CE01 - Terre fluide et solide

Sensibilité de la circulation thermohaline en Mer Méditerranée : leçons du passé pour le futur – MEDSENS

MedSens

Les projections climatiques pour le 21ème siècle indiquent le risque du ralentissement de la circulation thermohaline en Méditerranée avec un impact potentiel socioéconomique. Toutefois les résultats des simulations ne convergent pas totalement. Nous pouvons améliorer nos connaissances sur la sensibilité de la circulation en Méditerranée en étudiant la réponse à la perturbation de forte ampleur dans le passé.

L’objectif du projet MedSens est d’évaluer la sensibilité de la circulation en Mer Méditerranée à une perturbation hydrologique/thermique en condition de climat chaud.

Nous combinons (1) les reconstitutions des conditions de la Méditerranée durant des événements de perturbation de forte amplitude à partir de plusieurs proxies (indicateurs/traceurs) avec (2) des simulations numériques obtenues avec un modèle régional à haute résolution spatiale (1/8º) intégrant l’évolution de certains proxies de circulation. La cible est orientée vers l’analyse des couches sédimentaires riches en matières organiques, appelées « sapropels », déposées lors de périodes de circulation stagnante en Méditerranée. Nous nous intéressons particulièrement au sapropel S5 formé au cours du dernier interglaciaire, une période chaude pouvant être comparée au réchauffement simulé dans un avenir prochaine.

Nous appliquons divers proxies aux archives collectées au long de la transect zonal en Méditerranée. Par exemple, le changement du cycle hydrologique de surface est reconstitué à l’aide de composition isotopique de l’oxygène (d18O) de foraminifères planctoniques et de la caractérisation de fraction détritique. La condition de circulation de l’eau profonde est reconstituée par les valeurs d’eNd de foraminifères et de leachate, les isotopes stables de foraminifères benthiques, l’assemblage de foraminifères benthiques, la concentration en éléments sensibles à redox. Les expériences de modèles régionaux (1/8º) en intégrant les proxies sont réalisées en utilisant le modèle NEMO/MED12. Dans le cas de simulation d’eNd de l’eau de mer, l’échange avec les marges, apports des rivières du dépôt de poussières atmosphériques et le cycle interne avec l’export vertical associé à la chute des particules sont représentés.

La caractérisation de fraction détritique de la carotte de Golf de Syrte indique le changement de sources de sédiments en relation avec la précipitation sur l’Afrique durant l’Holocène. Le résultat révèle que la contribution de sédiments transporté par wadis de l’Afrique centrale était plus tardive que l’apport de Nil en suggérant le rôle amplificateur de la contribution de l’apport de l’eau douce par wadis plutôt que le déclencheur de la circulation stagnante (Beny et al., en prép.).
La simulation du Nd dans le modèle NEMO/PISCES a mise en évidence du rôle essentiel de l’apport des poussières atmosphériques pour la distribution d’eNd de l'eau de mer en Méditerranée actuelle (Ayache et al, en prép.). Ce découvert sera tenu en compte pour la simulation pour le passé.
La caractérisation de la composition isotopique en Nd d’échantillons de foraminifères datés de la dernière déglaciation et de l’Holocène de plusieurs carottes de la méditerranée centrale sélectionnées de part et d’autre du détroit Siculo-tunisien a permis d’apporter de nouvelles contraintes sur les mécanismes à l’origine des modifications hydrologiques pouvant induire la mise en place du sapropel S1 (10,2-6,4 cal ka BP) (Colin et al., 2021). Les variations d’eNd obtenues durant la période du S1 seront comparées avec les analyses en cours par le CEREGE et GEOPS sur la période du sapropel S5.

Nous avons commencé à obtenir des enregistrements de proxies aux sites ciblés et planifiés, en particulier la composition isotopique Nd de l'eau de mer reconstruite le long du transect zonal en mer Méditerranée. Nous nous concentrerons sur la synthèse de nos nouvelles données avec les enregistrements précédemment publiés afin de clarifier les tendances spatio-temporelles. Nous porterons une attention particulière à (1) la comparaison des états de circulation S1 et S5 basée sur les enregistrements proxy et (2) la comparaison entre la reconstruction proxy et la simulation numérique.

Deux articles multi-partenaires sont publiés au cours de la période du rapport intermédiaire :
1. Colin, C., Duhamel, M., Siani, G., Dubois-Dauphin, Q., Ducassou, E., Liu, Z., Wu, J., Revel, M., Dapoigny, A., Douville, E., Taviani, M., Montagna, P. (2021). Changes in the intermediate water masses of the Mediterranean Sea during the last climatic cycle - New constraints from neodymium isotopes in foraminifera, Paleoceanography and Paleoclimatology, 36(4).
2. Montagna P., Colin C., Frank M., M., Störling, T., Tanhua, T., Rijkenberg, M., Taviani, M., Schroeder, K., Chiggiato, J., Gao G., Dapoigny A., Goldstein, S.L. (in press) Dissolved neodymium isotopes in the Mediterranean Sea, Geochimica et Cosmochimica Acta.
Deux articles de post-docs MedSens sont en préparation (Beny et al. et Ayache et al.).
Trois présentations dans des conférences internationales ont été réalisées pendant la période du rapport intermédiaire.
1. Tachikawa, K., Vidal, L., Pérez-Asensio, J. N., Garcia, M., Pratiwi, A. Schulz, H., 2020. Comparison of Holocene and Last Interglacial sapropels in the Gulf of Sirte (eastern Mediterranean). EGU General Assembly, Online 4–8 May 2020 ?10.5194/egusphere-egu2020-5212?. ?hal-03541574?
2. Tachikawa Kazuyo, François Beny, Marine Cornuault, Abel Guihou, Pierre Deschamps, et al. Neodymium Isotope Budget in the Mediterranean Sea Inferred From Core-top Sediments, Seawater Data Synthesis and Box Model Calculation. AGU fall meeting, Dec 2021, New Orleans and Online, United States. ?hal-03542944?
3. François Beny, Tachikawa Kazuyo, Laurence Vidal, Abel Guihou, Pierre Deschamps, et al.. Timing and source of excess freshwater inputs to the Eastern Mediterranean Sea at the origin of water stagnation and Sapropel S1 deposition. AGU fall meeting, Dec 2021, New Orleans and Online, United States. ?hal-03544783?

Les projections climatiques pour le 21ème siècle indiquent que la région Méditerranéenne (Med) sera plus chaude et plus sèche, avec un contraste saisonnier plus marqué. Même si le réchauffement et la réduction du débit des rivières ont des effets antagonistes sur la densité de l'eau de surface en Med, les simulations suggèrent une réduction de la circulation dans le futur, l’amplitude du changement restant dépendants des modèles utilisés.
L’objectif du projet MedSens est d’évaluer la sensibilité de la circulation en Mer Med à une perturbation hydrologique/thermique en condition de climat chaud avec la saisonnalité contrastée. Pour aborder cette problématique, nous allons combiner (1) les reconstitutions des conditions de la Med durant des événements de perturbation de forte amplitude à partir de plusieurs proxies (indicateurs/traceurs) avec (2) des simulations numériques obtenues avec un modèle régional à haute résolution spatiale (1/8º) intégrant l’évolution de certains proxies de circulation. La cible est orientée vers l’analyse des couches sédimentaires riches en matières organiques, appelées « sapropels », déposées lors de périodes de circulation stagnante en Med. Nous nous intéressons particulièrement au sapropel S5 formé au cours du dernier interglaciaire, une période chaude pouvant être comparée au réchauffement simulé dans un avenir prochaine. La stratégie proposée s’appuie sur le succès de nos travaux antérieurs sur la reconstitution de la circulation de la Med lors de la formation du sapropel S1 (Holocène) en utilisant la composition isotopique de néodyme (eNd) mesurée sur les foraminifères, ainsi que par le développement d'une plateforme de modélisation régionale qui permet de simuler les états de la circulation de la Med dans le passé. Les principaux aspects novateurs et originaux du projet MedSens sont les suivants : premièrement, la combinaison des reconstitutions à partir des proxies avec la modélisation régionale intégrant des proxies (eNd et l'oxygène de l’eau) pour étudier la circulation dans le passé en Mer Med, qui est unique internationalement. Cette approche permettra une comparaison directe modèles-données pour évaluer les processus physiques affectant la variabilité des proxies et les performances du modèle qui sera utilisé pour les projections futures. Deuxièmement, nous appliquerons une batterie d’outils multi-proxy (géochimie et micropaléontologie, y compris de nouveaux traceurs potentiels) à une série de carottes de sédiment localisées le long d'un grand transect zonal afin de proposer une reconstitution robuste. Troisièmement, l’outil automatisé MiSo (Microfossil Sorter prototype, brevet déposé) permettra la préparation rapide d’échantillons de foraminifères pour l’analyse géochimique et micropaléontologique. Il va contribuer à la reconstitution à haute résolution spatiotemporelle.
Le projet MedSens repose sur un consortium de partenaires reconnus à l’échelle internationale aux compétences complémentaires : reconstitution à partir de l’analyse des proxies (CEREGE/GEOAZUR et GEOPS) et modélisation numérique (LSCE/LMD). Nous fournirons des informations sur la variabilité des états de circulation Med associés à la formation de S5, la relation entre les changements hydrologiques de surface et la circulation intermédiaire/profonde, les nouveaux modèles Med régionaux intégrant des proxies qui seront accessibles à la communauté scientifique, les résultats de simulations S1 et S5 ainsi que de nouvelles bases de données sur la ventilation de masse d’eau et les changements hydrologiques de surface pendant S1 et S5. L’ensemble des résultats constitueront une base unique capable d’améliorer la compréhension de la sensibilité de la circulation Med aux différents forçages. Nous proposons une stratégie de diffusion scientifique des méthodes employés et des vers différents publics, en cohérence avec le concept d’éducation et de formation des jeunes générations ainsi qu’avec le plan national Open Archives.

Coordination du projet

Kazuyo Tachikawa (Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UPSud - GEOPS Université Paris Sud, Laboraoire Géosciences Paris-Sud
LSCE Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement
CEREGE Centre européen de recherche et d'enseignement de géosciences de l'environnement

Aide de l'ANR 431 631 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2019 - 48 Mois

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