la Composition Isotopique TRiple de l'OxygèNe : de Nouveaux Indicateurs de l'Evolution de la biosphEre et du cycle hydRologique – CITRONNIER

Avec environ 3.10E16 moles d'oxygène échangées par an via les processus de respiration et de photosynthèse, le cycle de l'oxygène est le plus important cycle biogéochimique sur Terre et il est largement contrôle par la productivité de la biosphère. Les enregistrements de d18O de l'air sur le Quaternaire récent indiquent une influence importante des paramètres orbitaux (précession), du volume des glaces et des variations climatiques abruptes (événements de Dansgaard-Oeschger) sur le cycle de l'oxygène. Notre objectif est de quantifier les différents flux du cycle de l'oxygène : comment la productivité biosphérique a-t-elle varié dans le passé par rapport aux changements climatiques ? Quel a été le rôle des paramètres orbitaux, des variations de volume des glaces, des tropiques (déplacement de l'ITCZ, du système de mousson et donc des sources d'eau pour les plantes) ? Des questions connexes sont celles des interactions entre climat et cycle de l'eau puisque la productivité de la biosphère terrestre est intimement liée a l'organisation du cycle hydrologique via le processus de photosynthèse : Où et dans quelle proportion s'effectue le recyclage des masses d'eau ? Comment varie la répartition des zones d'évaporation quand le climat global change (à l'échelle orbitale et à l'échelle millénaire). Pour mieux contraindre cycle de l'oxygène et cycle de l'eau, nous proposons ici le développement d'une nouvelle méthode basée sur la mesure des trois isotopes de l'oxygène (16O, 17O, 18O) dans l'air et dans l'eau. La composition isotopique triple de l'oxygène de l'air étant un traceur intégrant différents paramètres (productivité biosphérique globale, volume des glaces, répartition de la végétation, humidité relative lors de l'évapotranspiration…), le projet se fera via une approche intégrée modèle –données, seule à même de permettre l'extraction précise et quantitative des variations passées de la productivité de la biosphère. Ceci vient en complément indispensables des nombreuses études menées pendant les dernières décennies sur (1) le d18O et le dO2/N2 de l'air fossile piégé dans les carottes de glace et sur (2) le cycle hydrologique via le dD et d18O de l'eau et de la glace. Ce projet se construira en développant au LSCE une ligne originale permettant des mesures à haute précision de la composition isotopique triple de l'oxygène dans l'air piégé dans la glace. Combinée à la ligne récemment développée pour la mesure des 3 isotopes de l'oxygène dans l'eau, ce dispositif expérimental permettra une description complète des variations spatiales et saisonnière des 3 isotopes de l'oxygène dans l'air et dans l'eau. Ce volet expérimental sera doublé d'un volet modélisation avec le développement du cycle de l'oxygène et de ses isotopes dans le modèle « système Terre » CLIMBER-2 permettant des simulations transitoires sur des changements climatiques majeurs. De plus, la composition isotopique triple de l'eau ayant été récemment ajoutée dans le module cycle de l'eau de plusieurs AGCM (modèles de circulation générale atmosphérique), nous inclurons des comparaisons entre modèles à fine résolution et modèle simplifié pour mieux contraindre et paramétriser les processus à l'œuvre (convection, recyclage, advection,…). Les intercomparaisons modèle – données, au cœur de notre projet de recherche, permettront la validation des modèles et d'interpréter quantitativement la composition isotopique triple de l'oxygène. Après des premières études sur la variabilité spatiale et saisonnière (en particulier rôle des tropiques et des régions polaires sur la répartition des 3 isotopes de l'oxygène dans l'eau), les perspectives de notre projet sont l'étude des interactions climat – biosphère – cycle hydrologique sur certaines périodes de temps clefs mettant en relief le rôle des paramètres orbitaux, de la taille des calottes de glace, des variations climatiques millénaires. Nous étudierons ainsi la dernière transition glaciaire – interglaciaire via des mesures isoto