion en janvier et mars 2015.
La question posée dans le cadre du sujet de thèse proposé ici est de savoir comment les isotopes
stables de l'eau peuvent aider à mieux appréhender les mécanismes et les processus physiques qui prennent
place lors d'activité de convection et/ou cyclonique. L'idée est de montrer en quoi leur mesure dans la vapeur
d'eau apporte une valeur ajoutée en regard des mesures météorologiques plus classiques.
Une double approche sera suivie au cours de la thèse pour appréhender l'apport des isotopes de l'eau:
D'une part les observations isotopiques seront poursuivies sur le site de l'observatoire atmosphérique
du Maïdo et constitueront une base de données unique dans la région sur plusieurs saisons cycloniques. A ces
données, nous proposons d'acquérir en parallèle des mesures isotopiques pendant une campagne de mesures
intensive de 4 mois, organisée pour la première fois dans cette région du monde, pendant la saison
cyclonique 2018-2019 à Mayotte. Le but de co-localiser les mesures isotopiques aux mesures
météorologiques plus classiques est d'appréhender à quels paramètres climatiques la composition isotopique
réagit.
D'autre part, à ces observations, s'adossera un travail de modélisation isotopique. Dans un premier
temps, le travail consistera à valider l'introduction des isotopes stables de l'eau dans le modèle méso-échelle
Meso-NH. Ce travail conduira à évaluer la capacité du modèle à reproduire les observations isotopiques et à
pointer des biais potentiels dans le modèle auxquels les isotopes de l'eau sont particulièrement sensibles
(comme par exemple la micro-physique nuageuse, ou le mélange vertical). En retour, une fois validées, les
simulations numériques méso-échelles permettront sur des cas d'étude cycloniques précis de mieux
comprendre quels sont les contrôles climatiques sur les isotopes de l'eau dans la région étudiée et ce qu'ils
peuvent nous apporter.
Ce travail de thèse se fera en collaboration entre le LSCE et le LACy; et dans le cadre du projet
RenovRisk-CP (Cyclones et Précipitation) pour la campagne de terrain prévue en 2018-2019 à Mayotte. Ce
projet fédère dans le bassin de l'Océan Indien 8 partenaires à Madagascar, La Réunion, au Mozambique, à
Maurice, aux Seychelles et à Mayotte pour l'observation et la compréhension des pluies cycloniques.
Un séjour au LACy de plusieurs mois à 1 an, selon le déroulé et l'avancé des travaux, sera nécessaire
pour la partie modélisation ainsi qu'une participation à la campagne de mesures à Mayotte de 4 à 6 semaines.
Le candidat recherché devra avoir des connaissances en dynamique du climat et/ou en géochimie des
isotopes stables de l'eau. Un goût prononcé pour le couplage entre la modélisation et l'expérimentation de
terrain sera nécessaire. Des connaissances en programmation sous R, ou assimilé, seront appréciées pour le
traitement des données isotopiques.
• Type de financement autre que ED 129, précisez si envisageable ou acquis (CNES,
CEA, ADEME etc…) :
CEA envisageable
• Encadrement :
. Liste des autres doctorants que vous encadrez au 1er janvier 2017
(Nom, Université d’inscription, type de financement, date de soutenance envisagée)
Guilpart Etienne, Université Paris Saclay, Bourse phare CEA, soutenance prévue en 10/2017