Projet de recherche EV/02 (Action de recherche EV)
Les modèles prédictifs climatiques basés sur les observations actuelles et de la période instrumentale doivent être étendus à la période historique à partir de proxies (sédiments, carrottes de glace, pollen...). C’est un objectif important de plusieurs programmes internationaux (IGBP/PAGE, IDEAL). Les lacs de l’ Afrique de l’ Est sont particulièrement intéressants à ce propos parcequ’ils sont très sensibles à la variabilité climatique (Johnson and Odada, 1996).
La stratification des eaux de densité différentes et la stabilité des lacs tropicaux varie de façon très importante aux températures élevées de l’eau (Lewis, 1996). Pour cette raison, l’hydrodynamique des lacs, qui est très dépendante des conditions climatiques, contrôle largement la disponibilité des nutriments dans la colonne d’eau , affectant par là le phytoplancton et la productivité de la chaîne alimentaire. Pendant El Niño, la température de l’air est significativement plus élevée en zone intertropicale (Bradley et al, 1987), comme observé au lac Tanganyika (Plisnier, 1998). Ceci influence la stabilité du lac, la distribution des nutriments et les communautés phytoplanctoniques. Les diatomées sont de bons indicateurs des variations environnementales et des changements climatiques pour des périodes de plusieurs centaines/milliers d’années (Gasse et al., 1995) et des informations détaillées sur la période instrumentale peuvent être obtenues grâce à la géochimie des coquilles de mollusques.
Dans les eaux anoxiques d’un lac profond comme le lac Tanganyika, les sédiments laminés sont bien préservés et constituent des indicateurs de variabilité climatique d’intérêt mondial. Il est néanmoins essentiel d’interpréter correctement l’origine de ces variations. Ceci doit être basé sur une série de mesures fréquentes de nombreuses variables environnementales, idéalement intégrées dans un modèle descriptif et interprétatif. Nous proposons la réalisation d’une telle étude des conditions écologiques et climatiques actuelles au lac Tanganyika, dans le but de développer un modèle (ECO-HYDRO) pouvant être utilisé comme outil interprétatif des signaux observés dans les sédiments du lac.
Le modèle ECO-HYDRO sera développé en trois étapes:
(1) Conditions actuelles (2001-03): Adaptation d’un modèle hydrodynamique 3D basé sur le modèle CLIO (Coupled Large-scale Ice Ocean) de l’ UCL à partir de données climatiques et hydrodynamiques et intégration dans ce modèle de données écologiques (disponibilité des nutriments, production planctonique, structure des communautés planctoniques) et géochimiques.
(2) Période instrumentale (derniers 0-100 ans): Calibration du modèle ECO-HYDRO basé sur la géochimie, les données limnologiques anciennes et les données climatiques.
(3) Période historique (derniers 1500 ans): Application du modèle ECO-HYDRO basé principalement sur l’abondance et la productivité des diatomées dans les sédiments.
Nous visons particulièrement la haute résolution nécessaire à l’étude des modes interannuels de variabilité telle que nécessaires pour l’étude de ENSO (3 à 7 ans) par exemple. Notre modèle ECO-HYDRO utilisera notamment des conditions de forçage provenant de modèles de circulation régionaux et globaux en collaboration étroite avec nos partenaires (Prof. Semazzi et son équipe). Les conditions locales lacustres et métérologiques seront ainsi liées aux conditions de variations atmosphériques et océanographiques à plus grande échelle (Semazzi et al, 1996).
Les résultats seront utilisés pour
(1) analyser les séries temporelles climatiques des derniers 1500 années (cycles, tendances, comparaison entre impacts probables naturels et anthropiques;
(2) comparer les séries obtenues avec des enregistrements provenant d’autres régions du globe, particulièrement en Europe pour investiguer les téléconnexions globales pendant la période historique;
(3) fournir des paléo-séries de haute résolution aux modélisateurs climatiques, nécessaires pour la mise au point de modèles prédictifs pouvant reproduire la variabilité interannuelle. La reconstruction paléoclimatique annuelle tropicale de l’Holocène récent présente un intérêt direct pour la compréhension des périodes plus longues de modulations de phénomènes tels que ENSO ou des moussons (Duplessy et Overpeck, 1996).
Méthodologie
- Développement d’un nouveau programme de mesures météorologiques et limnologiques en deux stations du lac Tanganyika pendant 3 ans (2002-2004);
- Développement d’un modèle hydrodynamique pour la prédiction des remontées d’eau et des vagues internes en fonction de la dyamique des vents notamment;
- Utilisation d’éléments traces indicateurs (Sr, B, Ba, Mn, terres rares, Cd, Zn, Pb, Cu) pour quantifier les mouvements d’eau;
- Test d’un mollusque bivalve (Pleiodon spekii) comme enregistreur de la variabilité environnementale à l’aide de microforages et d’ablation laser (ICP-MS) pour étudier la distribution journalière et hebdomadaire des éléments traces dans des coquilles marquées. Après validation, nous espérons utiliser ces coquilles pour étudier les changements anciens pendant la période instrumentale (derniers 100 ans) et affiner le modèle;
- Utilisation d’un nouvel indicateur isotopique (isotopes de la silice) pour suivre les changements de la production des algues diatomées dans les eaux de surface en relation avec des mesures de production primaire et d’autres indicateurs de productivité (ex : Ba en excès);
- Utilisation des indicateurs limnologiques, en particulier la composition phytoplanctonique, qui réponds à court terme (jours, semaines) aux fluctuations de divers facteurs (lumière, température, régime de mélange, apports de nutriments vers la surface);
- Continuation de l’analyse des carottes de sédiments correspondant aux variations environnementales des derniers 1500 ans à partir des algues diatomées, de la sédimentologie et d’autres indicateurs;
- Développement d’un modèle descriptif du lac intégrant des données climatiques, hydrodynamiques, de nutriments, de production primaire, de communautés planctoniques et d’indicateurs géochimiques;
- Développement d’un modèle prédictif pour lier les changements climatiques aux fonctions de l’écosystème.
Interaction entre les partenaires
Pendant une première période de trois ans, trois équipes (Namur, Gand et Tervuren) assurent un suivi écologique (en collaboration avec des collègues zambiens et tanzaniens). Les informations récoltées sont multidisciplinaires (limnologie, planctonologie, géochimie...). Pendant cette période, une quatrième équipe (UCL) développe un modèle hydrodynamique. Le modèle sera affiné à l’aide des données récentes collectées. Des informations écologiques seront ensuite intégrées afin de constituer un outil pouvant être utilisé pour l’interprétation des sédiments et des climats anciens. Le modèle sera finalement utilisé dans le cadre de scénarios climatiques pour prédire des changements environnementaux probables.
Lien avec des programmes internationaux
- Les objectifs du projet correspondent à ceux de IGBP PAGES (Variabilité globale paléoclimatique et environnementale). Il a pour objectif d’étudier la variabilité climatique ancienne (Periode-cible1 : Holocène avec accent particulier pour les derniers 2000 ans) dans un site le long du PEP-3 (Pole-Equateur-Pole, transect afro-européen) - Le projet collabore étroitement avec IDEAL (Decade Internationale pour les Grands Lacs de l’ Afrique de l’ Est), un programme qui fait partie de PAGES....
- Le projet rencontre les objectifs de WCR/CLIVAR car il va permettre d’améliorer la compréhension de la variabilité climatique à l’échelle décadale et séculaire, particulièrement dans l’optique d’améliorer la prédictabilité grâce à l’usage de données paléo-climatiques de haute résolution de même que grâce à l’élaboration d’un modèle permettant de reproduire l’impact de la variabilité climatique sur l’écosystème d’un grand lac.
- Le projet correspond aussi aux thèmes définis à l’action-clef 2 " Changement global, climat et biodiversité" du Programme "Energie, environnement et développement durable" de EC DG-XII.
- Le projet CLIMLAKE travaille aussi en étroite collaboration avec deux organismes de recherche en Afrique : TAFIRI (Tanzanian Fisheries Research Institute) en Tanzanie et le DOF (Departement of Fisheries) en Zambie.
Résultats attendus
- Le projet est présenté sur un site web qui est mis à jour tous les 6 mois.
(http://www.fundp.ac.be/urbo/climlake.html);
- Outre les publications internationales, le projet présentera des données adaptées à diverses audiences (scientifiques, politiques, grand public..) ;
- Une base de données multidisciplinaires sera mise à disposition des modélisateurs. Elle contiendra des données (a) sur le lac Tanganyika (limnologie), (b) climatiques régionales et (c) globales;
- Les résultats du projet (séries paléo-climatiques) seront rendus disponibles à la communauté internationale de recherche. Ceci constitue une participation belge à des programmes de recherches climatiques importants tels que IGBP/PAGES;
- Cette recherche fait partie de l’effort international qui traite des sujets liés au réchauffement global;
- Un symposium international sera organisé sur "Les lacs du Grand rift africain, enregistreurs des impacts climatiques récents et passés";
- Les relations climat-pêche serviront à un meilleur aménagement des pêches et au développement durable de l’exploitation du lac Tanganyika.
Partenaires
Activités
Laboratoire d'Ecologie des Eaux Douces (FUNDP, Namur)
Echantillonnage limnologique (température, lumière, oxygène dissous, conductivité, pH, nutriments, méta-zooplancton, analyses élémentaires, pigments,...).
Section de Pétrographie-Minéralogie-Géochimie (MRAC-KMMA, Tervuren)
- Productivité des diatomées (isotopes de la silice) et géochimie de l’eau, des particules et des coquilles de mollusques;
- Base de données (climat, limnologie,...).
Laboratoire de protistologie et d’écologie aquatique (RUG, Gent).
- Etude du phytoplancton actuel (distribution, dynamique...);
- Analyse paléolimnologique des diatomées fossiles dans les carottes de sédiments.
Institut d'astronomie et de géophysique G. Lemaître (UCL, Louvain-la-Neuve)
- Construction d’un modèle hydrodynamique 3D en fonction de la dynamique des vents et d’autres variables.
- Couplage d’un modèle écologique en collaboration avec toutes les équipes du projet.
Coordonnées
Coordinateur du projet :
Jean-Pierre DESCY (coordinateur) et Pierre-Denis PLISNIER
Unité de Recherches en Biologie des Organismes
Laboratoire d'Ecologie des Eaux Douces
Département de Biologie
Facultés Universitaires Notre-Dame de la Paix (FUNDP)
Rue de Bruxelles 61
B-5000 Namur
Belgium
Tel: int-32 81 724405
Fax: int-32 81 230391
Jean-Pierre.Descy@FUNDP.ac.be
pierre-denis.plisnier@ FUNDP.ac.be
Partenaires du projet :
Luc ANDRE, Laurent ALLEMAN et Pierre-Denis PLISNIER
Section de Pétrographie-Minéralogie-Géochimie
Musée Royal de l'Afrique Centrale (MRAC)
Leuvensesteenweg, 13
B-3080 Tervuren, Belgium
Tel: 00-32-2-7695459
Fax: 00-32-2-7695432
luc.andre@africamuseum.be
laurent.alleman@africamuseum.be
pierre-denis.plisnier@africamuseum.be
Wim VYVERMAN et Christine COCQUYT
Section of Protistology and Aquatic Ecology (PAE)
University of Gent (RUG)
Krijgslaan 281, S 8
B-9000 Gent, BELGIUM
Tel: 00-32-(0)9-2648501
Fax: 00-32-(0)9-2648599
Wim.Vyverman@rug.ac.be
Christine.Cocquyt@rug.ac.be
Dr. Eric DELEERSNIJDER et Dr Jaya NAITHANI
Institut d'astronomie et de géophysique G. Lemaître (ASTR)
Université Catholique de Louvain (UCL)
2 Chemin du Cyclotron
1348 Louvain-la-Neuve, BELGIUM
Tel:00t-32-(0)10.47.32.97
Fax: 00-32-(0)10.47.47.22
Ericd@astr.ucl.ac.be
Naithani@astr.ucl.be
Comité d’Utilisateurs
C. MERTENS
Secrétaire Permanente
Conseil Fédéral pour le Développement Durable (FRDO-CFDD)
G. DEMAREE
Département de Climatologie
Institut Royal Météorologique de Belgique. (IRP-KMI)
A. COHEN
Département de Geosciences,
Université de l’Arizona, USA
Climate variability as recorded in Lake Tanganyika (CLIMLAKE) : final report
Descy, J.-P. - Plisnier, P.-D. - Leporcq, B ... et al Brussels : Belgian science Policy, 2006 (SP1597)
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Références bibliographiques :
