Thèse (H/F) intitulé "Evaluation des méthodes d'élimination du CO2 terrestre: CDR terrestre : devenir du carbone éliminé, incertitudes et rétroactions"

Description du Poste

Sujet De Thèse

# Évaluation intégrée du retrait du CO₂ par les écosystèmes terrestres : devenir du carbone additionnel, incertitudes et rétroactions climatiques

Le retrait du dioxyde de carbone par les écosystèmes terrestres (tCDR, *terrestrial Carbon Dioxide Removal*) vise à compenser une partie des émissions anthropiques de CO₂, soit par des approches d’ingénierie, soit en renforçant les processus biogéochimiques naturels. Les solutions fondées sur la nature reposent principalement sur l’augmentation de l’absorption nette de carbone par les écosystèmes terrestres, notamment via l’afforestation, la reforestation, ainsi que l’évolution des pratiques de gestion forestière et agricole. Bien que ces approches occupent désormais une place importante dans de nombreuses stratégies nationales d’atténuation du changement climatique, de fortes incertitudes subsistent quant à leur efficacité réelle et à leur durabilité à long terme.

Une question centrale demeure aujourd’hui largement ouverte : quel est le devenir du carbone additionnel capté par les écosystèmes terrestres, en particulier les forêts ? Dans quels réservoirs (biomasse aérienne, biomasse racinaire, litière, carbone organique des sols) ce carbone est-il stocké ? Pendant combien de temps y demeure-t-il ? Dans quelle mesure est-il vulnérable à la variabilité climatique, aux événements extrêmes ou aux pratiques de gestion ? L’efficacité à long terme des stratégies de CDR terrestre dépend en effet directement du temps de résidence de ce carbone et des rétroactions qu’il entretient avec le système climatique. De plus, la représentation imparfaite de nombreux processus clés — photosynthèse, allocation du carbone, mortalité, dynamique du carbone des sols, perturbations naturelles ou anthropiques — limite encore fortement la confiance accordée aux estimations actuelles du potentiel de séquestration.

Cette thèse vise à fournir une évaluation intégrée du CDR terrestre en quantifiant où le carbone additionnel est stocké, combien de temps il est conservé et dans quelle mesure ces résultats sont robustes face aux incertitudes liées aux processus et aux paramètres des modèles. Les travaux se concentreront sur les changements d’usage des terres et les pratiques de gestion des forêts et des cultures, en étudiant leurs interactions avec le changement climatique et les rétroactions du système Terre.

Le projet s’appuiera sur les modèles de surface continentale **SURFEX/ISBA** et **ORCHIDEE**, qui constituent respectivement les composantes terrestres des modèles du système Terre français **CNRM-ESM** et **IPSL-CM**. Les développements récents concernant la gestion forestière dans ORCHIDEE et l’irrigation dans ISBA seront pleinement exploités. Les incertitudes seront analysées à travers une exploration systématique de l’espace des paramètres et des études de sensibilité au sein de ces deux cadres de modélisation.

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## Tâche 1 – Devenir du carbone et efficacité du CDR terrestre à l’échelle globale

### Objectifs

* Quantifier l’efficacité du retrait de CO₂ fondé sur les changements d’usage des terres et les pratiques de gestion des forêts et des cultures.
* Suivre le devenir du carbone additionnel dans les différents réservoirs de l’écosystème (biomasse aérienne, biomasse souterraine, litière, carbone organique des sols) et estimer leurs temps de résidence.
* Évaluer la sensibilité de ces stocks aux concentrations croissantes de CO₂ atmosphérique et aux perturbations climatiques (sécheresses, incendies, etc.).

### Méthodes

* Réaliser des simulations hors ligne (*offline*) avec ISBA et ORCHIDEE sur des sites instrumentés disposant de chronoséquences de biomasse forestière et de carbone du sol (par exemple Boysen et al., 2021).
* Diagnostiquer l’allocation du carbone, les taux de renouvellement (*turnover*) et les temps de stockage spécifiques à chaque réservoir.
* Identifier les processus et paramètres clés contrôlant la permanence du carbone et sa vulnérabilité.

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## Tâche 2 – Incertitudes liées à la représentation des processus et exploration de l’espace paramétrique

### Objectifs

* Quantifier les incertitudes affectant l’efficacité du stockage de carbone et sa permanence, liées à la structure des modèles et au choix des paramètres.

### Méthodes

* Identifier les processus et paramètres les plus incertains contrôlant la photosynthèse, l’allocation du carbone, la mortalité, la dynamique du carbone des sols et la réponse aux perturbations.
* Définir des plages de variation physiquement plausibles et cohérentes avec les observations.
* Réaliser des expériences de sensibilité et des ensembles de paramètres perturbés (*Perturbed Parameter Ensembles*, PPEs) avec ISBA et ORCHIDEE.
* Quantifier les incertitudes associées à l’absorption totale de carbone, à sa répartition entre réservoirs et à ses temps de résidence.
* Définir des configurations alternatives correspondant à des hypothèses « optimistes » et « pessimistes » afin d’alimenter des expériences prospectives (*what-if scenarios*).

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## Tâche 3 – Résilience des puits de carbone terrestres et rétroactions du système Terre

### Objectifs

* Évaluer la résilience des puits de carbone terrestres dans un contexte de changement climatique.
* Identifier les rétroactions climatiques associées aux stratégies de CDR terrestre.

### Méthodes

* Réaliser des simulations couplées avec des modèles du système Terre en utilisant les jeux de paramètres retenus dans la tâche 2 (jeu de référence, jeu optimiste et jeu pessimiste).
* Évaluer les effets collatéraux du CDR sur le cycle de l’eau, le bilan énergétique de surface et les rétroactions biogéophysiques.
* Étudier plus particulièrement la vulnérabilité des forêts face aux sécheresses et aux incendies ainsi que les impacts de la gestion agricole et de l’irrigation sur le cycle hydrologique.
* Évaluer la réversibilité du stockage de carbone et les risques de relargage lors d’événements extrêmes.

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## Tâche 4 – Interactions entre le CDR et les autres méthodes d’intervention climatique

### Objectifs

* Comprendre comment les stratégies de retrait du CO₂, terrestres ou marines, peuvent être influencées par d’autres interventions climatiques, notamment la gestion du rayonnement solaire (*Solar Radiation Modification*, SRM) et en particulier l’injection d’aérosols stratosphériques (*Stratospheric Aerosol Injection*, SAI).

### Méthodes

* Développer des travaux en collaboration avec le projet **GEOSIC** afin d’explorer les interactions entre CDR et géo-ingénierie solaire.
* Étudier dans quelle mesure la modification artificielle du climat peut affecter la croissance végétale, les puits de carbone terrestres, le cycle de l’eau et la permanence du carbone stocké.
* Évaluer les synergies, antagonismes et effets inattendus susceptibles d’émerger lorsque plusieurs méthodes d’intervention climatique sont combinées.
* Quantifier les conséquences potentielles sur l’efficacité globale des stratégies d’atténuation et sur les rétroactions du système Terre.

Votre Environnement de Travail

La thèse sera accueilli au CNRM (Toulouse, France) et financée dans le cadre du projet GEOSIC, qui vise à mieux comprendre les interactions entre les méthodes de retrait du CO₂, les rétroactions du système Terre et les autres approches d’intervention climatique. Ce cadre de recherche offrira au doctorant ou à la doctorante un environnement scientifique pluridisciplinaire, à l’interface entre modélisation du système Terre, cycle du carbone, changement d’usage des terres et évaluation des stratégies d’atténuation du changement climatique.

Contraintes et risques

RAS

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

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