Sept projets INSU obtiennent un financement ERC Starting Grant 2024 !

Alors que les sols stockent plus de carbone que la végétation et l'atmosphère cumulées, la sensibilité des stocks de carbone organique des sols aux changements de climat et de végétation reste une incertitude majeure dans les projections mondiales sur le carbone. Afin de réduire cette incertitude et parce que les microbes sont le principal moteur des cycles du carbone et des nutriments, les recherches menées par Elsa Abs visent à obtenir une représentation plus précise des microbes dans les modèles globaux.
Après un doctorat en écologie et évolution mathématiques, Elsa Abs s’intéresse désormais à comprendre comment les processus à micro-échelle, tels que l'évolution des microbes, peuvent avoir un impact sur le climat mondial, en développant des modèles mathématiques à différentes échelles : micrométrique pour étudier les processus moléculaires de l'évolution, centimétrique pour étudier les interactions entre les communautés, et métrique à kilométrique pour prédire les fonctions des écosystèmes et les stocks de carbone à l'échelle globale.

Son projet GAMEChange propose ainsi d’utiliser les données de génomiques produites depuis plus de 20 ans pour modéliser l’évolution des microbes en réponse au changement climatique et ainsi mieux prendre en compte les effets de cette évolution dans les modèles globaux.

Les recherches d'Emmanuelle Casanova, ingénieur-chercheur du CEA au Laboratoire des sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE), portent sur le développement de l’agropastoralisme et les changements sociétaux et économiques que celui-ci impliquent, ainsi que sur la chronologie des populations archéologiques et les interactions hommes/milieux à l’Holocène. Ces études s'appuient sur des méthodes, archéologie biomoléculaire, de géochimie moléculaire et isotopique, de géochronologie ¹⁴C et de datation ¹⁴C sur composés individuels.

L'émergence d'un mode de vie agropastoral en Asie du Sud-Ouest à partir de la fin du 10e millénaire avant notre ère a révolutionné l'organisation sociale des communautés préhistoriques. La diffusion de ce nouveau modèle économique et culturel a suivi plusieurs trajectoires, mais une région clé, connue sous le nom de terres frontalières indo-iraniennes, est encore peu explorée. Les connaissances actuelles sur la dynamique et la dispersion de l'agropastoralisme dans cette région restent fragmentaires en raison de l'absence d'un cadre chronologique solide établissant des liens temporels entre les établissements. Le projet AgroChrono prévoit d'explorer en particulier le développement de l'agropastoralisme dans cette région afin de déterminer si celui-ci résulte d'une diffusion culturelle unique ou de trajectoires locales indépendantes. Quatre axes de recherche (la chronologie, l'économie, le cadre paléoenvironnemental et les liens culturels et économiques entre les différents établissements) seront approfondis grâce à une combinaison de méthodes archéologiques, bioarchéologiques et paléoenvironnementales classiques, et bénéficieront également des dernières avancées en techniques biomoléculaires, isotopiques et chronométriques. La modélisation des données générées permettra de tester différents scénarios sur l'émergence de l'agropastoralisme dans la zone de recherche.

Małgorzata Chmiel est chercheuse en sismologie environnementale : elle étudie les processus de la surface terrestre à travers les vibrations du sol que ces processus génèrent. Son parcours varié (doctorat à ISTerre à Grenoble, puis post-docs à l’ETH et WSL en Suisse) lui a permis d'acquérir un solide bagage méthodologique en traitement des signaux sismiques avant d’orienter sa recherche vers les mouvements de masse alpins et les instabilités gravitationnelles et le développement d’approches basées sur la sismologie pour mieux comprendre et surveiller les processus physiques à l’origine de ces aléas. Elle poursuit désormais ses recherches interdisciplinaires sur la dynamique des processus de surface en milieu montagneux au laboratoire Géoazur.

Les crues et les glissements de terrain constituent un risque croissant dans le contexte du changement climatique, qui a touché plus de 2 milliards de personnes dans le monde entre 1998 et 2017. Dans les bassins versants montagneux, ces processus jouent un rôle important dans l'érosion rapide qui contribue à l'évolution du paysage. Cependant, la compréhension de la dynamique de l'érosion rapide demeure très partielle, autant du fait de la difficulté de transfert des modèles théoriques aux systèmes réels qu’au manque de données d’observation distribuées dans le temps et l’espace. Le projet UNREST propose de développer un cadre d'observation interdisciplinaire intégrant techniques sismiques de pointe et modèles physiques et numériques à une échelle spatio-temporelle inédite. Trois objectifs ont été fixés : (1) identifier les précurseurs et les indicateurs de magnitude des glissements de terrain imminents, (2) relier les signaux sismiques à la dynamique complexe des glissements de terrain, et (3) développer de nouveaux outils pour suivre les flux de crue instables à travers des échelles multiples. Le projet sera mené dans quatre bassins versants actifs des Alpes en France et en Suisse, et les méthodes développées seront testées dans un cadre géomorphologique, géologique et climatique totalement différent, en Nouvelle-Calédonie.

Anna Grau Galofré enquête sur la formation des paysages martiens depuis sa thèse sur les réseaux de vallées martiennes, menée à l’Université de Colombie Britannique au Canada. Elle a étudié le rôle de la faible gravité martienne sur l'érosion glaciaire à l'université d'Arizona (Etats-Unis) et les empreintes des glaciations passées sur Terre et sur Mars à son arrivée au CNRS, à Nantes. Si son hypothèse de « l’inondation glaciaire » s'avère exacte, elle modifierait radicalement notre compréhension de l'effondrement climatique de Mars et de la nature de son cycle hydrologique.

Mars, planète froide et désolée, a abrité de l’eau, il y a plus de 3 milliards d’années, qui coulait dans des milliers de vallées, s'accumulant dans des lacs à l'intérieur des cratères, gelant dans des nappes glaciaires et formant peut-être des océans. Le climat martien s'est effondré avec la perte continue de l'atmosphère de la planète il y a environ 3,5 à 3 milliards d'années, déstabilisant son système hydraulique. C'est de cette époque que date la formation des méga-canyons qui comptent parmi les plus grands reliefs érosifs du système solaire. Le plus grand d'entre eux, Kasei Valles, est si vaste que les volumes d'eau impliqués dans sa formation représentaient une fraction importante de l'inventaire total en eau de Mars. Selon le point de vue actuel, Kasei Valles a été formée par un flot gigantesque provenant de la libération catastrophique d'un aquifère, en se basant sur des comparaisons analogues terrestres.

Avec son projet ICEFLOODS, Anna Grau Galofré vise à remettre en question ce point de vue, en étudiant l'hypothèse selon laquelle Kasei Valles a été formée par un courant glaciaire rapide, canalisé au sein d'une calotte glaciaire, en s'appuyant sur de nouvelles simulations de dynamique des fluides, sur des analyses de terrains terrestres analogues, sur la cartographie géologique et sur la modélisation du climat.

> En savoir plus sur le projet ICEFLOODS

Romain Millan a réalisé une thèse à l’Université d'Irvine, en Californie, où il a étudié la dynamique des glaciers polaires s'échouant dans l'océan, en utilisant des données satellitaires pour comprendre l’impact des eaux chaudes océaniques sur leur recul. Après sa thèse, il a obtenu une bourse postdoctorale du CNES pour étudier les glaciers dans les massifs montagneux à l’Institut des Géoscience de l’Environnement. Il publie avec ses collaborateurs le premier atlas global de l’écoulement des glaciers. En 2023, il devient chargé de recherche au CNRS et poursuit ses travaux sur les calottes polaires.

Les plateformes de glace de l'Antarctique agissent comme des barrages limitant l'écoulement de la glace vers l'océan. Depuis quelques années, ces barrages de glace géants ont montré des signes inquiétants d’affaiblissement, avec une augmentation de la présence de fractures dans la glace. Cependant, ce phénomène, et les processus à sa source, sont encore peu compris,  ce qui laisse des incertitudes importantes pour anticiper l’évolution future du niveau des mers. L'objectif du projet IceDaM est de quantifier et de comprendre l'évolution de l’endommagement sur les plateformes de glace tout autour de l'Antarctique. Pour arriver à faire cela, ce projet utilisera de manière intensive des observations faites depuis l’espace, mais également depuis des avions, ceci afin d’avoir une image complète de leurs évolutions et ce sur la plus grande periode possible. En couplant ces nouvelles observations avec des modèles d’écoulement glaciaire, le projet permettra d’avoir de nouvelles connaissances sur les processus clés créant des fractures et affectant la résistance mécanique de la glace, ce qui a un impact direct sur la montée du niveau marin.

Sandrine Péron est une géochimiste spécialisée dans la mesure des gaz rares. Ses recherches, qu’elle a menées lors de son doctorat à l’IPGP, puis lors de ses post-doctorats à University of California Davis et à l’ETH Zürich portent sur l’origine et l’évolution des éléments volatils (eau, azote, carbone, gaz rares) sur les planètes telluriques. Elle a rejoint l’Institut des Sciences de la Terre d’Orléans (ISTO) et l’Université d’Orléans en 2023 et poursuivra ses travaux en tant que chargée de recherche CNRS à l’ISTO à partir de fin 2024.

Les éléments volatils, tels que l’eau, le carbone et l’azote, qui ont de faibles températures de condensation, sont nécessaires au développement et au maintien de l’habitabilité d’une planète. Ils régulent également la géodynamique d’une planète et son évolution climatique. Cependant, comment les éléments volatils ont été apportés sur les planètes telluriques et comment ils ont ensuite évolué ne fait toujours pas consensus. Grâce à leur caractère inerte et volatil, les gaz rares krypton et xénon sont de remarquables traceurs géochimiques des éléments volatils. Les isotopes non radiogéniques du krypton et du xénon ont gardé la signature des sources d’éléments volatils et aussi des processus post-accrétion, tels que le recyclage par subduction dans le manteau. Cependant, les isotopes non radiogéniques du krypton et du xénon ont été très peu utilisés, surtout ceux du krypton, par limitation technique. Dans son projet Kryptonis, Sandrine Péron va développer l’utilisation de ces traceurs originaux avec des protocoles analytiques innovants et permettre ainsi des mesures isotopiques de haute précision. Les objectifs du projet sont de déterminer les sources d’éléments volatils pour les planètes telluriques ainsi que de caractériser les processus évolutifs terrestres post-accrétion. Ce projet permettra de reconstruire l’histoire des éléments volatils sur les planètes, depuis les processus de formation du système solaire jusqu’aux échanges intérieur-atmosphère post-accrétion.

Après un doctorat en géochimie aquatique à l'Université McGill, à Montréal, Olivier Sulpis a ensuite travaillé aux Pays-Bas, à l'Université d'Utrecht en tant qu'associé de recherche. Il est spécialiste de la dissolution des sédiments marins à l’Anthropocène. Ses travaux ont permis de comprendre et anticiper le lien entre sédiments et CO₂ et ont accompagné l’explosion de l’intérêt pour les méthodes de captation du CO₂ basées sur l’accélération des puits de carbone naturels. Olivier Sulpis enseigne à Aix-Marseille Université, afin de donner aux jeunes générations les outils nécessaires pour accélérer la transition énergétique et environnementale et est co-responsable d’un groupe de travail auprès du Conseil maritime européen portant sur l’évaluation des techniques de captation du CO₂ par l’océan.

Alors que la crise du changement climatique s’amplifie, il est impératif de comprendre et d'atténuer les flux de dioxyde de carbone (CO₂). Un aspect moins connu et pourtant important de cette crise réside dans le rôle des vastes étendues de sédiments marins qui recouvrent les deux tiers de la surface de la Terre. Les émissions de CO₂ entraînent une acidification des océans, déclenchant la dissolution du CaCO₃ (minéraux constituant les coquilles et squelettes des organismes marins) qui, à son tour, neutralise le CO₂, agissant comme un puits de CO₂ crucial sur des échelles de temps millénaires. Cependant, les mécanismes et le rythme de cette dissolution restent inconnus en raison de la complexité liée aux hautes pressions de l'océan profond et aux communautés bactériennes méconnues qui interviennent dans le processus de dissolution. Le projet Deep-C vise à comprendre cette dissolution du CaCO₃ en eaux profondes, en se concentrant sur les domaines abyssal et hadal (domaine des fosses océaniques), grâce à des réacteurs expérimentaux à haute pression. Ces réacteurs instrumentés, hébergeant des cultures bactériennes au côté de grains de CaCO₃ naturels et simulant la pression et la température des environnements en eaux profondes, , devraient permettre de générer des données précises et continues sur les processus biogéochimiques en cours. Les résultats obtenus devraient permettre d'affiner un modèle biogéochimique global, et ainsi favoriser une meilleure compréhension du rôle de l'océan dans la séquestration du carbone.

> En savoir plus sur le projet DEEP-C