Variabilité naturelle des flux air-mer de CO2 durant l’Holocène et leur évolution sous l'effet du changement climatique. // NATURAL VARIABILITY IN AIR-SEA CO2 FLUXES DURING THE HOLOCENE AND THEIR EVOLUTION IN RESPONSE TO CLIMATE CHANGE.

Au cours de la dernière décennie (2013-2024), l'océan a absorbé environ 2,9 ± 0,4 Gt C par an, soit environ 30 % des émissions anthropiques issues des combustibles fossiles. Les variations des flux air-mer reflètent la superposition de la variabilité interannuelle à centenaire du cycle naturel du carbone et la réponse au forçage anthropique. À des échelles de temps interannuelles à décennales, et jusqu’à présent, les modes de variabilité climatique naturelle semblent être les principaux moteurs des fluctuations interannuelles du puits de carbone océanique. Parmi ces modes, l’ENSO (El Niño–Oscillation australe) joue un rôle prépondérant. L'année 2023 a vu la combinaison d'un tel épisode dans le Pacifique équatorial et d'anomalies de chaleur dans les régions extratropicales et subpolaires. Le renforcement attendu du puits de carbone océanique en réponse à l'épisode El Niño (diminution du dégazage de CO2) a été compensé par un excès de dégazage dans les régions extratropicales et subpolaires, en particulier dans l'Atlantique Nord. Cette situation semble sans précédent et illustre les interactions entre le cycle naturel et le forçage anthropique (dans ce cas, l'anomalie de température à la surface de l'océan). Pour comprendre les fluctuations actuelles et futures des flux de CO2 air-mer, il est donc important de comprendre leur variabilité naturelle.

L'holocène est une période caractérisée par un climat moyen relativement stable et des modes de variabilité climatique similaires à ceux observés actuellement. Ce sujet tire partie de cette relative stabilité du climat moyen de l’holocène pour étudier la variabilité naturelle des flux air-mer de CO2 aux échelles interannuelles et décennales. Il s’agira d’établir une ligne de base contre laquelle évaluer les variabilités contemporaines et futures.

L’objectif sera dans un premier temps de confirmer et de quantifier le rôle joué par les modes de variabilité climatiques régionales (e.g. ENSO, Pacifique Equatorial) dans la variabilité des flux air-mer de CO2 au cours de l’holocène Il s’agira ensuite d'explorer l’existence de phénomènes de compensation similaires aux observations de 2023. En fonction des résultats obtenus, l’approche sera appliquée par la suite aux périodes historique et future.
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Over the past decade (2013–2024), the ocean has absorbed approximately 2.9 ± 0.4 Gt C per year, or ˜ 30% of anthropogenic fossil fuel emissions. Changes in air-sea fluxes reflect the superposition of interannual to centennial variability in the natural carbon cycle and the response to antropogenic forcing. On interannual to decadal timescales, and thus far, natural climate variability modes appear to be the primary drivers of interannual fluctuations in the ocean carbon sink. Among these modes, ENSO (El Niño–Southern Oscillation) plays a dominant role. The year 2023 saw the combination of such an episode in the Equatorial Pacific and warm anomalies in extratropical and subpolar regions. The expected strengthening of the ocean carbon sink in response to the El Niño episode (decreased CO2 outgassing) was offset by excessive outgassing in extratropical and subpolar regions, particularly in the North Atlantic. This situation appears unprecedented and illustrates the interactions between the natural cycle and anthropogenic forcing (in this case, the warm ocean surface temperature anomaly). To understand contemporary and future fluctuations of air-sea CO2 fluxes, it is therefore important to understand their natural variability.

The Holocene is a period characterized by a relatively stable mean climate and patterns of climate variability similar to those observed today. This study takes advantage of this relative stability of the Holocene’s mean climate to investigate the natural variability of air-sea CO2 fluxes on interannual and decadal timescales. The aim is to establish a baseline against which to evaluate contemporary and future variability.

The first objective will be to confirm and quantify the role played by regional climate variability modes (e.g., ENSO, Equatorial Pacific) in the variability of air-sea CO2 fluxes during the Holocene. The next step will be to explore the existence of compensatory phenomena similar to those observed in 2023. Depending on the results obtained, the approach will subsequently be applied to historical and future periods.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement
Service : CLIMATS ET CYCLES
Laboratoire : Modelling the Earth Response to Multiple Anthropogenic Interactions and Dynamics
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Sciences de l’Environnement d’Île de France (SEIF)
Directeur de thèse : Gehlen Marion
Organisme : CEA
Laboratoire : DRF

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Fondamentale
Département : Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement
Service : CLIMATS ET CYCLES

formation en physique fondamentale et appliquée