Offre de contrat post-doctoral : Impact des méthodes de mCDR (marine Carbone Dioxide Removal) sur l’absorption de CO2 atmosphérique en mer Méditerranée : approche par modélisation 3D couplée physique/biogéochimie régionale
Offre de contrat post-doctoral : Impact des méthodes de mCDR (marine Carbone Dioxide Removal) sur l’absorption de CO2 atmosphérique en mer Méditerranée : approche par modélisation 3D couplée physique/biogéochimie régionale
Laboratoire d’accueil : LEGOS (Toulouse, France)
Type de contrat : CDD de 24 mois
Date de publication : 5 mai 2025
Date de clôture : 1er juillet 2025
Un poste de chercheur.se postdoc est à pourvoir au Laboratoire d’études en géophysique et océanographie spatiales (LEGOS-UMR5566), dans le cadre du Programme Prioritaire de Recherche (PPR) Océan & Climat (voir description du projet ci-dessous). La date d’entrée en fonction aura lieu entre octobre et décembre 2025. Il s’agit d’un poste à temps plein, pour une durée de deux ans.
Laboratoire d’accueil
Le LEGOS est une Unité Mixte de Recherche (Université de Toulouse, CNES, CNRS-INSU, IRD) comprenant ~130 agents. Le LEGOS mène des recherches sur le système environnemental planétaire de manière pluridisciplinaire en s’appuyant sur la physique océanique, la géochimie et la biogéochimie marine, l’hydrologie et la glaciologie.
Contexte du projet
Ce recrutement s’inscrit dans le cadre du Programme Prioritaire de Recherche (PPR) Océan & Climat, porté par le CNRS et l’Ifremer, mis en place par l’Etat pour une durée de 7 ans, de 2021 à 2028 pour aborder les enjeux de recherche tant sur des questions de progrès des connaissances climatiques et écologiques que sur des questions d’économie bleue, de droit, de géostratégie, de gestion globale des socio-écosystèmes et du bien-être des sociétés.
Ce post-doctorat porte sur un enjeu majeur identifié par le PPR : l’estimation de l’efficacité et l’évaluation des impacts des techniques d’élimination du dioxyde de carbone fondée sur l’océan (ou marine Carbon Dioxide Removal, mCDR). L’Accord de Paris vise à limiter le réchauffement climatique sous 2°C, idéalement 1,5°C (UNFCCC, 2015), nécessitant des émissions nettes nulles de CO2 d’ici 2050 (IPCC, 2018). Cela implique une forte réduction des gaz à effet de serre (GES), mais aussi des technologies d’émissions négatives comme le Carbon Dioxide Removal (CDR). Les approches fondées sur l’océan suscitent un intérêt croissant, notamment de la part d’acteurs industriels et de start-ups qui se multiplient dans ce domaine. De nombreux rapports rédigés par des instances scientifiques soulignent cependant le manque de recul et les nombreuses lacunes de connaissances qui entourent ces techniques.
Parmi les mCDR, l’augmentation de l’alcalinité de l’océan (OAE) consiste à augmenter localement l’alcalinité des eaux marines de surface, en dissolvant des matériaux alcalins ou par des méthodes électrochimiques, pour convertir une partie du CO2 dissous en ions bicarbonate et carbonate et ainsi réduire la pression partielle du CO2 océanique. L’OAE entraîne un nouvel équilibre du système des carbonates qui résulte de l’interaction des processus de mélange, de transport et biogéochimiques. Les modifications des flux air-mer induits par ces approches sont difficiles à mesurer directement et les modèles numériques paraissent donc nécessaires pour estimer leur quantification à court et long termes et à différentes échelles spatiales (Ho et al., 2023). L’utilisation de ces modèles, en parallèle d’études expérimentales, pourra par ailleurs contribuer à identifier et évaluer, en amont de l’implémentation des techniques de mCDR, d’éventuelles modifications de l’écosystème et des cycles biogéochimiques induites par ces techniques de mCDR. Plusieurs études de modélisation sur la faisabilité et l’efficacité de telles technologies d’OAE ont été menées à l’échelle globale (Iliyna et al., 2013; Köhler et al., 2013; Keller et al. 2014, Kwiatkowski et al., 2023) et régionale (Mongin et al., 2021; Butenschön et al., 2021; Wang et al., 2023). Actuellement, de telles études haute résolution régionales, représentant les processus de sub- à méso-échelles et/ou la dynamique côtière susceptibles d’influencer l’efficacité des mCDR n’ont que rarement été développées pour évaluer ces approches (Fennel et al., 2023).
La Méditerranée, un point chaud du changement climatique, se caractérise par une forte absorption du CO2 anthropique et une alcalinité élevée. Une étude (Butenschön et al., 2021) suggère qu’en ajoutant de l’hydroxyde de calcium le long des routes maritimes, l’absorption de CO2 pourrait presque doubler en 30 ans et ralentir l’acidification. Cependant, l’étude suggère également des niveaux élevés d’alcalinité et de pH en surface dans les régions de fort trafic maritime et caractérisées par un mélange limité avec les masses d’eau environnantes.
Dans le cadre de projets en cours (ANR POPNCO, PPR Riomar), des simulations couplées physique/biogéochimie haute résolution (< 450 m de résolution horizontale), forcées par des simulations couplées sur l’ensemble du bassin (6-8 km), sont mises en œuvre sur des périodes supérieures à 20 ans sur la Méditerranée nord-occidentale. Nous proposons d’utiliser ces travaux de modélisations climatiques comme base de travail pour simuler des scénarios d’OAE.
Missions principales
Le projet postdoctoral proposé vise à évaluer l’augmentation nette d’absorption de CO2 atmosphérique, l’atténuation des tendances d’acidification, et l’efficacité de CDR associées à deux approches d’OAE en Méditerranée : une approche à travers des flux additionnels d’alcalinité au niveau de points côtiers et la seconde le long des routes de transport maritime par les navires commerciaux. Pour cela, des modélisations couplées physique-biogéochimie régionales haute-résolution sur la période 2030-2050 d’un scénario SSP5-8.5 seront utilisées à deux échelles spatiales : (1) sur l’ensemble du bassin à une résolution de 6-8 km et (2) sur la région nord-occidentale avec une résolution inférieure à 450 m.
Activités
Le travail proposé dans le cadre de ce poste consistera à :
- Implémenter des scénarios de mCDR dans le modèle couplé physique/biogéochimie et mettre en place les simulations de mCDR – Trois scénarios d’alcalinisation seront simulés : alcalinisation (1) par apports au niveau de stations côtières (par ex. stations d’épuration et de traitement des eaux usées ou autres apports continentaux), (2) par apports le long des routes maritimes par les navires commerciaux et (3) par les deux types d’apports combinés. Les scénarios seront réalisés sur 2030-2050 à l’échelle du bassin Méditerranée (modèle basse résolution) et à l’échelle du bassin nord-occidental (modèle haute -résolution).
- Évaluer l’efficacité des OAE – Le CDR et l’atténuation de l’acidification des trois scénarios d’alcalinisation seront calculés comme la variation des flux air-mer de CO2 et des tendances de pH obtenue dans les scénarios d’OAE par rapport à une simulation de référence sans alcalinisation. Les variabilités spatiale et temporelle de l’efficacité en terme de CDR et d’atténuation de l’acidification seront examinées, en calculant l’évolution temporelle (i) du rapport entre l’augmentation cumulative du flux air-mer de CO2 et l’alcalinité cumulative ajoutée, et (ii) le rapport entre la variation du pH moyen de surface par rapport à la simulation de référence et l’alcalinité cumulative ajoutée.
- Évaluer la capacité des réseaux d’observations à la quantification du mCDR – Dans ce projet, une estimation d’une « limite d’emploi » des services d’observations pour l’évaluation des méthodes mCDR pourra être estimée par une métrique construite à partir de la comparaison des différences entre l’impact des scénarios d’alcalinisation (différence entre la simulation de référence et les scénarios d’alcalinisation) et les incertitudes associées aux systèmes d’observation.
Conditions de travail
La/le chercheur.se postdoctoral.e rejoindra l’équipe ECOLA du LEGOS où elle/il travaillera avec Caroline Ulses en collaboration avec Thibaut Wagener du MIO, les deux porteurs du projet. Ces derniers possèdent une solide expertise complémentaire en modélisation couplée physique-biogéochimie haute résolution, sur le système des carbonates en Méditerranée et les moyens d’observations. Des réunions hebdomadaires avec les 2 porteurs et 2 séjours d’une semaine par an au MIO seront organisés pour discuter de l’avancement du postdoc.
La/le chercheur.se interagira également avec les chercheur.se.s et ingénieur.e.s de l’équipe ECOLA (notamment la sous-équipe développeuse du modèle utilisé), d’autres institutions dans le cadre des PPR Océan et Climat, de l’initiative Med-CORDEX, travaillant sur divers aspects du projet, telles que les projections climatiques, la modélisation à haute résolution et les observations océaniques. Elle/Il voyagera en France et à l’étranger pour assister à des réunions et à des conférences sur la thématique des mCDR.
Profil et compétences recherchées
- Doctorat en océanographie / géosciences.
- Une expérience en océanographie biogéochimique serait appréciée.
- Expérience en modélisation numérique et traitement de données
- Compétence en programmation et outils d’analyse (Fortran, Python, Matlab ou similaire)
- Aptitude à travailler en collaboration
- Autonomie et sens de l’organisation
Pour candidater
Si vous souhaitez des informations ou candidater à cette offre, merci de nous contacter par mail aux adresses suivantes : caroline.ulses@univ-tlse3.fr et thibaut.wagener@univ-amu.fr . Pour candidater merci de joindre :
- Une lettre de motivation (résumant les travaux scientifiques et les intérêts de recherche)
- Un CV détaillé comprenant une liste complète des publications
- Les noms et les coordonnées de 2 personnes de référence (nom, lien avec le candidat, e-mail et numéro de téléphone)
Références bibliographiques
Butenschön M. et al. M (2021). Alkalinization Scenarios in the Mediterranean Sea for Efficient Removal of Atmospheric CO2 and the Mitigation of Ocean Acidification. Front. Clim. 3:614537. doi: 10.3389/fclim.2021.614537
Fennel, K. et al. (2023). Modelling considerations for research on ocean alkalinity enhancement (OAE), https://doi.org/10.5194/sp-2-oae2023-9-2023, 2023.
Ho, D. T., & Bopp, L. (2024). Marine carbon dioxide removal may be a future climate solution. Dialogues on Climate Change, 1(1), 56-62. https://doi.org/10.1177/29768659241293223
Ho, D. T., et al. (2023). Monitoring, reporting, and verification for ocean alkalinity enhancement, in: Guide to Best Practices in Ocean Alkalinity Enhancement Research,, https://doi.org/10.5194/sp-2-oae2023-12-2023
IPCC (2018). Global Warming of 1.5°C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5°C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/9781009157940.616
Ilyina, T. et al. (2013). Assessing the potential of calcium-based artificial ocean alkalinization to mitigate rising atmospheric CO2 and ocean acidification. Geophys. Res. Lett. 40, 5909–5914. doi: 10.1002/2013GL057981
Keller, D. P., et al. (2014). Potential climate engineering effectiveness and side effects during a high carbon dioxide-emission scenario, Nat. Commun., 5, 3304, https://doi.org/10.1038/ncomms4304
Köhler, P. et al. (2013). Geoengineering impact of open ocean dissolution of olivine on atmospheric CO2, surface ocean pH and marine biology. Environ. Res. Lett., 8, https://doi.org/10.1088/1748-9326/8/1/014009
Kwiatkowski et al. (2023). Environ. Res. Lett. 18 124036, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ad08f9
Mongin, M.et al. (2021) Reversing ocean acidification along the Great Barrier Reef using alkalinity injection Environ. Res. Lett., 16, 064068, https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac002d
UNFCCC (2015). The Paris Agreement, https://unfccc.int/process-and-meetings/the-paris-agreement.
Wang, H. et al. (2023). Simulated impact of ocean alkalinity enhancement on atmospheric CO2 removal in the Bering Sea, Earths Future, 11, e2022EF002816, https://doi.org/10.1029/2022ef002816
