ne couvrent qu'une faible partie de l'ensemble des modèles CMIP6. Cependant le développement de telles approches de contraintes émergentes pour les paléoclimats pourrait permettre de progresser sur ces deux verrous, et certains cas tests mériteront d'être développés.

À ces questionnements, en continuité avec des avancées récentes et ancrés sur les modélisations globales, une réponse innovante sera d'aborder ce type de problèmes dans toutes leur complexité à l'échelle régionale et pouvoir ainsi mieux renseigner les trajectoires régionales ou locales d'intérêt pour les sociétés. Un travail transverse et multidisciplinaire est nécessaire pour identifier les critères à prendre en compte, ainsi qu'une meilleure insertion dans les groupes régionaux favorisant la co-construction multi-acteurs en lien avec les différents secteurs d'activités ou les politiques locales.

### B 2.4.5 Le niveau marin

La paléoclimatologie du quaternaire nous apprend que l'interaction climat-calottes de glace est hautement non linéaire (déglaciation, débâcles d'icebergs, etc.), que les remontées du niveau marin eustatique pendant certaines phases des déglaciations sont d'un ordre de grandeur supérieures à celles observées actuellement, et que ces remontées elles-mêmes sont un facteur de changement climatique. Il est donc essentiel pour les climats des siècles futurs d'explorer ces non linéarités dans toutes les composantes du système climatique. L'enjeu majeur sur ces points est de parvenir à mieux cerner la nature des rétroactions à l'origine des non-linéarités du couplage entre calottes et niveau marin eustatique, à la fois dans le contexte des interglacaires du Quaternaire sous un climat à l'équilibre, mais également pour les siècles prochains sous un régime transitoire pour mieux évaluer la justesse des projections du niveau marin et l'évaluation des situations extrêmes, a priori peu probables, mais à fort impact.

Au niveau régional, le continuum terre-mer fait partie de zones vulnérables indicatrices des changements globaux. L'évolution du trait de côte à l'échelle locale résulte de l'interaction entre la variation eustatique globale du niveau marin, l'isostasie, qui contrôle régionalement le niveau de la croûte continentale en fonction des charges reçues (calottes glaciaires et chaînes de montagne), les rebonds, qui se propagent globalement quand ces charges varient (fonte des calottes), les flux de sédiments et les spécificités locales dépendant des interactions entre les marées, tempêtes et autres évènements extrêmes (sporadiques et discontinus) et de la nature des substrats littoraux. Les tempêtes et les inondations constituent une menace pour les zones côtières, mais leur lien avec la variabilité et l'évolution du climat sur le long terme est encore mal compris. La paléo-tempestologie permet dans certains cas d'identifier les forçages, cyclicités et relations entre l'évolution du littoral et les évènements extrêmes. La mosaïque des environnements aux échelles locales et la nature même des archives en domaine côtier rend les approches P&P difficiles à mettre en œuvre au-delà de la période Holocène. Ce domaine a pour objet d'établir des liens entre le niveau global des mers et les impacts locaux des évènements extrêmes sur le long terme. Il devra être renforcé.

<figure><img src="image_76.png" /><figcaption>B 2.4.5 - Cabane La Mortadelle_Kerguelen. © A Gilbert</figcaption></figure>
ne couvrent qu'une faible partie de l'ensemble des modèles CMIP6. Cependant le développement de telles approches de contraintes émergentes pour les paléoclimats pourrait permettre de progresser sur ces deux verrous, et certains cas tests mériteront d'être développés.

À ces questionnements, en continuité avec des avancées récentes et ancrés sur les modélisations globales, une réponse innovante sera d'aborder ce type de problèmes dans toutes leur complexité à l'échelle régionale et pouvoir ainsi mieux renseigner les trajectoires régionales ou locales d'intérêt pour les sociétés. Un travail transverse et multidisciplinaire est nécessaire pour identifier les critères à prendre en compte, ainsi qu'une meilleure insertion dans les groupes régionaux favorisant la co-construction multi-acteurs en lien avec les différents secteurs d'activités ou les politiques locales.

### B 2.4.5 Le niveau marin

La paléoclimatologie du quaternaire nous apprend que l'interaction climat-calottes de glace est hautement non linéaire (déglaciation, débâcles d'icebergs, etc.), que les remontées du niveau marin eustatique pendant certaines phases des déglaciations sont d'un ordre de grandeur supérieures à celles observées actuellement, et que ces remontées elles-mêmes sont un facteur de changement climatique. Il est donc essentiel pour les climats des siècles futurs d'explorer ces non linéarités dans toutes les composantes du système climatique. L'enjeu majeur sur ces points est de parvenir à mieux cerner la nature des rétroactions à l'origine des non-linéarités du couplage entre calottes et niveau marin eustatique, à la fois dans le contexte des interglaciaires du Quaternaire sous un climat à l'équilibre, mais également pour les siècles prochains sous un régime transitoire pour mieux évaluer la justesse des projections du niveau marin et l'évaluation des situations extrêmes, a priori peu probables, mais à fort impact.

Au niveau régional, le continuum terre-mer fait partie de zones vulnérables indicatrices des changements globaux. L'évolution du trait de côte à l'échelle locale résulte de l'interaction entre la variation eustatique globale du niveau marin, l'isostasie, qui contrôle régionalement le niveau de la croûte continentale en fonction des charges reçues (calottes glaciaires et chaînes de montagne), les rebonds, qui se propagent globalement quand ces charges varient (fonte des calottes), les flux de sédiments et les spécificités locales dépendant des interactions entre les marées, tempêtes et autres évènements extrêmes (sporadiques et discontinus) et de la nature des substrats littoraux. Les tempêtes et les inondations constituent une menace pour les zones côtières, mais leur lien avec la variabilité et l'évolution du climat sur le long terme est encore mal compris. La paléo-tempestologie permet dans certains cas d'identifier les forçages, cyclicités et relations entre l'évolution du littoral et les évènements extrêmes. La mosaïque des environnements aux échelles locales et la nature même des archives en domaine côtier rend les approches P&P difficiles à mettre en œuvre au-delà de la période Holocène. Ce domaine a pour objet d'établir des liens entre le niveau global des mers et les impacts locaux des évènements extrêmes sur le long terme. Il devra être renforcé.

<figure><img src="image_76.png" /><figcaption>B 2.4.5 - Cabane La Mortadelle_Kerguelen. © A Gilbert</figcaption></figure>
# B3. Collecte et accès aux archives

## B 3.1 ACQUISITION DE TERRAIN

L'acquisition de données relatives aux P&P passe en premier lieu par la collecte d'archives. Les axes scientifiques identifiés pour les prochaines années posent un certain nombre de questions pour bénéficier au mieux de la grande diversité des types d'archives et les difficultés d'accès à ces archives pour leur exploitation.

### B 3.1.1 Meilleure couverture spatiale et temporelle

Augmenter la couverture spatiale est déterminant pour la reconstruction des gradients climatiques (latitudes, altitudes, distance à la mer), et permettre des comparaisons plus détaillées avec les résultats des simulations climatiques. En paléocéanographie, de nombreuses régions, telles que la zone intertropicale, restent encore largement sous-échantillonnées. Les efforts de campagnes en mer doivent donc être orientés vers des régions-clés telles que les océans Indien et Pacifique équatoriaux, difficiles à étudier en raison de leur isolement géographique, de leur immensité et de la difficulté d'obtenir des sites d'échantillonnages propices à la haute résolution temporelle. En domaine continental, des sites de carottage doivent entre autres pallier le manque d'enregistrements permettant de résoudre les changements globaux depuis des échelles allant du million d'années aux échelles orbitales et susceptibles de documenter les effets de seuils pour l'émergence des variabilités climatiques plus rapides, à l'échelle du Quaternaire et des temps géologiques. À l'autre bout du spectre chronologique, les enregistrements continentaux offrent la résolution et la densité spatiale nécessaires pour aborder les problématiques environnementales les plus récentes (de quelques décennies à quelques siècles) au plus proche des populations humaines. En outre, certaines régions de haute altitude sont encore peu documentées, à cause de la faible couverture spatiale et de la rareté des proxies (moraines glaciaires, lacs, spéléothèmes).

### B 3.1.2 Meilleure exploitation des échantillons

Une meilleure planification de la répartition des échantillons permettrait de pallier la dichotomie entre les approches géochimiques (élémentaires et isotopiques) et les approches micropaléontologiques (pollens, microfossiles, etc.). Le couplage effectif de ces approches micropaléontologiques avec des outils novateurs (e.g. ADN ancien, traits physiologiques des organismes, traitement statistique bayésien) ouvre également la porte vers l'enrichissement des jeux de données sur les trajectoires de réponse de la biodiversité (résistance, résilience, bifurcation, effondrement) aux changements climatiques et environnementaux.

Ces combinaisons permettront non seulement d'acquérir de nouvelles informations concernant les trajectoires des paléoécosystèmes mais aussi d'expliciter, voire de quantifier les interactions avec l'anthropisation (diffusions d'espèces liées à l'agropastoralisme, espèces végétales et animales natives, exotiques et/ou envahissantes) et leurs impacts/rétroactions sur le climat (effet de serre, albédo associé à l'usage des sols, etc.). À cette fin, des financements pour des campagnes de carottage ou de forage ciblées sur certaines zones-clés considérées comme des « hotspots » (Méditerranée, Arctique, Océan Austral, Antarctique, etc.) peuvent avoir un effet levier, en coordination entre les agences de financement et les opérateurs de recherche (organismes et universités). Ces campagnes d'échantillonnage ciblées devraient aussi viser à enrichir les corpus dans des espaces pauvres en données à toutes les échelles de temps (exemples de l'Afrique de l'Ouest, tropiques, hémisphère Sud, Asie du Sud-Est).

Des discussions et propositions ont aussi porté sur l'apport des restes humains dans l'ensemble des questions P&P. Ils font l'objet de réglementations strictes d'accès aux données, pour des aspects légaux et éthiques. Une réserve systématique de matériel permettant de créer un ADNothèque et de rassembler des données isotopiques ou autres marqueurs permettant de fournir des données environnementales permettrait aussi de mettre plus directement l'humain en relation avec son environnement et de renforcer les approches multidisciplinaires.

### B 3.1.3 Les « rétro-observations »

Le terme de « rétro-observation » désigne la prolongation dans le passé des observations réalisées actuellement en ayant recours à des archives naturelles. Il suppose une période de recouvrement entre observations directes, d'une part, et reconstitutions par des traceurs mesurés sur archives naturelles, d'autre part, et désigne donc un champ particulier des « paléo-sciences », ancré dans la période actuelle.

Au cours des dernières décennies, le réseau d'observation de la Terre s'est densifié, que ce soit à distance (satellite) ou via des observatoires de terrain, souvent regroupés sous la bannière d'infrastructures labellisées. On peut citer dans le domaine de l'environnement, le réseau « Long-Term Ecological Research » et son pendant français LTER-France, regroupant les dispositifs « Zones ateliers » du CNRS et l'infrastructure de recherche d'observation de la zone critique « OZCAR », les « Services nationaux d'observation » regroupés en «Actions nationales pour l'observation» dans chacun des grands domaines de l'INSU, ainsi que les « Obser-
# B3. Collecte et accès aux archives

## B 3.1 ACQUISITION DE TERRAIN

L'acquisition de données relatives aux P&P passe en premier lieu par la collecte d'archives. Les axes scientifiques identifiés pour les prochaines années posent un certain nombre de questions pour bénéficier au mieux de la grande diversité des types d'archives et les difficultés d'accès à ces archives pour leur exploitation.

### B 3.1.1 Meilleure couverture spatiale et temporelle

Augmenter la couverture spatiale est déterminant pour la reconstruction des gradients climatiques (latitudes, altitudes, distance à la mer), et permettre des comparaisons plus détaillées avec les résultats des simulations climatiques. En paléocéanographie, de nombreuses régions, telles que la zone intertropicale, restent encore largement sous-échantillonnées. Les efforts de campagnes en mer doivent donc être orientés vers des régions-clés telles que les océans Indien et Pacifique équatoriaux, difficiles à étudier en raison de leur isolement géographique, de leur immensité et de la difficulté d'obtenir des sites d'échantillonnages propices à la haute résolution temporelle. En domaine continental, des sites de carottage doivent entre autres pallier le manque d'enregistrements permettant de résoudre les changements globaux depuis des échelles allant du million d'années aux échelles orbitales et susceptibles de documenter les effets de seuils pour l'émergence des variabilités climatiques plus rapides, à l'échelle du Quaternaire et des temps géologiques. À l'autre bout du spectre chronologique, les enregistrements continentaux offrent la résolution et la densité spatiale nécessaires pour aborder les problématiques environnementales les plus récentes (de quelques décennies à quelques siècles) au plus proche des populations humaines. En outre, certaines régions de haute altitude sont encore peu documentées, à cause de la faible couverture spatiale et de la rareté des proxies (moraines glaciaires, lacs, spéléothèmes).

### B 3.1.2 Meilleure exploitation des échantillons

Une meilleure planification de la répartition des échantillons permettrait de pallier la dichotomie entre les approches géochimiques (élémentaires et isotopiques) et les approches micropaléontologiques (pollens, microfossiles, etc.). Le couplage effectif de ces approches micropaléontologiques avec des outils novateurs (e.g. ADN ancien, traits physiologiques des organismes, traitement statistique bayésien) ouvre également la porte vers l'enrichissement des jeux de données sur les trajectoires de réponse de la biodiversité (résistance, résilience, bifurcation, effondrement) aux changements climatiques et environnementaux.

Ces combinaisons permettront non seulement d'acquérir de nouvelles informations concernant les trajectoires des paléoécosystèmes mais aussi d'expliciter, voire de quantifier les interactions avec l'anthropisation (diffusions d'espèces liées à l'agropastoralisme, espèces végétales et animales natives, exotiques et/ou envahissantes) et leurs impacts/rétroactions sur le climat (effet de serre, albédo associé à l'usage des sols, etc.). À cette fin, des financements pour des campagnes de carottage ou de forage ciblées sur certaines zones-clés considérées comme des « hotspots » (Méditerranée, Arctique, Océan Austral, Antarctique, etc.) peuvent avoir un effet levier, en coordination entre les agences de financement et les opérateurs de recherche (organismes et universités). Ces campagnes d'échantillonnage ciblées devraient aussi viser à enrichir les corpus dans des espaces pauvres en données à toutes les échelles de temps (exemples de l'Afrique de l'Ouest, tropiques, hémisphère Sud, Asie du Sud-Est).

Des discussions et propositions ont aussi porté sur l'apport des restes humains dans l'ensemble des questions P&P. Ils font l'objet de réglementations strictes d'accès aux données, pour des aspects légaux et éthiques. Une réserve systématique de matériel permettant de créer un ADNothèque et de rassembler des données isotopiques ou autres marqueurs permettant de fournir des données environnementales permettrait aussi de mettre plus directement l'humain en relation avec son environnement et de renforcer les approches multidisciplinaires.

### B 3.1.3 Les « rétro-observations »

Le terme de « rétro-observation » désigne la prolongation dans le passé des observations réalisées actuellement en ayant recours à des archives naturelles. Il suppose une période de recouvrement entre observations directes, d'une part, et reconstitutions par des traceurs mesurés sur archives naturelles, d'autre part, et désigne donc un champ particulier des « paléo-sciences », ancré dans la période actuelle.

Au cours des dernières décennies, le réseau d'observation de la Terre s'est densifié, que ce soit à distance (satellite) ou via des observatoires de terrain, souvent regroupés sous la bannière d'infrastructures labellisées. On peut citer dans le domaine de l'environnement, le réseau « Long-Term Ecological Research » et son pendant français LTER-France, regroupant les dispositifs « Zones ateliers » du CNRS et l'infrastructure de recherche d'observation de la zone critique « OZCAR », les « Services nationaux d'observation » regroupés en «Actions nationales pour l'observation» dans chacun des grands domaines de l'INSU, ainsi que les « Obser-
<figure><img src="image_77.png" /><figcaption>B 3.1.3 – Passerelle permettant l'accès à la canopée de l'Observatoire du chêne pubescent, site in natura d'expérimentation à long terme d'une sécheresse en région méditerranéenne, Saint-Michel-l'Observatoire, France.</figcaption></figure>

© Yann SANCHEZ/CNRS Images

vatoires Homme-Milieu ». Le concept de rétro-observation offre un cadre conceptuel et l'opportunité de développer des études interdisciplinaires regroupant des spécialistes des dynamiques actuelles, quelle qu'en soit la nature, et des spécialistes de la reconstitution des trajectoires passées. Sur le plan fondamental, il promet des découvertes maJEures en transposant la compréhension fine des processus environnementaux et géologiques actuels sur des périodes de temps caractéristiques de leurs évolutions propres.

Pour favoriser ce type d'approche, plusieurs pistes peuvent
être suivies :

* La recherche d'archives naturelles à proximité des sites d'observation. Intégrer plus systématiquement un enregistreur naturel à un site d'observation permettrait de prolonger dans le passé les observations réalisées, mais également de créer des sites pilotes pour tester et développer de nouveaux proxies et marqueurs à transposer dans le registre P&P.

* Une meilleure bancarisation des échantillons et des données permettrait de s'appuyer sur un ensemble de résultats déjà acquis pour développer des recherches nouvelles répondant à leurs questions propres. Un démonstrateur de rétro-observatoire numérique a été déve-

loppé dans le cadre du réseau des Zones ateliers et ambi-
tionne de servir de point de départ pour une initiative plus
large. Pour cela, la gestion des collections d'échantillons
de type archives naturelles devra monter en gamme pour
dynamiser la gestion et la réutilisation par des équipes
tierces, dans le respect du travail fourni pour les acquérir
et les étudier.

* Une programmation scientifique incitative pourrait être mise en place, en coordination avec l'ANR et/ou les instituts du CNRS (par exemple *via* des appels à projets conjoints INSU/INEE), pour favoriser les échanges interdisciplinaires entre actualistes et les P&P.

* Renforcer ou faire émerger des infrastructures de type « écotrons » (pour étude en macrocosme, mésocosme ou microcosme), nécessaires à l'analyse des propriétés intrinsèques des organismes (cf. section B 4.1).

B 3.2 ARTICULATION AVEC LES MOYENS DE CAROTTAGE/FORAGE

La capacité à mener des campagnes de carottages/forages permettant de répondre aux questions scientifiques de plus en plus pointues dans les différents milieux tout en limitant l'empreinte carbone est un aspect critique de la prospective. Les rubriques ci-dessous détaillent quelques aspects spécifiques à prendre en compte dans l'évolution des moyens alloués par les différentes infrastructures de référence. Les porteurs des thématiques scientifiques souhaitent être partie prenante et pleinement associés aux futurs décisions et développements autour de ces moyens.
<figure><img src="image_77.png" /><figcaption>B 3.1.3 – Passerelle permettant l'accès à la canopée de l'Observatoire du chêne pubescent, site in natura d'expérimentation à long terme d'une sécheresse en région méditerranéenne, Saint-Michel-l'Observatoire, France.</figcaption></figure>

© Yann SANCHEZ/CNRS Images

vatoires Homme-Milieu ». Le concept de rétro-observation offre un cadre conceptuel et l'opportunité de développer des études interdisciplinaires regroupant des spécialistes des dynamiques actuelles, quelle qu'en soit la nature, et des spécialistes de la reconstitution des trajectoires passées. Sur le plan fondamental, il promet des découvertes maJEures en transposant la compréhension fine des processus environnementaux et géologiques actuels sur des périodes de temps caractéristiques de leurs évolutions propres.

Pour favoriser ce type d'approche, plusieurs pistes peuvent
être suivies :

* La recherche d'archives naturelles à proximité des sites d'observation. Intégrer plus systématiquement un enregistreur naturel à un site d'observation permettrait de prolonger dans le passé les observations réalisées, mais également de créer des sites pilotes pour tester et développer de nouveaux proxies et marqueurs à transposer dans le registre P&P.

* Une meilleure bancarisation des échantillons et des données permettrait de s'appuyer sur un ensemble de résultats déjà acquis pour développer des recherches nouvelles répondant à leurs questions propres. Un démonstrateur de rétro-observatoire numérique a été déve-

loppé dans le cadre du réseau des Zones ateliers et ambi-
tionne de servir de point de départ pour une initiative plus
large. Pour cela, la gestion des collections d'échantillons
de type archives naturelles devra monter en gamme pour
dynamiser la gestion et la réutilisation par des équipes
tierces, dans le respect du travail fourni pour les acquérir
et les étudier.

* Une programmation scientifique incitative pourrait être mise en place, en coordination avec l'ANR et/ou les instituts du CNRS (par exemple *via* des appels à projets conjoints INSU/INEE), pour favoriser les échanges interdisciplinaires entre actualistes et les P&P.

* Renforcer ou faire émerger des infrastructures de type « écotrons » (pour étude en macrocosme, mésocosme ou microcosme), nécessaires à l'analyse des propriétés intrinsèques des organismes (cf. section B 4.1).

B 3.2 ARTICULATION AVEC LES MOYENS DE CAROTTAGE/FORAGE

La capacité à mener des campagnes de carottages/forages permettant de répondre aux questions scientifiques de plus en plus pointues dans les différents milieux tout en limitant l'empreinte carbone est un aspect critique de la prospective. Les rubriques ci-dessous détaillent quelques aspects spécifiques à prendre en compte dans l'évolution des moyens alloués par les différentes infrastructures de référence. Les porteurs des thématiques scientifiques souhaitent être partie prenante et pleinement associés aux futurs décisions et développements autour de ces moyens.
### B 3.2.1 Au niveau national

#### B 3.2.1.1 – En domaine continental

La plateforme de carottage, *via* l'instrument national « Carottage continental France» mise en place ces dernières années, gère un vaste parc d'instruments d'échantillonnages de terrain adaptés aux différents environnements et objectifs scientifiques (lac, terrestre, lagunes, tourbes). Cette infrastructure regroupe à la fois un parc national avec des personnels dédiés et des moyens matériels et humains présents dans les unités. Elle devra naturellement servir de tête de pont pour le développement de nouveaux outils, de centre de ressources pour la réalisation de missions, et de coordination pour la formation des personnels des unités. Adossée à un conseil scientifique, elle devra aussi être un lieu de discussion des priorités scientifiques, notamment pour les plus grosses opérations. Elle devra offrir la possibilité de recueillir des échantillons rares et de bonne qualité en domaine continental, mais également en domaine côtier peu profond, où les navires de la flotte océanographique française ne peuvent opérer. La dynamique lancée doit être poursuivie et accompagnée dans la durée.

#### B 3.2.1.2 – En glaciologie

Les infrastructures dans le domaine de la glaciologie ont une forte interdépendance vis-à-vis des projets scientifiques et de grandes infrastructures nationales/internationales avec de forts enjeux de soutien récurrents et de jouvence (accès et stations Antarctiques et TAAF, navires océanographiques ravitailleurs, etc.). La pérennisation des financements des moyens de forage est en cours *via* une labellisation nationale. La logistique lourde et les budgets importants mis en œuvre pour recueillir et analyser les archives glaciaires incitent à optimiser leur exploitation. L'effort qui est en cours pour mutualiser les analyses multi-proxy des carottes de glace, notamment *via* la plateforme analytique PANDA (IGE - LSCE), doit permettre d'avancer sur ces questions.

La prospective scientifique fait apparaître des besoins en termes de développement de moyens de forage rapide (destructif eau chaude ou broyage) et de sondes *in situ*, en particulier pour l'étude des interactions *ice-shelves* - océan et pour la recherche de glace très ancienne (collaboration avec la Suisse et le Royaume Uni). La prospective fait aussi ressortir le besoin d'un carottier d'altitude pour le projet « Ice Memory ». La communauté exprime enfin l'importance de développer les liens entre forages glaciaires et forages du socle rocheux sous-glaciaire.

#### B 3.2.1.3 – En océanographie

L'évolution des moyens de carottage en milieu marin est une source d'inquiétude pour les activités P&P. La France est, grâce au navire océanographique Marion Dufresne (MD), le seul pays au monde à pouvoir déployer un carottier de 70m de long (Calypso) permettant de recueillir des séries sédimentaires couvrant jusqu'à 1 million d'années dans des zones à forts taux de sédimentation. Le carottier Calypso

équipe également le Pourquoi Pas? (PP) et l'Atalante, mais avec des capacités nettement réduites par rapport au MD (~ 35m pour le PP et ~15 m pour l'Atalante). La réforme prévue du Marion Dufresne en 2032 menace donc la pérennité du carottage long en France, outil indispensable pour reconstruire les climats du Quaternaire et, en particulier, la période couverte par les enregistrements glaciaires. Le couplage des enregistrements océaniques et glaciaires est pourtant primordial pour comprendre la dynamique d'évolution du climat car l'océan est le principal acteur des variations naturelles des GES et du transport de chaleur vers les hautes latitudes. La communauté des paléocéanographes souhaite être impliquée dans la préparation du cahier des charges du navire qui remplacera le MD et espère que ce navire sera en capacité de rayonner dans toutes les mers du globe (en particulier l'Atlantique Nord et le Pacifique). Il faudra des moyens humains et des capacités de développement R&D pour maintenir l'expertise et les capacités exceptionnelles de carottage qui existent actuellement dans la FOF et pré-

<figure><img src="image_78.png" /><figcaption>B 3.2.1.1 – Carottage Saco da Cotia, Brésil.</figcaption></figure>

© B. Turcq
### B 3.2.1 Au niveau national

#### B 3.2.1.1 – En domaine continental

La plateforme de carottage, *via* l'instrument national « Carottage continental France» mise en place ces dernières années, gère un vaste parc d'instruments d'échantillonnages de terrain adaptés aux différents environnements et objectifs scientifiques (lac, terrestre, lagunes, tourbes). Cette infrastructure regroupe à la fois un parc national avec des personnels dédiés et des moyens matériels et humains présents dans les unités. Elle devra naturellement servir de tête de pont pour le développement de nouveaux outils, de centre de ressources pour la réalisation de missions, et de coordination pour la formation des personnels des unités. Adossée à un conseil scientifique, elle devra aussi être un lieu de discussion des priorités scientifiques, notamment pour les plus grosses opérations. Elle devra offrir la possibilité de recueillir des échantillons rares et de bonne qualité en domaine continental, mais également en domaine côtier peu profond, où les navires de la flotte océanographique française ne peuvent opérer. La dynamique lancée doit être poursuivie et accompagnée dans la durée.

#### B 3.2.1.2 – En glaciologie

Les infrastructures dans le domaine de la glaciologie ont une forte interdépendance vis-à-vis des projets scientifiques et de grandes infrastructures nationales/internationales avec de forts enjeux de soutien récurrents et de jouvence (accès et stations Antarctiques et TAAF, navires océanographiques ravitailleurs, etc.). La pérennisation des financements des moyens de forage est en cours *via* une labellisation nationale. La logistique lourde et les budgets importants mis en œuvre pour recueillir et analyser les archives glaciaires incitent à optimiser leur exploitation. L'effort qui est en cours pour mutualiser les analyses multi-proxy des carottes de glace, notamment *via* la plateforme analytique PANDA (IGE - LSCE), doit permettre d'avancer sur ces questions.

La prospective scientifique fait apparaître des besoins en termes de développement de moyens de forage rapide (destructif eau chaude ou broyage) et de sondes *in situ*, en particulier pour l'étude des interactions *ice-shelves* - océan et pour la recherche de glace très ancienne (collaboration avec la Suisse et le Royaume Uni). La prospective fait aussi ressortir le besoin d'un carottier d'altitude pour le projet « Ice Memory ». La communauté exprime enfin l'importance de développer les liens entre forages glaciaires et forages du socle rocheux sous-glaciaire.

#### B 3.2.1.3 – En océanographie

L'évolution des moyens de carottage en milieu marin est une source d'inquiétude pour les activités P&P. La France est, grâce au navire océanographique Marion Dufresne (MD), le seul pays au monde à pouvoir déployer un carottier de 70m de long (Calypso) permettant de recueillir des séries sédimentaires couvrant jusqu'à 1 million d'années dans des zones à forts taux de sédimentation. Le carottier Calypso

équipe également le Pourquoi Pas? (PP) et l'Atalante, mais avec des capacités nettement réduites par rapport au MD (~ 35m pour le PP et ~15 m pour l'Atalante). La réforme prévue du Marion Dufresne en 2032 menace donc la pérennité du carottage long en France, outil indispensable pour reconstruire les climats du Quaternaire et, en particulier, la période couverte par les enregistrements glaciaires. Le couplage des enregistrements océaniques et glaciaires est pourtant primordial pour comprendre la dynamique d'évolution du climat car l'océan est le principal acteur des variations naturelles des GES et du transport de chaleur vers les hautes latitudes. La communauté des paléocéanographes souhaite être impliquée dans la préparation du cahier des charges du navire qui remplacera le MD et espère que ce navire sera en capacité de rayonner dans toutes les mers du globe (en particulier l'Atlantique Nord et le Pacifique). Il faudra des moyens humains et des capacités de développement R&D pour maintenir l'expertise et les capacités exceptionnelles de carottage qui existent actuellement dans la FOF et pré-

<figure><img src="image_78.png" /><figcaption>B 3.2.1.1 – Carottage Saco da Cotia, Brésil.</figcaption></figure>

© B. Turcq
<figure><img src="image_79.png" /><figcaption>B 3.2.1.3 - Mise à l'eau du carottier CALYPSO, Campagne Amaryllis, N/O Marion Dufresne. © A. Duhayon</figcaption></figure>

server - voire renforcer - notre leadership international. L'Ifremer a mis sur pied un groupe de travail pour le suivi et l'amélioration des moyens de carottage de la FOF.

### B 3.2.1.4 - En domaine côtier

En raison de leur position à l'interface continents/océans, les régions côtières vont être l'objet d'une attention scientifique de plus en plus importante dans les prochaines années. Les dépôts sédimentaires du plateau interne (embouchures estuariennes et deltaïques externes, offshore proximal) sont des archives essentielles pour la paléocéanographie et la paléoclimatologie, en particulier pendant l'Holocène (évolution naturelle puis empreinte croissante de l'anthropisation). La demande est forte mais, dans la plupart des cas, ne nécessite que du carottage court (< 10-15m). Malheureusement, il n'existe plus de moyens de carottage faible longueur/faible profondeur à la FOF, ni dans le parc national d'instrumentation océanographique de l'INSU. La communauté souligne l'importance de disposer d'un système de carottage performant, permettant une bonne pénétration dans des sédiments pouvant être sableux, et une récupération optimale. Un dossier pour l'acquisition d'un vibro-carottier avec une mise en œuvre à partir de l'un des bateaux de la FOF (semi-hauturier) est en cours de montage (GT « carottage » FOF).

### B 3.2.2 Préserver et renforcer l'articulation européenne et internationale

#### B 3.2.2.1 - Infrastructures internationales continentales

En milieu continental, il est indispensable de renforcer les participations françaises aux projets ICDP pour avoir accès à des archives anciennes et profondes caractérisées par des successions sédimentaires continues ou spécifiques. C'est aussi un levier important pour créer des synergies à l'international en faisant émerger des projets explorant différentes échelles de temps et d'espace, et alliant différentes spécialités. La faible participation française à ces appels d'offre, surtout en tant que P.I., a été pour partie reliée au fait qu'il n'y a aucun guichet en France qui permette de cofinancer des forages surtout quand ils sont en dehors du territoire national (cf. section 4). Il faudra une réflexion au niveau national, voire européen, pour envisager des appels d'offre spécifiques permettant de cofinancer ces forages. La même réflexion doit être menée afin de financer une partie de la recherche post-forages au travers de financements de contrats doctoraux ou post-doctoraux spécifiques.

#### B 3.2.2.2 - Infrastructures internationales en glaciologie

Les coûts logistiques des grands projets de forage glaciaire les placent nécessairement dans un cadre international. Le TGIR Concordia (base permanente franco-italienne au centre de l'Antarctique) est un support logistique essentiel à (1) l'appui du forage de carottes de glace sur les échelles de temps courtes et longues (i.e. projet européen BE-OI), (2) la préservation à long terme de carottes de glace provenant de glaciers de montagne menacés par le réchauffement du climat (projet international Ice Memory, https://www.ice-memory.org/), et (3) la compréhension des processus en conditions extrêmement froides et arides. La pérennisation de cette infrastructure à gouvernance internationale requière une agilité budgétaire suffisante pour s'adapter aux évolutions du coût de l'énergie et aux besoins de rénovation, tout en continuant d'assurer la sécurité des personnels sur place.

#### B 3.2.2.3 - Infrastructures internationales marines

Comme indiqué dans la section 4, renforcer la participation des équipes française dans le TGIR ECORD/IODP est important pour bénéficier de l'investissement da la France dans ce TGIR (4M€/an) et accéder à des séquences sédimentaires longues. Les consultations menées pour ce livre blanc font ressortir que, pour les enseignant-chercheurs, les délégations CNRS motivées par une participation à une expédition IODP, a fortiori en tant que co-chef de mission, est une piste à poursuivre. Néanmoins, les décharges d'enseignements déposées au sein des universités pour une année (CRCT) ne sont souvent pas suffisantes, lorsqu'elles sont acceptées. Les Universités devront anticiper en amont et avec plus d'implication l'accompagnement des enseignants-chercheurs qui désirent s'impliquer dans ce type de mission.
<figure><img src="image_79.png" /><figcaption>B 3.2.1.3 - Mise à l'eau du carottier CALYPSO, Campagne Amaryllis, N/O Marion Dufresne. © A. Duhayon</figcaption></figure>

server - voire renforcer - notre leadership international. L'Ifremer a mis sur pied un groupe de travail pour le suivi et l'amélioration des moyens de carottage de la FOF.

### B 3.2.1.4 - En domaine côtier

En raison de leur position à l'interface continents/océans, les régions côtières vont être l'objet d'une attention scientifique de plus en plus importante dans les prochaines années. Les dépôts sédimentaires du plateau interne (embouchures estuariennes et deltaïques externes, offshore proximal) sont des archives essentielles pour la paléocéanographie et la paléoclimatologie, en particulier pendant l'Holocène (évolution naturelle puis empreinte croissante de l'anthropisation). La demande est forte mais, dans la plupart des cas, ne nécessite que du carottage court (< 10-15m). Malheureusement, il n'existe plus de moyens de carottage faible longueur/faible profondeur à la FOF, ni dans le parc national d'instrumentation océanographique de l'INSU. La communauté souligne l'importance de disposer d'un système de carottage performant, permettant une bonne pénétration dans des sédiments pouvant être sableux, et une récupération optimale. Un dossier pour l'acquisition d'un vibro-carottier avec une mise en œuvre à partir de l'un des bateaux de la FOF (semi-hauturier) est en cours de montage (GT « carottage » FOF).

### B 3.2.2 Préserver et renforcer l'articulation européenne et internationale

#### B 3.2.2.1 - Infrastructures internationales continentales

En milieu continental, il est indispensable de renforcer les participations françaises aux projets ICDP pour avoir accès à des archives anciennes et profondes caractérisées par des successions sédimentaires continues ou spécifiques. C'est aussi un levier important pour créer des synergies à l'international en faisant émerger des projets explorant différentes échelles de temps et d'espace, et alliant différentes spécialités. La faible participation française à ces appels d'offre, surtout en tant que P.I., a été pour partie reliée au fait qu'il n'y a aucun guichet en France qui permette de cofinancer des forages surtout quand ils sont en dehors du territoire national (cf. section 4). Il faudra une réflexion au niveau national, voire européen, pour envisager des appels d'offre spécifiques permettant de cofinancer ces forages. La même réflexion doit être menée afin de financer une partie de la recherche post-forages au travers de financements de contrats doctoraux ou post-doctoraux spécifiques.

#### B 3.2.2.2 - Infrastructures internationales en glaciologie

Les coûts logistiques des grands projets de forage glaciaire les placent nécessairement dans un cadre international. Le TGIR Concordia (base permanente franco-italienne au centre de l'Antarctique) est un support logistique essentiel à (1) l'appui du forage de carottes de glace sur les échelles de temps courtes et longues (i.e. projet européen BE-OI), (2) la préservation à long terme de carottes de glace provenant de glaciers de montagne menacés par le réchauffement du climat (projet international Ice Memory, https://www.ice-memory.org/), et (3) la compréhension des processus en conditions extrêmement froides et arides. La pérennisation de cette infrastructure à gouvernance internationale requière une agilité budgétaire suffisante pour s'adapter aux évolutions du coût de l'énergie et aux besoins de rénovation, tout en continuant d'assurer la sécurité des personnels sur place.

#### B 3.2.2.3 - Infrastructures internationales marines

Comme indiqué dans la section 4, renforcer la participation des équipes française dans le TGIR ECORD/IODP est important pour bénéficier de l'investissement da la France dans ce TGIR (4M€/an) et accéder à des séquences sédimentaires longues. Les consultations menées pour ce livre blanc font ressortir que, pour les enseignant-chercheurs, les délégations CNRS motivées par une participation à une expédition IODP, a fortiori en tant que co-chef de mission, est une piste à poursuivre. Néanmoins, les décharges d'enseignements déposées au sein des universités pour une année (CRCT) ne sont souvent pas suffisantes, lorsqu'elles sont acceptées. Les Universités devront anticiper en amont et avec plus d'implication l'accompagnement des enseignants-chercheurs qui désirent s'impliquer dans ce type de mission.
<figure><img src="image_80.png" /><figcaption>B 3.2.2.2 - Station Concordia, Dôme C, Antarctique. © Eric ARISTIDICNRS Images</figcaption></figure>

Pour les objectifs quaternaires, jusqu'à présent, les campagnes de forage IODP lourdes et complexes à mettre en œuvre ne sont pas (ou mal) adaptées et ne répondent pas au besoin de couverture géographique dans certaines zones clé des océans. Pour ces objectifs, la communauté se tourne plus facilement vers les outils de carottage de la FOF. Ces aspects sont à prendre en compte dans l'évolution des moyens de forage de la FOF.

Au niveau européen, la structure EUROFLEETS permet d'acéder à 27 navires (14 navires de haute mer, 13 navires côtiers) via des appels d'offres centralisés. Côté français, seule la Thalassa (hauturier) est intégrée dans cette structure, mais ne réalise pas de carottages longs. Sur les 14 navires hauturiers d'EUROFLEETS, seuls 2 navires permettent de carotter jusqu'à 20-25m, ce qui est très clairement en deçà des capacités actuelles de carottage de la FOF. Une réflexion sera donc nécessaire au niveau européen pour le futur du carottage, et en particulier du carottage long, de façon à optimiser l'utilisation des navires et répondre aux différents types de besoin.

## B 3.3 CAROTHÈQUES, LITHOTHÈQUES, COLLECTIONS : VERS UNE STRATÉGIE NATIONALE RESPECTANT LES PRINCIPES FAIR

Le manque de description des données est l'un des freins principaux à une plus grande intégrabilité des données entre projets de recherche et entre disciplines, notamment dans l'optique d'une plus grande interaction entre modèles et données. Il limite également la réutilisation d'échantillons prélevés dans le cadre d'un projet antérieur pour de nouvelles études, démarche souhaitable dans une logique de rationalisation de l'effort de recherche et de réduction de son impact environnemental. La généralisation d'une gestion des échantillons répondant aux principes FAIR (pour l'anglais « Findable, Accessible, Interoperable, Reusable ») est enfin ontologiquement nécessaire pour répondre aux objectifs de la science ouverte, inscrits dans la loi de 2016 pour une République numérique, et transcrits dans les exigences des agences de financement *via* les plans de gestion des données.
<figure><img src="image_80.png" /><figcaption>B 3.2.2.2 - Station Concordia, Dôme C, Antarctique. © Eric ARISTIDICNRS Images</figcaption></figure>

Pour les objectifs quaternaires, jusqu'à présent, les campagnes de forage IODP lourdes et complexes à mettre en œuvre ne sont pas (ou mal) adaptées et ne répondent pas au besoin de couverture géographique dans certaines zones clé des océans. Pour ces objectifs, la communauté se tourne plus facilement vers les outils de carottage de la FOF. Ces aspects sont à prendre en compte dans l'évolution des moyens de forage de la FOF.

Au niveau européen, la structure EUROFLEETS permet d'acéder à 27 navires (14 navires de haute mer, 13 navires côtiers) via des appels d'offres centralisés. Côté français, seule la Thalassa (hauturier) est intégrée dans cette structure, mais ne réalise pas de carottages longs. Sur les 14 navires hauturiers d'EUROFLEETS, seuls 2 navires permettent de carotter jusqu'à 20-25m, ce qui est très clairement en deçà des capacités actuelles de carottage de la FOF. Une réflexion sera donc nécessaire au niveau européen pour le futur du carottage, et en particulier du carottage long, de façon à optimiser l'utilisation des navires et répondre aux différents types de besoin.

## B 3.3 CAROTHÈQUES, LITHOTHÈQUES, COLLECTIONS : VERS UNE STRATÉGIE NATIONALE RESPECTANT LES PRINCIPES FAIR

Le manque de description des données est l'un des freins principaux à une plus grande intégrabilité des données entre projets de recherche et entre disciplines, notamment dans l'optique d'une plus grande interaction entre modèles et données. Il limite également la réutilisation d'échantillons prélevés dans le cadre d'un projet antérieur pour de nouvelles études, démarche souhaitable dans une logique de rationalisation de l'effort de recherche et de réduction de son impact environnemental. La généralisation d'une gestion des échantillons répondant aux principes FAIR (pour l'anglais « Findable, Accessible, Interoperable, Reusable ») est enfin ontologiquement nécessaire pour répondre aux objectifs de la science ouverte, inscrits dans la loi de 2016 pour une République numérique, et transcrits dans les exigences des agences de financement *via* les plans de gestion des données.
<figure><img src="image_81.png" /><figcaption>B 3.3 – Espace réfrigéré du Centre de Ressources en Échantillons et Archives Marins CREAM, Plouzané, France.</figcaption></figure>

© G. Leduc

La mise en place d'une véritable stratégie nationale de gestion conservatoire des échantillons est identifiée comme le meilleur moyen pour progresser dans cette voie. Des pistes pour élaborer et mettre en œuvre une telle stratégie sur les plans organisationnel, pratique, mais également éthique sont développées dans les différentes sous-sections.

### B 3.3.1 Revalorisation des missions anciennes et des archives déjà collectées

Certains échantillons n'ayant pu être exploités (par manque de moyens financiers et humains) mériteraient d'être analysés pour répondre à de nouvelles problématiques et/ou de nouveaux développements de traceurs. De même, des centaines d'échantillons actuellement stockés sous la responsabilité des unités de recherche pourraient être mobilisés pour de nouvelles études. Certains proviennent de zones désormais inaccessibles en raison de l'évolution des contextes géopolitiques. Permettre et encourager la réutilisation de ces échantillons seraient une source importante de nouvelles découvertes et s'inscriraient dans une démarche responsable, d'économie de moyens et de réduction de l'empreinte carbone de notre recherche. Une plus grande attention sur le potentiel existant favoriserait également les analyses multi-proxies.

De fortes incitations à revisiter ces archives dans les nouveaux projets sont nécessaires, par exemple en favorisant de manière systématique et revendiquée dans les appels à projets les études capitalisant les analyses prévues sur une/des archive(s) déjà disponible(s) et/ou exploitée(s), et en rentabilisant l'exploitation du matériel existant et des sous-produits d'analyses (résidus de traitement en laboratoire, surplus de biomatériel extrait ou traité, etc.).

Néanmoins, ce type d'approche ne pourra être entièrement effective que si le recensement des échantillons et la bancaisation des données bénéficient d'une véritable organisation à l'échelle nationale prenant en compte les spécificités des données P&P. Parmi celles-ci figure notamment la relation entre profondeur et âge, qui est cruciale pour donner une valeur aux données, mais également évolutives, au fil des différents efforts de datation et de l'évolution des techniques géochronologiques.

### B 3.3.2 Gestion conservatoire des échantillons : aspects organisationnels

La communauté scientifique potentiellement intéressée est suffisamment vaste pour justifier un niveau d'organisation intégré au niveau national. Pour autant, le dernier rapport sur l'état des collections géologiques² recense un nombre restreint (N<10) d'acteurs principaux dans le domaine de la gestion des carottes sédimentaires. La mise en réseau de ces acteurs serait ainsi profitable à une large communauté scientifique. Pour mettre en place cette organisation, les consultations mettent en avant le besoin de :

* créer un réseau national de dépôts d'échantillons accompagnant la mise en place de pratiques de gestion répondant aux principes FAIR, pour faciliter l'établissement des plans de gestion de données des équipes de recherche et pour coordonner l'articulation entre terrain, laboratoires, plateformes analytiques et infrastructures de recherche;

* créer une procédure de labellisation nationale des dépôts d'échantillon pour standardiser les pratiques et assurer un suivi-qualité de la gestion des échantillons;

* créer une interface de discussion débouchant sur des recommandations de pratiques, à la fois vers les personnels concernés et vers leurs établissements de tutelles, et vers une reconnaissance de ces activités de création de connaissances de plus en plus en complexes.

<footnote>2- https://www.calameo.com/read/006460587e3e64bf8b283</footnote>
<figure><img src="image_81.png" /><figcaption>B 3.3 – Espace réfrigéré du Centre de Ressources en Échantillons et Archives Marins CREAM, Plouzané, France.</figcaption></figure>

© G. Leduc

La mise en place d'une véritable stratégie nationale de gestion conservatoire des échantillons est identifiée comme le meilleur moyen pour progresser dans cette voie. Des pistes pour élaborer et mettre en œuvre une telle stratégie sur les plans organisationnel, pratique, mais également éthique sont développées dans les différentes sous-sections.

### B 3.3.1 Revalorisation des missions anciennes et des archives déjà collectées

Certains échantillons n'ayant pu être exploités (par manque de moyens financiers et humains) mériteraient d'être analysés pour répondre à de nouvelles problématiques et/ou de nouveaux développements de traceurs. De même, des centaines d'échantillons actuellement stockés sous la responsabilité des unités de recherche pourraient être mobilisés pour de nouvelles études. Certains proviennent de zones désormais inaccessibles en raison de l'évolution des contextes géopolitiques. Permettre et encourager la réutilisation de ces échantillons seraient une source importante de nouvelles découvertes et s'inscriraient dans une démarche responsable, d'économie de moyens et de réduction de l'empreinte carbone de notre recherche. Une plus grande attention sur le potentiel existant favoriserait également les analyses multi-proxies.

De fortes incitations à revisiter ces archives dans les nouveaux projets sont nécessaires, par exemple en favorisant de manière systématique et revendiquée dans les appels à projets les études capitalisant les analyses prévues sur une/des archive(s) déjà disponible(s) et/ou exploitée(s), et en rentabilisant l'exploitation du matériel existant et des sous-produits d'analyses (résidus de traitement en laboratoire, surplus de biomatériel extrait ou traité, etc.).

Néanmoins, ce type d'approche ne pourra être entièrement effective que si le recensement des échantillons et la bancaisation des données bénéficient d'une véritable organisation à l'échelle nationale prenant en compte les spécificités des données P&P. Parmi celles-ci figure notamment la relation entre profondeur et âge, qui est cruciale pour donner une valeur aux données, mais également évolutives, au fil des différents efforts de datation et de l'évolution des techniques géochronologiques.

### B 3.3.2 Gestion conservatoire des échantillons : aspects organisationnels

La communauté scientifique potentiellement intéressée est suffisamment vaste pour justifier un niveau d'organisation intégré au niveau national. Pour autant, le dernier rapport sur l'état des collections géologiques² recense un nombre restreint (N<10) d'acteurs principaux dans le domaine de la gestion des carottes sédimentaires. La mise en réseau de ces acteurs serait ainsi profitable à une large communauté scientifique. Pour mettre en place cette organisation, les consultations mettent en avant le besoin de :

* créer un réseau national de dépôts d'échantillons accompagnant la mise en place de pratiques de gestion répondant aux principes FAIR, pour faciliter l'établissement des plans de gestion de données des équipes de recherche et pour coordonner l'articulation entre terrain, laboratoires, plateformes analytiques et infrastructures de recherche;

* créer une procédure de labellisation nationale des dépôts d'échantillon pour standardiser les pratiques et assurer un suivi-qualité de la gestion des échantillons;

* créer une interface de discussion débouchant sur des recommandations de pratiques, à la fois vers les personnels concernés et vers leurs établissements de tutelles, et vers une reconnaissance de ces activités de création de connaissances de plus en plus en complexes.

<footnote>2- https://www.calameo.com/read/006460587e3e64bf8b283</footnote>
Pour atteindre ces objectifs, après analyse de la situation (section A 2), il ressort qu'une stratégie basée sur 3 niveaux de labellisation doit être mise en œuvre: local, régional et national (figure B 2.3.1). Ces trois niveaux correspondent aux 3 phases successives du cycle de vie d'un échantillon, à savoir :

* Les dépôts locaux correspondant au stockage initial pour la durée d'un projet, typiquement de 4 à 6 ans. Durant cette phase, la plupart du temps dans l'unité de l'investigateur principal, l'échantillon peut être partiellement ou complètement détruit à fins d'analyse, sur place ou dans une unité de recherche ou de service. Il est donc crucial que ses métadonnées et qu'un maximum de données soient conservées pour une éventuelle réutilisation du site ou une comparaison avec des échantillons proches;

* Les dépôts régionaux correspondent à des stockages intermédiaires sur des durées moyennes à longues, au cours desquelles l'échantillon pourrait être réutilisé pour des études ultérieures à celles ayant prévalu initialement à sa récupération. Cette durée est typiquement d'environ 10 ans, la réutilisation étant généralement maximale après la publication des premiers résultats et s'étiolant par la suite. Les dépôts régionaux devront être localisés à proximité ou au sein des unités de recherche principales offrant des capacités analytiques spécifiques par types d'archives. Une spécialisation de ces dépôts semble envisageable (e.g. carottes sédimentaires lacustres, marines, ou littorales, spéléothèmes, cernes d'arbres, tourbes, fosiles, séquences de roches). Les unités en charge de ces

dépôts de moyen terme pourront recevoir la mission d'organiser la mise à disposition des échantillons qui leur seront confiés pour des études ultérieures, ce qui demande aussi qu'elles puissent disposer des moyens humains pour le faire;

* Un ou deux dépôts nationaux devront être mis en place pour accueillir les échantillons dont le caractère patrimonial aura été attesté par un comité ad hoc. Ces échantillons pourront ainsi être conservés pour les générations à venir. Un dispositif spécifique pourra être mis en place pour y accéder, en favorisant les approches non destructives propres aux objets de collection patrimoniaux et en proposant de manière incitative la valorisation scientifique d'archives non traitées lors des premières phases du cycle de vie, ou pouvant bénéficier de nouvelles approches analytiques.

Cette structuration en 3 niveaux devra s'appuyer sur des labellisations différenciées pour chacun des types de dépôts d'échantillons. Ces labellisations correspondront à un gradient d'exigence en termes de conservation et de restriction d'accès et à un financement et un accompagnement humain en adéquation.

<figure><img src="image_82.png" /><figcaption>Figure B 2.3.1 – Ébauche de stratégie nationale de gestion des échantillons de type « carotte », fondée sur 3 niveaux de labellisation et tenant compte de la durée de vie de l'échantillon. Les principales fonctions à assurer seront: i) l'établissement d'un mode de référencement unique pour 100% des échantillons prélevés ii) la qualité de conservation, iii) la traçabilité des échantillons et de leurs traitements, iv) l'incitation à la réutilisation, v) la patrimonialisation sélective de certains échantillons, après validation par un comité ad hoc.</figcaption></figure>
Pour atteindre ces objectifs, après analyse de la situation (section A 2), il ressort qu'une stratégie basée sur 3 niveaux de labellisation doit être mise en œuvre: local, régional et national (figure B 2.3.1). Ces trois niveaux correspondent aux 3 phases successives du cycle de vie d'un échantillon, à savoir :

* Les dépôts locaux correspondant au stockage initial pour la durée d'un projet, typiquement de 4 à 6 ans. Durant cette phase, la plupart du temps dans l'unité de l'investigateur principal, l'échantillon peut être partiellement ou complètement détruit à fins d'analyse, sur place ou dans une unité de recherche ou de service. Il est donc crucial que ses métadonnées et qu'un maximum de données soient conservées pour une éventuelle réutilisation du site ou une comparaison avec des échantillons proches;

* Les dépôts régionaux correspondent à des stockages intermédiaires sur des durées moyennes à longues, au cours desquelles l'échantillon pourrait être réutilisé pour des études ultérieures à celles ayant prévalu initialement à sa récupération. Cette durée est typiquement d'environ 10 ans, la réutilisation étant généralement maximale après la publication des premiers résultats et s'étiolant par la suite. Les dépôts régionaux devront être localisés à proximité ou au sein des unités de recherche principales offrant des capacités analytiques spécifiques par types d'archives. Une spécialisation de ces dépôts semble envisageable (e.g. carottes sédimentaires lacustres, marines, ou littorales, spéléothèmes, cernes d'arbres, tourbes, fosiles, séquences de roches). Les unités en charge de ces

dépôts de moyen terme pourront recevoir la mission d'organiser la mise à disposition des échantillons qui leur seront confiés pour des études ultérieures, ce qui demande aussi qu'elles puissent disposer des moyens humains pour le faire;

* Un ou deux dépôts nationaux devront être mis en place pour accueillir les échantillons dont le caractère patrimonial aura été attesté par un comité ad hoc. Ces échantillons pourront ainsi être conservés pour les générations à venir. Un dispositif spécifique pourra être mis en place pour y accéder, en favorisant les approches non destructives propres aux objets de collection patrimoniaux et en proposant de manière incitative la valorisation scientifique d'archives non traitées lors des premières phases du cycle de vie, ou pouvant bénéficier de nouvelles approches analytiques.

Cette structuration en 3 niveaux devra s'appuyer sur des labellisations différenciées pour chacun des types de dépôts d'échantillons. Ces labellisations correspondront à un gradient d'exigence en termes de conservation et de restriction d'accès et à un financement et un accompagnement humain en adéquation.

**Figure B 2.3.1 – Ébauche de stratégie nationale de gestion des échantillons de type « carotte », fondée sur 3 niveaux de labellisation et tenant compte de la durée de vie de l'échantillon.**
Les principales fonctions à assurer seront: i) l'établissement d'un mode de référencement unique pour 100% des échantillons prélevés ii) la qualité de conservation, iii) la traçabilité des échantillons et de leurs traitements, iv) l'incitation à la réutilisation, v) la patrimonialisation sélective de certains échantillons, après validation par un comité ad hoc.

<figure><img src="image_82.png" /></figure>
### B 3.3.3 Gestion conservatoire des échantillons : aspects pratiques et technologiques

Les différentes consultations amènent à distinguer 4 types d'outils nécessaires à l'accompagnement des échantillons durant l'ensemble de leur cycle de vie, depuis les missions de terrain jusqu'à la publication des données :

1. Sur le terrain : des données aussi exhaustives que possible doivent être collectées de manière standardisée pour permettre la caractérisation et la reproductibilité de la prise d'échantillon, y compris les petits carottages réalisés par des moyens propres dans certaines unités. Cette fonction est prise en charge aujourd'hui par la cyber-carothèque nationale ou les infrastructures (FOF, ECORD/IODP).

2. De retour au laboratoire : les échantillons et toutes leurs déclinaisons (sous-échantillons) doivent être référencés par un identifiant garanti au niveau international ; cette fonction est partiellement couverte aujourd'hui par l'instance d'allocation des identifiants IGSN, portée par le CNRS-INSU. Celle-ci doit cependant être renforcée et consolidée en prévision de l'intensification de son usage. La localisation des échantillons doit être consignée et mise à jour régulièrement : plusieurs unités ont choisi pour assurer cette fonction l'application collec-science, cependant la pérennité de cette solution et son déploiement à large échelle restent à consolider.

3. Pendant les manipulations : toutes les opérations (échantillonnages, traitements physiques, chimiques, etc.) doivent être consignées dans un cahier de laboratoire électronique, ce qui augmentera fortement la qualité et facilitera l'archivage et le partage par la suite. Le CNRS préconise actuellement l'application elab-ftw³. Celle-ci, ou une application similaire, devra être généralisée dans les unités et notamment dans les nœuds du réseau RéGEF.

4. À l'issue de chaque phase de création ou de traitement numérique des données, un jeu de métadonnées exhaustif et respectant des standards internationaux permettra la reproduction de l'opération. Il devra être associé à un jeu de données complet et décrit, déposé dans un entrepôt de données répondant aux principes FAIR.

### B 3.3.4 Gestion conservatoire des échantillons : aspects éthiques et d'accompagnement au changement

La récupération des échantillons puis l'archivage et la traçabilité de l'ensemble des étapes de leur cycle de vie va soulever des questions à l'échelle nationale sur la valorisation de l'investissement lourd, en temps et en ressources humaines. Ce point n'a pas été abordé en profondeur par le groupe de travail du livre blanc, mais il est essentiel pour nous permettre de répondre aux exigences de la science ouverte.

La mise en place et l'appropriation de pratiques standardisées par les différentes communautés concernées est indis pensable pour garantir la bonne adéquation entre les standards préconisés, les pratiques et les moyens des équipes. Il faudra valoriser l'investissement de tous les acteurs de la chaîne de production des connaissances. Parmi les solutions pratiques déjà identifiées, la numérotation DOI des rapports de campagnes et la publication de « data papers » post-campagnes font partie des moyens encore peu utilisés qu'il faudra développer car ils sont demandés par la communauté et par les instances chargées d'évaluer la réalisation des objectifs en regard de l'investissement initial de montage des campagnes.

Les bonnes pratiques de catalogage et de suivi des échantillons devront s'appuyer sur des outils performants, adaptés aux spécificités des laboratoires et des thématiques. Cela permettra de faire gagner du temps et de l'efficacité aux unités de recherche souvent confrontées à la gestion de très grandes quantités d'échantillons en raison de leurs nombreuses années d'activité.

Un aspect complémentaire est l'attention donnée aux agents des institutions de recherche partant à la retraite afin que leurs archives ne soient pas perdues (expérience, collections, notes de terrain, etc.). Ces aspects rejoignent les besoins de numérisation, d'encadrement et de formation pour garder l'expertise attachée à ces données.

<footnote>3- https://www.elabftw.net/; https://qualite-en-recherche.cnrs.fr/gt/cahier-de-laboratoire/</footnote>
### B 3.3.3 Gestion conservatoire des échantillons : aspects pratiques et technologiques

Les différentes consultations amènent à distinguer 4 types d'outils nécessaires à l'accompagnement des échantillons durant l'ensemble de leur cycle de vie, depuis les missions de terrain jusqu'à la publication des données :

1. Sur le terrain : des données aussi exhaustives que possible doivent être collectées de manière standardisée pour permettre la caractérisation et la reproductibilité de la prise d'échantillon, y compris les petits carottages réalisés par des moyens propres dans certaines unités. Cette fonction est prise en charge aujourd'hui par la cyber-carothèque nationale ou les infrastructures (FOF, ECORD/IODP).

2. De retour au laboratoire : les échantillons et toutes leurs déclinaisons (sous-échantillons) doivent être référencés par un identifiant garanti au niveau international ; cette fonction est partiellement couverte aujourd'hui par l'instance d'allocation des identifiants IGSN, portée par le CNRS-INSU. Celle-ci doit cependant être renforcée et consolidée en prévision de l'intensification de son usage. La localisation des échantillons doit être consignée et mise à jour régulièrement : plusieurs unités ont choisi pour assurer cette fonction l'application collec-science, cependant la pérennité de cette solution et son déploiement à large échelle restent à consolider.

3. Pendant les manipulations : toutes les opérations (échantillonnages, traitements physiques, chimiques, etc.) doivent être consignées dans un cahier de laboratoire électronique, ce qui augmentera fortement la qualité et facilitera l'archivage et le partage par la suite. Le CNRS préconise actuellement l'application elab-ftw³. Celle-ci, ou une application similaire, devra être généralisée dans les unités et notamment dans les nœuds du réseau RéGEF.

4. À l'issue de chaque phase de création ou de traitement numérique des données, un jeu de métadonnées exhaustif et respectant des standards internationaux permettra la reproduction de l'opération. Il devra être associé à un jeu de données complet et décrit, déposé dans un entrepôt de données répondant aux principes FAIR.

### B 3.3.4 Gestion conservatoire des échantillons : aspects éthiques et d'accompagnement au changement

La récupération des échantillons puis l'archivage et la traçabilité de l'ensemble des étapes de leur cycle de vie va soulever des questions à l'échelle nationale sur la valorisation de l'investissement lourd, en temps et en ressources humaines. Ce point n'a pas été abordé en profondeur par le groupe de travail du livre blanc, mais il est essentiel pour nous permettre de répondre aux exigences de la science ouverte.

La mise en place et l'appropriation de pratiques standardisées par les différentes communautés concernées est indis pensable pour garantir la bonne adéquation entre les standards préconisés, les pratiques et les moyens des équipes. Il faudra valoriser l'investissement de tous les acteurs de la chaîne de production des connaissances. Parmi les solutions pratiques déjà identifiées, la numérotation DOI des rapports de campagnes et la publication de « data papers » post-campagnes font partie des moyens encore peu utilisés qu'il faudra développer car ils sont demandés par la communauté et par les instances chargées d'évaluer la réalisation des objectifs en regard de l'investissement initial de montage des campagnes.

Les bonnes pratiques de catalogage et de suivi des échantillons devront s'appuyer sur des outils performants, adaptés aux spécificités des laboratoires et des thématiques. Cela permettra de faire gagner du temps et de l'efficacité aux unités de recherche souvent confrontées à la gestion de très grandes quantités d'échantillons en raison de leurs nombreuses années d'activité.

Un aspect complémentaire est l'attention donnée aux agents des institutions de recherche partant à la retraite afin que leurs archives ne soient pas perdues (expérience, collections, notes de terrain, etc.). Ces aspects rejoignent les besoins de numérisation, d'encadrement et de formation pour garder l'expertise attachée à ces données.

<footnote>3- https://www.elabftw.net/; https://qualite-en-recherche.cnrs.fr/gt/cahier-de-laboratoire/</footnote>
# B4. Développements analytiques

## B 4.1 CALIBRATION DES TRACEURS ET DES PROXIES PAR APPROCHES DE LABORATOIRE OU DE TERRAIN

Le développement des méthodes analytiques et expérimentales s'est accompagné d'efforts constants pour améliorer la calibration des proxies et traceurs utilisés dans les reconstructions P&P. Cela s'est traduit par l'augmentation du nombre de sites de calibration et d'exercices d'intercalibration, l'amélioration et la standardisation des protocoles d'analyse, des développements instrumentaux, etc. Afin de poursuivre ces efforts et améliorer la compréhension des processus de fossilisation des signaux P&P autant du point de vue qualitatif que quantitatif, plusieurs approches méritent d'être développées et mieux exploitées.

En outre, une meilleure coordination pour exploiter les prélèvements de sédiments sub-actuels (sommets de carottes prélevés par des carottiers « interface ») pourrait être mise en place, par exemple en offrant aux équipes la possibilité de verser systématiquement dans un conservatoire national un doublon des sections de surface prélevées lors de carottage marins, lacustres ou de tourbière. Cette mise à disposition systématique à la communauté pourrait être un levier très efficace pour renforcer les efforts de calibration. Enfin, dater plus systématiquement encore que cela n'est fait à l'heure actuelle les enregistrements récents (couvrant le dernier siècle) à l'aide de radioéléments de courtes périodes permettrait de comparer directement les séries temporelles à la fenêtre instrumentale, afin de remettre l'amplitude des changements P&P reconstruits dans le contexte de la variabilité climatique et environnementale actuelle. À cette fin une coordination et un soutien au niveau national des plateformes offrant la possibilité de réaliser ce type de mesure pourrait être un accélérateur intéressant.

Au vu de la multiplication des Zones ateliers, des sites instrumentés et Services nationaux d'observation, il apparaît opportun de s'appuyer davantage sur ces sites et services qui peuvent être considérés comme sous-exploités pour la calibration des traceurs et proxies. Une utilisation plus systématique de ces sites de recherche pour aborder les thématiques P&P permettrait une meilleure prise en compte de la multitude de paramètres physiques et chimiques entrant en synergie dans la calibration des traceurs et proxies émergents. Par exemple, coupler les analyses P&P aux efforts de calibration que peuvent potentiellement offrir les SNO et les plateformes d'expérimentation (telles que celles par exemple répertoriées au sein du réseau AnaEE-France4), permettrait de tracer l'assimilation chimique des éléments d'intérêt en fonction des espèces pour une meilleure calibration / quantification des effets vitaux et au cours de la

mise en place des tissus. Ces sites instrumentés et l'expérimentation en laboratoire sous des conditions contrôlées sont des outils privilégiés pour la compréhension du fonctionnement des proxies et leur calibration. En domaine continental en particulier, cela permettrait de systématiser une approche méthodologique commune incluant les spécialistes des proxies, de mieux appréhender les proxies émergents fondés sur des molécules organiques et des signaux qui y sont associés, et de faciliter la création de référentiels actuels manquants (moléculaires, isotopiques, génomiques, etc.).

## B 4.2 MÉTHODOLOGIES INNOVANTES

Depuis la prospective de Garchy (1998), des avancées technologiques spectaculaires ont permis de développer des outils analytiques visant à mieux caractériser les P&P. Ces avancées représentent dans certains cas une véritable révolution dans la compréhension des variabilités P&P ainsi que dans la caractérisation des processus en jeu dans la formation des signaux. Ils permettent enfin d'affiner notre interprétation et la mise en contexte P&P des données géologiques, sédimentaires, glaciaires et archéologiques.

### B 4.2.1 Datations

Pour l'amélioration des chronomètres, le développement de méthodologies adaptées aux différents éléments est essentiel. Ces développements analytiques, associés à un accès facilité aux moyens de dosages des isotopes radioactifs classiquement utilisés à cette fin (210Pb, 137Cs, 241Am) faciliteront les datations et accélèreront les recherches de nouveaux marqueurs (e.g. isotopes du plutonium pour distinguer les différentes origines des retombées radioactives dues aux essais nucléaires) pour augmenter le cortège de marqueurs chronologiques en lien avec l'histoire environnementale, du local (e.g. occurrence d'événements climatiques ou géodynamiques extrêmes) au global (pollutions globales, éruptions volcaniques stratosphériques, interaction avec l'espace extraterrestre), en passant par le régional (histoire des pratiques menant à des contaminations spécifiques, connaissance des dates d'introduction d'espèces exotiques, etc.).

Des développements dans la technique de préparation des échantillons permettront aussi d'effectuer des mesures dans les sédiments sur des échantillons de très petite taille (en lien avec le MICADAS pour le 14C, pour les datations δ40Ar dans la glace) ou d'effectuer des mesures multiples sur les mêmes échantillons afin d'optimiser l'utilisation des archives climatiques précieuses (e.g. 36Cl, 10Be sur les
# B4. Développements analytiques

## B 4.1 CALIBRATION DES TRACEURS ET DES PROXIES PAR APPROCHES DE LABORATOIRE OU DE TERRAIN

Le développement des méthodes analytiques et expérimentales s'est accompagné d'efforts constants pour améliorer la calibration des proxies et traceurs utilisés dans les reconstructions P&P. Cela s'est traduit par l'augmentation du nombre de sites de calibration et d'exercices d'intercalibration, l'amélioration et la standardisation des protocoles d'analyse, des développements instrumentaux, etc. Afin de poursuivre ces efforts et améliorer la compréhension des processus de fossilisation des signaux P&P autant du point de vue qualitatif que quantitatif, plusieurs approches méritent d'être développées et mieux exploitées.

En outre, une meilleure coordination pour exploiter les prélèvements de sédiments sub-actuels (sommets de carottes prélevés par des carottiers « interface ») pourrait être mise en place, par exemple en offrant aux équipes la possibilité de verser systématiquement dans un conservatoire national un doublon des sections de surface prélevées lors de carottage marins, lacustres ou de tourbière. Cette mise à disposition systématique à la communauté pourrait être un levier très efficace pour renforcer les efforts de calibration. Enfin, dater plus systématiquement encore que cela n'est fait à l'heure actuelle les enregistrements récents (couvrant le dernier siècle) à l'aide de radioéléments de courtes périodes permettrait de comparer directement les séries temporelles à la fenêtre instrumentale, afin de remettre l'amplitude des changements P&P reconstruits dans le contexte de la variabilité climatique et environnementale actuelle. À cette fin une coordination et un soutien au niveau national des plateformes offrant la possibilité de réaliser ce type de mesure pourrait être un accélérateur intéressant.

Au vu de la multiplication des Zones ateliers, des sites instrumentés et Services nationaux d'observation, il apparaît opportun de s'appuyer davantage sur ces sites et services qui peuvent être considérés comme sous-exploités pour la calibration des traceurs et proxies. Une utilisation plus systématique de ces sites de recherche pour aborder les thématiques P&P permettrait une meilleure prise en compte de la multitude de paramètres physiques et chimiques entrant en synergie dans la calibration des traceurs et proxies émergents. Par exemple, coupler les analyses P&P aux efforts de calibration que peuvent potentiellement offrir les SNO et les plateformes d'expérimentation (telles que celles par exemple répertoriées au sein du réseau AnaEE-France4), permettrait de tracer l'assimilation chimique des éléments d'intérêt en fonction des espèces pour une meilleure calibration / quantification des effets vitaux et au cours de la

mise en place des tissus. Ces sites instrumentés et l'expérimentation en laboratoire sous des conditions contrôlées sont des outils privilégiés pour la compréhension du fonctionnement des proxies et leur calibration. En domaine continental en particulier, cela permettrait de systématiser une approche méthodologique commune incluant les spécialistes des proxies, de mieux appréhender les proxies émergents fondés sur des molécules organiques et des signaux qui y sont associés, et de faciliter la création de référentiels actuels manquants (moléculaires, isotopiques, génomiques, etc.).

## B 4.2 MÉTHODOLOGIES INNOVANTES

Depuis la prospective de Garchy (1998), des avancées technologiques spectaculaires ont permis de développer des outils analytiques visant à mieux caractériser les P&P. Ces avancées représentent dans certains cas une véritable révolution dans la compréhension des variabilités P&P ainsi que dans la caractérisation des processus en jeu dans la formation des signaux. Ils permettent enfin d'affiner notre interprétation et la mise en contexte P&P des données géologiques, sédimentaires, glaciaires et archéologiques.

### B 4.2.1 Datations

Pour l'amélioration des chronomètres, le développement de méthodologies adaptées aux différents éléments est essentiel. Ces développements analytiques, associés à un accès facilité aux moyens de dosages des isotopes radioactifs classiquement utilisés à cette fin (210Pb, 137Cs, 241Am) faciliteront les datations et accélèreront les recherches de nouveaux marqueurs (e.g. isotopes du plutonium pour distinguer les différentes origines des retombées radioactives dues aux essais nucléaires) pour augmenter le cortège de marqueurs chronologiques en lien avec l'histoire environnementale, du local (e.g. occurrence d'événements climatiques ou géodynamiques extrêmes) au global (pollutions globales, éruptions volcaniques stratosphériques, interaction avec l'espace extraterrestre), en passant par le régional (histoire des pratiques menant à des contaminations spécifiques, connaissance des dates d'introduction d'espèces exotiques, etc.).

Des développements dans la technique de préparation des échantillons permettront aussi d'effectuer des mesures dans les sédiments sur des échantillons de très petite taille (en lien avec le MICADAS pour le 14C, pour les datations δ40Ar dans la glace) ou d'effectuer des mesures multiples sur les mêmes échantillons afin d'optimiser l'utilisation des archives climatiques précieuses (e.g. 36Cl, 10Be sur les
mêmes échantillons de glace que les mesures d'isotopes de l'air piégé dans les bulles d'air).

De même, il y a un grand intérêt à développer les outils géochimiques permettant de déterminer les taux de sédimentation de manière quasi-continue entre deux points d'ancrage, tels l'3He extraterrestre (apporté par les micrométéorites) ou le 230Th.

Enfin, certaines techniques de datation sur des périodes récentes dont l'expertise était bien développée en France ont disparu alors que le besoin est important, notamment pour la spatialisation dans l'étude du changement climatique récent (e.g. pour les glaces polaires: 137Cs, spectrométrie alpha et gamma).

### B 4.2.2 Mieux exploiter les archives

Les nouvelles approches développées récemment permettront d'exploiter au mieux certaines archives, en particulier :

* d'acquérir des échantillons jusqu'alors inexploités (inclusions fluides des spéléothèmes et évaporites représentant des échantillons de pluie) pour reconstruire les paléotempératures et les paléoprécipitations;

* de mesurer certains marqueurs quantitatifs (acides gras hydroxylés) et certains isotopologues sur des fractions sédimentaires inexploitées (isotopologues de l'oxygène des silicates pour reconstruire le $^{17}$O-excess, proxy de l'humidité atmosphérique) ou sur des systèmes isotopiques encore sous-exploités (isotopologues des carbonates pour reconstruire le $\Delta^{47}CO_2$, paléothermomètre isotopique) pour tracer des variables-clés indépendamment de biais inhérents aux méthodes bien établies qui obscurcissent les signaux et en permettant une comparaison avec des marqueurs écologiques pour comprendre les spécificités des proxies;

* de réaliser des mesures isotopiques et géochimiques sur des analytes toujours plus petites et/ou complexes, afin de développer de nouvelles approches analytiques (e.g. analyses sur foraminifères individuels qui permettent d'extraire la variabilité climatique et/ou environnementale plutôt que leurs moyennes dans des fenêtres temporelles ciblées);

* d'acquérir à partir de l'analyse des isotopes stables appliqués aux minéraux qui se développent en milieu cassant (e.g. bassin, structures fragiles) et ductile les signatures de paléofluides (e.g. météoriques, métamorphiques, magmatiques) qui ont circulé dans la lithosphère à toutes les échelles de temps géologiques. Dans le cas des paléoprécipitations, ces signatures permettront de reconstituer les paléoreliefs à différentes périodes ciblées de l'histoire de la Terre;

* de développer et d'exploiter de nouvelles méthodes histologiques émergentes (squelettochronologie, analyses multi-isotopiques séquentielles sur la dentine archéologique, cémentochronologie, exploitation des informations enregistrées par la croissance des tissus ligneux - au-delà de la dendrologie), qui permettront in fine de développer des méthodes de comparaisons plus fines entre les données archéologiques et les longues séquences naturelles (voir également le chapitre B 1.2.3.1);

* de systématiser des mesures innovantes en géochimie organique et biologie moléculaire, (ADN ancien pour caractériser la présence/absence des taxons végétaux, animaux et/ou bactériens, voire viraux) et de développer la paléoprotéomique, de la paléogénomique et autres «omiques» pour une meilleure caractérisation de la biodiversité.

### B 4.2.3 Méthodes d'apprentissages et statistiques pour l'acquisition des données

Le développement concomitant des méthodes d'apprentissage profond appliquées à des intelligences artificielles et des instruments d'acquisition de données à haut débit, ouvre également un nouveau champ pour la paléoclimatologie. Les reconstitutions paléoclimatiques s'appuient très fortement sur l'utilisation de bioindicateurs marins et continentaux (foraminifères, pollens, radiolaires, coccolithes, diatomées, charbons, etc.). Au cours de la dernière décennie, des imageurs haut débit ont été commercialisés ou développés pour l'acquisition d'images de ces bioindicateurs. L'arrivée de méthodes d'apprentissage profond (e.g. réseaux de neurones convolutionnels), dont la précision s'approche de celle des taxonomistes, permet désormais des acquisitions massives d'images, leur classification automatisée et l'analyse automatisée de traits morphologiques. Pour les paléontologues travaillant sur les plus longues échelles de temps, l'utilisation de méthodes de digitalisation à haute résolution (CT-scans, stéréo, lidar) offre également des perspectives d'applications de méthodes d'apprentissage machine.

Cette approche big data des outils micropaléontologiques offre la perspective de reconstruire non seulement les compositions faunistiques et floristiques automatiquement, mais aussi de mieux comprendre les structures des populations, des mécanismes évolutifs (voire adaptatifs) de ces bioindicateurs. Parmi les enjeux méthodologiques liés à ces développements figurent le développement de chaînes de traitement récursives, permettant d'automatiser l'apprentissage après validation des reconnaissances, la détection de classes rares (imbalanced) pour lesquelles les jeux de données d'apprentissage sont par définition lacunaires, le développement de chaînes de traitements robustes pour les échantillons ayant subis des altérations, etc. En termes structurels, l'archivage et la FAIRisation de ces jeux de données d'images nécessitent également une réflexion collective, ainsi que la connexion avec des moyens de calculs mutualisés. Les reconstructions paléoclimatiques intègrent une phase de quantification des paramètres environnementaux à partir des données de proxies. Pour les bioindicateurs, les

<footnote>4- https://www.anaee-france.fr/</footnote>
mêmes échantillons de glace que les mesures d'isotopes de l'air piégé dans les bulles d'air).

De même, il y a un grand intérêt à développer les outils géochimiques permettant de déterminer les taux de sédimentation de manière quasi-continue entre deux points d'ancrage, tels l'3He extraterrestre (apporté par les micrométéorites) ou le 230Th.

Enfin, certaines techniques de datation sur des périodes récentes dont l'expertise était bien développée en France ont disparu alors que le besoin est important, notamment pour la spatialisation dans l'étude du changement climatique récent (e.g. pour les glaces polaires : 137Cs, spectrométrie alpha et gamma).

### B 4.2.2 Mieux exploiter les archives

Les nouvelles approches développées récemment permettront d'exploiter au mieux certaines archives, en particulier :

* d'acquérir des échantillons jusqu'alors inexploités (inclusions fluides des spéléothèmes et évaporites représentant des échantillons de pluie) pour reconstruire les paléotempératures et les paléoprécipitations;

* de mesurer certains marqueurs quantitatifs (acides gras hydroxylés) et certains isotopologues sur des fractions sédimentaires inexploitées (isotopologues de l'oxygène des silicates pour reconstruire le $^{17}$O-excess, proxy de l'humidité atmosphérique) ou sur des systèmes isotopiques encore sous-exploités (isotopologues des carbonates pour reconstruire le $\Delta^{47}CO_2$, paléothermomètre isotopique) pour tracer des variables-clés indépendamment de biais inhérents aux méthodes bien établies qui obscurcissent les signaux et en permettant une comparaison avec des marqueurs écologiques pour comprendre les spécificités des proxies;

* de réaliser des mesures isotopiques et géochimiques sur des analytes toujours plus petites et/ou complexes, afin de développer de nouvelles approches analytiques (e.g. analyses sur foraminifères individuels qui permettent d'extraire la variabilité climatique et/ou environnementale plutôt que leurs moyennes dans des fenêtres temporelles ciblées);

* d'acquérir à partir de l'analyse des isotopes stables appliqués aux minéraux qui se développent en milieu cassant (e.g. bassin, structures fragiles) et ductile les signatures de paléofluides (e.g. météoriques, métamorphiques, magmatiques) qui ont circulé dans la lithosphère à toutes les échelles de temps géologiques. Dans le cas des paléoprécipitations, ces signatures permettront de reconstituer les paléoreliefs à différentes périodes ciblées de l'histoire de la Terre;

* de développer et d'exploiter de nouvelles méthodes histologiques émergentes (squelettochronologie, analyses multi-isotopiques séquentielles sur la dentine archéologique, cémentochronologie, exploitation des informations enregistrées par la croissance des tissus ligneux - au-delà de la dendrologie), qui permettront in fine de développer des méthodes de comparaisons plus fines entre les données archéologiques et les longues séquences naturelles (voir également le chapitre B 1.2.3.1);

* de systématiser des mesures innovantes en géochimie organique et biologie moléculaire, (ADN ancien pour caractériser la présence/absence des taxons végétaux, animaux et/ou bactériens, voire viraux) et de développer la paléoprotéomique, de la paléogénomique et autres «omiques» pour une meilleure caractérisation de la biodiversité.

### B 4.2.3 Méthodes d'apprentissages et statistiques pour l'acquisition des données

Le développement concomitant des méthodes d'apprentissage profond appliquées à des intelligences artificielles et des instruments d'acquisition de données à haut débit, ouvre également un nouveau champ pour la paléoclimatologie. Les reconstitutions paléoclimatiques s'appuient très fortement sur l'utilisation de bioindicateurs marins et continentaux (foraminifères, pollens, radiolaires, coccolithes, diatomées, charbons, etc.). Au cours de la dernière décennie, des imageurs haut débit ont été commercialisés ou développés pour l'acquisition d'images de ces bioindicateurs. L'arrivée de méthodes d'apprentissage profond (e.g. réseaux de neurones convolutionnels), dont la précision s'approche de celle des taxonomistes, permet désormais des acquisitions massives d'images, leur classification automatisée et l'analyse automatisée de traits morphologiques. Pour les paléontologues travaillant sur les plus longues échelles de temps, l'utilisation de méthodes de digitalisation à haute résolution (CT-scans, stéréo, lidar) offre également des perspectives d'applications de méthodes d'apprentissage machine.

Cette approche big data des outils micropaléontologiques offre la perspective de reconstruire non seulement les compositions faunistiques et floristiques automatiquement, mais aussi de mieux comprendre les structures des populations, des mécanismes évolutifs (voire adaptatifs) de ces bioindicateurs. Parmi les enjeux méthodologiques liés à ces développements figurent le développement de chaînes de traitement récursives, permettant d'automatiser l'apprentissage après validation des reconnaissances, la détection de classes rares (imbalanced) pour lesquelles les jeux de données d'apprentissage sont par définition lacunaires, le développement de chaînes de traitements robustes pour les échantillons ayant subis des altérations, etc. En termes structurels, l'archivage et la FAIRisation de ces jeux de données d'images nécessitent également une réflexion collective, ainsi que la connexion avec des moyens de calculs mutualisés. Les reconstructions paléoclimatiques intègrent une phase de quantification des paramètres environnementaux à partir des données de proxies. Pour les bioindicateurs, les

<footnote>4- https://www.anaee-france.fr/</footnote>
fonctions de transfert ont été progressivement complétées par des outils statistiques, en apprentissage (Artificial Neural Networks), et plus récemment des statistiques basées sur les processus et des statistiques bayésiennes.

Les réseaux de neurones ouvrent aussi la possibilité de réaliser de façon automatique l'interprétation morphométrique des dépôts glaciaires bien datées (database Alpine ICE-D http://alpine.ice-d.org/), ceci afin de reconstruire des paléolignes d'équilibres glaciaire (paleoELA). Actuellement, ces reconstructions sont très chronophages et donnent les résultats hétérogènes lorsqu'elles sont réalisées à l'échelle de chaque vallée glaciaire par différentes équipes de chercheurs. Cette métrique est indispensable pour transformer les fluctuations glaciaires en variables climatiques, telles les températures et les précipitations. Une automatisation de cette approche a le potentiel de fournir une densité de données inédite pour documenter les gradients de températures verticaux (lapse rates) et régionaux, ou reconstruire de cartes de paléoprécipitations.

### B 4.3 NOUVEAUX INSTRUMENTS

L'essor des méthodologies va de pair avec le développement de nouveaux instruments, toujours plus sensibles et précis. Les transformations analytiques récentes qui nécessitent la poursuite d'efforts pour mieux exploiter les progrès technologiques majeures concernent en particulier le développement de nouveaux instruments permettant des analyses :

* durant des missions de terrain (adaptation des méthodes d'étude des carottes de glace «classiques» aux carottes de glace des versants raides, sondes de forage glaciaire pour mesures in-situ, moyens d'analyses rapides sur le terrain sur coupes naturelles ou carottages sédimentaires, analyseurs élémentaires et spectromètres laser de terrain pour une chimie isotopique précise des eaux avec possibilité d'embarquer sur des navires, etc.);

* toujours plus précises, simplifiées et/ou sur des quantités de matériel toujours plus réduites (analyse isotopique intra-moléculaire de molécules organiques (sucres, celulose) par 13C-RMN, microtomographie à rayons X (XCT-scan) pour caractériser la structure, la texture et la composition des dépôts sédimentaires en 3D et les relier aux modes de mise en place lors du dépôt, les méthodes de Fourier-Transform Mass spectrometry (FTMS) ouvrant la porte à l'identification au niveau moléculaire des composés organiques et organométalliques - quantifications organiques sédimentaire non destructive et à l'échelle millimétrique - et leurs rapports isotopiques précis dans des mélanges complexes pour évaluer des isotopologues auparavant inaccessibles, spectrométrie de masse par accélérateur pour les mesures du radiocarbone sur de très petites quantités (MICADAS), méthodes en spectrométrie optique applicables à de nombreux traceurs pour plus haute résolution temporelle et une meilleure précision, mesures d'aimantations plus rapides et plus économies

en gaz tels que les magnétomètres à pompage optique et les magnétomètres SQUID à haute température, etc.);

* sur des analytes avec des méthodes innovantes de purification préparatoires, ou dont les caractéristiques chimiques étaient auparavant peu exploitables (étapes préparatoires en chromatographie gazeuse ou liquide haute performance pour isoler des cétones, des stérols, des acides aminés, etc. pour analyses isotopiques et datations a posteriori, biomarqueurs moléculaires plus palaires que ceux classiquement analysés en chromatographie gazeuse tels que les acides gras hydroxylés, etc.);

* de plus en plus automatisées (automates de préparation des échantillons pour la géochimie élémentaire et isotopique pour augmenter les résolutions temporelles - sample throughput, automates de criblage optique et géochimique de tri de microparticules (microfluidique, cytométrie, automates de tri MiSo pour les foraminifères, etc.).
fonctions de transfert ont été progressivement complétées par des outils statistiques, en apprentissage (Artificial Neural Networks), et plus récemment des statistiques basées sur les processus et des statistiques bayésiennes.

Les réseaux de neurones ouvrent aussi la possibilité de réaliser de façon automatique l'interprétation morphométrique des dépôts glaciaires bien datées (database Alpine ICE-D http://alpine.ice-d.org/), ceci afin de reconstruire des paléolignes d'équilibres glaciaire (paleoELA). Actuellement, ces reconstructions sont très chronophages et donnent les résultats hétérogènes lorsqu'elles sont réalisées à l'échelle de chaque vallée glaciaire par différentes équipes de chercheurs. Cette métrique est indispensable pour transformer les fluctuations glaciaires en variables climatiques, telles les températures et les précipitations. Une automatisation de cette approche a le potentiel de fournir une densité de données inédite pour documenter les gradients de températures verticaux (lapse rates) et régionaux, ou reconstruire de cartes de paléoprécipitations.

### B 4.3 NOUVEAUX INSTRUMENTS

L'essor des méthodologies va de pair avec le développement de nouveaux instruments, toujours plus sensibles et précis. Les transformations analytiques récentes qui nécessitent la poursuite d'efforts pour mieux exploiter les progrès technologiques majeures concernent en particulier le développement de nouveaux instruments permettant des analyses :

* durant des missions de terrain (adaptation des méthodes d'étude des carottes de glace «classiques» aux carottes de glace des versants raides, sondes de forage glaciaire pour mesures in-situ, moyens d'analyses rapides sur le terrain sur coupes naturelles ou carottages sédimentaires, analyseurs élémentaires et spectromètres laser de terrain pour une chimie isotopique précise des eaux avec possibilité d'embarquer sur des navires, etc.);

* toujours plus précises, simplifiées et/ou sur des quantités de matériel toujours plus réduites (analyse isotopique intra-moléculaire de molécules organiques (sucres, celulose) par 13C-RMN, microtomographie à rayons X (XCT-scan) pour caractériser la structure, la texture et la composition des dépôts sédimentaires en 3D et les relier aux modes de mise en place lors du dépôt, les méthodes de Fourier-Transform Mass spectrometry (FTMS) ouvrant la porte à l'identification au niveau moléculaire des composés organiques et organométalliques - quantifications organiques sédimentaire non destructive et à l'échelle millimétrique - et leurs rapports isotopiques précis dans des mélanges complexes pour évaluer des isotopologues auparavant inaccessibles, spectrométrie de masse par accélérateur pour les mesures du radiocarbone sur de très petites quantités (MICADAS), méthodes en spectrométrie optique applicables à de nombreux traceurs pour plus haute résolution temporelle et une meilleure précision, mesures d'aimantations plus rapides et plus économies

en gaz tels que les magnétomètres à pompage optique et les magnétomètres SQUID à haute température, etc.);

* sur des analytes avec des méthodes innovantes de purification préparatoires, ou dont les caractéristiques chimiques étaient auparavant peu exploitables (étapes préparatoires en chromatographie gazeuse ou liquide haute performance pour isoler des cétones, des stérols, des acides aminés, etc. pour analyses isotopiques et datations a posteriori, biomarqueurs moléculaires plus palaires que ceux classiquement analysés en chromatographie gazeuse tels que les acides gras hydroxylés, etc.);

* de plus en plus automatisées (automates de préparation des échantillons pour la géochimie élémentaire et isotopique pour augmenter les résolutions temporelles - sample throughput, automates de criblage optique et géochimique de tri de microparticules (microfluidique, cytométrie, automates de tri MiSo pour les foraminifères, etc.).
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© P. STROPPA / CEA

Dans le cadre des moyens nationaux de calcul intensif mis à disposition de la communauté par GENCI, les calculateurs Jean-Zay du centre de calcul du CNRS(IDRIS) et Juliot-Curie du centre de calcul du CEA (TGCC) sont utilisés pour les simulations paleoclimatiques. Ils permettent aux chercheurs, français comme européens, de réaliser des simulations numériques haute performance et d'analyser les flots de données ainsi générées dans des domaines scientifiques très variés.
<figure><img src="image_83.png" /></figure>

© P. STROPPA / CEA

Dans le cadre des moyens nationaux de calcul intensif mis à disposition de la communauté par GENCI, les calculateurs Jean-Zay du centre de calcul du CNRS(IDRIS) et Juliot-Curie du centre de calcul du CEA (TGCC) sont utilisés pour les simulations paleoclimatiques. Ils permettent aux chercheurs, français comme européens, de réaliser des simulations numériques haute performance et d'analyser les flots de données ainsi générées dans des domaines scientifiques très variés.
# B5. Modélisation, simulations, intelligence artificielle

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

© Cyril FRESILLON / IDRIS / CNRS Images.

L'approfondissement de la représentation des processus physiques ou biogéochimiques bénéficie pour une grande part de l'avancée des connaissances et de la modélisation pour les conditions actuelles. Néanmoins, les conditions passées mettent l'accent sur des interactions, des rétroactions ou des processus engendrant des changements à long terme négligés pour l'étude de l'évolution récente du climat et qui constituent des priorités de développement pour les étudier.

## B 5.1 ENRICHIR LA PANOPLIE DE MODÈLES POUR COMPRENDRE ET INTERPRÉTER LE SIGNAL PALÉO

### B 5.1.1 La construction d'outils de modélisations simplifiés, conceptuels, en boîte ou intégrés multi-facteurs

La modélisation du climat vise deux objectifs complémentaires: simuler et comprendre. En paléoclimatologie, on

observe souvent des changements climatiques ou environnementaux sans en connaître véritablement les causes ou les mécanismes sous-jacents. Il est donc utile d'explorer différents scénarios à l'aide de modèles de complexité réduite, avant de s'aventurer dans des simulations numériques longues et coûteuses en temps de calcul. Ces bases conceptuelles peuvent aussi fournir un cadre d'analyse de modèles plus complexes. Deux types d'exemples vont guider les chains développements.

Sur le Quaternaire, les calottes de glace et le carbone pi-lotent le climat terrestre, mais les liens de cause à effet restent peu clairs. Notamment, si les entrées en glaciation (115kyrBP) précédent la baisse du CO₂, l'augmentation du CO₂ précède la déglaciation (11kyrBP). Ce schéma, obser-vé sur le dernier cycle, semble robuste et a servi de base à des modèles conceptuels. Cependant, ce type de modèle devrait mieux prendre en compte les variations paléoclima-tiques observées à plus haute fréquence (événements de Heinrich ou de Dansgaard-Oeschger) qui ont un rôle majeur
# B5. Modélisation, simulations, intelligence artificielle

<figure><img src="image_84.png" /></figure>

© Cyril FRESILLON / IDRIS / CNRS Images.

L'approfondissement de la représentation des processus physiques ou biogéochimiques bénéficie pour une grande part de l'avancée des connaissances et de la modélisation pour les conditions actuelles. Néanmoins, les conditions passées mettent l'accent sur des interactions, des rétroactions ou des processus engendrant des changements à long terme négligés pour l'étude de l'évolution récente du climat et qui constituent des priorités de développement pour les étudier.

## B 5.1 ENRICHIR LA PANOPLIE DE MODÈLES POUR COMPRENDRE ET INTERPRÉTER LE SIGNAL PALÉO

### B 5.1.1 La construction d'outils de modélisations simplifiés, conceptuels, en boîte ou intégrés multi-facteurs

La modélisation du climat vise deux objectifs complémentaires: simuler et comprendre. En paléoclimatologie, on

observe souvent des changements climatiques ou environnementaux sans en connaître véritablement les causes ou les mécanismes sous-jacents. Il est donc utile d'explorer différents scénarios à l'aide de modèles de complexité réduite, avant de s'aventurer dans des simulations numériques longues et coûteuses en temps de calcul. Ces bases conceptuelles peuvent aussi fournir un cadre d'analyse de modèles plus complexes. Deux types d'exemples vont guider les chains développements.

Sur le Quaternaire, les calottes de glace et le carbone pi-lotent le climat terrestre, mais les liens de cause à effet restent peu clairs. Notamment, si les entrées en glaciation (115kyrBP) précèdent la baisse du CO₂, l'augmentation du CO₂ précède la déglaciation (11kyrBP). Ce schéma, obser-vé sur le dernier cycle, semble robuste et a servi de base à des modèles conceptuels. Cependant, ce type de modèle devrait mieux prendre en compte les variations paléoclima-tiques observées à plus haute fréquence (événements de Heinrich ou de Dansgaard-Oeschger) qui ont un rôle majeur
lors des transitions, mais aussi les variations à plus long terme (MPT, transition Paleocène-Eocène, etc.) mettant en jeu des mécanismes encore mal identifiés, impliquant sans doute le cycle du carbone sur le long terme.

Sur les plus grandes échelles de temps (1Ma et plus), le lien entre forçage astronomique et cycle du carbone a été peu exploré, bien qu'il soit très bien identifié dans les enregistrements géologiques. Construire une théorie astronomique du cycle du carbone reste un défi majeur, dont la solution pourrait apporter des éléments d'explications aux grandes transitions géologiques observés au Cénozoïque, voire à des périodes plus anciennes.

Le développement des modèles simples du système climatique pourra aussi être poursuivi en représentant les composantes rapides (dont l'atmosphère) non plus de manière dynamique, mais de façon statistique ou thermodynamique comme cela a été proposé par l'approche de la maximisation de la production d'entropie.

### B 5.1.2 Modélisation pour les datations et l'établissement des chronologies

La chronologie des archives paléoclimatiques est un problème complexe en raison du manque de contraintes de datation absolue, en particulier au-delà de la limite imposée par la demi-vie du 14C. Il est souvent nécessaire de combiner différents types de contraintes chronologiques ou méthodes de datation sur chaque enregistrement. Il peut être utile de combiner aussi différentes archives en utilisant des points de calage stratigraphiques (e.g. tephras) entre les archives. Afin de mettre en cohérence les contraintes de datation absolue et stratigraphique pour chaque enregistrement et obtenir la meilleure datation finale avec des barres d'erreur robustes, des modèles probabilistes ou bayésiens sont utilisés.

Pour les glaces polaires, il est nécessaire de déterminer deux âges: l'âge de la glace et l'âge des bulles d'air, ce dernier étant plus jeune du fait de la profondeur de piégeage qui peut dépasser 100m. Pour combiner les différentes sources d'information chronologique, des modèles probabilistes comme Paleochrono ont été développés et prennent en compte les informations glaciologiques (accumulation, amincissement, profondeur de piégeage) et les contraintes de datation absolue et issues de synchronisation stratigraphique. Ce modèle peut inclure des carottes de glace et d'autres archives. Les enjeux futurs se situent autour de deux axes. D'une part, les utilisateurs doivent être formés à ces modèles pour que leur utilisation devienne une évidence. D'autre part, ces modèles peuvent être encore développés, par exemple pour prendre en compte les probabilités non-gaussiennes et pour automatiser la synchronisation d'enregistrements.

### B 5.1.3 Modélisation directe et inverse pour reconstituer le climat ou l'environnement

Les modèles de surface continentale (dynamique de la végétation naturelle) ou de biogéochimie marine offrent de plus en plus de possibilités pour représenter le fonctionnement de grandes familles d'écosystèmes. Ces modèles permettent par méthode inverse, c'est à dire en déterminant les variables climatiques en entrée du modèle permettant la simulation des écosystèmes reconstruits, de déterminer les caractéristiques climatiques et environnementales compatibles avec les reconstructions. Ce type d'approche sera étendue à la modélisation d'archives climatiques comme les coraux, les spéléothèmes ou les arbres, en interaction avec des partenaires en France et à l'international.

Ces modélisations des archives climatiques se multiplient dans tous les milieux, ainsi que des modèles permettant de comprendre les processus élémentaires d'acquisition du signal dans les sédiments ou les glaces. Ils permettront aussi d'avoir une meilleure compréhension des différentes composantes entrant en jeu dans le signal climatique et environnemental final. L'exploration de multiples facteurs (saisonnalité, profondeur, espèces voire préservation) et la façon dont ils sont imprimés dans différents types d'archives climatiques permettra *in fine* une meilleure interprétation des résultats des analyses géochimiques ou des assemblages floristiques ou faunistiques.

D'autres avancées vont pouvoir s'appuyer sur le développement de modèles dits de « paysages » (e.g. Badlands, LandLab, Fastscape, et plus récemment gospl). Ces modèles permettent de faire l'interface, à l'échelle globale et à haute résolution, entre les processus de la terre interne et le climat, afin de reconstruire les paysages à la surface du globe, en prenant notamment en compte l'incision des rivières et les flux sédimentaires. À terme, leur couplage avec les modèles de climat ouvre de nouvelles voies de recherche pour comprendre l'évolution des environnements.

### B 5.1.4 Modèles d'évolution et d'impact intégrant les changements environnementaux ou sociétaux

Plusieurs outils ont émergé permettant de faire le lien entre changements climatiques et environnementaux. D'une part la modélisation de distribution spatiale des espèces, encore appelée modélisation des niches écologiques, permet de prendre en compte des scénarios de changements climatiques passés ou futurs pour inférer les zones favorables à l'établissement de telle ou telle espèce. Ces modèles (e.g. Maxent) sont notamment beaucoup utilisés pour la compréhension de l'interaction spatio-temporelle des néandertaliens, humains et pré-humains avec leur environnement à toutes les échelles de temps (e.g. dispersion au Pliocène, interaction avec les mégafaunes à l'Holocène). Par ailleurs, de nouveaux modèles vont permettre, forcés par des simu-
lors des transitions, mais aussi les variations à plus long terme (MPT, transition Paleocène-Eocène, etc.) mettant en jeu des mécanismes encore mal identifiés, impliquant sans doute le cycle du carbone sur le long terme.

Sur les plus grandes échelles de temps (1Ma et plus), le lien entre forçage astronomique et cycle du carbone a été peu exploré, bien qu'il soit très bien identifié dans les enregistrements géologiques. Construire une théorie astronomique du cycle du carbone reste un défi majeur, dont la solution pourrait apporter des éléments d'explications aux grandes transitions géologiques observés au Cénozoïque, voire à des périodes plus anciennes.

Le développement des modèles simples du système climatique pourra aussi être poursuivi en représentant les composantes rapides (dont l'atmosphère) non plus de manière dynamique, mais de façon statistique ou thermodynamique comme cela a été proposé par l'approche de la maximisation de la production d'entropie.

### B 5.1.2 Modélisation pour les datations et l'établissement des chronologies

La chronologie des archives paléoclimatiques est un problème complexe en raison du manque de contraintes de datation absolue, en particulier au-delà de la limite imposée par la demi-vie du 14C. Il est souvent nécessaire de combiner différents types de contraintes chronologiques ou méthodes de datation sur chaque enregistrement. Il peut être utile de combiner aussi différentes archives en utilisant des points de calage stratigraphiques (e.g. tephras) entre les archives. Afin de mettre en cohérence les contraintes de datation absolue et stratigraphique pour chaque enregistrement et obtenir la meilleure datation finale avec des barres d'erreur robustes, des modèles probabilistes ou bayésiens sont utilisés.

Pour les glaces polaires, il est nécessaire de déterminer deux âges: l'âge de la glace et l'âge des bulles d'air, ce dernier étant plus jeune du fait de la profondeur de piégeage qui peut dépasser 100m. Pour combiner les différentes sources d'information chronologique, des modèles probabilistes comme Paleochrono ont été développés et prennent en compte les informations glaciologiques (accumulation, amincissement, profondeur de piégeage) et les contraintes de datation absolue et issues de synchronisation stratigraphique. Ce modèle peut inclure des carottes de glace et d'autres archives. Les enjeux futurs se situent autour de deux axes. D'une part, les utilisateurs doivent être formés à ces modèles pour que leur utilisation devienne une évidence. D'autre part, ces modèles peuvent être encore développés, par exemple pour prendre en compte les probabilités non-gaussiennes et pour automatiser la synchronisation d'enregistrements.

### B 5.1.3 Modélisation directe et inverse pour reconstituer le climat ou l'environnement

Les modèles de surface continentale (dynamique de la végétation naturelle) ou de biogéochimie marine offrent de plus en plus de possibilités pour représenter le fonctionnement de grandes familles d'écosystèmes. Ces modèles permettent par méthode inverse, c'est à dire en déterminant les variables climatiques en entrée du modèle permettant la simulation des écosystèmes reconstruits, de déterminer les caractéristiques climatiques et environnementales compatibles avec les reconstructions. Ce type d'approche sera étendue à la modélisation d'archives climatiques comme les coraux, les spéléothèmes ou les arbres, en interaction avec des partenaires en France et à l'international.

Ces modélisations des archives climatiques se multiplient dans tous les milieux, ainsi que des modèles permettant de comprendre les processus élémentaires d'acquisition du signal dans les sédiments ou les glaces. Ils permettront aussi d'avoir une meilleure compréhension des différentes composantes entrant en jeu dans le signal climatique et environnemental final. L'exploration de multiples facteurs (saisonnalité, profondeur, espèces voire préservation) et la façon dont ils sont imprimés dans différents types d'archives climatiques permettra *in fine* une meilleure interprétation des résultats des analyses géochimiques ou des assemblages floristiques ou faunistiques.

D'autres avancées vont pouvoir s'appuyer sur le développement de modèles dits de « paysages » (e.g. Badlands, LandLab, Fastscape, et plus récemment gospl). Ces modèles permettent de faire l'interface, à l'échelle globale et à haute résolution, entre les processus de la terre interne et le climat, afin de reconstruire les paysages à la surface du globe, en prenant notamment en compte l'incision des rivières et les flux sédimentaires. À terme, leur couplage avec les modèles de climat ouvre de nouvelles voies de recherche pour comprendre l'évolution des environnements.

### B 5.1.4 Modèles d'évolution et d'impact intégrant les changements environnementaux ou sociétaux

Plusieurs outils ont émergé permettant de faire le lien entre changements climatiques et environnementaux. D'une part la modélisation de distribution spatiale des espèces, encore appelée modélisation des niches écologiques, permet de prendre en compte des scénarios de changements climatiques passés ou futurs pour inférer les zones favorables à l'établissement de telle ou telle espèce. Ces modèles (e.g. Maxent) sont notamment beaucoup utilisés pour la compréhension de l'interaction spatio-temporelle des néandertaliens, humains et pré-humains avec leur environnement à toutes les échelles de temps (e.g. dispersion au Pliocène, interaction avec les mégafaunes à l'Holocène). Par ailleurs, de nouveaux modèles vont permettre, forcés par des simu-
lations numériques du climat, d'estimer les déplacements (dispersion) et la spéciation au cours du temps, proposant ainsi des cartes de biodiversité dans le temps (e.g. modèle GEN3SIS). Enfin, les avancées de la phylogénie moléculaire ont conduit au développement de modèles de spéciation et d'extinction qui peuvent être reliés à des forçages abiotiques, i.e. environnementaux (e.g. RPANDA). Utilisés en combinaisons avec les proxies paléoclimatiques et les simulations numériques des paléoclimats, ces modèles permettent de revoir l'influence des paléoenvironnements sur l'évolution du vivant.

## B 5.2 DÉVELOPPEMENTS DES MODÈLES SYSTÈME TERRE UTILISÉS POUR SIMuler LES PALEOCLIMATS

Deux modèles sont principalement développés et utilisés pour les simulations paléoclimatiques en France. Le modèle iLOVECLIM est un modèle de complexité intermédiaire permettant l'accès aux temps longs. Les développements de iLOVECLIM sont directement portés par l'équipe de modélisation du climat du LSCE, en collaboration avec la Vrije Universiteit Amsterdam (Pays-Bas). Le modèle de l'IPSL est un modèle du système Terre (ESM) dont les développements reposent sur différents laboratoires coordonnés par le centre de modélisation du climat de l'IPSL. Une version dédiée à l'étude des paléoclimats, IPSL-CM5A2, a été développée et publiée en 2020. Le projet PEPR TRACCS (2023-2030) doit aussi permettre d'accélérer le développement du modèle de l'IPSL, notamment en ce qui concerne son cœur dynamique. À ces développements s'ajoutent les spécificités propres aux paléoclimats, notamment les isotopes et traceurs et la capacité à réaliser des simulations multimilennaires qui doivent aussi être pérennisées.

### B 5.2.1 Renforcement des interactions sur les développements des modèles iLOVECLIM et IPSL

Bien que les contraintes de développements soient différentes entre iLOVECLIM et le modèle système Terre de l'IPSL, les principaux objectifs de développement se rejoignent, à la fois par le partage de composantes communes (e.g. le modèle de calotte de glace GRISLI) mais surtout grâce à des échanges de plus en plus nombreux entre les développeurs des deux types de modèles. Ces échanges sont centrés sur le partage de la modélisation de processus, en particulier pour les liens entre les modèles de biogéochimie marine (respectivement PISCES pour IPSL et OCYCC pour iLOVECLIM), impliquant des portages de paramétrisations du modèle d'océan NEMO, composante océan du modèle de l'IPSL, au modèle d'océan CLIO, composante océan du modèle iLOVECLIM. De même, une thèse est en cours où certains processus de surface bénéficiant d'une résolution explicite dans le modèle ORCHIDEE seront portés implicitement dans le module de végétation d'iLOVECLIM. Enfin, des tests de mécanismes dans iLOVECLIM à grande échelle

de temps et/ou sur des ensembles de simulations ou encore des méthodes d'ajustement impliquant des temps totaux de simulation très longs seront porteurs d'enseignement pour mettre en place des configurations avec les modèles plus lourds comme le modèle de l'IPSL.

### B 5.2.2 Évolution des contenus des composantes et des couplages

L'accroissement de façon modulaire de la complexité des modèles et l'augmentation de la cohérence entre les couplages des différents milieux resteront des axes de développement majeurs dans les prochaines années. Une plus grande attention devra être portée aux surfaces continentales, et plus particulièrement la représentation de la dynamique de la végétation naturelle et des interactions entre la végétation, le sol, l'hydrologie, et les interactions végétation/feu en dynamique. L'intégration de façon plus systématique des différents réservoirs d'eau comme les lacs et les interactions entre le cycle de l'eau de surface et de subsurface (aquifère) devraient aussi permettre de mieux prendre en compte les constantes du cycle de l'eau continental et les échanges entre le continent et l'océan. Ces différents développements se feront également en intégrant et revitant le cycle du carbone et ses interactions aux différentes échelles de temps avec les cycles de l'eau et de l'énergie. Les poussières et aérosols atmosphériques devraient être aussi intégrés de façon entièrement interactive en bénéficiant des développements de leur représentation minéralogique et une meilleure intégration avec une chimie interactive. Il en est de même pour le rôle de l'ozone et le couplage avec les variations du rayonnement solaire. Les calottes de glace devraient devenir des composantes à part entière des systèmes couplé, dont la complexité et la capacité à représenter des phénomènes de petites échelles spatio-temporelles continueront de progresser. Afin de pouvoir comparer de façon plus systématique les résultats des simulations aux reconstructions climatiques et environnementales, les versions de modèles devront intégrer en standard la représentation des différents traceurs biogéochimiques et la modélisation des isotopes de l'eau et du carbone.

### B 5.2.3 Prise en compte des constantes longues dans les ajustements des modèles

L'intégration des contraintes propres aux simulations des paléoclimats dans les objectifs de développement des modèles est cruciale. Ces dernières incluent notamment le design et le maintien de grilles spécifiques (exemple du modèle NEMO) et la nécessité d'avoir des codes stables dans des conditions extrêmes (e.g. très fortes concentrations en CO₂ atmosphérique). Les défis concernent aussi les besoins propres à la mise en équilibre des modèles pour étudier des climats dont les conditions sont éloignées des conditions actuelles. Des méthodes d'accélération des conditions de forçage ou de l'ajustement du modèle doivent être exploitées pour réduire les temps de calcul. Cet enjeu permettra
lations numériques du climat, d'estimer les déplacements (dispersion) et la spéciation au cours du temps, proposant ainsi des cartes de biodiversité dans le temps (e.g. modèle GEN3SIS). Enfin, les avancées de la phylogénie moléculaire ont conduit au développement de modèles de spéciation et d'extinction qui peuvent être reliés à des forçages abiotiques, i.e. environnementaux (e.g. RPANDA). Utilisés en combinaisons avec les proxies paléoclimatiques et les simulations numériques des paléoclimats, ces modèles permettent de revoir l'influence des paléoenvironnements sur l'évolution du vivant.

## B 5.2 DÉVELOPPEMENTS DES MODÈLES SYSTÈME TERRE UTILISÉS POUR SIMuler LES PALEOCLIMATS

Deux modèles sont principalement développés et utilisés pour les simulations paléoclimatiques en France. Le modèle iLOVECLIM est un modèle de complexité intermédiaire permettant l'accès aux temps longs. Les développements de iLOVECLIM sont directement portés par l'équipe de modélisation du climat du LSCE, en collaboration avec la Vrije Universiteit Amsterdam (Pays-Bas). Le modèle de l'IPSL est un modèle du système Terre (ESM) dont les développements reposent sur différents laboratoires coordonnés par le centre de modélisation du climat de l'IPSL. Une version dédiée à l'étude des paléoclimats, IPSL-CM5A2, a été développée et publiée en 2020. Le projet PEPR TRACCS (2023-2030) doit aussi permettre d'accélérer le développement du modèle de l'IPSL, notamment en ce qui concerne son cœur dynamique. À ces développements s'ajoutent les spécificités propres aux paléoclimats, notamment les isotopes et traceurs et la capacité à réaliser des simulations multimilennaires qui doivent aussi être pérennisées.

### B 5.2.1 Renforcement des interactions sur les développements des modèles iLOVECLIM et IPSL

Bien que les contraintes de développements soient différentes entre iLOVECLIM et le modèle système Terre de l'IPSL, les principaux objectifs de développement se rejoignent, à la fois par le partage de composantes communes (e.g. le modèle de calotte de glace GRISLI) mais surtout grâce à des échanges de plus en plus nombreux entre les développeurs des deux types de modèles. Ces échanges sont centrés sur le partage de la modélisation de processus, en particulier pour les liens entre les modèles de biogéochimie marine (respectivement PISCES pour IPSL et OCYCC pour iLOVECLIM), impliquant des portages de paramétrisations du modèle d'océan NEMO, composante océan du modèle de l'IPSL, au modèle d'océan CLIO, composante océan du modèle iLOVECLIM. De même, une thèse est en cours où certains processus de surface bénéficiant d'une résolution explicite dans le modèle ORCHIDEE seront portés implicitement dans le module de végétation d'iLOVECLIM. Enfin, des tests de mécanismes dans iLOVECLIM à grande échelle

de temps et/ou sur des ensembles de simulations ou encore des méthodes d'ajustement impliquant des temps totaux de simulation très longs seront porteurs d'enseignement pour mettre en place des configurations avec les modèles plus lourds comme le modèle de l'IPSL.

### B 5.2.2 Évolution des contenus des composantes et des couplages

L'accroissement de façon modulaire de la complexité des modèles et l'augmentation de la cohérence entre les couplages des différents milieux resteront des axes de développement majeurs dans les prochaines années. Une plus grande attention devra être portée aux surfaces continentales, et plus particulièrement la représentation de la dynamique de la végétation naturelle et des interactions entre la végétation, le sol, l'hydrologie, et les interactions végétation/feu en dynamique. L'intégration de façon plus systématique des différents réservoirs d'eau comme les lacs et les interactions entre le cycle de l'eau de surface et de subsurface (aquifère) devraient aussi permettre de mieux prendre en compte les constantes du cycle de l'eau continental et les échanges entre le continent et l'océan. Ces différents développements se feront également en intégrant et revitant le cycle du carbone et ses interactions aux différentes échelles de temps avec les cycles de l'eau et de l'énergie. Les poussières et aérosols atmosphériques devraient être aussi intégrés de façon entièrement interactive en bénéficiant des développements de leur représentation minéralogique et une meilleure intégration avec une chimie interactive. Il en est de même pour le rôle de l'ozone et le couplage avec les variations du rayonnement solaire. Les calottes de glace devraient devenir des composantes à part entière des systèmes couplé, dont la complexité et la capacité à représenter des phénomènes de petites échelles spatio-temporelles continueront de progresser. Afin de pouvoir comparer de façon plus systématique les résultats des simulations aux reconstructions climatiques et environnementales, les versions de modèles devront intégrer en standard la représentation des différents traceurs biogéochimiques et la modélisation des isotopes de l'eau et du carbone.

### B 5.2.3 Prise en compte des constantes longues dans les ajustements des modèles

L'intégration des contraintes propres aux simulations des paléoclimats dans les objectifs de développement des modèles est cruciale. Ces dernières incluent notamment le design et le maintien de grilles spécifiques (exemple du modèle NEMO) et la nécessité d'avoir des codes stables dans des conditions extrêmes (e.g. très fortes concentrations en CO₂ atmosphérique). Les défis concernent aussi les besoins propres à la mise en équilibre des modèles pour étudier des climats dont les conditions sont éloignées des conditions actuelles. Des méthodes d'accélération des conditions de forçage ou de l'ajustement du modèle doivent être exploitées pour réduire les temps de calcul. Cet enjeu permettra
à la fois de réduire la consommation énergétique pour des phases de calcul longues qui ne sont pas exploitées par la suite et le temps de restitution pour les projets scientifiques. Ces aspects demandent de porter une attention sur les composantes lentes du système aux échelles multisécu-laires à millénaires encore peu étudiées. Enfin des aspects méthodologiques doivent permettre de progresser sur la capacité à avoir des évolutions du trait de côte ou de la représentation du niveau marin, de l'extension des lacs ou des mers internes ou les grandes simulations transitoires. Ces aspects remettent en avant le besoin d'une réflexion sur les fermetures de bilans énergétiques, hydrologiques et des différents cycles biogéochimiques sans lesquelles il n'est pas possible d'étudier de façon fiable la sensibilité de ces paramètres aux différents forçages.

### B 5.2.4 Une meilleure articulation entre modélisation globale et régionale

L'utilisation de configurations régionales des modèles se généralise avec l'utilisation de la version zoom de LMDZ ou le modèle couplé océan-atmosphère de la Méditerranée. La focalisation sur l'échelle régionale de la prospective incite à anticiper une généralisation de besoins autour de ces configurations. Des travaux spécifiques devront pouvoir généraliser l'utilisation des zooms en couplé océan-atmosphère et de la possibilité d'avoir un couplage dans les 2 sens entre la configuration globale et un zoom régional pour identifier les rétroactions des changements régionaux représentés finement sur la grande échelle. De la même façon, les méthodes de descente d'échelle statistique vont se généraliser. L'ensemble de ces évolutions est aussi indispensable pour mieux répondre aux questions d'érosion ou d'archéologie qui nécessitent de très fines échelles spatiales aux longues échelles de temps, ce qui répond à des critères difficiles à concilier du point de vue de calcul haute performance.

## B 5.3 MODÈLES-DONNÉES POUR UNE MEILLEURE CARACTÉRISATION DES FORÇAGES EXTERNES

Plusieurs aspects concernent également les reconstitutions des forçages externes utilisés comme entrée des modèles de climat. Pour certains, des développements spécifiques sont nécessaires pour une bonne implémentation de ces forçages dans les modèles selon le niveau de complexité et les liens avec les paramétrisations physiques ou biogéochimiques. Ces facteurs externes sont principalement le rayonnement solaire (paramètres orbitaux ou éclairement), le volcanisme et les modifications des paleogéographies liées à tectonique des plaques ou à la présence de calottes de glace. D'autres facteurs ont aussi besoin d'être reconstritués pour représenter les conditions de surface lorsque l'ensemble des composantes du système Terre ne sont pas considérées.

### B 5.3.1 Volcans

Dans la poursuite des travaux des dernières années, une caractérisation approfondie des éruptions volcanique se poursuivra de façon à identifier plus finement les types d'aérosols, les espèces chimiques, les localisations et la saisonnalité des éruptions. L'implémentation dans le modèle bénéficiera des travaux menés dernièrement pour les simulations des mille dernières années.

### B 5.3.2 Paléogéographie

La reconstruction de la paléogéographie repose sur les données paléomagnétiques qui permettent de restituer la paléoposition des blocs continentaux (en latitude et en orientation) à un âge donné. En complément, les paramètres cinématiques des océans permettent de contraindre la position relative des continents les uns par rapport aux autres (mais uniquement jusqu'à 180 Ma). Les archives sédimentologiques apportent de leur côté des informations sur les paléoenvironnements passés et contraignent, entre autres, la position du trait de côte qui varie en fonction de la déformation de l'écorce terrestre et de l'eustatisme marin. Certains évènements géologiques restent néanmoins difficiles à reconstruire comme l'évolution bathymétrique des passages océaniques qui influencent les courants océaniques, mais surtout la paléo-topographie, en raison d'un nombre limité de données pour contraindre les paléoaltitudes. Lorsqu'elles sont disponibles, ces données concernent pour l'essentiel les grandes orogénèses du Cénozoïque mais sont entachées d'une large incertitude. L'amélioration de ces reconstructions paléogéographiques reste donc un prérequis indispensable dont dépend la capacité à simuler les climats pré-Quaternaire. Cela nécessite de poursuivre l'effort d'acquisition de données paléomagnétiques, pour contraindre la position des continents (notamment au Précambrien), ou de données permettant de contraindre les paléoaltitudes des reliefs. Cela implique également de développer des bases de données qui regroupent l'information nécessaire pour reconstruire la paléogéographie avec une résolution spatiale et temporelle aussi fine que possible.

### B 5.3.3 Autres conditions aux limites

Pour de nombreuses simulations de la distribution des aérosols ou des zones de soulèvement de poussières, les changements de végétation ou de type de surface sont considérés comme des conditions aux limites. Les méthodologies vont évoluer en associant de plus en plus de résultats de simulations numériques et d'observations pour fournir des conditions aux limites les plus conformes aux informations disponibles pour les climats étudiés. Tout comme pour le climat futur, un accent sera aussi mis sur l'Holocène pour tenir compte de l'évolution de l'utilisation des terres depuis le début de l'agriculture et de l'élevage, en lien avec les groupes de travail internationaux travaillant sur ces sujets pour différentes régions du globe, en particulier dans
à la fois de réduire la consommation énergétique pour des phases de calcul longues qui ne sont pas exploitées par la suite et le temps de restitution pour les projets scientifiques. Ces aspects demandent de porter une attention sur les composantes lentes du système aux échelles multisécu-laires à millénaires encore peu étudiées. Enfin des aspects méthodologiques doivent permettre de progresser sur la capacité à avoir des évolutions du trait de côte ou de la représentation du niveau marin, de l'extension des lacs ou des mers internes ou les grandes simulations transitoires. Ces aspects remettent en avant le besoin d'une réflexion sur les fermetures de bilans énergétiques, hydrologiques et des différents cycles biogéochimiques sans lesquelles il n'est pas possible d'étudier de façon fiable la sensibilité de ces paramètres aux différents forçages.

### B 5.2.4 Une meilleure articulation entre modélisation globale et régionale

L'utilisation de configurations régionales des modèles se généralise avec l'utilisation de la version zoom de LMDZ ou le modèle couplé océan-atmosphère de la Méditerranée. La focalisation sur l'échelle régionale de la prospective incite à anticiper une généralisation de besoins autour de ces configurations. Des travaux spécifiques devront pouvoir généraliser l'utilisation des zooms en couplé océan-atmosphère et de la possibilité d'avoir un couplage dans les 2 sens entre la configuration globale et un zoom régional pour identifier les rétroactions des changements régionaux représentés finement sur la grande échelle. De la même façon, les méthodes de descente d'échelle statistique vont se généraliser. L'ensemble de ces évolutions est aussi indispensable pour mieux répondre aux questions d'érosion ou d'archéologie qui nécessitent de très fines échelles spatiales aux longues échelles de temps, ce qui répond à des critères difficiles à concilier du point de vue de calcul haute performance.

## B 5.3 MODÈLES-DONNÉES POUR UNE MEILLEURE CARACTÉRISATION DES FORÇAGES EXTERNES

Plusieurs aspects concernent également les reconstitutions des forçages externes utilisés comme entrée des modèles de climat. Pour certains, des développements spécifiques sont nécessaires pour une bonne implémentation de ces forçages dans les modèles selon le niveau de complexité et les liens avec les paramétrisations physiques ou biogéochimiques. Ces facteurs externes sont principalement le rayonnement solaire (paramètres orbitaux ou éclairement), le volcanisme et les modifications des paleogéographies liées à tectonique des plaques ou à la présence de calottes de glace. D'autres facteurs ont aussi besoin d'être reconstritués pour représenter les conditions de surface lorsque l'ensemble des composantes du système Terre ne sont pas considérées.

### B 5.3.1 Volcans

Dans la poursuite des travaux des dernières années, une caractérisation approfondie des éruptions volcanique se poursuivra de façon à identifier plus finement les types d'aérosols, les espèces chimiques, les localisations et la saisonnalité des éruptions. L'implémentation dans le modèle bénéficiera des travaux menés dernièrement pour les simulations des mille dernières années.

### B 5.3.2 Paléogéographie

La reconstruction de la paléogéographie repose sur les données paléomagnétiques qui permettent de restituer la paléoposition des blocs continentaux (en latitude et en orientation) à un âge donné. En complément, les paramètres cinématiques des océans permettent de contraindre la position relative des continents les uns par rapport aux autres (mais uniquement jusqu'à 180 Ma). Les archives sédimentologiques apportent de leur côté des informations sur les paléoenvironnements passés et contraignent, entre autres, la position du trait de côte qui varie en fonction de la déformation de l'écorce terrestre et de l'eustatisme marin. Certains évènements géologiques restent néanmoins difficiles à reconstruire comme l'évolution bathymétrique des passages océaniques qui influencent les courants océaniques, mais surtout la paléo-topographie, en raison d'un nombre limité de données pour contraindre les paléoaltitudes. Lorsqu'elles sont disponibles, ces données concernent pour l'essentiel les grandes orogénèses du Cénozoïque mais sont entachées d'une large incertitude. L'amélioration de ces reconstructions paléogéographiques reste donc un prérequis indispensable dont dépend la capacité à simuler les climats pré-Quaternaire. Cela nécessite de poursuivre l'effort d'acquisition de données paléomagnétiques, pour contraindre la position des continents (notamment au Précambrien), ou de données permettant de contraindre les paléoaltitudes des reliefs. Cela implique également de développer des bases de données qui regroupent l'information nécessaire pour reconstruire la paléogéographie avec une résolution spatiale et temporelle aussi fine que possible.

### B 5.3.3 Autres conditions aux limites

Pour de nombreuses simulations de la distribution des aérosols ou des zones de soulèvement de poussières, les changements de végétation ou de type de surface sont considérés comme des conditions aux limites. Les méthodologies vont évoluer en associant de plus en plus de résultats de simulations numériques et d'observations pour fournir des conditions aux limites les plus conformes aux informations disponibles pour les climats étudiés. Tout comme pour le climat futur, un accent sera aussi mis sur l'Holocène pour tenir compte de l'évolution de l'utilisation des terres depuis le début de l'agriculture et de l'élevage, en lien avec les groupes de travail internationaux travaillant sur ces sujets pour différentes régions du globe, en particulier dans
les projets du programme Future Earth, dont PAGES. Ces reconstructions devront s'inscrire dans une continuité par rapport à ce qui est actuellement disponible pour le dernier millénaire. De plus une vigilance accrue sur les questions de cohérence entre les périodes devra permettre d'étudier la transition passé/présent/futur de façon plus cohérente que ce qui se fait actuellement.

## B 5.4 STATISTIQUES, INTELLIGENCE ARTIFICIELLE ET INTÉGRATIONS MODÈLES DONNÉES

Le recours à des méthodes de plus en plus évoluées pour les comparaisons modèles/données et la reconstitution de variables ou d'indicateurs climatiques va se poursuivre. De nouveaux champs se sont ouverts avec l'assimilation des données et les contraintes émergentes pour le réglage des modèles ou l'évaluation des projections futures. Outre les méthodes inverses, de nombreuses méthodes se développent et sont basées sur les possibilités offertes par l'intelligence artificielle et l'exploration plus systématique des jeux de données. En support aux défis scientifiques présents dans la section B 2, cette boite à outil va s'enrichir.

### B 5.4.1 Événements et causalité

Pour permettre à la fois d'identifier les événements et les chaînes de causalité, plusieurs méthodes basées sur les réseaux de neurones ou issues de la théorie des graphes, utilisant ou non l'entropie du signal pour identifier les changements de régimes ont vu le jour. L'enjeu sera de disposer de méthodologies permettant d'identifier les points de base, de caractériser des événements climatiques comme les événements El Niño ou des régimes de temps affectant les moyennes latitudes, ou des événement extrêmes dont des extrêmes rares mais générateurs de forts impacts. Ces méthodes permettront de mieux tirer parti de l'information variée issue des différentes archives climatiques et de la combiner aux résultats des simulations climatiques. Une expertise solide existe dans différents laboratoires mais elle devrait être mieux mise en réseau.

### B 5.4.2 Recours aux émulateurs pour l'ajustement des modèles ou les contraintes émergentes

Les reconstructions climatiques et la confrontation modèle/donnée offre également la possibilité d'apporter des contraintes dans le développement et l'ajustement des modèles. Les avancées récentes sur le développement et l'application d'émulateurs et la proximité des équipes de modélisation paléoclimatiques avec les chercheurs impliqués sur ce type de sujet dans le programme de recherche TRACCS permet d'identifier la meilleure prise en compte de l'information paléoenvironnementale dans les développements des modèles comme un axe porteur. Les approches basées sur le développement d'émulateurs permettront aussi d'ap-

porter des contraintes sur les trajectoires de changement climatique, suivant ce qui a été initié pour proposer des trajectoires futures prenant en compte les informations des modèles et des observations récentes dans le dernier rapport du GIEC.

### B 5.4.3 Reconstruction d'indices paléoclimatiques

Les méthodes permettant les reconstructions d'indices climatiques sur les derniers millénaires s'appuient habituellement sur la période de recouvrement entre enregistrements paléoclimatiques et instrumentaux pour mettre en place des modèles statistiques simples (e.g. régression linéaire). Des approches plus fines, s'appuyant toujours sur des approches en régression, mais utilisant l'ensemble des enregistrements disponibles (base de données internationale type PAGES2K, NEOTOMA, PANGAEA) et des méthodes avancées, incluant les approches non-linéaires de l'intelligence artificielle (e.g. forêts aléatoires), ont été développées récemment, et ont fait l'objet de la mise à disposition d'un outil logiciel ouvert à l'ensemble de la communauté (nommé ClimIndRec⁵). Ce type d'approche sera généralisé pour permettre des validations variées, aussi bien au sein de la méthodes statistiques (validation croisée), qu'en utilisant des modèles climatiques en mode « pseudo-proxies » qui permettent d'évaluer la pertinence de la méthode dans le monde du modèle.

### B 5.4.4 Assimilation de données

L'assimilation des proxies climatiques dans les modèles de climat constitue un moyen puissant d'obtenir une reconstitution climatique globale cohérente et d'identifier les mécanismes clés des changements climatiques. Les premiers développements sont en cours de réalisation avec le modèle de l'IPSL pour les 2000 dernières années. Une solution théorique a récemment été développée pour pallier au problème de dégénérescence du filtre associé à la résolution d'un problème de grande dimension avec un nombre insuffisant de particules (ou de membres d'un grand ensemble). La méthode consiste à augmenter significativement le nombre de particules et utiliser un émulateur statistique du modèle couplé IPSL-CM6A, ce qui permet aussi de limiter les coûts de calcul élevés liés à l'utilisation d'un modèle de circulation générale. Cette nouvelle méthode qui fait appel à l'intelligence artificielle est intégrée dans la chaîne de production du modèle de l'IPSL. Ce filtre à particule avec ré-échantillonnage baptisé SIR-LIM (SIR pour Sequential Importance Re-sampling) est adapté pour l'étude des longues échelles de temps des paléoclimats. Il a fait sa preuve de concept, et permet aujourd'hui de guider au fil de l'eau les simulations du modèle couplé de l'IPSL par les séries climatiques issues des proxies tout en préservant la cohérence physique le long du processus d'assimilation.
les projets du programme Future Earth, dont PAGES. Ces reconstructions devront s'inscrire dans une continuité par rapport à ce qui est actuellement disponible pour le dernier millénaire. De plus une vigilance accrue sur les questions de cohérence entre les périodes devra permettre d'étudier la transition passé/présent/futur de façon plus cohérente que ce qui se fait actuellement.

## B 5.4 STATISTIQUES, INTELLIGENCE ARTIFICIELLE ET INTÉGRATIONS MODÈLES DONNÉES

Le recours à des méthodes de plus en plus évoluées pour les comparaisons modèles/données et la reconstitution de variables ou d'indicateurs climatiques va se poursuivre. De nouveaux champs se sont ouverts avec l'assimilation des données et les contraintes émergentes pour le réglage des modèles ou l'évaluation des projections futures. Outre les méthodes inverses, de nombreuses méthodes se développent et sont basées sur les possibilités offertes par l'intelligence artificielle et l'exploration plus systématique des jeux de données. En support aux défis scientifiques présents dans la section B 2, cette boite à outil va s'enrichir.

### B 5.4.1 Événements et causalité

Pour permettre à la fois d'identifier les événements et les chaînes de causalité, plusieurs méthodes basées sur les réseaux de neurones ou issues de la théorie des graphes, utilisant ou non l'entropie du signal pour identifier les changements de régimes ont vu le jour. L'enjeu sera de disposer de méthodologies permettant d'identifier les points de base, de caractériser des événements climatiques comme les événements El Niño ou des régimes de temps affectant les moyennes latitudes, ou des événement extrêmes dont des extrêmes rares mais générateurs de forts impacts. Ces méthodes permettront de mieux tirer parti de l'information variée issue des différentes archives climatiques et de la combiner aux résultats des simulations climatiques. Une expertise solide existe dans différents laboratoires mais elle devrait être mieux mise en réseau.

### B 5.4.2 Recours aux émulateurs pour l'ajustement des modèles ou les contraintes émergentes

Les reconstructions climatiques et la confrontation modèle/donnée offre également la possibilité d'apporter des contraintes dans le développement et l'ajustement des modèles. Les avancées récentes sur le développement et l'application d'émulateurs et la proximité des équipes de modélisation paléoclimatiques avec les chercheurs impliqués sur ce type de sujet dans le programme de recherche TRACCS permet d'identifier la meilleure prise en compte de l'information paléoenvironnementale dans les développements des modèles comme un axe porteur. Les approches basées sur le développement d'émulateurs permettront aussi d'ap-

porter des contraintes sur les trajectoires de changement climatique, suivant ce qui a été initié pour proposer des trajectoires futures prenant en compte les informations des modèles et des observations récentes dans le dernier rapport du GIEC.

### B 5.4.3 Reconstruction d'indices paléoclimatiques

Les méthodes permettant les reconstructions d'indices climatiques sur les derniers millénaires s'appuient habituellement sur la période de recouvrement entre enregistrements paléoclimatiques et instrumentaux pour mettre en place des modèles statistiques simples (e.g. régression linéaire). Des approches plus fines, s'appuyant toujours sur des approches en régression, mais utilisant l'ensemble des enregistrements disponibles (base de données internationale type PAGES2K, NEOTOMA, PANGAEA) et des méthodes avancées, incluant les approches non-linéaires de l'intelligence artificielle (e.g. forêts aléatoires), ont été développées récemment, et ont fait l'objet de la mise à disposition d'un outil logiciel ouvert à l'ensemble de la communauté (nommé ClimIndRec⁵). Ce type d'approche sera généralisé pour permettre des validations variées, aussi bien au sein de la méthodes statistiques (validation croisée), qu'en utilisant des modèles climatiques en mode « pseudo-proxies » qui permettent d'évaluer la pertinence de la méthode dans le monde du modèle.

### B 5.4.4 Assimilation de données

L'assimilation des proxies climatiques dans les modèles de climat constitue un moyen puissant d'obtenir une reconstitution climatique globale cohérente et d'identifier les mécanismes clés des changements climatiques. Les premiers développements sont en cours de réalisation avec le modèle de l'IPSL pour les 2000 dernières années. Une solution théorique a récemment été développée pour pallier au problème de dégénérescence du filtre associé à la résolution d'un problème de grande dimension avec un nombre insuffisant de particules (ou de membres d'un grand ensemble). La méthode consiste à augmenter significativement le nombre de particules et utiliser un émulateur statistique du modèle couplé IPSL-CM6A, ce qui permet aussi de limiter les coûts de calcul élevés liés à l'utilisation d'un modèle de circulation générale. Cette nouvelle méthode qui fait appel à l'intelligence artificielle est intégrée dans la chaîne de production du modèle de l'IPSL. Ce filtre à particule avec ré-échantillonnage baptisé SIR-LIM (SIR pour Sequential Importance Re-sampling) est adapté pour l'étude des longues échelles de temps des paléoclimats. Il a fait sa preuve de concept, et permet aujourd'hui de guider au fil de l'eau les simulations du modèle couplé de l'IPSL par les séries climatiques issues des proxies tout en préservant la cohérence physique le long du processus d'assimilation.
# B 5.5 CALCUL

## B 5.5.1 Simulations dimensionnantes

Les simulation paléoclimatiques réalisées avec les modèles système Terre posent plusieurs défis de temps de calcul et de performances HPC. Les rétroactions lentes du système imposent de réaliser des simulations longues et gourmandes en ressource de calcul. Il faut néanmoins garder des temps de restitution courts, ce qui impose de choisir des résolutions plus faibles que ce qui est utilisé pour le climat actuel et futur pour de nombreuses études, tout en ayant la possibilité de travailler à haute résolution pour les intégrations des couplages avec la calotte ou la représentation des surfaces continentales (végétation sous-maille, surfaces en eau, etc.).

La réalisation d'ensembles de simulations va se généraliser à différents types de simulations longues dans différentes configurations climatiques pour explorer les transitions, identifier des bifurcations ou points critiques, ou étudier les variabilités multiséculaires à multimillénaires. En ce sens la dernière déglaciation qui nécessite environ 20000 ans de simulation est un indicateur du type de simulation standard qui se profile d'ici une dizaine d'années, en parallèle ce sont des ensemble multi-cycles climatiques qui seront réalisés avec iLOVECLIM. Les longueurs plus standard resteront de l'ordre de 5000 ans pour disposer des statistiques suffisantes pour explorer les interactions entre les changements d'état moyen, les variabilités interannuelles à millénaires et les événements extrêmes.

Un autre dimensionnement des simulations va être lié au passage d'échelle entre des simulations globales et des simulations régionales, ou entre ces simulations et des simulations de proxies ou de résolution encore plus fine (comme des « Large Eddy Simulations ») pour étudier les processus. Ces intégrations devront pouvoir se réaliser à la volée au cours d'une simulation pour optimiser les temps de restitution des expériences, une expérience étant considéré ici comme l'ensemble des simulations cohérentes à mettre en œuvre pour un problème donné.

## B 5.5.2 Dimensionnement des besoins en calcul haute performance

Les dimensionnements fournis ici ne considèrent que les simulations réalisées avec les modèles système Terre comme le modèle de l'IPSL pour lequel il y a actuellement une force de développement pour l'étude des paléoclimats et qui nécessite d'avoir accès à des calculateurs nationaux (Tier 1) ou internationaux (Tier 0, européens).

Les simulations actuelles pour le paléoclimat sont de 500 à 1000 ans de façon standard. Les simulations des derniers 6000 ans réalisées ces dernières années préfigurent la longueur d'une simulation standard dans les années à venir pour aborder des transitions climatiques ou environnementales. L'enjeu actuel en termes de dimensionnement et de type de simulation est de pouvoir simuler une déglaciation complète. Ce type de simulation devrait pouvoir être fait de façon routinière d'ici 10 ans. De mêmes ces simulations devront inclure en standard les traceurs et isotopes de l'eau

<table><thead><tr><td>Version du modèle</td><td>Résolution LMDZ; NEMO</td><td>Nombre de cœurs</td><td>Nombre d'années simulées par jour</td><td>Nombre de jours pour 20 000 ans simulés</td></tr></thead><tbody><tr><td>IPSLCM6 - LR</td><td>LMDZ 144x142x79; eORCA1.2</td><td>1 952 cœurs LMDZ : 1 136 NEMO: 720</td><td>24 ans</td><td>835 jours</td></tr><tr><td>IPSLCM6 - LR avec isotopes</td><td>LMDZ 144x142x79; eORCA1.2</td><td>1 586 cœurs LMDZ : 1 136 NEMO: 450</td><td>12 ans</td><td>1 670 jours</td></tr><tr><td>IPSLCM7 - LR</td><td>ICO-LMD NBP40 eORCA1.4 (avec NEMO 4.2)</td><td>10 240 cœurs</td><td>90 ans</td><td>225 jours</td></tr><tr><td>IPSLCM7 - LR</td><td>ICO-LMD NBP40 eORCA1.4 (avec NEMO 4.2)</td><td>~90 millions d'heure- cœur</td><td>45 ans</td><td>450 jours</td></tr></tbody></table>

Tableau B 2.5.1 – Estimation du calcul nécessaire pour réaliser une simulation de 20000 ans avec la version actuelle du modèle de l'IPSL à basse résolution et le futur modèle basé sur le cœur dynamique DYNAMICO pour l'atmosphère. Les heures sont estimées par rapport à la machine AMD de Joliot-Curie (TGCC) utilisée actuellement. Pour ces estimations il y a recours à du dépeuplement (1 cœur sur 2) pour avoir des performances. L'estimation des coûts ne tient pas compte du modèle de calotte, ni des sophistications du modèle de surface continentale, qui représentent un facteur faible au regard de l'ensemble du modèle couplé.
## B 5.5 CALCUL

### B 5.5.1 Simulations dimensionnantes

Les simulation paléoclimatiques réalisées avec les modèles système Terre posent plusieurs défis de temps de calcul et de performances HPC. Les rétroactions lentes du système imposent de réaliser des simulations longues et gourmandes en ressource de calcul. Il faut néanmoins garder des temps de restitution courts, ce qui impose de choisir des résolutions plus faibles que ce qui est utilisé pour le climat actuel et futur pour de nombreuses études, tout en ayant la possibilité de travailler à haute résolution pour les intégrations des couplages avec la calotte ou la représentation des surfaces continentales (végétation sous-maille, surfaces en eau, etc.).

La réalisation d'ensembles de simulations va se généraliser à différents types de simulations longues dans différentes configurations climatiques pour explorer les transitions, identifier des bifurcations ou points critiques, ou étudier les variabilités multiséculaires à multimillénaires. En ce sens la dernière déglaciation qui nécessite environ 20000 ans de simulation est un indicateur du type de simulation standard qui se profile d'ici une dizaine d'années, en parallèle ce sont des ensemble multi-cycles climatiques qui seront réalisés avec iLOVECLIM. Les longueurs plus standard resteront de l'ordre de 5000 ans pour disposer des statistiques suffisantes pour explorer les interactions entre les changements d'état moyen, les variabilités interannuelles à millénaires et les événements extrêmes.

Un autre dimensionnement des simulations va être lié au passage d'échelle entre des simulations globales et des simulations régionales, ou entre ces simulations et des simulations de proxies ou de résolution encore plus fine (comme des « Large Eddy Simulations ») pour étudier les processus. Ces intégrations devront pouvoir se réaliser à la volée au cours d'une simulation pour optimiser les temps de restitution des expériences, une expérience étant considéré ici comme l'ensemble des simulations cohérentes à mettre en œuvre pour un problème donné.

### B 5.5.2 Dimensionnement des besoins en calcul haute performance

Les dimensionnements fournis ici ne considèrent que les simulations réalisées avec les modèles système Terre comme le modèle de l'IPSL pour lequel il y a actuellement une force de développement pour l'étude des paléoclimats et qui nécessite d'avoir accès à des calculateurs nationaux (Tier 1) ou internationaux (Tier 0, européens).

Les simulations actuelles pour le paléoclimat sont de 500 à 1000 ans de façon standard. Les simulations des derniers 6000 ans réalisées ces dernières années préfigurent la longueur d'une simulation standard dans les années à venir pour aborder des transitions climatiques ou environnementales. L'enjeu actuel en termes de dimensionnement et de type de simulation est de pouvoir simuler une déglaciation complète. Ce type de simulation devrait pouvoir être fait de façon routinière d'ici 10 ans. De mêmes ces simulations devront inclure en standard les traceurs et isotopes de l'eau

<table><thead><tr><td>Version du modèle</td><td>Résolution LMDZ; NEMO</td><td>Nombre de cœurs</td><td>Nombre d'années simulées par jour</td><td>Nombre de jours pour 20 000 ans simulés</td></tr></thead><tbody><tr><td>IPSLCM6 - LR</td><td>LMDZ 144x142x79; eORCA1.2</td><td>1 952 cœurs LMDZ : 1 136 NEMO: 720</td><td>24 ans</td><td>835 jours</td></tr><tr><td>IPSLCM6 - LR avec isotopes</td><td>LMDZ 144x142x79; eORCA1.2</td><td>1 586 cœurs LMDZ : 1 136 NEMO: 450</td><td>12 ans</td><td>1 670 jours</td></tr><tr><td>IPSLCM7 - LR</td><td>ICO-LMD NBP40 eORCA1.4 (avec NEMO 4.2)</td><td>10 240 cœurs</td><td>90 ans</td><td>225 jours</td></tr><tr><td>IPSLCM7 - LR</td><td>ICO-LMD NBP40 eORCA1.4 (avec NEMO 4.2)</td><td>~90 millions d'heure- cœur</td><td>45 ans</td><td>450 jours</td></tr></tbody></table>

Tableau B 2.5.1 – Estimation du calcul nécessaire pour réaliser une simulation de 20000 ans avec la version actuelle du modèle de l'IPSL à basse résolution et le futur modèle basé sur le cœur dynamique DYNAMICO pour l'atmosphère. Les heures sont estimées par rapport à la machine AMD de Joliot-Curie (TGCC) utilisée actuellement. Pour ces estimations il y a recours à du dépeuplement (1 cœur sur 2) pour avoir des performances. L'estimation des coûts ne tient pas compte du modèle de calotte, ni des sophistications du modèle de surface continentale, qui représentent un facteur faible au regard de l'ensemble du modèle couplé.
et du carbone dans les différents compartiments. Les isotopes, en raison de l'ajout de variables dans le schéma de transport des modèles a un surcoût de calcul important. Pour l'océan, les isotopes ajoutent 3 traceurs et 25% de temps de calcul. Pour l'atmosphère, les isotopes ajoutent 6 traceurs et doublent actuellement le coût de calcul.

Le tableau B 2.5.1 donne une estimation de coût pour la version actuelle du modèle de l'IPSL à basse résolution et pour la prochaine version en cours de développement. Les simulations emblématiques resteront à la limite des possibilités des calculateurs et du temps humain associé, car elles mobilisent des versions complexes aux niveaux des contenus, des couplages et des manipulations de fichiers. L'archivage et le stockage des résultats des simulations font aussi face à des difficultés récurrentes ayant de multiples facettes: volume, traitement, diffusion, données prétraitées, accès, etc. Sur la base des simulations des derniers 6000 ans pour lesquelles un travail a été fait pour limiter le nombre de sorties et le volume de stockage, le stockage associé pour une simulation de 20 000 ans est estimé à 76 TB, et nécessite environ 12 000 inodes. Les exploiter nécessite de mettre en place une exploitation efficace de grands jeux de données et de pouvoir lever les restrictions actuelles sur le nombre d'inodes. L'évolution future passera certainement par une révision de la façon d'accéder aux données, sachant que l'existant devra rester accessible.

Bien que les aspects techniques soient bien pris en charge par l'équipe d'ingénieurs du centre de modélisation du climat de l'IPSL, un accompagnement informatique dédié aux paléoclimats est nécessaire dans la durée pour répondre aux besoins spécifiques des paléoclimats. Il est souhaitable que les spécificités P&P soient traitées au même niveau de priorité que celles liées au climat actuel, à la prévisibilité climatique ou du climat futur

Les principales questions actuelles concernent aussi l'évolution des calculateurs avec la prospective en cours pour l'exascale en France et le déploiement de GPU. Les verrous technologiques et scientifiques sont à intégrer dans les développements prioritaires des prochaines années. Ces sujets sont abordés dans le PEPR TRACCS et l'infrastructure de recherche CLIMERI-France. Actuellement, les activités paléoclimats sont bien représentées dans les instances de gouvernance et il faudra veiller à ce que cela reste le cas, avec une bonne symbiose entre science et technique.
et du carbone dans les différents compartiments. Les isotopes, en raison de l'ajout de variables dans le schéma de transport des modèles a un surcoût de calcul important. Pour l'océan, les isotopes ajoutent 3 traceurs et 25% de temps de calcul. Pour l'atmosphère, les isotopes ajoutent 6 traceurs et doublent actuellement le coût de calcul.

Le tableau B 2.5.1 donne une estimation de coût pour la version actuelle du modèle de l'IPSL à basse résolution et pour la prochaine version en cours de développement. Les simulations emblématiques resteront à la limite des possibilités des calculateurs et du temps humain associé, car elles mobilisent des versions complexes aux niveaux des contenus, des couplages et des manipulations de fichiers. L'archivage et le stockage des résultats des simulations font aussi face à des difficultés récurrentes ayant de multiples facettes: volume, traitement, diffusion, données prétraitées, accès, etc. Sur la base des simulations des derniers 6000 ans pour lesquelles un travail a été fait pour limiter le nombre de sorties et le volume de stockage, le stockage associé pour une simulation de 20 000 ans est estimé à 76 TB, et nécessite environ 12 000 inodes. Les exploiter nécessite de mettre en place une exploitation efficace de grands jeux de données et de pouvoir lever les restrictions actuelles sur le nombre d'inodes. L'évolution future passera certainement par une révision de la façon d'accéder aux données, sachant que l'existant devra rester accessible.

Bien que les aspects techniques soient bien pris en charge par l'équipe d'ingénieurs du centre de modélisation du climat de l'IPSL, un accompagnement informatique dédié aux paléoclimats est nécessaire dans la durée pour répondre aux besoins spécifiques des paléoclimats. Il est souhaitable que les spécificités P&P soient traitées au même niveau de priorité que celles liées au climat actuel, à la prévisibilité climatique ou du climat futur

Les principales questions actuelles concernent aussi l'évolution des calculateurs avec la prospective en cours pour l'exascale en France et le déploiement de GPU. Les verrous technologiques et scientifiques sont à intégrer dans les développements prioritaires des prochaines années. Ces sujets sont abordés dans le PEPR TRACCS et l'infrastructure de recherche CLIMERI-France. Actuellement, les activités paléoclimats sont bien représentées dans les instances de gouvernance et il faudra veiller à ce que cela reste le cas, avec une bonne symbiose entre science et technique.
<figure><img src="image_85.png" /></figure>
<figure><img src="image_85.png" /></figure>
# B6. La gestion et l'exploitation des données

## B 6.1 BASES DE DONNÉES ADAPTÉES AUX DIFFÉRENTS BESOINS

### B 6.1.1 La place des P&P dans Data Terra

Pour rester performante et progresser sur la route du FAIR, la communauté P&P doit s'organiser pour disposer d'outils et de pratiques communes pour l'analyse des échantillons puis la diffusion des données.

Des initiatives bottom-up permettent d'ores et déjà à la communauté française de disposer d'outils de catalogage entre la mission de terrain et le laboratoire (CoreBook, Cyber-carothèque nationale⁶, Logs de mission de la Flotte océanographique française). Des outils de catalogage des échantillons sont en cours de développement (allocataire de numéro IGSN CNRS⁷, début de déploiement de solutions de gestion d'échantillons telles que CollecScience⁸). Ces pratiques sont à encourager et systématiser, ce qui passe par de la formation et des échanges réguliers entre les différents domaines concernés.

Cependant, le lien demeure incertain entre le terrain et le laboratoire. En particulier, le recours aux cahiers de labo électroniques (cf. Rapport du CNRS 2021⁹), et notamment l'archivage de protocoles décrits de manière standardisée, reste anecdotique. Les prochaines années verront un déploiement massif de ces nouvelles pratiques. Les données P&P couvrant une large gamme de disciplines, il faudra veiller à ce que les différentes approches et standards métier restent cohérents et compatibles. Il est aussi important que les porteurs de ces recherches multidisciplinaires puissent être force de proposition en tant que communauté, sans avoir à s'éparpiller dans de trop nombreux entrepôts de données et groupes de discussions associés.

Concernant le catalogage des données, une gestion FAIR tout au long du cycle de vie des échantillons et des données qui leur sont associées facilitera l'intégration des données aux catalogues et en particulier au catalogue national DATA-TERRA¹⁰. Ces points doivent être traités de façon cohérente en intégrant les questions d'archivage et de catalogage discutées dans la section B 3.3, les réflexions en cours dans le GT IGSN/Data RéGEF et l'insertion dans les entrepôts de

données. Il faudra s'assurer que les données brutes ou non publiées qui sont stockées la plupart du temps dans des disques durs ou des serveurs locaux (OSU) soient dûment référencées pour de possibles utilisations ultérieures.

Pour atteindre ces objectifs, l'effort national devra se concentrer sur la place des données P&P dans DATA-TERRA, tout en permettant l'interfaçage avec les entrepôts académiques publics, comme l'entrepôt du ministère de la Recherche « RDG » (« Recherche Data Gouv »¹¹ ou ses « hubs universitaires »¹²), ou les entrepôts internationaux thématiques, comme ceux des consortiums PANGAEA ou NEOTOMA.

Compte tenu de la nature interdisciplinaire des données P&P, il est difficile de définir lequel des pôles de DATA-TERRA serait le plus à-même de les accueillir. De plus, les données en P&P sont exprimées comme des séries temporelles, or les modèles d'âge sont susceptibles d'évoluer en raison, par exemple, de l'amélioration des outils de datation. Ces aspects propres aux données P&P demandent des outils adaptés et des développements propres à réaliser en concertation avec les différents pôles de DATA-TERRA de façon à bénéficier d'un catalogue spécifique, transversal à THEIA (dynamiques de surface), ODATIS (reconstitutions climatiques), Form@terre (données géologiques) et PNDB (biodiversité) pour accueillir ces données.

Suite aux différentes consultations, la création d'un Centre de données d'observation et de service (CDOS), nouvel outil proposé par l'INSU, dédié aux données « paléoclimats et paléoenvironnements » et hébergé au sein de DATA-TERRA, permet de répondre aux questions posées. L'hypothèse de création à court terme d'un tel CDOS est déjà en discussion. La mission de coordination de cette instance couvre la mise en place actions concrètes i) propres à la communauté P&P. ii) en lien avec des autres disciplines connexes en France et iii) au niveau international. En étant associée à l'expertise de propositions de projets soumis à la MITI ou ailleurs (au niveau international Working Group de Recherche Data Alliance¹³), cette instance permettra en d'assurer la cohérence entre les différentes initiatives. Elle permettra en outre de capitaliser sur les compétences en stockage des échantillons et en gestion des données présentes dans les différents

<footnote>6- https://www.cybercarotheque.fr/index.php</footnote>

<footnote>7- https://www.igsn.cnrs.fr/#/search</footnote>

<footnote>8- https://www.collec-science.org/</footnote>

<footnote>9- https://hal-lara.archives-ouvertes.fr/hal-03563244/document</footnote>

<footnote>10- https://www.data-terra.org/activites/projets-techniques-scientifiques/projets-nationaux/les-projets-du-programme-dinvestissements-davenir/</footnote>

<footnote>11- https://recherche.data.gouv.fr/fr</footnote>

<footnote>12- Université de Grenoble Alpes, Université de Lille, Université de Lorraine, Université de Paris, Université Paris Nanterre, Université de Strasbourg et le CNRS</footnote>

<footnote>13- https://www.rd-alliance.org/groups/working-groups</footnote>
# B6. La gestion et l'exploitation des données

## B 6.1 BASES DE DONNÉES ADAPTÉES AUX DIFFÉRENTS BESOINS

### B 6.1.1 La place des P&P dans Data Terra

Pour rester performante et progresser sur la route du FAIR, la communauté P&P doit s'organiser pour disposer d'outils et de pratiques communes pour l'analyse des échantillons puis la diffusion des données.

Des initiatives bottom-up permettent d'ores et déjà à la communauté française de disposer d'outils de catalogage entre la mission de terrain et le laboratoire (CoreBook, Cyber-carothèque nationale⁶, Logs de mission de la Flotte océanographique française). Des outils de catalogage des échantillons sont en cours de développement (allocataire de numéro IGSN CNRS⁷, début de déploiement de solutions de gestion d'échantillons telles que CollecScience⁸). Ces pratiques sont à encourager et systématiser, ce qui passe par de la formation et des échanges réguliers entre les différents domaines concernés.

Cependant, le lien demeure incertain entre le terrain et le laboratoire. En particulier, le recours aux cahiers de labo électroniques (cf. Rapport du CNRS 2021⁹), et notamment l'archivage de protocoles décrits de manière standardisée, reste anecdotique. Les prochaines années verront un déploiement massif de ces nouvelles pratiques. Les données P&P couvrant une large gamme de disciplines, il faudra veiller à ce que les différentes approches et standards métier restent cohérents et compatibles. Il est aussi important que les porteurs de ces recherches multidisciplinaires puissent être force de proposition en tant que communauté, sans avoir à s'éparpiller dans de trop nombreux entrepôts de données et groupes de discussions associés.

Concernant le catalogage des données, une gestion FAIR tout au long du cycle de vie des échantillons et des données qui leur sont associées facilitera l'intégration des données aux catalogues et en particulier au catalogue national DATA-TERRA¹⁰. Ces points doivent être traités de façon cohérente en intégrant les questions d'archivage et de catalogage discutées dans la section B 3.3, les réflexions en cours dans le GT IGSN/Data RéGEF et l'insertion dans les entrepôts de

données. Il faudra s'assurer que les données brutes ou non publiées qui sont stockées la plupart du temps dans des disques durs ou des serveurs locaux (OSU) soient dûment référencées pour de possibles utilisations ultérieures.

Pour atteindre ces objectifs, l'effort national devra se concentrer sur la place des données P&P dans DATA-TERRA, tout en permettant l'interfaçage avec les entrepôts académiques publics, comme l'entrepôt du ministère de la Recherche « RDG » (« Recherche Data Gouv »¹¹ ou ses « hubs universitaires »¹²), ou les entrepôts internationaux thématiques, comme ceux des consortiums PANGAEA ou NEOTOMA.

Compte tenu de la nature interdisciplinaire des données P&P, il est difficile de définir lequel des pôles de DATA-TERRA serait le plus à-même de les accueillir. De plus, les données en P&P sont exprimées comme des séries temporelles, or les modèles d'âge sont susceptibles d'évoluer en raison, par exemple, de l'amélioration des outils de datation. Ces aspects propres aux données P&P demandent des outils adaptés et des développements propres à réaliser en concertation avec les différents pôles de DATA-TERRA de façon à bénéficier d'un catalogue spécifique, transversal à THEIA (dynamiques de surface), ODATIS (reconstitutions climatiques), Form@terre (données géologiques) et PNDB (biodiversité) pour accueillir ces données.

Suite aux différentes consultations, la création d'un Centre de données d'observation et de service (CDOS), nouvel outil proposé par l'INSU, dédié aux données « paléoclimats et paléoenvironnements » et hébergé au sein de DATA-TERRA, permet de répondre aux questions posées. L'hypothèse de création à court terme d'un tel CDOS est déjà en discussion. La mission de coordination de cette instance couvre la mise en place actions concrètes i) propres à la communauté P&P. ii) en lien avec des autres disciplines connexes en France et iii) au niveau international. En étant associée à l'expertise de propositions de projets soumis à la MITI ou ailleurs (au niveau international Working Group de Recherche Data Alliance¹³), cette instance permettra en d'assurer la cohérence entre les différentes initiatives. Elle permettra en outre de capitaliser sur les compétences en stockage des échantillons et en gestion des données présentes dans les différents

<footnote>6- https://www.cybercarotheque.fr/index.php</footnote>

<footnote>7- https://www.igsn.cnrs.fr/#/search</footnote>

<footnote>8- https://www.collec-science.org/</footnote>

<footnote>9- https://hal-lara.archives-ouvertes.fr/hal-03563244/document</footnote>

<footnote>10- https://www.data-terra.org/activites/projets-techniques-scientifiques/projets-nationaux/les-projets-du-programme-dinvestissements-davenir/</footnote>

<footnote>11- https://recherche.data.gouv.fr/fr</footnote>

<footnote>12- Université de Grenoble Alpes, Université de Lille, Université de Lorraine, Université de Paris, Université Paris Nanterre, Université de Strasbourg et le CNRS</footnote>

<footnote>13- https://www.rd-alliance.org/groups/working-groups</footnote>
sites et laboratoires, en incluant les compétences techniques permettant de maintenir et faire évoluer les bases. Les ressources RH dédiées au sein de DataTerra ou du réseau permettront de mettre en place les entrepôts et favoriser l'émergence des services nécessaires pour créer les différents niveaux de bases de données (entrepôts, bases spécialisées, produits évolués) et permettre la diffusion des bonnes pratiques. Pour mener à bien ces missions, il est nécessaire que du personnel technique soit affecté à ce projet spécifique au sein de DataTerra pour coordonner les projets entre eux, veiller au respect des normes et standards et participer à leur réalisation.

Enfin, au-delà de la réflexion sur les nouvelles données, un effort doit également être consenti pour réveiller les données dormantes et faire en sorte qu'elles intègrent les catalogues et les nouveaux projets scientifiques. Ces aspects demandent des efforts lourds et ne pourront certainement voir le jour que si des financements sont fléchés sur ces initiatives. Le modèle de projets ciblés développé autour du partage de données comme l'AO CESAB-DataShare, pourrait être un modèle transposable à la communauté P&P.

Quelles que soient les évolutions, il faudra veiller à ce que ces activités de bases de données soient valorisées et reconnues dans les évolutions de carrière, que ce soit pour les chercheurs ou pour les ITAs. Elles reposent actuellement sur un trop petit nombre de personnes dont il est crucial de valoriser l'investissement dans des tâches collectives stratégiques.

### B 6.1.2 Bases de données pour les simulations

Le stockage massif des sorties de modèles ne peut pas être facilement déplacé ou dupliqué. De plus, la modélisation doit aussi s'inscrire dans les objectifs de sobriété, ce qui demande des efforts sur la gestion des données. Il est aussi nécessaire de renforcer la capacité à diffuser les résultats auprès d'utilisateurs directement depuis l'archivage sur le centre de calcul, suivant le schéma développé dans le cadre des simulations CMIP et en respectant les critères de sécurité informatique.

La coordination du projet international « Paleoclimate modeling intercomparison Project » impose aussi d'alimenter et participer à la maintenance et à l'évolution des bases de données internationales. Par le passé les paléoclimats, via PMIP, ont directement contribué à la mise en place de la base internationale CMIP et, au travers de l'IPSL, de la mise en place de la base de données distribuée ESGF. Une étape importante pour les prochaines années sera de faire en sorte que toutes les simulations puissent effectivement être référencées suivant le même protocole et d'éviter la multi-plication de bases de données de projet qui dupliquent les données et ne permettent pas leur traçabilité (gestion des

errata, traitement des calendriers internes de simulations, documentation des expériences, documentation des versions de modèles utilisées, etc.). Les données issues de simulations avec des modèles de complexité intermédiaire doivent aussi pouvoir être interfacées plus facilement dans les bases de données que ce n'est le cas actuellement.

L'ensemble de ces points doit s'accompagner d'une réflexion sur l'attribution de DOI aux simulations, et le statut des différentes simulations. Il est en effet important de distinguer ce qui est du ressort de simulations de référence internationales, références dans le cadre de projets spécifiques (nationaux ou internationaux), tests pour approfondir des résultats etc. Le niveau d'exigence doit être bien proportionné à la taille des potentiels utilisateurs et de l'investissement en calcul associé. A priori, l'infrastructure CLIMERI-France offre le cadre pour traiter ces questions.

### B 6.1.3 S'inscrire dans le projet national Gaia Data

Les enjeux de la communauté P&P concernant l'interopérabilité des bases de données s'inscrivent assez naturellement dans le projet PIA Gaia Data¹⁴ qui a pour ambition de développer et mettre en œuvre une plateforme intégrée et distribuée de services relatifs aux données de recherche pour l'observation, la modélisation et la compréhension du système Terre, de la biodiversité et de l'environnement. Ce projet repose en particuliers sur les Infrastructures de recherche DataTERRA et CLIMERI-France avec lesquelles la communauté P&P doit renforcer ses collaborations dans les années qui viennent.

Afin de tester les services développés par Gaia Data sur des cas représentatifs des différentes communautés P&P, nous avons démarré une réflexion pour définir des « cas test » représentatifs des activités P&P (i) des approches multi-proxies et (ii) des approches de comparaison modèles-données. Le premier cas explorera les besoins associés aux reconstructions climatiques ou environnementales intégrant les données issues de différentes archives (glaciaires, océaniques, terrestres) et type de données (géochimiques, ADN, microfossiles...). Le deuxième cas permettra de systématiser les comparaisons modèles-données en partant d'exemples déjà effectifs du projet PMIP (multi-modèles et multi-périodes). Un groupe de travail spécifique sera mis en place d'ici l'automne 2023.

## B 6.2 PARTAGE D'EXPERTISE, PRODUITS ÉVOLUÉS ET SERVICES DÉDIÉS

Les éléments de prospective montrent que l'aspect forte- ment multidisciplinaire et intégrateur des recherches va s'intensifier dans les prochaines années. Une attention accrue sera portée sur l'échange de données et les comparais- sons modèles-données. Chaque aspect requiert de la technicité et un accompagnement pour pouvoir mettre en place les différents outils et partager les nombreuses expertises.

<footnote>14- https://www.data-terra.org/actualite/gaia-data-enjeux-science/</footnote>
sites et laboratoires, en incluant les compétences techniques permettant de maintenir et faire évoluer les bases. Les ressources RH dédiées au sein de DataTerra ou du réseau permettront de mettre en place les entrepôts et favoriser l'émergence des services nécessaires pour créer les différents niveaux de bases de données (entrepôts, bases spécialisées, produits évolués) et permettre la diffusion des bonnes pratiques. Pour mener à bien ces missions, il est nécessaire que du personnel technique soit affecté à ce projet spécifique au sein de DataTerra pour coordonner les projets entre eux, veiller au respect des normes et standards et participer à leur réalisation.

Enfin, au-delà de la réflexion sur les nouvelles données, un effort doit également être consenti pour réveiller les données dormantes et faire en sorte qu'elles intègrent les catalogues et les nouveaux projets scientifiques. Ces aspects demandent des efforts lourds et ne pourront certainement voir le jour que si des financements sont fléchés sur ces initiatives. Le modèle de projets ciblés développé autour du partage de données comme l'AO CESAB-DataShare, pourrait être un modèle transposable à la communauté P&P.

Quelles que soient les évolutions, il faudra veiller à ce que ces activités de bases de données soient valorisées et reconnues dans les évolutions de carrière, que ce soit pour les chercheurs ou pour les ITAs. Elles reposent actuellement sur un trop petit nombre de personnes dont il est crucial de valoriser l'investissement dans des tâches collectives stratégiques.

### B 6.1.2 Bases de données pour les simulations

Le stockage massif des sorties de modèles ne peut pas être facilement déplacé ou dupliqué. De plus, la modélisation doit aussi s'inscrire dans les objectifs de sobriété, ce qui demande des efforts sur la gestion des données. Il est aussi nécessaire de renforcer la capacité à diffuser les résultats auprès d'utilisateurs directement depuis l'archivage sur le centre de calcul, suivant le schéma développé dans le cadre des simulations CMIP et en respectant les critères de sécurité informatique.

La coordination du projet international « Paleoclimate modeling intercomparison Project » impose aussi d'alimenter et participer à la maintenance et à l'évolution des bases de données internationales. Par le passé les paléoclimats, via PMIP, ont directement contribué à la mise en place de la base internationale CMIP et, au travers de l'IPSL, de la mise en place de la base de données distribuée ESGF. Une étape importante pour les prochaines années sera de faire en sorte que toutes les simulations puissent effectivement être référencées suivant le même protocole et d'éviter la multi-plication de bases de données de projet qui dupliquent les données et ne permettent pas leur traçabilité (gestion des

errata, traitement des calendriers internes de simulations, documentation des expériences, documentation des versions de modèles utilisées, etc.). Les données issues de simulations avec des modèles de complexité intermédiaire doivent aussi pouvoir être interfacées plus facilement dans les bases de données que ce n'est le cas actuellement.

L'ensemble de ces points doit s'accompagner d'une réflexion sur l'attribution de DOI aux simulations, et le statut des différentes simulations. Il est en effet important de distinguer ce qui est du ressort de simulations de référence internationales, références dans le cadre de projets spécifiques (nationaux ou internationaux), tests pour approfondir des résultats etc. Le niveau d'exigence doit être bien proportionné à la taille des potentiels utilisateurs et de l'investissement en calcul associé. A priori, l'infrastructure CLIMERI-France offre le cadre pour traiter ces questions.

### B 6.1.3 S'inscrire dans le projet national Gaia Data

Les enjeux de la communauté P&P concernant l'interoperability des bases de données s'inscrivent assez naturellement dans le projet PIA Gaia Data¹⁴ qui a pour ambition de développer et mettre en œuvre une plateforme intégrée et distribuée de services relatifs aux données de recherche pour l'observation, la modélisation et la compréhension du système Terre, de la biodiversité et de l'environnement. Ce projet repose en particuliers sur les Infrastructures de recherche DataTERRA et CLIMERI-France avec lesquelles la communauté P&P doit renforcer ses collaborations dans les années qui viennent.

Afin de tester les services développés par Gaia Data sur des cas représentatifs des différentes communautés P&P, nous avons démarré une réflexion pour définir des « cas test » représentatifs des activités P&P (i) des approches multi-proxies et (ii) des approches de comparaison modèles-données. Le premier cas explorera les besoins associés aux reconstructions climatiques ou environnementales intégrant les données issues de différentes archives (glaciaires, océaniques, terrestres) et type de données (géochimiques, ADN, microfossiles...). Le deuxième cas permettra de systématiser les comparaisons modèles-données en partant d'exemples déjà effectifs du projet PMIP (multi-modèles et multi-périodes). Un groupe de travail spécifique sera mis en place d'ici l'automne 2023.

## B 6.2 PARTAGE D'EXPERTISE, PRODUITS ÉVOLUÉS ET SERVICES DÉDIÉS

Les éléments de prospective montrent que l'aspect forte- ment multidisciplinaire et intégrateur des recherches va s'intensifier dans les prochaines années. Une attention accrue sera portée sur l'échange de données et les comparais- sons modèles-données. Chaque aspect requiert de la technicité et un accompagnement pour pouvoir mettre en place les différents outils et partager les nombreuses expertises.

<footnote>14- https://www.data-terra.org/actualite/gaia-data-enjeux-science/</footnote>
Différents types de services devront être mis en place pour accroître la cohérence, favoriser les échanges, valoriser les résultats et renforcer les interactions avec différents porteurs d'enjeux hors de la sphère académique.

### B 6.2.1 Les services associés aux échantillons et bases de données

Plusieurs besoins ont émergé pour la mise en place, l'exploitation et la valorisation des bases de données. Les premiers concernent directement les entrepôts et bases de données en termes de coordination et d'assistance aux utilisateurs pour injecter leurs données ou extraire des données. Au-delà des données brutes, il faudra être en mesure de fournir et maintenir des outils collectifs permettant de favoriser les reconstructions multi-archives et multi-paramètres. Il faut aussi accompagner les laboratoires dans le travail de recensement d'échantillons en vue de leur exploitation, notamment en anticipant le devenir des échantillons orphelins lors des départs à la retraite.

Les seconds axes de développement concernent l'automatisation de la production de cartes ou de la mise à jour de produits évolués. Cela recouvre par exemple la possibilité de production plus systématique de cartes bio-géographiques et environnementales (forêts, températures, récifs coralliens, mangroves, etc.) par période chronologique. Les besoins couvrent toutes les périodes de temps, de l'échelle géologique à la période récente et échelles spatiales, du bassin versant à la Terre entière. Des événements clefs comme les entrées ou sorties de glaciation, des grandes crises, des points critiques de bascule pourraient aussi rentrer l'attention. Des exemples pouvant servir de point de départ sont déjà disponibles.

La mise en place d'un portail commun permettant de recenser les réseaux d'expertise, les accès aux données ou la diffusion de produits évolués, comme des synthèses ou des indicateurs climatiques et environnementaux, est aussi nécessaire pour renforcer les interactions et la circulation de l'information. Des initiatives telles que « Climate Proxies Finder »¹⁵, peuvent servir de point de départ. Une telle initiative nécessitant un entretien perpétuel impliquerait par ailleurs l'existence d'un curateur permanent pour ne pas que le portail devienne rapidement obsolète.

La mise en commun de logiciels permettant l'exploration des données apparaît également comme un bon levier pour accroître les synergies et approches multidisciplinaires. Néanmoins chaque exemple requiert une expertise particulière et les mises à l'échelle pour des utilisations massives, la transférabilité d'un cas d'étude à un autre, la maintenance et l'évolution des contenus forment un ensemble de questions qui demandent une constante flexibilité vis à vis de nouveaux besoins de recherche. Plusieurs exemples ont

été cités lors des consultations, comme :

* ZA Timeline: logiciel développé en 2020 pour le Réseau des Zones ateliers. Ce logiciel possède une interface graphique permettant à l'utilisateur de représenter en temps réel (lors d'ateliers) des données temporelles hétérogènes encodées dans un tableur sous la forme d'une frise chronologique. Il est utilisé par plusieurs Zones ateliers pour la modélisation de leurs socio-écosystèmes;

* Chrono-Rhône: application web interactive conçue en 2020 pour les besoins de l'Observatoire Hommes-Milieux Vallée du Rhône. Ce prototype comprend une interface frise chrono-systémique et une interface carte, ce qui permet à l'utilisateur de découvrir les événements historiques qui ont marqué l'évolution socio-environnementale du fleuve Rhône à la fois dans le temps et l'espace. La base de données contient 331 évènements répartis dans 31 thèmes et six thématiques, ainsi qu'une base relationnelle représentant les liens de causalité entre les évènements;

* NAMO GéoWeb: plateforme de conception d'atlas web interactifs développée en 2020-2021 dans le cadre du programme Littoral de la Fondation de France (projet RestEAUr'lag) et d'un projet soutenu par le FEDER et la Région Guadeloupe. Cette plateforme propose aux utilisateurs un module de rédaction de cartes narratives. Elle permet de regrouper les données de différentes infrastructures de données géographiques impliquées dans un projet, et offre également la valorisation et la diffusion de cartographies thématiques via une rédaction collaborative et une publication en ligne.

### B 6.2.2 PMIP et les simulations climatiques

Une analyse des situations des simulations réalisées dans le cadre du « Paleoclimate Modeling Intercomparison Project » servent non seulement pour les groupes de modélisations qui les produisent ou les projets scientifiques d'analyse, mais aussi à de nombreuses autres communautés. En particulier, les données sont téléchargées et utilisées par des écologues comme entrée de modèles de niches écologiques. D'autres besoins récurrents concernent la production à l'issue de ces simulations d'indicateurs bioclimatiques plus adaptés pour les comparaisons avec la végétation ou des indicateurs pour alimenter des réflexions sur les impacts, que ce soit sur les ressources (eau, nourriture) ou sur les sociétés. Il en est de même pour les simulations paléoclimatiques réalisées dans différents projets.

Les demandes s'intensifiant, il est souhaitable de mettre en place un service dédié permettant de répondre aux besoins de la recherche multidisciplinaire concernée pas les résultats des simulations, ouvert à l'international. Un tel service peut se développer suivant le modèle du portail d'impact développé dans le projet IS-ENES, éventuellement en collaboration internationale. Néanmoins comme pour les services climatiques, un e-portail n'est pas suffisant, il faut aussi avoir des relais scientifiques pour guider les utilisateurs

<footnote>14- https://www.data-terra.org/actualite/gaia-data-enjeux-science/</footnote>
Différents types de services devront être mis en place pour accroître la cohérence, favoriser les échanges, valoriser les résultats et renforcer les interactions avec différents porteurs d'enjeux hors de la sphère académique.

### B 6.2.1 Les services associés aux échantillons et bases de données

Plusieurs besoins ont émergé pour la mise en place, l'exploitation et la valorisation des bases de données. Les premiers concernent directement les entrepôts et bases de données en termes de coordination et d'assistance aux utilisateurs pour injecter leurs données ou extraire des données. Au-delà des données brutes, il faudra être en mesure de fournir et maintenir des outils collectifs permettant de favoriser les reconstructions multi-archives et multi-paramètres. Il faut aussi accompagner les laboratoires dans le travail de recensement d'échantillons en vue de leur exploitation, notamment en anticipant le devenir des échantillons orphelins lors des départs à la retraite.

Les seconds axes de développement concernent l'automatisation de la production de cartes ou de la mise à jour de produits évolués. Cela recouvre par exemple la possibilité de production plus systématique de cartes bio-géographiques et environnementales (forêts, températures, récifs coralliens, mangroves, etc.) par période chronologique. Les besoins couvrent toutes les périodes de temps, de l'échelle géologique à la période récente et échelles spatiales, du bassin versant à la Terre entière. Des événements clefs comme les entrées ou sorties de glaciation, des grandes crises, des points critiques de bascule pourraient aussi rentrer l'attention. Des exemples pouvant servir de point de départ sont déjà disponibles.

La mise en place d'un portail commun permettant de recenser les réseaux d'expertise, les accès aux données ou la diffusion de produits évolués, comme des synthèses ou des indicateurs climatiques et environnementaux, est aussi nécessaire pour renforcer les interactions et la circulation de l'information. Des initiatives telles que « Climate Proxies Finder »¹⁵, peuvent servir de point de départ. Une telle initiative nécessitant un entretien perpétuel impliquerait par ailleurs l'existence d'un curateur permanent pour ne pas que le portail devienne rapidement obsolète.

La mise en commun de logiciels permettant l'exploration des données apparaît également comme un bon levier pour accroître les synergies et approches multidisciplinaires. Néanmoins chaque exemple requiert une expertise particulière et les mises à l'échelle pour des utilisations massives, la transférabilité d'un cas d'étude à un autre, la maintenance et l'évolution des contenus forment un ensemble de questions qui demandent une constante flexibilité vis à vis de nouveaux besoins de recherche. Plusieurs exemples ont

été cités lors des consultations, comme :

* ZA Timeline: logiciel développé en 2020 pour le Réseau des Zones ateliers. Ce logiciel possède une interface graphique permettant à l'utilisateur de représenter en temps réel (lors d'ateliers) des données temporelles hétérogènes encodées dans un tableur sous la forme d'une frise chronologique. Il est utilisé par plusieurs Zones ateliers pour la modélisation de leurs socio-écosystèmes;

* Chrono-Rhône: application web interactive conçue en 2020 pour les besoins de l'Observatoire Hommes-Milieux Vallée du Rhône. Ce prototype comprend une interface frise chrono-systémique et une interface carte, ce qui permet à l'utilisateur de découvrir les événements historiques qui ont marqué l'évolution socio-environnementale du fleuve Rhône à la fois dans le temps et l'espace. La base de données contient 331 évènements répartis dans 31 thèmes et six thématiques, ainsi qu'une base relationnelle représentant les liens de causalité entre les évènements;

* NAMO GéoWeb: plateforme de conception d'atlas web interactifs développée en 2020-2021 dans le cadre du programme Littoral de la Fondation de France (projet RestEAUr'lag) et d'un projet soutenu par le FEDER et la Région Guadeloupe. Cette plateforme propose aux utilisateurs un module de rédaction de cartes narratives. Elle permet de regrouper les données de différentes infrastructures de données géographiques impliquées dans un projet, et offre également la valorisation et la diffusion de cartographies thématiques via une rédaction collaborative et une publication en ligne.

### B 6.2.2 PMIP et les simulations climatiques

Une analyse des situations des simulations réalisées dans le cadre du « Paleoclimate Modeling Intercomparison Project » servent non seulement pour les groupes de modélisations qui les produisent ou les projets scientifiques d'analyse, mais aussi à de nombreuses autres communautés. En particulier, les données sont téléchargées et utilisées par des écologues comme entrée de modèles de niches écologiques. D'autres besoins récurrents concernent la production à l'issue de ces simulations d'indicateurs bioclimatiques plus adaptés pour les comparaisons avec la végétation ou des indicateurs pour alimenter des réflexions sur les impacts, que ce soit sur les ressources (eau, nourriture) ou sur les sociétés. Il en est de même pour les simulations paléoclimatiques réalisées dans différents projets.

Les demandes s'intensifiant, il est souhaitable de mettre en place un service dédié permettant de répondre aux besoins de la recherche multidisciplinaire concernée pas les résultats des simulations, ouvert à l'international. Un tel service peut se développer suivant le modèle du portail d'impact développé dans le projet IS-ENES, éventuellement en collaboration internationale. Néanmoins comme pour les services climatiques, un e-portail n'est pas suffisant, il faut aussi avoir des relais scientifiques pour guider les utilisateurs

<footnote>14- https://www.data-terra.org/actualite/gaia-data-enjeux-science/</footnote>
des données, être en mesure de reformuler les demandes pour fournir des données et des indicateurs climatiques appropriés et offrir des formations à l'utilisation des ressources mises à disposition.

### B 6.2.3 Une plateforme d'analyse modèles-données

Il est nécessaire de mettre sur pied une plateforme d'analyse modèles données permettant à des personnes ayant des pratiques informatiques diverses d'interagir plus rapidement. Un prototype est en cours de développement à l'IPSL. Un tel service pourrait être accroché au développement de la plateforme nationale d'analyse CLIMERI-France développée autour des simulations de référence du programme mondial de recherche sur le climat et qui devrait s'étoffer avec le PEPR TRACCS¹⁶ et la mise en place de services climatiques. De nombreux besoins se croisent que ce soit sous l'angle des conditions actuelles futures ou passées pour mettre en place des services climatiques

### B 6.2.4 Des moyens dédiés à ces services

Des moyens financiers spécifiques devront être engagés pour 1) permettre l'émergence de projets collaboratifs ayant pour but de développer des outils au service de la communauté et 2) développement l'écosystèmes de services et les rendre opérationnels.

Plusieurs possibilités ont été évoquées. La MITI¹⁷ du CNRS pourrait être porteuse de ce type d'appel à propositions pour favoriser l'intégration avec des collègues en sciences des données (CID55) ainsi que des informaticiens des laboratoires et des OSUs. Une autre voie serait la réponse à l'Appel à Projet annuel « Atelier de la données »¹⁸ du MESR pour fédérer la communauté Paléo autour de pratiques communes distribuées sur le territoire. Néanmoins, répondre à ces besoins au travers d'un projet d'envergure permettrait de garantir une véritable coordination nationale répondant aux approches multidisciplinaires des axes scientifiques fédérateurs et porteurs identifiés dans la section B 1.

Une coordination et un accompagnement en ressources humaines sont également nécessaires. Les inventaires conduits au niveau national par les unités de recherche et les OSUs dans la continuité de l'Equipex ClimCor et les efforts de bancarisation des échantillons anciens doivent être soutenus et intensifiés dans le cadre d'un effort coordonné assurant le lien entre données et métadonnées tout au long des cycles de vie des échantillons et de leurs données. L'enjeu est de pour pouvoir favoriser les échanges méthodologies, créer un réseau de curateurs d'échantillons dont l'investissement collectif et l'expertise soient reconnus en

termes de carrière et pouvoir mettre en place une valorisation systématique des données et produits associés. Il est souhaitable d'envisager que des personnels dédiés soient répartis au plus proche des unités de recherche compétentes sur un sujet donné, mais interagissant avec l'ensemble de la communauté.

<footnote>14- Transformer la modélisation du climat pour les services climatiques (https://climeri-france.fr/pepr-traccs/)</footnote>

<footnote>15- Mission pour les Initiatives Transverses et Interdisciplinaires</footnote>

<footnote>16- https://recherche.data.gouv.fr/fr/actualite/recherche-data-gouv-lance-son-deuxième-appel-a-manifestation-d'heterotet-ateliers-de-la-donnee-presentez-vos-projets</footnote>