Thèse Mécanismes de la Variabilité Climatique Séculaire dans l'Océan Indien Tropical Approche Couplée Base de Données - Modèles en Mode Transitoire H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France Laboratoire de recherche : Géosciences Paris Saclay Direction de la thèse : Sophie SEPULCRE ORCID 0000000161523313 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59 Le climat de l'Océan Indien est complexe car soumis à la double influence de la Mousson du Sud Asiatique (MSA) et d'un système zonal encore mal connu, le Dipôle de l'Océan Indien (DOI) et ses interactions avec le phénomène El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Des programmes nationaux et internationaux récents (ie. ANR EL PASO, Belmont/PACMEDY) ont permis d'affiner notre compréhension de la variabilité climatique saisonnière à millénaire depuis le Dernier Maximum Glaciaire (DMG). Des données de spéléothèmes ont ainsi révélé l'amplitude jusque-là insoupçonnée de la variabilité sub-millénaire de la MSA à l'Holocène. Outre la variabilité du DOI, des progrès récents dans l'étude du signal isotopique des foraminifères individuels ont montré l'existence d'un mode de variabilité de type El Niño dans l'océan Indien tropical lors du DMF. Cette variabilité se caractérise par de très grandes excursions des températures de surface (Sea -Surface Temperatures SST) avec une amplitude qui pourrait être deux fois plus grande que l'amplitude moderne. Cette variabilité pourrait ne pas être associée à des changements dans les modes de variabilité climatiques modernes du DOI ou l'ENSO mais plutôt impliquer l'existence d'un nouveau mode de variabilité spécifique à l'océan Indien glaciaire, absent de la plupart des modèles. La persistance de ce mode de variabilité lors de la déglaciation voire de l'Holocène n'a pour l'instant pas été documentée. Plusieurs questions majeures émergent :
- Pouvons-nous mieux comprendre la variabilité séculaire-millénaire du système climatique de l'océan Indien et ses potentiels changements brusques depuis le DMG et tout particulièrement à l'Holocène?
- Comment la mousson sud asiatique et le DOI ont-ils évolué et ont-ils été connectés sur des échelles du siècle ou du millénaire?
- La composante climatique méridienne a-t-elle connue des périodes avec des gradients E-O de température deux fois supérieurs à aujourd'hui ?
- Peut-on identifier dans les séries paléoclimatiques des précurseurs qui pourraient être utilisés pour anticiper des points de bascule potentiels dans l'évolution future du système MSA - DOI ?
Les simulations climatiques transitoires ont mis en relief les aspects multi-échelles des moussons et du secteur indo-pacifique ainsi que la modulation de la variabilité interannuelle par les changements de l'état moyen. L'océan joue un rôle clé dans les couplages non-linéaires du système, cependant il s'agit du compartiment le moins bien documenté dans les études paléoclimatiques holocènes en raison de la rareté des enregistrements de qualité (i.e. enregistrements incomplets ; incertitudes sur les paléo-SST ; faibles résolutions temporelles).
Malgré l'importance des travaux des groupes de travail récents pour couvrir l'Holocène, il existe des lacunes importantes dans l'Océan Indien sur cette période.
Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le cadre du projet SENSEXPLOR (LEFE/IMAGO) qui vise
1. à améliorer la base SENSETROP en ajoutant des enregistrements nouveaux et en affinant la résolution temporelle des séries Mg/Ca-T° et d18O des carottes à fort potentiel déjà étudiées ;
2. à affiner les paléo-SST par l'application de calibrations plus récentes ;
3. à intégrer de nouveaux enregistrements des assemblages de microfossiles calcaires, par des méthodes de microscopie automatisée, pour documenter les paléo-SST et la stratification de l'océan Indien depuis le DMG.
4. à étudier l'évolution des gradients méridiens et zonaux de SST et de salinité (d18Osw) au cours de l'Holocène et leurs liens avec la mousson et le DOI ;
5. à étudier, sur les meilleurs enregistrements, les événements séculaires à millénaires et leurs liens avec l'évolution de l'état-moyen et les enregistrements terrestres à haute résolution ;
6. à comparer les données obtenues avec les simulations transitoires réalisées à l'aide du modèle IPSL afin de tenter de mieux comprendre les mécanismes de la variabilité suborbitale du climat de l'Océan Indien.
Le climat de l'Océan Indien est complexe car soumis à la double influence de la Mousson du Sud Asiatique (MSA) et d'un système zonal encore mal connu, le Dipôle de l'Océan Indien (DOI) et ses interactions avec le phénomène El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Des programmes nationaux et internationaux récents (ie. ANR EL PASO, Belmont/PACMEDY) ont permis d'affiner notre compréhension de la variabilité climatique saisonnière à millénaire depuis le Dernier Maximum Glaciaire (DMG). Des données de spéléothèmes ont ainsi révélé l'amplitude jusque-là insoupçonnée de la variabilité sub-millénaire de la MSA à l'Holocène (Reddy et al., 2022). Outre la variabilité du DOI, des progrès récents dans l'étude du signal isotopique des foraminifères individuels ont montré l'existence d'un mode de variabilité de type El Niño dans l'océan Indien tropical lors du dernier maximum glaciaire (Thirumalai et al., 2019). Cette variabilité se caractérise par de très grandes excursions des températures de surface avec une amplitude qui pourrait être deux fois plus grande que l'amplitude moderne. Cette variabilité pourrait ne pas être associée à des changements dans les modes de variabilité climatiques modernes du DOI ou l'ENSO mais plutôt impliquer l'existence d'un nouveau mode de variabilité spécifique à l'océan Indien glaciaire, absent de la plupart des modèles (DiNezio et al, 2020; Falasca et al., 2022). La persistance de ce mode de variabilité lors de la déglaciation voire de l'Holocène n'a pour l'instant pas été documentée.
Plusieurs questions majeures émergent :
- Pouvons-nous mieux comprendre la variabilité séculaire-millénaire du système climatique de
l'océan Indien et ses potentiels changements brusques depuis le dernier maximum glaciaire
et tout particulièrement à l'Holocène?
- Comment la mousson sud asiatique et le DOI ont-ils évolué et ont-ils été connectés sur des
échelles du siècle ou du millénaire?
- La composante climatique méridienne a-t-elle connue des périodes avec des gradients E-O
de température deux fois supérieurs à aujourd'hui ?
- Peut-on identifier dans les séries paléoclimatiques des précurseurs qui pourraient être
utilisés pour anticiper des points de bascule potentiels dans l'évolution future du système
MSA - DOI ?
Les simulations climatiques transitoires ont mis en relief les aspects multi-échelles des moussons et du secteur indo-pacifique ainsi que la modulation de la variabilité interannuelle par les changements de l'état moyen (Braconnot et al., 2019 ; Braconnot et al., 2021). L'océan joue un rôle clé dans les couplages non-linéaires du système, cependant il s'agit du compartiment le moins bien documenté dans les études paléoclimatiques holocènes en raison de la rareté des enregistrements de qualité (i.e. enregistrements incomplets ; incertitudes sur les paléo-températures ; faibles résolutions temporelles).
Le groupe de travail COMPARE a fait la synthèse des estimations de paléo-températures océaniques du DMG (Lea et al., 2014). Cette base de données (SENSETROP) a été complétée pendant les programmes EL PASO et PACMEDY pour couvrir l'Holocène mais il existe des lacunes importantes dans l'Océan Indien sur cette période.
Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans le cadre du projet SENSEXPLOR (LEFE/IMAGO) qui vise
1. à améliorer la base SENSETROP en ajoutant des enregistrements nouveaux et en
affinant la résolution temporelle des séries Mg/Ca-T° et d18O des carottes à fort
potentiel déjà étudiées;
2. à affiner les paléo-températures par l'application de calibrations plus récentes (Pang et al., 2020) ;
3. à intégrer de nouveaux enregistrements des assemblages de microfossiles calcaires, par
des méthodes de microscopie automatisée (Adebayo et al, 2023), pour documenter les
paléotempératures et la stratification de l'océan Indien depuis le DMG.
4. à étudier l'évolution des gradients méridiens et zonaux de température et de salinité
(d18Osw) au cours de l'Holocène et leurs liens avec la mousson et le Dipôle Indien ;
5. à étudier, sur les meilleurs enregistrements, les événements séculaires à millénaires et
leurs liens avec l'évolution de l'état-moyen et les enregistrements terrestres à haute-
résolution ;
6. à comparer les données obtenues avec les simulations transitoires réalisées à l'aide du
modèle IPSL afin de tenter de mieux comprendre les mécanismes de la variabilité sub-
orbitale du climat de l'Océan Indien. Ce travail de thèse vise à consolider et exploiter une base de données de paramètres physico- chimiques de l'océan Indien la plus complète possible, afin de reconstruire et comprendre la variabilité et le couplage de la MSA et du DOI depuis la déglaciation et à travers l'Holocène. Les données obtenues seront comparées avec les simulations GCM transitoires du modèle GCM de l'IPSL. On cherchera en particulier à tester l'hypothèse récente selon laquelle le mode de variabilité zonal (DOI) a subi des changements majeurs à mesure que l'état climatique moyen évoluait tout au long de l'Holocène, avec des gradients de température d'une amplitude sans précédent par rapport à aujourd'hui. Ce projet de recherche doctoral s'appuiera sur l'étude multi-proxy de plusieurs carottes de sédiments, obtenues à des positions clés de l'océan Indien, et possédant des chronologiques préliminaires basés sur la stratigraphie d18O et la datation au radiocarbone. Ces carottes sédimentaires présentent des taux de sédimentation élevés, ce qui est crucial pour étudier les changements à court terme du système climatique de la mousson et du DOI dans le passé.

Issu(e) d'un MASTER des Sciences de la Terre, le/la candidat(e) devra montrer un intérêt marqué pour la micropaléontologie, la géochimie et la paléoclimatologie. Des prérequis en paléocéanographie ne sont pas obligatoires mais recommandés.