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Proposition de sujet de thèse Traçage isotopique de l’évaporation et du recyclage continental de vapeur d’eau atmosphérique : application à la région Camargue-Crau Ecole doctorale : SCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT Laboratoire d’accueil : CEREGE, UMR 6635, Europôle de l’Arbois, 13545 Aix en Provence (http://www.cerege.fr/) Direction: Christine VALLET-COULOMB (MCF Université Paul Cézanne) et Florence SYLVESTRE (DR IRD) Contact : C. Vallet-Coulomb, tel : 04 42 97 15 93 (vallet@cerege.fr) Les candidatures doivent être adressées avant le 30 avril 2010, délai de rigueur, à C. Vallet-Coulomb. Résumé : La région Camargue-Crau, typiquement soumise à un climat méditerranéen, est caractérisée par une imbrication étroite entre des zones humides/irriguées et des zones très sèches. Ces contrastes impliquent des interactions complexes entre les différents secteurs, le flux de vapeur produit par l’évapotranspiration des zones humides pouvant contribuer aux précipitations locales ou réduire la demande évaporatoire des écosystèmes voisins. Les écosystèmes régionaux sont par conséquent étroitement liés au fonctionnement des zones humides locales, et la perspective d’une restriction de l’eau pour l’irrigation traditionnelle, dans le contexte du changement climatique, pourrait considérablement modifier l’équilibre actuel. Cette thèse a pour objectif d’étudier l’impact de l’évaporation et de l’évapotranspiration des zones humides et des surfaces irriguées sur ...
Publié le : samedi 24 septembre 2011
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Proposition de sujet de thèse
Traçage isotopique de l’évaporation et du recyclage continental de vapeur d’eau
atmosphérique : application à la région Camargue-Crau
Ecole doctorale
: SCIENCES DE L’ENVIRONNEMENT
Laboratoire d’accueil
: CEREGE, UMR 6635, Europôle de l’Arbois, 13545 Aix en Provence
(
http://www.cerege.fr/
)
Direction
: Christine VALLET-COULOMB (MCF Université Paul Cézanne) et Florence
SYLVESTRE (DR IRD)
Contact
: C. Vallet-Coulomb, tel : 04 42 97 15 93 (
vallet@cerege.fr
)
Les candidatures doivent être adressées avant le 30 avril 2010, délai de
rigueur, à C. Vallet-Coulomb.
Résumé :
La région Camargue-Crau, typiquement soumise à un climat méditerranéen, est caractérisée
par une imbrication étroite entre des zones humides/irriguées et des zones très sèches. Ces
contrastes impliquent des interactions complexes entre les différents secteurs, le flux de
vapeur produit par l’évapotranspiration des zones humides pouvant contribuer aux
précipitations locales ou réduire la demande évaporatoire des écosystèmes voisins. Les
écosystèmes régionaux sont par conséquent étroitement liés au fonctionnement des zones
humides locales, et la perspective d’une restriction de l’eau pour l’irrigation traditionnelle,
dans le contexte du changement climatique, pourrait considérablement modifier l’équilibre
actuel.
Cette thèse a pour objectif d’étudier l’impact de l’évaporation et de l’évapotranspiration des
zones humides et des surfaces irriguées sur le climat local de la région Camargue-Crau, grâce
au traçage isotopique (
δ
18
0,
δ
2
H). Il s’agira (1) de développer une méthodologie d’étude de la
partie atmosphérique du cycle de l’eau qui s’appuiera sur la mesure
in situ
, par spectrométrie
laser, de la composition isotopique de la vapeur atmosphérique, et (2) d’apporter une
quantification de l’impact des zones humides sur le bilan hydrologique local.
Compétences requises:
Ce sujet s’adresse à un(e) candidat(e) ayant une formation en Sciences de la Terre, en
Sciences de l’Environnement, ou en bioclimatologie. Une compétence en géochimie des
isotopes stables sera particulièrement appréciée. Le projet nécessite l’acquisition de mesures
sur le terrain, ainsi qu’une grande partie de développement méthodologique et analytique.
Une aptitude marquée pour le travail de terrain en situation d’autonomie est donc nécessaire.
En parallèle, les interprétations nécessiteront le développement et l’utilisation de modèles, et
des compétences en programmation (matlab) seront également appréciées.
Bourse :
La bourse de thèse est co-financée entre le CNRS-INSU et la région PACA, et s’appuie sur
un partenariat avec la Réserve Nationale de Camargue (
http://www.reserve-camargue.org/
)
Recrutement au 1
er
Octobre 2010 pour une durée de 3 ans.
Rémunération : 1757€ brut mensuel (2095.08€ si une activité complémentaire d’enseignement
était confiée au doctorant par l’école doctorale)
D
ESCRIPTION DETAILLEE DU PROJET
Cadre général et enjeux scientifiques
Il est reconnu maintenant que dans de nombreuses régions du globe, le réchauffement
climatique s’accompagne d’une intensification du cycle hydrologique. Cela se traduit à la fois
par une augmentation de l’intensité des précipitations et par une augmentation de
l’évapotranspiration des continents (Brutsaert 2006). Ces changements se manifestent
toutefois
avec
de
grandes
disparités
spatiales,
en
particulier
dans
les
régions
méditerranéennes,
pour
lesquelles
la
disponibilité
de
l’eau
de
surface
pour
l’évapotranspiration présente une répartition spatiale contrastée. Dans ces régions, on s’attend
à une augmentation de la fréquence et de la durée des périodes de sécheresse, et il est
important de pouvoir bien comprendre comment les différents compartiments hydrologiques
se comportent pour définir des mesures d’adaptation. Le secteur Crau-Camargue est
exemplaire à cet égard, du fait de l’imbrication entre des surfaces très arides (le Coussoul en
Crau, la Sansouïre en Camargue), des zones humides et surfaces irriguées. Cette région
présente une grande diversité de milieux, souvent uniques, et qui pourraient être
particulièrement affectés par les diverses pressions futures dues aux évolutions du climat, à
l’utilisation des ressources en eau et à des modifications de l’utilisation agricole des terres. En
particulier, les cultures irriguées (foin de Crau, rizières de Camargue) y prennent une place
importante, et la perspective de future restriction de l’utilisation de la ressource en eau peut
considérablement modifier l’équilibre actuel.
Cette thèse permettra d’acquérir et de développer une expertise spécifique sur l’utilisation des
isotopes stables comme traceurs des flux de vapeur atmosphérique. La composition isotopique
de la vapeur atmosphérique est un traceur efficace et prometteur du cycle de l’eau, car elle
permet d’identifier les sources de vapeur atmosphérique, et notamment de discriminer les
sources locales (flux d’évaporation et flux de transpiration), et les sources régionales (vapeur
advectée). Lorsque l’on combine les mesures isotopiques dans la vapeur d’eau et dans les
précipitations, on peut détecter et quantifier les phénomènes de recyclage locaux ou régionaux
de vapeur continentale, aidant ainsi à boucler les bilans hydrologiques à différentes échelles
(Vallet-Coulomb
et al.
, 2008).
Par ailleurs, l’intérêt grandissant que représente le traçage isotopique de la vapeur
atmosphérique comme outil de quantification du cycle hydrologique à l’échelle régionale se
traduit par l’intégration de ce paramètre dans de nombreux modèles climatiques,
hydrologiques, et de fonctionnement de la surface (Sturm et al., 2005; Fekete et al., 2006;
Henderson-Sellers 2006).
Caractère novateur
La mise au point très récente des techniques de mesure de la composition isotopique de l’eau
(
δ
18
O,
δ
2
H) par spectrométrie laser permet maintenant d’obtenir des précisions comparables à
celles obtenues par spectrométrie de masse. En 2010, peu de laboratoires de recherche en
France sont équipés avec ce type d’instrument, mais le potentiel de cette technique, robuste,
transportable, et nettement moins coûteuse que la spectrométrie de masse, est très prometteur.
Ce projet s’appuie sur une des facilités qu’offre la spectrométrie laser: la mesure
in situ
et en
continu de la composition isotopique de la vapeur atmosphérique. Cela représente un progrès
considérable, car jusqu’à présent la mesure de la composition isotopique de la vapeur d’eau
impliquait un échantillonnage de la vapeur par piégeage cryogénique, technique assez lourde
à mettre en oeuvre sur le terrain. A la différence de l’échantillonnage de la vapeur d’eau, la
résolution temporelle des mesures obtenues par spectrométrie laser permet de suivre des
cycles journaliers, tandis que sa relative simplicité de mise en oeuvre permet d’envisager un
suivi à long terme, englobant les variations saisonnières.
Les études focalisées sur le traçage isotopique de la vapeur d’eau connaissent actuellement un
nouvel essor (Lee et al., 2005, 2006, Worden et al., 2007, Wen et al 2008, Welp et al., 2008),
et c’est une compétence que nous souhaitons développer régionalement, et qui viendra
compléter l’expertise des équipes de recherche de la région PACA dans le domaine de
l’hydrologie isotopique.
Spectromètre laser pour la mesure
δ
18
O et
δ
2
D de la vapeur
atmosphérique.
Plan et déroulement du travail de thèse
Le déroulement de la thèse s’appuiera sur des dispositifs de terrain mis en place dans le cadre
du programme HYDROCCAM (financement EC2CO). Des expériences
in situ
sont en cours
à partir de bacs d’évaporation installés en Camargue, afin de mesurer le fractionnement
isotopique de l’évaporation en conditions contrôlées. Les premiers résultats (Vallet-Coulomb
et al
., 2010) montrent l’aptitude des expériences sur bac à produire des séries temporelles
moyennées de la composition isotopique de la vapeur atmosphérique (
δ
A
) par l’application du
modèle de Craig et Gordon (1965) combiné à un bilan de masse.
Une première étape de la thèse consistera à mettre en route le spectromètre laser, établir des
protocoles analytiques en laboratoire et sur le terrain. Il s’agira d’établir une méthodologie
d’acquisition de mesures qui tienne compte des conditions microenvironnementales. Le suivi
temporel à haute résolution réalisé par spectrométrie laser sera comparé aux mesures réalisées
sur bacs, et permettra ainsi d’analyser la question de la variabilité spatiale et temporelle de la
composition isotopique de la vapeur atmosphérique, et de la représentativité des valeurs
dérivées des bacs. Ces différents outils seront combinés afin d’avoir une couverture spatio-
temporelle qui permettra de travailler à l’échelle de l’écosystème, sur un suivi saisonnier.
Carte de la région Camargue montrant la répartition des zones humides et
l’implantation des deux bacs d’évaporation (cercles noirs) installés depuis 2008
pour le suivi de la composition isotopique de la vapeur atmosphérique
Bac d’évaporation opérationnel en Camargue depuis 2008 pour la mesure en
conditions contrôlées du fractionnement isotopique de l’évaporation, et la
détermination
indirecte
de
la
composition
isotopique
de
la
vapeur
atmosphérique
R
EFERENCES
Brutsaert W. (2006) Indications of increasing land surface evaporation during the second half
of the 20th century. Geophysical Research Letters 33, L20403.
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