Thèse Rôle des Interactions Entre Bassins Tropicaux dans la Complexité de l'Enso à l'Ère du Réchauffement Climatique H/F - Doctorat_Gouv

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDU2E - Sciences de l'Univers, de l'Environnement et de l'Espace
Laboratoire de recherche : CECI - Climat, Environnement, Couplages et Incertitudes / CERFACS
Direction de la thèse : Boris DEWITTE ORCID 0000000338178691
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Le phénomène El Niño-Oscillation Australe (ENSO) est le principal mode de variabilité climatique des tropiques, influençant fortement la circulation atmosphérique globale et la circulation océanique. Toutefois, les raisons pour lesquelles son intensité et sa localisation varient d'un événement à l'autre - ce que l'on appelle la « complexité » d'ENSO - restent encore incomplètement comprises. Cette complexité tient notamment au fait que le Pacifique équatorial n'est pas isolé, mais interagit avec les autres bassins tropicaux ainsi qu'avec les moyennes et hautes latitudes via des téléconnexions.

Les recherches se sont longtemps concentrées sur la dynamique interne du Pacifique tropical, en accordant moins d'attention aux influences externes. Deux axes majeurs se dégagent : l'étude des interactions entre ENSO et les latitudes extratropicales du Pacifique, et celle des interactions entre les trois bassins océaniques tropicaux. Ces dernières suscitent un intérêt croissant, car elles semblent particulièrement sensibles au changement climatique et jouent un rôle clé pour la prévision climatique aux échelles sub-saisonnière à décennale.

Cette thèse vise à mieux comprendre le rôle des interactions entre bassins tropicaux dans la modulation des caractéristiques d'ENSO, en particulier sa sensibilité aux modifications de l'état moyen du climat. Un objectif central est d'évaluer comment les changements de température de surface et de stratification induits par le réchauffement climatique modifient les voies de couplage entre le Pacifique et les autres bassins tropicaux, et comment ces modifications influencent l'amplitude et la variabilité d'ENSO.

Les projections climatiques suggèrent en effet que la réponse d'ENSO au réchauffement global n'est pas stationnaire et présente une modulation décennale marquée. Le projet analysera donc l'impact des tendances différentielles de réchauffement entre bassins sur cette sensibilité. Un autre objectif majeur est le développement d'indicateurs physiques synthétiques permettant de diagnostiquer et d'évaluer les interactions inter-bassins dans les modèles climatiques.

L'approche combinera des modèles conceptuels et des modèles climatiques complets afin d'interpréter les simulations issues des grandes bases de données internationales. Des expériences ciblées seront conçues avec des modèles couplés afin de tester le rôle des différents bassins et d'explorer l'influence de configurations de réchauffement spécifiques, y compris dans les régions extratropicales.

Les résultats attendus incluent le développement d'outils diagnostiques innovants pour améliorer l'évaluation des modèles couplés et une meilleure compréhension théorique de la sensibilité des interactions entre bassins tropicaux au changement climatique. Le projet s'inscrit dans une dynamique collaborative internationale et bénéficiera de collaborations étroites avec plusieurs instituts spécialisés en modélisation océan-atmosphère et en variabilité climatique tropicale, en Europe et en Amérique du Sud.

Le contexte scientifique de ce projet s'inscrit dans plusieurs constats majeurs en climatologie tropicale :

1) ENSO est le mode dominant de variabilité climatique sous les tropiques, avec des impacts globaux majeurs. Pourtant, sa variabilité d'un événement à l'autre (intensité, localisation, asymétrie, diversité des types d'El Niño) reste imparfaitement comprise - ce qu'on appelle sa « complexité ».

2) Le Pacifique tropical n'est pas isolé. Il interagit avec les autres bassins tropicaux (Atlantique et Indien) ainsi qu'avec les moyennes et hautes latitudes via des téléconnexions atmosphériques et océaniques. Ces interactions inter-bassins pourraient expliquer une partie de la diversité et de la modulation d'ENSO.

3) Le changement climatique modifie l'état moyen des océans tropicaux (SST, stratification, gradients inter-bassins), ce qui pourrait transformer les mécanismes de couplage et la réponse d'ENSO au réchauffement. Or, les modèles climatiques montrent des réponses très divergentes concernant l'évolution future d'ENSO.

4) Il existe un besoin méthodologique fort : développer des diagnostics physiques robustes pour mieux évaluer la représentation des interactions inter-bassins dans les modèles climatiques et améliorer la fiabilité des projections.

En résumé, le projet s'inscrit dans un contexte où l'on cherche à comprendre comment les connexions à grande échelle du système climatique tropical modulent ENSO aujourd'hui - et comment ces connexions pourraient évoluer dans un climat en réchauffement.

Les objectifs du projet peuvent se résumer autour de quatre axes principaux :

1) Comprendre le rôle des interactions entre bassins tropicaux (Pacifique, Atlantique, Indien) dans la modulation des caractéristiques d'ENSO - en particulier son intensité, sa localisation et sa variabilité d'un événement à l'autre.

2) Évaluer l'impact du changement climatique sur ces interactions inter-bassins : comment les modifications de SST et de stratification modulent les voies de couplage et influencent la sensibilité d'ENSO au réchauffement global.

3) Analyser la variabilité décennale de la réponse d'ENSO au réchauffement, en étudiant comment les tendances différentielles entre bassins tropicaux affectent son amplitude et sa complexité.

4) Développer des diagnostics physiques robustes pour mieux évaluer les modèles climatiques couplés (CGCM) et améliorer leur capacité à représenter les téléconnexions tropicales.

La méthodologie repose sur une approche hiérarchique et intégrée, combinant théorie, modélisation numérique et analyse de grandes bases de données climatiques.

1) Cadre théorique et modèles conceptuels
Le projet s'appuie d'abord sur des modèles simplifiés et des cadres analytiques permettant d'identifier les mécanismes physiques clés des interactions inter-bassins (rétroactions air-mer, propagation d'ondes, couplage dynamique). Ces outils servent à formuler des hypothèses testables.

2) Expériences numériques avec modèles couplés complets
Des simulations seront réalisées avec des modèles climatiques aux équations primitives (CESM ou CNRM-Cerfacs). Deux types d'expériences sont prévus : a) des expériences idéalisées ou de sensibilité (modification de SST, stratification ou forçages dans un bassin donné) pour isoler les mécanismes ; b) des expériences suivant des protocoles internationaux (TBIMIP) afin de comparer les résultats à ceux d'autres centres.

3) Analyse de grandes bases de données climatiques
Les résultats seront confrontés aux simulations CMIP et aux grands ensembles pour évaluer la robustesse des mécanismes identifiés et la dispersion des modèles.

4) Développement de diagnostics physiques
Le projet développera des indicateurs synthétiques, basés sur la dynamique (métriques de couplage inter-bassins, sensibilité d'ENSO aux gradients de SST, etc.), afin d'améliorer l'évaluation des modèles climatiques.

En résumé, la méthodologie combine théorie, expériences numériques ciblées et analyse comparative multi-modèles, avec pour objectif d'identifier les mécanismes physiques contrôlant les interactions entre bassins tropicaux et leur sensibilité au changement climatique.

Solides connaissances en physique et en mathématiques,
Connaissance approfondie des langages de programmation tels que Python et Fortran.
Bonnes compétences interpersonnelles, maîtrise de l'anglais.