Soutenance de thèse de Rémi PAGES

Ecole Doctorale
Sciences de l'Environnement
Spécialité
Sciences de l'environnement: Océanographie
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
Séquestration du Carbone,Productivité,biogéochimie,Modèlisation,Scénarios RCP 8.5,
Keywords
Carbon sequestration,Productivity,biogeochemistery,Modelling,Scénarios RCP 8.5,
Titre de thèse
Étude de l'impact du changement climatique et des apports terrigènes en éléments nutritifs sur le fonctionnement biogéochimique de la mer Méditerranée à l'aide de la modélisation couplée physique/biogéochimie.
Study of the impact of climate change and terrigenous nutrient inputs on the biogeochemical functioning of the Mediterranean Sea using coupled physical/biogeochemical modelling.
Date
Friday 19 June 2020 à 14:00
Adresse
Institut Méditerranéen d’Océanologie - MIO Campus Technologique et Scientifique de Luminy 163 avenue de Luminy - Bâtiment Méditerranée 13288 MARSEILLE cedex 09
Amphitéatre océanomed
Jury
Directeur de these Mme Melika BAKLOUTI Aix Marseille Université
CoDirecteur de these M. Thierry MOUTIN Aix Marseille Université
Examinateur M. Jean-Claude DUTAY LSCE
Président M. Bernard QUéGUINER Aix Marseille Université
Examinateur Mme Marilaure GRéGOIRE Université de Liège
Rapporteur M. Laurent BOPP CNRS / Ecole Normale Supérieure
Rapporteur Mme Véronique GARCON CNRS- LEGOS

Résumé de la thèse

La mer Méditerranée (MED) est maintenant clairement identifiée comme étant une zone particulièrement sensible au changement climatique. De plus, c'est une mer semi-fermée, fortement connectée à la partie continentale, via notamment les apports des fleuves en éléments nutritifs. La prévision et la compréhension de son évolution d'ici la fin du siècle passe par la mise en oe uvre d'études intégrées, prenant notamment en compte l’évolution des forçages dynamiques et énergétiques aux différentes interfaces afin d’appréhender la complexité de ce système. C’est dans ce contexte qu’a été construit le projet LaSeR-Med (Towards an integrated prediction of Land and Sea Responses to global change in the Mediterranean Basin) dans le cadre duquel cette thèse a été réalisée. Ce projet a pour objectif d’étudier les effets du changement climatique seul, ou combiné à des scénarios économiques, sur les services écosystémiques clés fournis par le bassin méditerranéen. Ce travail de thèse s'est focalisé sur le volet marin du projet. La question de fond qui a guidé l’ensemble de ce travail peut être résumée de la façon suivante : Comment la biogéochimie de la MED est-elle susceptible de réagir face à des changements dans les apports fluviaux et au changement climatique ? La première étape de ce travail a été d'évaluer le modèle couplé NEMO-MED12/Eco3M-MED au regard des observations disponibles. A l'issue de ce travail préliminaire, nous nous sommes intéressés aux effets, sur la biogéochimie de la MED, des variations observées depuis les années 80 sur les apports terrigènes (fleuves et ruissellements) en éléments nutritifs. Cette thèse a permis de montrer que leurs variations ont significativement influé sur la biogéochimie de la MED, et notamment sur le bassin Est, en provoquant un approfondissement de la phosphacline, et une diminution de la disponibilité du PO4 dans les eaux de surface. Ces premiers résultats ont mis en avant la nécessité d'inclure dans les scénarios d'évolution climatique, des scénarios pertinents pour représenter l'évolution possible des apports fluviaux en éléments nutritifs. La deuxième partie a eu pour objectif d'étudier les effets sur la biogéochimie de la MED et sur le fonctionnement de son réseau trophique planctonique des seules variations des forçages hydrodynamiques induites par le changement climatique. Pour se faire, le scénario RCP 8.5 du GIEC a été utilisé pour forcer le modèle couplé atmosphère/océan/biogéochimie ALADIN/NEMO-MED8/Eco3M-MED. Ce scénario prévoit une augmentation de la température et de la salinité de la MED, ainsi qu'une diminution de la profondeur maximale moyenne de la couche de mélange. Les simulations (scénario + contrôle) réalisées dans le cadre de cette thèse ont montré un effet significatif de ces changements physiques sur la biogéochimie de la MED, tels qu'une diminution assez significative de la production primaire intégrée (-10 %) et de l'export de carbone à 1000 m (-15 à -20 %). Le scénario prévoit aussi une évolution du réseau trophique planctonique en défaveur du phytoplancton de grande taille (-15 %) en raison de la réduction des éléments nutritifs disponibles dans les couches de surface (pouvant atteindre -45 % pour le PO4). Enfin, pour des apports fluviaux inchangés, les régions où les organismes seront limités ou co-limités par l'azote devraient être plus nombreuses en Méditerranée d'ici 2100. Au regard de cette oligotrophisation toujours plus forte de la MED, il est probable que les apports d'éléments nutritifs par les fleuves joueront un rôle de plus en plus important dans la biogéochimie de la MED et dans le fonctionnement de son réseau trophique planctonique.

Thesis resume

The Mediterranean Sea (MS) is now clearly identified as a highly sensitive region to climate change. It is also a semi-enclosed sea, strongly connected to the continental part, particularly through the nutrient inputs from rivers. Forecasting and understanding the evolution of the MS by the end of the century requires the implementation of integrated studies taking into account the evolution of dynamic and energy forcings at the different interfaces in order to address the complexity of such a system. The LaSeR-Med project (Towards an integrated prediction of Land and Sea Responses to global change in the Mediterranean Basin) was built in this context, and this thesis was carried out in the framework of this project. The LaSeR-Med project aims to investigate the effects of climate change alone, or combined with economic scenarios, on the key ecosystems services provided by the Mediterranean basin. This PhD thesis work focused on the marine component of the project. The underlying question addressed by this work can be summarized as follows: How is the biogeochemistry of the Mediterranean Sea liable to change according to changes in rivers inputs and climate ? The first step of this work was devoted to the skill assessment of the coupled NEMO-MED12/Eco3M-MED model, in the light of available observations. After this preliminary work, we investigated the effects, on the biogeochemistry of the MS, of the variations observed since the 1980's on nutrients inputs from rivers and runoff. This study showed that their variations have significantly affected the biogeochemistry of the Mediterranean Sea, especially in the eastern basin, causing a deepening of the phosphacline, and a decrease in the availability of PO4 in surface waters. These first results have highlighted the need to include in climate scenarios, relevant scenarios regarding nutrient rivers inputs. The second part of this thesis aimed at exploring how the variations in hydrodynamic forcing induced by climate change alone, will affect the biogeochemistry of the MS and on the functioning of its planktonic trophic web. For this purpose, the IPCC RCP 8.5 scenario was used to constrain the coupled atmosphere/ocean/biogeochemistry model ALADIN/NEMO-MED8/Eco3M-MED. This scenario predicts an increase in the temperature and salinity of the Mediterranean Sea, as well as a decrease in the mean maximum mixed layer depth. The simulations (scenario + control) carried out within the framework of this thesis showed a quite significant effect of physical changes on the biogeochemistry of the MED, such as a decrease in the integrated primary production (-10 %) and carbon export at 1000 m (-15 to -20 %).The scenario also predicts an evolution of the planktonic food web to the detriment of large phytplankton (-15 %) due to the reduction of available nutrients in the surface layers (up to -45 % for PO4). Finally, for unchanged rivers inputs, there should be more regions in which organisms will be limited or co-limited by nitrogen in the MS by 2100. In the light of this growing oligotrophication of the Mediterranean Sea, it is likely that nutrients inputs from rivers will play an increasingly significant role in the biogeochemistry of the Mediterranean Sea and in the functioning of its planktonic food web.