Evaluer les changements de précipitation passés, actuels et futurs dans les Tropiques: apport des isotopes stables de l'eau – ISOTROPIC

Les projections de changement de précipitation dans les tropiques diffèrent grandement d'un modèle de climat à un autre, en signe et en amplitude. Comment déterminer quelles sont les projections les plus fiables? En identifiant les modèles capables de reproduire à la fois les changements de précipitation actuels et passés, il devrait être possible de réduire les incertitudes sur les projections.
Pour atteindre cet objectif, notre projet se déroulera selon quatre étapes:
(1) Pour évaluer le réalisme des simulations paléoclimatiques, nous avons besoin de reconstruire les changements de précipitation à différentes périodes. Pour cela, nous utiliserons la composition isotopique (deutérium et oxygène 18) des précipitations passées, accessible via des archives du climat bien connues. Il sera donc impératif de raffiner notre connaissance de la relation qui existe entre la composition isotopique et la quantité de précipitation (calibration isotopique). Dans ce but, nous mettrons en place des observations isotopiques inédites à la fois dans la vapeur d'eau et la précipitation pour préciser les fractionnements isotopiques entre ces deux phases. Nous nous concentrerons sur deux régions pour lesquelles des archives climatiques sont disponibles et où les projections de changement de précipitation sont très incertaines: le Sahel en Afrique de l'Ouest et les Andes sud-américaines.
(2) En retour, nous étudierons comment les nouvelles observations obtenues peuvent nous apporter des contraintes sur les processus physiques clés dans les atmosphères convectives (re-évaporation de la pluie, subsidence) et sur la paramétrisation de certains processus humides. Pour ce dernier aspect, nous utiliserons les modèles de climat équipés d'un module isotopique (LMDZ-iso, ECHAM-iso, modèles du programme SWING2) avec lesquels il est possible de réaliser une comparaison directe entre les données isotopiques observées et simulées, indépendamment de la calibration isotopique. Les meilleurs modèles à l'issue de cette comparaison seront utilisés en retour pour préciser certains aspects de la calibration (stabilité dans le temps et dans l'espace).
(3) En utilisant la calibration isotopique établie, nous produirons des enregistrements de changement de précipitation dans les deux régions mentionnées ci-dessus. Nous utiliserons des archives telles que les carottes de glace, les spéléothèmes, etc. couvrant le dernier maximum glaciaire et l'Holocène, périodes simulées par les modèles. Ces reconstructions, nous permettrons par ailleurs d'examiner finement les changements climatiques passés et les mécanismes associés, en particulier les mécanismes de téléconnexions. Nous profiterons de la diversité des périodes documentées pour préciser quelle est la sensibilité du climat tropical.
(4) Enfin, pour remplir l'objectif initial, nous analyserons un ensemble de simulations issu du projet international CMIP5 (initiative coordonnée proposant un ensemble de simulations passées, présentes et futures réalisées par les mêmes modèles et donc avec une physique identique d'une période à une autre, pour un modèle donné) pour évaluer la capacité des modèles à reproduire à la fois les changements récents et passés.
A l'issue du projet, nous pourrons mettre en lumière les modèles les plus sérieux pour représenter les changements de précipitation d'après notre méthode de sélection.
En résumé, ce projet propose, en utilisant une approche interactive entre modèles et données, d'évaluer les modèles de climat et d'estimer quelles sont les projections de changement de précipitation les plus crédibles. Se faisant, le projet permettra d'ouvrir des verrous dans trois domaines cruciaux de la climatologie: la physique des isotopes stables de l'eau et l'utilisation de ces derniers comme indicateurs climatiques, les mécanismes de la variabilité climatique tropicale depuis l'échelle interannuelle à orbitale, et les processus atmosphériques jouant un rôle fondamental dans les atmosphères convectives.