Description du sujet de thèse

Reconstitution des interactions entre le cycle du carbone et le climat entre 600 et 800 mille ans avant nos jours à partir de l'analyse de l'air piégé dans la glace profonde de la carotte antarctique EPICA Dome C

Des incertitudes demeurent sur les interactions futures et passées entre climat et cycle du carbone. Dans ce contexte, la paléoclimatologie apporte des informations utiles. Le climat du Quaternaire est ponctué de périodes chaudes dites interglaciaires. Ces interglaciaires sont caractérisés par des petites calottes de glace sur les continents de l'hémisphère nord et alternent avec des périodes froides, dites glaciaires, associées à de larges calottes de glace dans l'hémisphère nord. La cyclicité associée à cette succession glaciaire-interglaciaire a changé au cours de la Transition du Pléistocène Moyen (entre ~1.2 Ma et ~700 000 ans), passant de ~41 000 à ~100 000 ans. Les interglaciaires apportent des informations pertinentes dans le contexte de réchauffement global, ils offrent une série de laboratoires naturels pour étudier les processus au sein du système Terre pour un large éventail de conditions chaudes.
L'analyse de la glace et de l'air piégé dans le bas de la carotte de glace antarctique EPICA Dome C (EDC) a permis de mettre en évidence plusieurs périodes interglaciaires entre 600 000 et 800 000 ans avant nos jours : le Stade Marin Isotopique ou 'Marine Isotope Stage' 15 (MIS 15), MIS 17 et MIS 19. Les MIS 15 et MIS 17 se détachent des variations climatiques des derniers 800 000 ans de par la structure de leur réchauffement polaire tandis que de par la ressemblance de sa configuration orbitale avec celle de l'interglaciaire actuel, le MIS 19 est le meilleur analogue pour comprendre les interactions entre cycle du carbone et changement climatique dans un contexte de forçages naturels. Enfin, ces 'vieux' interglaciaires se produisent dans un contexte intriguant où la cyclicité glaciaire-interglaciaire n'est plus vraiment de ~41 000 ans, ni encore de ~100 000 ans. Toutefois, l'étude de la période 800 000-600 000 ans est limitée car peu de carottes de glace enregistrent cet intervalle tandis que l'analyse de la glace profonde de la carotte EDC qui couvre cette période reste délicate. Ainsi, nous manquons d'une détermination précise des séquences d'évènements entre changements du climat, au sein du cycle du carbone et forçage orbital au cours des MIS 15, 17 et 19 et des déglaciations qui les précèdent.
Dans le cadre d'une collaboration étroite avec nos collègues du LSCE, cette thèse a pour objectif d'étudier des traceurs climatiques mesurés dans l'air piégé dans les derniers 200 m de la carotte de glace EDC et qui couvrent la période 800 000-600 000 ans. Elle reposera sur des mesures de la teneur en air de la glace, du rapport O2/N2 et de la composition isotopique de O2 (δ18Oatm) pour produire une nouvelle datation de la carotte EDC sur cet intervalle de temps. Des mesures à l'échelle millénaire des concentrations atmosphériques en gaz à effet de serre (CO2 et CH4), des isotopes du carbone (δ13C du CO2) et des impuretés permettront d'apporter des séquences d'évènements inédites entre les variations du climat, du cycle du carbone et le forçage orbital au cours de ces 'vieux' interglaciaires et des déglaciations qui précèdent. Ces données seront comparées à celles qui existent sur les interglaciaires plus récents afin d'affiner notre compréhension des interglaciaires passés.
Ce projet consiste en (1) l'acquisition de données avec l'analyse d'échantillons de glace avec des méthodes développées dans le cadre de la plateforme analytique nationale PANDA, dont un nouveau spectromètre optique pour la mesure du CO2 et δ13C du CO2, (2) l'analyse des enregistrements à des fins de datations avec le modèle de datation PALEOCHRONO de l'IGE, (3) l'interprétation pour les changements au sein du cycle du carbone à partir de modèles simples et (4) d'une partie de synthèse pour proposer des séquences climatiques de référence entre 800 000 et 600 000 ans.

Compétences attendues :
- Solides bases en physique et/ou géosciences ;
- Expérience de travail expérimental en laboratoire ;
- Maîtrise d'outils de programmation (e.g. Python, Matlab) ;
- Excellentes capacités de communication en anglais, tant à l'oral qu'à l'écrit ;
- Aptitude à développer en autonomie des méthodes de travail permettant de rationaliser les données obtenues, de construire une analyse critique de celles-ci et de publier et diffuser ses travaux dans des revues scientifiques ;
- Capacité pour travailler en équipe.

Contexte de travail

L'IGE étudie le climat, le fonctionnement de la planète et son évolution en termes de pollution, de changements globaux et de risques pour les sociétés. Historiquement, l'IGE mène ses recherches dans des régions présentant des enjeux sociétaux et environnementaux importants : les régions polaires, la zone intertropicale et les régions de montagne.
L'effectif moyen du laboratoire est d'environ 330 personnes, dont 190 membres permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens et personnels administratifs) et environ 140 doctorants, post-doctorants et personnels en contrat à durée déterminée. Chaque année, le laboratoire accueille environ 120 stagiaires et visiteurs scientifiques. L'IGE est installé dans quatre bâtiments du campus universitaire de Grenoble (bâtiment de glaciologie, OSUG-B, Maison Climat Planète et INRAE-Grenoble Saint Martin d'Hères).
L'étudiant en thèse effectuera sa mission au sein de l'équipe Carotte, Climat, Chimie (ICE3) de l'IGE et sera placé.e sous la responsabilité de Frédéric Parrenin et Emilie Capron.
Ce projet de thèse est financé par le projet ANR ToBE et en forte interaction avec le projet européen Beyond EPICA.

Contraintes et risques

-Travail d'analyses expérimentales dans le laboratoire PANDA gaz
-Travail en chambre froide (-20°C)
-Mission pour des conférences et réunions à l'échelle nationale et internationale
-Potentielle missions de terrain en région polaire