Modélisation numérique de la réponse du système climatique à une perturbation brutale du cycle du carbone au cours des temps géologiques, et impacts sur la biodiversité marine

Débutée en janvier 2026

Financement : ANR

Encadrants : Emmanuelle Pucéat et Alexandre Pohl

Résumé

À l’échelle des temps géologiques, le climat de la Terre est contrôlé par la concentration atmosphérique en CO₂, qui est régulée par de fortes rétroactions qui contrôlent le cycle du carbone. Ce « thermostat terrestre » repose sur l’équilibre des sources et des puits de carbone, respectivement le dégazage volcanique du CO₂ et l’altération des roches silicatées, dont le résultat final est la séquestration à long terme du CO₂ atmosphérique sous forme de roches carbonatées précipitées au fond des océans. Cependant, sur des échelles de temps plus courtes, le cycle terrestre du carbone peut subir des perturbations importantes. C’est le cas aujourd’hui en raison des émissions massives de CO₂ liées aux activités anthropiques.
De nombreuses études portent sur le changement climatique contemporain, l’évolution du climat pour les siècles à venir et ses impacts sur les sociétés humaines et la biodiversité. En comparaison, la réponse du système climatique et de la biodiversité marine aux perturbations soudaines du cycle du carbone dans le passé géologique reste mal contrainte. Cela limite notre capacité à mettre en perspective les perturbations récentes.
Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous étudierons la réponse du système climatique et de la biodiversité marine aux perturbations brutales du cycle du carbone au cours des 540 derniers millions d’années. Si les données géochimiques permettent d’étudier cette réponse lors d’événements géologiques précis, comme le maximum thermique du Paléocène-Éocène il y a environ 56 millions d’années, elles ne permettent souvent d’établir que des corrélations temporelles. Nous choisirons ici plutôt d’utiliser la modélisation numérique du climat et des cycles biogéochimiques qui, grâce à l’approche expérimentale, permettra d’établir des relations causales et de quantifier les processus.
Nous réaliserons des simulations numériques à l’aide d’un modèle couplé climat-biodiversité dans le but de quantifier la réponse du climat et de la biodiversité marine à une injection de carbone atmosphérique en fonction de la configuration des continents. Nous nous concentrerons sur les derniers 540 millions d’années, qui représentent la période durant laquelle la vie animale s’est développée dans les océans pour donner naissance aux faunes que nous connaissons aujourd’hui. Nous nous intéresserons particulièrement au rôle joué par les rétroactions du cycle du carbone organique dans la régulation du climat.
La composante climatique du modèle sera le modèle système-Terre de complexité intermédiaire cGENIE, qui offre une représentation couplée du climat et de la biogéochimie océanique dans un océan spatialisé en 3 dimensions. Les conditions environnementales simulées avec cGENIE alimenteront le modèle de biodiversité marine METAL (MacroEcological Theory on the Arrangement of Life). Le modèle METAL est basé sur le calcul de l’interaction niche écologique – environnement et offre une représentation robuste de la biodiversité actuelle. Nous utiliserons ici une version améliorée du modèle, qui prendra en compte la migration des espèces en réponse aux changements climatiques. Pour ce faire, nous mettrons en œuvre un automate cellulaire.
Les résultats attendus du projet amélioreront notre compréhension de la résilience du climat et de la biodiversité marine face à une perturbation majeure du cycle du carbone. Ils apporteront un nouvel éclairage sur la stabilité (ou non) des conditions environnementales au cours des 540 derniers millions d’années, et permettront d’en quantifier les implications sur l’évolution des communautés marines, notamment grâce à la simulation des taux d’extinction.

Mots-clés

modèle numérique système-Terre ; Phanérozoïque ; cycle du carbone ; biodiversité marine

Comité de suivi de thèse

Sarah Greene, University of Birmingham;
Michel Crucifix, université catholique de Louvain

extrait:

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Modélisation numérique de la réponse du système climatique à une perturbation brutale du cycle du carbone au cours des temps géologiques, et impacts sur la biodiversité marine

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janvier 2026

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Modélisation numérique de la réponse du système climatique à une perturbation brutale du cycle du carbone au cours des temps géologiques, et impacts sur la biodiversité marine

Débutée en janvier 2026

Financement : ANR

Encadrants : Emmanuelle Pucéat et Alexandre Pohl

 

Résumé

À l’échelle des temps géologiques, le climat de la Terre est contrôlé par la concentration atmosphérique en CO₂, qui est régulée par de fortes rétroactions qui contrôlent le cycle du carbone. Ce « thermostat terrestre » repose sur l’équilibre des sources et des puits de carbone, respectivement le dégazage volcanique du CO₂ et l’altération des roches silicatées, dont le résultat final est la séquestration à long terme du CO₂ atmosphérique sous forme de roches carbonatées précipitées au fond des océans. Cependant, sur des échelles de temps plus courtes, le cycle terrestre du carbone peut subir des perturbations importantes. C’est le cas aujourd’hui en raison des émissions massives de CO₂ liées aux activités anthropiques.
De nombreuses études portent sur le changement climatique contemporain, l’évolution du climat pour les siècles à venir et ses impacts sur les sociétés humaines et la biodiversité. En comparaison, la réponse du système climatique et de la biodiversité marine aux perturbations soudaines du cycle du carbone dans le passé géologique reste mal contrainte. Cela limite notre capacité à mettre en perspective les perturbations récentes.
Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous étudierons la réponse du système climatique et de la biodiversité marine aux perturbations brutales du cycle du carbone au cours des 540 derniers millions d'années. Si les données géochimiques permettent d'étudier cette réponse lors d'événements géologiques précis, comme le maximum thermique du Paléocène-Éocène il y a environ 56 millions d'années, elles ne permettent souvent d'établir que des corrélations temporelles. Nous choisirons ici plutôt d'utiliser la modélisation numérique du climat et des cycles biogéochimiques qui, grâce à l'approche expérimentale, permettra d'établir des relations causales et de quantifier les processus.
Nous réaliserons des simulations numériques à l’aide d’un modèle couplé climat-biodiversité dans le but de quantifier la réponse du climat et de la biodiversité marine à une injection de carbone atmosphérique en fonction de la configuration des continents. Nous nous concentrerons sur les derniers 540 millions d'années, qui représentent la période durant laquelle la vie animale s'est développée dans les océans pour donner naissance aux faunes que nous connaissons aujourd'hui. Nous nous intéresserons particulièrement au rôle joué par les rétroactions du cycle du carbone organique dans la régulation du climat.
La composante climatique du modèle sera le modèle système-Terre de complexité intermédiaire cGENIE, qui offre une représentation couplée du climat et de la biogéochimie océanique dans un océan spatialisé en 3 dimensions. Les conditions environnementales simulées avec cGENIE alimenteront le modèle de biodiversité marine METAL (MacroEcological Theory on the Arrangement of Life). Le modèle METAL est basé sur le calcul de l’interaction niche écologique – environnement et offre une représentation robuste de la biodiversité actuelle. Nous utiliserons ici une version améliorée du modèle, qui prendra en compte la migration des espèces en réponse aux changements climatiques. Pour ce faire, nous mettrons en œuvre un automate cellulaire.
Les résultats attendus du projet amélioreront notre compréhension de la résilience du climat et de la biodiversité marine face à une perturbation majeure du cycle du carbone. Ils apporteront un nouvel éclairage sur la stabilité (ou non) des conditions environnementales au cours des 540 derniers millions d’années, et permettront d’en quantifier les implications sur l’évolution des communautés marines, notamment grâce à la simulation des taux d’extinction.

 

Mots-clés

modèle numérique système-Terre ; Phanérozoïque ; cycle du carbone ; biodiversité marine

 

Comité de suivi de thèse

Sarah Greene, University of Birmingham;
Michel Crucifix, université catholique de Louvain