Variabilité naturelle de l'hydroclimat amazonien au cours des deux derniers cycles climatiques (220 000 ans) // Natural variability of Amazon hydroclimate during the last two glacial cycles (220,000 years)

Le bassin amazonien constitue une source massive de chaleur et d'humidité, jouant un rôle central dans l'équilibre hydrologique des zones équatoriales. Les changements du climat et d'utilisation des terres en Amazonie pourraient entraîner un processus de dépérissement auto-entretenu de la forêt tropicale, dont l'étendue et la biodiversité dépendent des précipitations. D'ici 2100, les modèles climatiques simulent une baisse des précipitations amazoniennes, qui pourrait être encore amplifiée par le ralentissement probable de la circulation profonde atlantique.
Les reconstructions paléoclimatiques permettent d'évaluer les mécanismes contrôlant les changements hydroclimatiques naturels en Amazonie sous différents forçages. Les enregistrements existants mettent en évidence des variations passées de l'hydroclimat amazonien aux échelles de temps orbitales et millénaires sur les derniers 50 000 ans. Mais de nombreuses questions demeurent. Alors que les pluies semblent s'intensifier dans les régions andines de l'Amazonie en période de forte insolation en été austral, quelle est la réponse des plaines amazoniennes à l'échelle orbitale ? Le ralentissement de la circulation profonde atlantique lors des événements millénaires de la dernière période glaciaire ont globalement entraîné une intensification des précipitations en Amazonie, mais de nombreuses incertitudes demeurent sur l'hétérogénéité spatiale de cette réponse, sur les différences observées selon les événements et sur les mécanismes climatiques. Enfin, comment l'hydroclimat amazonien a-t-il réagi à des climats globalement plus chauds qu'actuellement, tels que ceux observés en période interglaciaire et qui pourraient être atteints dans les décennies à venir ? Ces interrogations peuvent maintenant être levées à partir de reconstructions paléoclimatiques plus anciennes et à haute résolution temporelle, issues de carottes sédimentaires prélevées en 2023 lors de la campagne océanographique AMARYLLIS-AMAGAS II.
Cette thèse vise ainsi à déterminer les mécanismes climatiques contrôlant la variabilité naturelle de l'hydroclimat amazonien au cours des deux derniers cycles climatiques (derniers 220 000 ans). Elle repose sur une approche expérimentale « multi-traceurs » appliquée à plusieurs carottes sédimentaires (MD23-3652Q/53 et MD23-3655Q/56) prélevées à 700 km environ en aval de l'embouchure du fleuve Amazone. Grâce à une résolution temporelle unique sur cette période (~100 ans), cette étude permettra, pour la première fois, (1) d'approfondir notre compréhension des mécanismes contrôlant les variations glaciaires-interglaciaires, orbitales et millénaires de l'hydroclimat amazonien au cours des deux derniers cycles climatiques, et (2) de préciser la réponse de l'hydroclimat amazonien aux conditions globalement plus chaudes des deux dernières périodes interglaciaires.
Concrètement, l'étudiant.e reconstruira les variations passées de l'hydroclimat amazonien à l'aide de mesures géophysiques (propriétés magnétiques du sédiment) et géochimiques (concentrations en éléments majeurs et mineurs, isotopes radiogéniques du néodyme et du strontium) sur les carottes stockées au LSCE. Il/elle aura aussi accès à la collection d'échantillons amazoniens modernes, disponible à l'Université de São Paulo (USP, Brésil), dans le but d'affiner les signatures magnétiques et géochimiques modernes du matériel amazonien. Enfin, l'étudiant.e pourra interagir avec les paléocéanographes de l'USP et les modélisateurs du climat du LSCE pour préciser les mécanismes climatiques en jeu.
Le volet expérimental de la thèse procurera à l'étudiant.e des compétences analytiques en paléomagnétisme et géochimie. Il/elle aura accès aux échantillons et aux instruments de mesure disponibles au LSCE et à l'USP. Enfin, cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration franco-brésilienne étroite en paléoclimatologie, dont l'étudiant.e bénéficiera directement. Des séjours de recherche au Brésil (USP) sont attendus.
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The Amazon basin is a massive source of heat and humidity, playing a central role in the hydrological balance of equatorial regions. Changes in climate and land use in Amazonia may force the rainforest (whose extent and biodiversity depend on rainfall) into a self-perpetuating dieback process. Climate models simulate a drop in rainfall in the Amazon by 2100, which could be amplified by the probable slowdown in the deep Atlantic circulation.
Paleoclimatic reconstructions allow us to assess the mechanisms controlling natural hydroclimatic changes in Amazonia under different forcings. Existing records reveal past variations in Amazon hydroclimate on orbital and millennial time scales over the last 50,000 years. But many questions remain. While rainfall in the Andean regions of the Amazon seems to intensify during periods of high austral summer insolation, what is the response of the Amazonian plains on an orbital scale? The slowdown of the deep Atlantic circulation during millennial-scale events of the last glacial period also led to an overall intensification of precipitation in Amazonia, but many uncertainties remain regarding the spatial heterogeneity of this response, the differences observed between events, and the climatic mechanisms at play. Finally, how has the Amazon hydroclimate responded to an overall warmer climate than today, such as that observed during past interglacial periods and that could be reached in the coming decades? These questions can now be answered using older, high temporal resolution palaeoclimate reconstructions from sediment cores collected in 2023 during the AMARYLLIS-AMAGAS II oceanographic cruise.
This PhD thesis aims to determine the climatic mechanisms that control the natural variability of the Amazon hydroclimate over the last two climate cycles (the last 220,000 years). It is based on a multi-tracer experimental approach applied to several sediment cores (MD23-3652Q/53 and MD23-3655Q/56) collected about 700 km downstream from the mouth of the Amazon River. Thanks to a unique temporal resolution over this period (~100 years), this study will, for the first time, (1) deepen our understanding of the mechanisms controlling glacial-interglacial, orbital and millennial variations in the Amazon hydroclimate over the last two climate cycles, and (2) clarify the response of the Amazon hydroclimate to the generally warmer conditions of the last two interglacial periods.
Specifically, the student will reconstruct past variations in the Amazon hydroclimate using geophysical (magnetic properties of the sediment) and geochemical (concentrations of major and minor elements, radiogenic isotopes of neodymium and strontium) measurements on sediment cores stored at the LSCE. He/she will also have access to the collection of modern Amazon samples available at the University of São Paulo (USP, Brazil), in order to refine the modern magnetic and geochemical signatures of the Amazon detrital material. Finally, the student will be able to interact with USP paleoceanographers and LSCE climate modellers in order to determine the climatic mechanisms involved.
The experimental part of the thesis will provide the student with analytical skills in palaeomagnetism and geochemistry. He/she will have access to the samples and instrumentation available at the LSCE and the USP. Finally, this thesis is part of a close French-Brazilian collaboration in palaeoclimatology, from which the student will directly benefit. Research stays in Brazil (USP) are expected.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrats ED : Programme blanc GS-GCE

Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes

579 Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences

Titulaire d'un diplôme d'ingénieur ou étudiant en Master II (en cours). Formation en sciences de la terre, géochimie, géophysique. Expérience souhaitée en géochimie inorganique et/ou paléomagnétisme avec compétences réelles en préparation et mesures d'échantillons. Intérêts scientifiques marqués pour les sciences de la Terre, sciences de l'environnement et les reconstructions paléoclimatologiques.
Engineer or Master II student. Background studies in earth sciences, geochemistry, geophysics. Experience wished in inorganic geochemistry and/or paleomagnetism with real skills in samples preparation and measurements. Strong personal interest for earth and environmental sciences and paleoclimate reconstructions.