ments effectués en salle (cours magistraux en amphithéâtre ou travaux dirigés), les « camps de terrain », ou encore pendant les stages de recherche que chaque étudiant de master doit valider pour obtenir son diplôme. Ces stages sont proposés, pour une période allant de 5 à 7 semaines pour la première année, et pour une durée allant de 5 à 6 mois pendant la seconde année. C'est au cours de ces stages, directement effectués au sein des laboratoires liés aux formations, que l'apprentissage des futurs acteurs en P&P se renforce.

Comme pour les licences, en fonction du campus, les masters présentent des spécificités particulières. Il existe ainsi, par exemple, des mentions « Sciences de la Terre et des planètes, Environnement » -STPE-Sciences des Océans et de l'Atmosphère -SOA-, Sciences de la Mer, avec des parcours distinctement identifiés (exemple « Sédimentologie et Paléocéanographie »). À équivalence de niveau d'étude, l'obtention d'un master peut se faire par la voie universitaire, mais est également proposée aux étudiants inscrits dans les écoles d'ingénieur. Des étudiants inscrits, par exemple, à l'École Normale Supérieure (ENS) (à Paris, Lille, Lyon, etc.), parmi d'autres grandes écoles, ont un master à l'issue de leur formation. À ce titre, ils doivent effectuer le même type de stage que dans le cursus académique, et ceux qui sont intéressés par les disciplines des P&P se retrouvent dans les mêmes laboratoires que les étudiants issus des parcours universitaires.

### A 5.1.3 Doctorats

Les étudiants détenteurs d'un master, et désireux de suivre un doctorat, doivent désormais s'inscrire à un concours proposé dans chacune des écoles doctorales. Les offres de thèse sont éditées par ces écoles doctorales sur leurs sites internet et deux types de recrutements sont possibles: (i)

des recrutements pour lesquels les financements (dont le salaire) sont déjà en partie acquis (ANR, ERC, etc.) et seul l'étudiant concoure pour l'obtention de la thèse, (ii) et des recrutements pour lesquels le sujet et le candidat doivent passer la barrière d'une sélection. Le pourcentage de réussite est différent en fonction de chaque école doctorale. Un sondage a été réalisé auprès de cinq grandes écoles doctorales pour avoir une vision, même partielle, des thématiques des travaux de thèse réalisés en sciences de la Terre sur les 10-15 dernières années (figure A 5.2).

Le résultat de ce sondage s'appuie sur un échantillonnage restreint de l'offre de formation à l'échelle nationale, mais permet de montrer que, dès la licence, les spécificités de chaque parcours se retrouvent dans la répartition des thématiques abordées dans les doctorats.

Les doctorants obtiennent des majoritairement des contrats postdoctoraux dans les 1 à 3 ans après leur diplôme. Au bout de 3 ans, certains continuent dans des contrats post-doctoraux (environ 16%), les autres sont embauchés, en moyenne, comme suit (figure A 5.3):

1- au sein des Universités (~12%), en tant que maîtres de conférences;

2- au sein des différents laboratoires (~17%) en tant que chercheurs;

3- au sein des différents laboratoires (~10%) en tant qu'ingénieurs de recherche (ou autres);

4- au sein d'autres instituts/organismes non académiques (~19%).

<figure><img src="image_56.png" /><figcaption>Figure A 5.2 – Répartition des thématiques principales des thèses rattachées à cinq grandes écoles doctorales régionales.</figcaption></figure>
ments effectués en salle (cours magistraux en amphithéâtre ou travaux dirigés), les « camps de terrain », ou encore pendant les stages de recherche que chaque étudiant de master doit valider pour obtenir son diplôme. Ces stages sont proposés, pour une période allant de 5 à 7 semaines pour la première année, et pour une durée allant de 5 à 6 mois pendant la seconde année. C'est au cours de ces stages, directement effectués au sein des laboratoires liés aux formations, que l'apprentissage des futurs acteurs en P&P se renforce.

Comme pour les licences, en fonction du campus, les masters présentent des spécificités particulières. Il existe ainsi, par exemple, des mentions « Sciences de la Terre et des planètes, Environnement » -STPE-Sciences des Océans et de l'Atmosphère -SOA-, Sciences de la Mer, avec des parcours distinctement identifiés (exemple « Sédimentologie et Paléocéanographie »). À équivalence de niveau d'étude, l'obtention d'un master peut se faire par la voie universitaire, mais est également proposée aux étudiants inscrits dans les écoles d'ingénieur. Des étudiants inscrits, par exemple, à l'École Normale Supérieure (ENS) (à Paris, Lille, Lyon, etc.), parmi d'autres grandes écoles, ont un master à l'issue de leur formation. À ce titre, ils doivent effectuer le même type de stage que dans le cursus académique, et ceux qui sont intéressés par les disciplines des P&P se retrouvent dans les mêmes laboratoires que les étudiants issus des parcours universitaires.

### A 5.1.3 Doctorats

Les étudiants détenteurs d'un master, et désireux de suivre un doctorat, doivent désormais s'inscrire à un concours proposé dans chacune des écoles doctorales. Les offres de thèse sont éditées par ces écoles doctorales sur leurs sites internet et deux types de recrutements sont possibles: (i)

des recrutements pour lesquels les financements (dont le salaire) sont déjà en partie acquis (ANR, ERC, etc.) et seul l'étudiant concoure pour l'obtention de la thèse, (ii) et des recrutements pour lesquels le sujet et le candidat doivent passer la barrière d'une sélection. Le pourcentage de réussite est différent en fonction de chaque école doctorale. Un sondage a été réalisé auprès de cinq grandes écoles doctorales pour avoir une vision, même partielle, des thématiques des travaux de thèse réalisés en sciences de la Terre sur les 10-15 dernières années (figure A 5.2).

Le résultat de ce sondage s'appuie sur un échantillonnage restreint de l'offre de formation à l'échelle nationale, mais permet de montrer que, dès la licence, les spécificités de chaque parcours se retrouvent dans la répartition des thématiques abordées dans les doctorats.

Les doctorants obtiennent des majoritairement des contrats postdoctoraux dans les 1 à 3 ans après leur diplôme. Au bout de 3 ans, certains continuent dans des contrats post-doctoraux (environ 16%), les autres sont embauchés, en moyenne, comme suit (figure A 5.3):

1- au sein des Universités (~12%), en tant que maîtres de conférences;

2- au sein des différents laboratoires (~17%) en tant que chercheurs;

3- au sein des différents laboratoires (~10%) en tant qu'ingénieurs de recherche (ou autres);

4- au sein d'autres instituts/organismes non académiques (~19%).

<figure><img src="image_56.png" /><figcaption>Figure A 5.2 – Répartition des thématiques principales des thèses rattachées à cinq grandes écoles doctorales régionales.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_57.png" /><figcaption>**Figure A 5.3** – Camemberts montrant la répartition des débouchés professionnels des doctorants issus de trois écoles doctorales.</figcaption></figure>

formation en environnement devient de plus en plus critique pour aborder les changements en cours et le déploiement de solutions adaptées.

Près d'un quart des anciens doctorants n'a pas gardé de contact après la soutenance de leur thèse, et ne sont donc pas pris en compte dans les statistiques précédentes.

La plupart des recrutements concerne des thématiques de recherche visant à améliorer la connaissance pour différentes périodes de temps très récentes. Un volet non négligeable des recrutements concerne l'utilisation et la maîtrise des modèles numériques de climat, impliquant souvent (mais pas exclusivement) les étudiants issus des écoles d'ingénieurs.

Les réponses au questionnaire adressé à la communauté font état des difficultés de recrutement de nouveaux étudiants en P&P liées (1) à des formations inexistantes (cf. *supra*); (2) au niveau des étudiants; (3) à l'absence de formation à l'interdisciplinarité pourtant nécessaire pour aborder les questions P&P. La crainte majeure est la baisse d'attractivité pouvant mener à la perte de compétences, de savoir-faire et de savoirs, de visibilité, pouvant conduire à l'abandon de certaines disciplines qui sont importantes pour les chantiers majeurs des prochaines années. Certaines communautés, notamment les plus naturalistes, se sentent particulièrement vulnérables et menacées.

L'attractivité est affectée par le manque de postes pour les jeunes docteurs, dans un cursus qui relève bien souvent du parcours du combattant, avec une compétition exacerbée et des parcours de plus en plus risqués. La difficulté d'obtenir des financements non seulement pour les thèses mais également pour les gratifications de stages est aussi évoquée dans la fragilisation des filières de formation. Enfin, la faible attractivité des métiers des P&P est également la conséquence des faibles débouchés hors milieu académique ou de leur méconnaissance par les étudiants. L'inserition professionnelle est difficile.

Dans le questionnaire, la moitié des collègues insiste également sur le besoin de nouvelles formations en préparation de nouveaux métiers, que ce soit pour aborder les nouvelles questions scientifiques ou intégrer différents services ou la

## A 5.2 RECRUTEMENTS

<figure><img src="image_58.png" /><figcaption>**Figure A 5.4** – Estimation des effectifs et de l'évolution des recrutements P&P au CNRS, dans les universités et autres établissements de 1961 à 2022.</figcaption></figure>

L'analyse de l'évolution des recrutements est limitée par le fait que nous disposons d'informations sur les dates de recrutement ou dates de départ pour 677 parmi les 819 collègues recensés. Les données recueillies indiquent que les recrutements dans le domaine des P&P augmentent depuis 1961 pour parvenir à un maximum en 2010 puis chuter (Figure A 5.4). Un maximum de 40 recrutements par an, tous établissements confondus, est enregistré en 2010. Il est notable que la forte augmentation est due pour 2/3 au nombre de recrutement plus élevé dans les universités et les organismes autres que le CNRS.

En 2023, l'effectif est estimé à 700 personnes. La figure A 5.5 permet de comparer le total de recrutement P&P au CNRS (toutes sections confondues) avec le nombre de chercheur (toutes disciplines confondues) dans les sections dans lesquels les chercheurs P&P sont majoritairement recrutés. Le nombre total de recrutement P&P décroit, mais il en est de même pour les nombre de recrutés dans les différentes sections. Cette figure indique que la tendance à la baisse entamée vers 2009 semble structurelle et non liée à la discipline.
<figure><img src="image_57.png" /><figcaption>**Figure A 5.3** – Camemberts montrant la répartition des débouchés professionnels des doctorants issus de trois écoles doctorales.</figcaption></figure>

formation en environnement devient de plus en plus critique pour aborder les changements en cours et le déploiement de solutions adaptées.

Près d'un quart des anciens doctorants n'a pas gardé de contact après la soutenance de leur thèse, et ne sont donc pas pris en compte dans les statistiques précédentes.

La plupart des recrutements concerne des thématiques de recherche visant à améliorer la connaissance pour différentes périodes de temps très récentes. Un volet non négligeable des recrutements concerne l'utilisation et la maîtrise des modèles numériques de climat, impliquant souvent (mais pas exclusivement) les étudiants issus des écoles d'ingénieurs.

Les réponses au questionnaire adressé à la communauté font état des difficultés de recrutement de nouveaux étudiants en P&P liées (1) à des formations inexistantes (cf. *supra*); (2) au niveau des étudiants; (3) à l'absence de formation à l'interdisciplinarité pourtant nécessaire pour aborder les questions P&P. La crainte majeure est la baisse d'attractivité pouvant mener à la perte de compétences, de savoir-faire et de savoirs, de visibilité, pouvant conduire à l'abandon de certaines disciplines qui sont importantes pour les chantiers majeurs des prochaines années. Certaines communautés, notamment les plus naturalistes, se sentent particulièrement vulnérables et menacées.

L'attractivité est affectée par le manque de postes pour les jeunes docteurs, dans un cursus qui relève bien souvent du parcours du combattant, avec une compétition exacerbée et des parcours de plus en plus risqués. La difficulté d'obtenir des financements non seulement pour les thèses mais également pour les gratifications de stages est aussi évoquée dans la fragilisation des filières de formation. Enfin, la faible attractivité des métiers des P&P est également la conséquence des faibles débouchés hors milieu académique ou de leur méconnaissance par les étudiants. L'inserition professionnelle est difficile.

Dans le questionnaire, la moitié des collègues insiste également sur le besoin de nouvelles formations en préparation de nouveaux métiers, que ce soit pour aborder les nouvelles questions scientifiques ou intégrer différents services ou la

## A 5.2 RECRUTEMENTS

<figure><img src="image_58.png" /><figcaption>**Figure A 5.4** – Estimation des effectifs et de l'évolution des recrutements P&P au CNRS, dans les universités et autres établissements de 1961 à 2022.</figcaption></figure>

L'analyse de l'évolution des recrutements est limitée par le fait que nous disposons d'informations sur les dates de recrutement ou dates de départ pour 677 parmi les 819 collègues recensés. Les données recueillies indiquent que les recrutements dans le domaine des P&P augmentent depuis 1961 pour parvenir à un maximum en 2010 puis chuter (Figure A 5.4). Un maximum de 40 recrutements par an, tous établissements confondus, est enregistré en 2010. Il est notable que la forte augmentation est due pour 2/3 au nombre de recrutement plus élevé dans les universités et les organismes autres que le CNRS.

En 2023, l'effectif est estimé à 700 personnes. La figure A 5.5 permet de comparer le total de recrutement P&P au CNRS (toutes sections confondues) avec le nombre de chercheur (toutes disciplines confondues) dans les sections dans lesquels les chercheurs P&P sont majoritairement recrutés. Le nombre total de recrutement P&P décroit, mais il en est de même pour les nombre de recrutés dans les différentes sections. Cette figure indique que la tendance à la baisse entamée vers 2009 semble structurelle et non liée à la discipline.
<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>Figure A 5.5 – Évolution comparée des recrutements P&P au CNRS (courbe rouge) et de tous les recrutements (toutes thématiques confondues) dans les sections 18, 19, 30 et 31 qui contribuent majoritairement aux P&P depuis 2006 (source: https://www.soundofscience.fr/cnrs-hiring-total.html).</figcaption></figure>

L'évolution annuelle des effectifs (cumul des recrutements – départs à la retraite) est biaisée car (1) il manque beaucoup de données sur les départs à la retraite (64 dates de fin d'activité confirmées) ; (2) il existe des pionniers qui ont œuvré avant 1961. Néanmoins, elle informe sur la dynamique long terme de la communauté et pose la question de la démographie et de l'impact des départs à retraite à venir (non quantifié du fait de la qualité des données). Il faut s'attendre à devoir anticiper les recrutements pour compenser les départs à la retraite d'ici 5 à 10 ans pour pouvoir garder une activité P&P au niveau de ce qu'elle est aujourd'hui.

La question de la disparité de genre dans la communauté P&P est abordée au travers de la figure A 5.6. La part des chercheuses dans la communauté P&P n'a cessé de croître depuis les années 80 et 90 mais semble atteindre un plateau au début des années 2000, pour n'atteindre que 35,9% en 2022. Cette valeur est inférieure à la part des femmes dans les administrations françaises (40,2%), mais légèrement supérieure à la part des chercheuses au CNRS en 2019 (35%).

<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>Figure A 5.6 – Évolution de la part des chercheuses dans la communauté P&P comparée à la part des femmes parmi les chercheurs des administrations (2019), à la part des chercheuses au CNRS (2019) et à la part des chercheuses en P&P au CNRS (2022, cette étude).</figcaption></figure>
<figure><img src="image_59.png" /><figcaption>Figure A 5.5 – Évolution comparée des recrutements P&P au CNRS (courbe rouge) et de tous les recrutements (toutes thématiques confondues) dans les sections 18, 19, 30 et 31 qui contribuent majoritairement aux P&P depuis 2006 (source: https://www.soundofscience.fr/cnrs-hiring-total.html).</figcaption></figure>

L'évolution annuelle des effectifs (cumul des recrutements – départs à la retraite) est biaisée car (1) il manque beaucoup de données sur les départs à la retraite (64 dates de fin d'activité confirmées) ; (2) il existe des pionniers qui ont œuvré avant 1961. Néanmoins, elle informe sur la dynamique long terme de la communauté et pose la question de la démographie et de l'impact des départs à retraite à venir (non quantifié du fait de la qualité des données). Il faut s'attendre à devoir anticiper les recrutements pour compenser les départs à la retraite d'ici 5 à 10 ans pour pouvoir garder une activité P&P au niveau de ce qu'elle est aujourd'hui.

La question de la disparité de genre dans la communauté P&P est abordée au travers de la figure A 5.6. La part des chercheuses dans la communauté P&P n'a cessé de croître depuis les années 80 et 90 mais semble atteindre un plateau au début des années 2000, pour n'atteindre que 35,9% en 2022. Cette valeur est inférieure à la part des femmes dans les administrations françaises (40,2%), mais légèrement supérieure à la part des chercheuses au CNRS en 2019 (35%).

<figure><img src="image_60.png" /><figcaption>Figure A 5.6 – Évolution de la part des chercheuses dans la communauté P&P comparée à la part des femmes parmi les chercheurs des administrations (2019), à la part des chercheuses au CNRS (2019) et à la part des chercheuses en P&P au CNRS (2022, cette étude).</figcaption></figure>
# A6. Synthèse des forces et faiblesses

<figure><img src="image_61.png" /><figcaption>Figure A 6.1 – Analyse swot de la communauté P&P en France.</figcaption></figure>

L'analyse SWOT (Figure 4.6.1) rassemble les principaux atouts et points de vigilance émanant des différentes sections de l'état de lieu des activités P&P en France. Ils sont à prendre en compte pour établir les grandes orientations scientifiques, techniques et humaines des prochaines années.

Une des conclusions émanant de l'analyse de l'état de lieux de la communauté P&P en France est que cette communauté est très large (~700 personnes en 2023). Ses travaux concernent l'étude des expériences passées du système Terre qui sont nécessaires à la compréhension de l'état actuel du système et de sa trajectoire future. Malgré la diversité d'approches méthodologiques et de sujets considérés, elle s'identifie en tant que communauté *via* un vocabulaire commun et des approches partagées ou complémentaires.

Une partie des forces vient de la capacité à combiner des approches de terrain, analytiques et de modélisation intégrée permettant des rétro-observations de l'environnement, l'intégration d'une vaste gamme d'échelles spatio-temporelles et la compréhension des multiples facteurs ayant façonné et façonnant encore les caractéristiques du climat et de l'environnement et leurs évolutions, qu'elles soient lentes, résultant d'événements abrupts, de points de bascule liés ou non à de grandes crises environnementales. C'est une communauté dynamique qui obtient de nombreux finance-ments, produit un volume conséquent de résultats qui participent à un nombre très significatif de publications scientifiques. À ce titre, la communauté P&P française bénéficie

d'une forte réputation internationale, peut-être plus grande que sa visibilité nationale.

Les développements méthodologiques (prélèvements, analyses, instrumentation, modélisation, etc.) induits par les questions scientifiques sont un levier important en termes d'innovations. La qualité et quantité des données produites sont remarquables mais souffrent d'un manque d'harmonisation et ne sont pas encore pleinement exploitées dans les comparaisons données-modèles. Les initiatives multiples de gestion des objets et données devraient permettre à la communauté de faire un saut qualitatif dans ce domaine.

Malgré un vocabulaire partagé, la communauté des P&P ne semble pas avoir d'identité propre. Elle est plutôt la synthèse de sous-communautés qui ont leur propre identité ou qui se réclament d'autres communautés (géochimistes, palynologues, géoarchéologues, etc.). Le défaut d'identité est aussi la conséquence du cloisonnement en silos (disciplinaires, thématiques, temporels, spatiaux) déploré par la quasi-totalité des collègues. Deux cloisonnements sont plus particulièrement mis en relief: (1) Quaternaire-Deep time (en lien avec présence/absence des sociétés humaines) et (2) spécialistes des processus de la période actuelle-paléo. Ces cloisonnements ont forgé et résultent de la structuration de nos instances. En favorisant sa dispersion, la complexité du paysage et des structures ne répond pas aux besoins de la communauté.
A6. Synthèse des forces et faiblesses

<figure><img src="image_61.png" /><figcaption>Figure A 6.1 – Analyse swot de la communauté P&P en France.</figcaption></figure>

L'analyse SWOT (Figure 4.6.1) rassemble les principaux atouts et points de vigilance émanant des différentes sections de l'état de lieu des activités P&P en France. Ils sont à prendre en compte pour établir les grandes orientations scientifiques, techniques et humaines des prochaines années.

Une des conclusions émanant de l'analyse de l'état de lieux de la communauté P&P en France est que cette communauté est très large (~700 personnes en 2023). Ses travaux concernent l'étude des expériences passées du système Terre qui sont nécessaires à la compréhension de l'état actuel du système et de sa trajectoire future. Malgré la diversité d'approches méthodologiques et de sujets considérés, elle s'identifie en tant que communauté *via* un vocabulaire commun et des approches partagées ou complémentaires.

Une partie des forces vient de la capacité à combiner des approches de terrain, analytiques et de modélisation intégrée permettant des rétro-observations de l'environnement, l'intégration d'une vaste gamme d'échelles spatio-temporelles et la compréhension des multiples facteurs ayant façonné et façonnant encore les caractéristiques du climat et de l'environnement et leurs évolutions, qu'elles soient lentes, résultant d'événements abrupts, de points de bascule liés ou non à de grandes crises environnementales. C'est une communauté dynamique qui obtient de nombreux finance-ments, produit un volume conséquent de résultats qui participent à un nombre très significatif de publications scientifiques. À ce titre, la communauté P&P française bénéficie

d'une forte réputation internationale, peut-être plus grande que sa visibilité nationale.

Les développements méthodologiques (prélèvements, analyses, instrumentation, modélisation, etc.) induits par les questions scientifiques sont un levier important en termes d'innovations. La qualité et quantité des données produites sont remarquables mais souffrent d'un manque d'harmonisation et ne sont pas encore pleinement exploitées dans les comparaisons données-modèles. Les initiatives multiples de gestion des objets et données devraient permettre à la communauté de faire un saut qualitatif dans ce domaine.

Malgré un vocabulaire partagé, la communauté des P&P ne semble pas avoir d'identité propre. Elle est plutôt la synthèse de sous-communautés qui ont leur propre identité ou qui se réclament d'autres communautés (géochimistes, palynologues, géoarchéologues, etc.). Le défaut d'identité est aussi la conséquence du cloisonnement en silos (disciplinaires, thématiques, temporels, spatiaux) déploré par la quasi-totalité des collègues. Deux cloisonnements sont plus particulièrement mis en relief: (1) Quaternaire-Deep time (en lien avec présence/absence des sociétés humaines) et (2) spécialistes des processus de la période actuelle-paléo. Ces cloisonnements ont forgé et résultent de la structuration de nos instances. En favorisant sa dispersion, la complexité du paysage et des structures ne répond pas aux besoins de la communauté.
Il pourrait être argumenté que cette (sur-)structuration se-
rait le gage d'une meilleure préparation à des projets inter-
nationaux. Mais le constat est qu'elle arme mal la commu-
nauté qui reste peu active dans ce domaine au regard de
son potentiel. Une large partie de la communauté se replie
sur les petits projets à l'échelle nationale ou infra-nationale
sur des financements proposés dans des myriades de struc-
tures. Le modèle de financement actuel risque d'amplifier
la tendance à la dispersion et aux trop nombreux cloison-
nements, amenant la dilution des énergies et des idées. Un
effort de coordination important doit être réalisé dans les
années à venir au risque de l'éclatement de la communauté.
C'est tout l'ambition de ce Livre Blanc, à la condition que
cette coordination n'augmente pas l'enthalpie du système.

Certaines sous-communautés se considèrent fragiles. La
course analytique (géochimie s.l.), les ressources déployées
sur l'observation, le développement de la modélisation, les
départs en retraite ont réduit la part des naturalistes dans
la communauté. Cette perte d'expertise pourrait faire cou-
rir le risque à terme, de disposer d'analyses très pointues
sur des objets (biologiques, minéraux...) mal identifiés. De
manière plus générale, l'inquiétude de la communauté est
systématiquement focalisée sur les ressources humaines
et financières. Par définition, la communauté s'inscrit dans
le temps long de la recherche et a besoin de garanties sur
des financements récurrents (dotations vs projets) et des
ressources humaines pérennes. Il est nécessaire de garantir
l'emploi dans ces thématiques et de l'anticiper en assurant
la formation des futurs recrutés, l'attractivité des métiers, et
l'employabilité des personnels formés.

La multitude d'approches et de questions scientifiques traitées par la communauté P&P est assurément la conséquence d'une très forte interdisciplinarité Cette dispersion (et transversalité dans les questions abordées) peut être considérée comme une menace mais la richesse qu'elle procure à la communauté permet un renouvellement constant des questions scientifiques. Elle rend en conséquence le positionnement difficile et demande de porter une attention aux adéquations entre les calendriers disciplinaires et multidisciplinaires pour garantir une synergie autour d'axes de recherche partagés à l'échelle nationale.

Malgré la multitude de sujets considérés « attractifs » ayant
le potentiel de faire rêver, la communauté P&P estime que
ses travaux sont peu visibles du grand public. Il s'agit sans
doute d'une sous-estimation de l'impact réel des travaux,
peut-être liée à la diversité des sujets, au manque d'infor-
mation sur l'ensemble des travaux de vulgarisation et com-
munication, et, au fait, que l'impact collectif des actions
menées reste sous-estimé. La communauté fait également
le constat que les résultats et l'expertise acquise pèsent peu
dans le débat public et la prise de décision, alors que les
questionnements s'inscrivent naturellement dans une de-
mande sociétale forte sur les sciences de la durabilité. Cet
aspect est à prendre en compte dans la façon de concevoir

les liens entre les recherches P&P. Il s'agit pour l'avenir de
ne pas seulement considérer les résultats P&P comme une
mise en perspective des changements actuels, mais comme
une source d'information primordiale pour anticiper les
risques associés aux changements climatiques et environ-
nementaux, et aux potentiels effets en cascade pouvant
être induits par des mesures d'adaptation ou d'atténuation
sur le fonctionnement du climat et des écosystèmes du sys-
tème Terre.

La multiplicité des approches, zones et temporalités d'études, amène implicitement à la volonté de comprendre la dynamique du système terrestre (englobant tous ses composants) dans une vision holistique à la fois globale, très résolue spatialement et temporellement, et dans laquelle l'ensemble des processus et phénomènes s'imbrique en prenant en compte une très grande diversité de variables. C'est le projet collectif très ambitieux que les différentes consultations menées pour établir ce livre blanc fait émerger et qui mobilise la communauté pour les années à venir. Les fortes interactions répertoriées entre les laboratoires concernés sont le garant de la faisabilité sous réserve que les moyens techniques et humains et l'organisation à l'échelle nationale permettent un accompagnement à la hauteur des ambitions.
Il pourrait être argumenté que cette (sur-)structuration se-
rait le gage d'une meilleure préparation à des projets inter-
nationaux. Mais le constat est qu'elle arme mal la commu-
nauté qui reste peu active dans ce domaine au regard de
son potentiel. Une large partie de la communauté se replie
sur les petits projets à l'échelle nationale ou infra-nationale
sur des financements proposés dans des myriades de struc-
tures. Le modèle de financement actuel risque d'amplifier
la tendance à la dispersion et aux trop nombreux cloison-
nements, amenant la dilution des énergies et des idées. Un
effort de coordination important doit être réalisé dans les
années à venir au risque de l'éclatement de la communauté.
C'est tout l'ambition de ce Livre Blanc, à la condition que
cette coordination n'augmente pas l'enthalpie du système.

Certaines sous-communautés se considèrent fragiles. La
course analytique (géochimie s.l.), les ressources déployées
sur l'observation, le développement de la modélisation, les
départs en retraite ont réduit la part des naturalistes dans
la communauté. Cette perte d'expertise pourrait faire cou-
rir le risque à terme, de disposer d'analyses très pointues
sur des objets (biologiques, minéraux...) mal identifiés. De
manière plus générale, l'inquiétude de la communauté est
systématiquement focalisée sur les ressources humaines
et financières. Par définition, la communauté s'inscrit dans
le temps long de la recherche et a besoin de garanties sur
des financements récurrents (dotations vs projets) et des
ressources humaines pérennes. Il est nécessaire de garantir
l'emploi dans ces thématiques et de l'anticiper en assurant
la formation des futurs recrutés, l'attractivité des métiers, et
l'employabilité des personnels formés.

La multitude d'approches et de questions scientifiques traitées par la communauté P&P est assurément la conséquence d'une très forte interdisciplinarité Cette dispersion (et transversalité dans les questions abordées) peut être considérée comme une menace mais la richesse qu'elle procure à la communauté permet un renouvellement constant des questions scientifiques. Elle rend en conséquence le positionnement difficile et demande de porter une attention aux adéquations entre les calendriers disciplinaires et multidisciplinaires pour garantir une synergie autour d'axes de recherche partagés à l'échelle nationale.

Malgré la multitude de sujets considérés « attractifs » ayant
le potentiel de faire rêver, la communauté P&P estime que
ses travaux sont peu visibles du grand public. Il s'agit sans
doute d'une sous-estimation de l'impact réel des travaux,
peut-être liée à la diversité des sujets, au manque d'infor-
mation sur l'ensemble des travaux de vulgarisation et com-
munication, et, au fait, que l'impact collectif des actions
menées reste sous-estimé. La communauté fait également
le constat que les résultats et l'expertise acquise pèsent peu
dans le débat public et la prise de décision, alors que les
questionnements s'inscrivent naturellement dans une de-
mande sociétale forte sur les sciences de la durabilité. Cet
aspect est à prendre en compte dans la façon de concevoir

les liens entre les recherches P&P. Il s'agit pour l'avenir de
ne pas seulement considérer les résultats P&P comme une
mise en perspective des changements actuels, mais comme
une source d'information primordiale pour anticiper les
risques associés aux changements climatiques et environ-
nementaux, et aux potentiels effets en cascade pouvant
être induits par des mesures d'adaptation ou d'atténuation
sur le fonctionnement du climat et des écosystèmes du sys-
tème Terre.

La multiplicité des approches, zones et temporalités d'études, amène implicitement à la volonté de comprendre la dynamique du système terrestre (englobant tous ses composants) dans une vision holistique à la fois globale, très résolue spatialement et temporellement, et dans laquelle l'ensemble des processus et phénomènes s'imbrique en prenant en compte une très grande diversité de variables. C'est le projet collectif très ambitieux que les différentes consultations menées pour établir ce livre blanc fait émerger et qui mobilise la communauté pour les années à venir. Les fortes interactions répertoriées entre les laboratoires concernés sont le garant de la faisabilité sous réserve que les moyens techniques et humains et l'organisation à l'échelle nationale permettent un accompagnement à la hauteur des ambitions.
LIVRE BLANC

PALÉOCLIMATS ET PALÉOENVIRONNEMENTS

B

Prospective
LIVRE BLANC

PALÉOCLIMATS ET PALÉOENVIRONNEMENTS

B

Prospective
# Préambule

Les recherches sur la compréhension de l'évolution du climat et de l'environnement sont à l'avant-garde pour relever certains des plus grands défis environnementaux, scientifiques et sociétaux du monde actuel. Les changements en cours sont inédits sur des milliers, voire millions d'années, suivant les indicateurs environnementaux considérés. Au-delà des effets du changement climatique et des questions d'atténuation ou d'adaptation, de nombreuses questions émergent sur des effets croisés avec d'autres enjeux environnementaux concernant, par exemple, l'évolution des écosystèmes, de la biodiversité ou encore l'accès aux ressources en eau, à la nourriture et à l'énergie. Malgré la nature critique des travaux sur la période actuelle, les constats et recherches sur les trajectoires climatiques et environnementales récentes illustrent mal les états du système auxquels nous pourrions potentiellement nous attendre dans le futur. Les pressions environnementales imposées par les activités humaines, mais également la nature même de la réponse des écosystèmes à ces pressions, engendrent des mécanismes dont les dynamiques et temps de réponse pluri-décennales à pluri-centennales restent encore largement inconnus.

Les études des paléoclimats et paléoenvironnements (P&P) permettent de pallier notre incapacité à observer directement les processus sur le temps long, en nous renseignant sur les états passés, les trajectoires, les points de bascule et les multiples interactions entre les caractéristiques climatiques et environnementales, dans des conditions variées. Elles renseignent sur les écosystèmes et la façon dont ils ont réagi aux changements environnementaux en contexte à la fois pré- et post-anthropique, offrant le moyen de mieux comprendre leurs capacités de résilience. Elles permettent également de mieux appréhender l'ampleur des changements en cours. À ce titre, elles jouent un rôle incontournable dans les rapports d'évaluation publiés par le GIEC, qui est, de plus, transposable à l'ensemble des problématiques environnementales, à commencer par la crise de perte de biodiversité et les questions traitées dans les rapports de l'IPBES.

Les travaux de recherche menés sur ces sujets en France ont permis des avancées spectaculaires pour découvrir la richesse de l'histoire du climat et de l'environnement de la Terre. Les approches et études sont extrêmement diversifiées et font appel à de multiples interactions disciplinaires et multidisciplinaires, aux échelles nationale et internationale. Les inflexions et opportunités scientifiques rapportées dans la partie « état des lieux » mettent en exergue les renouvellements constants des questions et le fort potentiel scientifique des P&P pour éclairer les questions environnementales attachées aux objectifs de développement durable proposés par l'ONU¹. La préparation de ce livre blanc a été l'occasion de se projeter collectivement pour identifier les grandes questions qui justifient de nouvelles structurations et de nouveaux moyens pour les 10, 20, 25 ans à venir.

Les axes de recherche proposés posent les bases d'un programme national ambitieux s'appuyant sur les forces et orientations propres aux recherches P&P en France. Ils doivent permettre de consolider les interactions multidisciplinaires et les spécificités des activités P&P, tout en faisant ressortir les verrous et grands agendas scientifiques, qu'ils soient disciplinaires ou multidisciplinaires. Le besoin de décloisonnements thématiques et organisationnels est pris en compte dans la façon d'aborder les questions scientifiques en bénéficiant de regards complémentaires sur les différents sujets. Les priorités associées à ces enjeux scientifiques donnent des éléments pour repenser l'organisation nationale et la façon de garder et renforcer les leaderships.
# Préambule

Les recherches sur la compréhension de l'évolution du climat et de l'environnement sont à l'avant-garde pour relever certains des plus grands défis environnementaux, scientifiques et sociétaux du monde actuel. Les changements en cours sont inédits sur des milliers, voire millions d'années, suivant les indicateurs environnementaux considérés. Au-delà des effets du changement climatique et des questions d'atténuation ou d'adaptation, de nombreuses questions émergent sur des effets croisés avec d'autres enjeux environnementaux concernant, par exemple, l'évolution des écosystèmes, de la biodiversité ou encore l'accès aux ressources en eau, à la nourriture et à l'énergie. Malgré la nature critique des travaux sur la période actuelle, les constats et recherches sur les trajectoires climatiques et environnementales récentes illustrent mal les états du système auxquels nous pourrions potentiellement nous attendre dans le futur. Les pressions environnementales imposées par les activités humaines, mais également la nature même de la réponse des écosystèmes à ces pressions, engendrent des mécanismes dont les dynamiques et temps de réponse pluri-décennales à pluri-centennales restent encore largement inconnus.

Les études des paléoclimats et paléoenvironnements (P&P) permettent de pallier notre incapacité à observer directement les processus sur le temps long, en nous renseignant sur les états passés, les trajectoires, les points de bascule et les multiples interactions entre les caractéristiques climatiques et environnementales, dans des conditions variées. Elles renseignent sur les écosystèmes et la façon dont ils ont réagi aux changements environnementaux en contexte à la fois pré- et post-anthropique, offrant le moyen de mieux comprendre leurs capacités de résilience. Elles permettent également de mieux appréhender l'ampleur des changements en cours. À ce titre, elles jouent un rôle incontournable dans les rapports d'évaluation publiés par le GIEC, qui est, de plus, transposable à l'ensemble des problématiques environnementales, à commencer par la crise de perte de biodiversité et les questions traitées dans les rapports de l'IPBES.

Les travaux de recherche menés sur ces sujets en France ont permis des avancées spectaculaires pour découvrir la richesse de l'histoire du climat et de l'environnement de la Terre. Les approches et études sont extrêmement diversifiées et font appel à de multiples interactions disciplinaires et multidisciplinaires, aux échelles nationale et internationale. Les inflexions et opportunités scientifiques rapportées dans la partie « état des lieux » mettent en exergue les renouvellements constants des questions et le fort potentiel scientifique des P&P pour éclairer les questions environnementales attachées aux objectifs de développement durable proposés par l'ONU¹. La préparation de ce livre blanc a été l'occasion de se projeter collectivement pour identifier les grandes questions qui justifient de nouvelles structurations et de nouveaux moyens pour les 10, 20, 25 ans à venir.

Les axes de recherche proposés posent les bases d'un programme national ambitieux s'appuyant sur les forces et orientations propres aux recherches P&P en France. Ils doivent permettre de consolider les interactions multidisciplinaires et les spécificités des activités P&P, tout en faisant ressortir les verrous et grands agendas scientifiques, qu'ils soient disciplinaires ou multidisciplinaires. Le besoin de décloisonnements thématiques et organisationnels est pris en compte dans la façon d'aborder les questions scientifiques en bénéficiant de regards complémentaires sur les différents sujets. Les priorités associées à ces enjeux scientifiques donnent des éléments pour repenser l'organisation nationale et la façon de garder et renforcer les leaderships.

<footnote>1- https://www.un.org/fr/exhibit/odd-17-objectifs-pour-transformer-notre-monde</footnote>
<figure><img src="image_62.png" /></figure>
<figure><img src="image_62.png" /></figure>
B

Prospective

SOMMAIRE

<table><tr><td>B1. GRANDES ORIENTATIONS SCIENTIFIQUES</td><td>79</td></tr><tr><td>B2. QUELQUES DÉFIS SCIENTIFIQUES SPÉCIFIQUES À RELEVER</td><td>91</td></tr><tr><td>B3. COLLECTE ET ACCÈS AUX ARCHIVES</td><td>99</td></tr><tr><td>B4. DÉVELOPPEMENTS ANALYTIQUES</td><td>107</td></tr><tr><td>B5. MODÉLISATION, SIMULATIONS, INTELLIGENCE ARTIFICIELLE</td><td>111</td></tr><tr><td>B6. LA GESTION ET L'EXPLOITATION DES DONNÉES</td><td>119</td></tr><tr><td>B7. CONSOLIDER LA COMMUNAUTÉ NATIONALE P&amp;P</td><td>123</td></tr><tr><td>B8. SCIENCE ET SOCIÉTÉ</td><td>127</td></tr></table>
B

Prospective

SOMMAIRE

<table><tr><td>B1. GRANDES ORIENTATIONS SCIENTIFIQUES</td><td>79</td></tr><tr><td>B2. QUELQUES DÉFIS SCIENTIFIQUES SPÉCIFIQUES À RELEVER</td><td>91</td></tr><tr><td>B3. COLLECTE ET ACCÈS AUX ARCHIVES</td><td>99</td></tr><tr><td>B4. DÉVELOPPEMENTS ANALYTIQUES</td><td>107</td></tr><tr><td>B5. MODÉLISATION, SIMULATIONS, INTELLIGENCE ARTIFICIELLE</td><td>111</td></tr><tr><td>B6. LA GESTION ET L'EXPLOITATION DES DONNÉES</td><td>119</td></tr><tr><td>B7. CONSOLIDER LA COMMUNAUTÉ NATIONALE P&amp;P</td><td>123</td></tr><tr><td>B8. SCIENCE ET SOCIÉTÉ</td><td>127</td></tr></table>
<figure><img src="image_63.png" /></figure>
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# B1. Grandes orientations scientifiques

Les différentes consultations et les inflexions en cours (cf. Etat des lieux) font ressortir trois grands axes de recherche comme trames fédératives aux recherches P&P en France. Tout en gardant comme socle les thématiques P&P, ces axes ouvrent de nouveaux points de vue sur les questions P&P et doivent permettre de bénéficier de nouvelles opportunités intégrant davantage la biologie et les questions sociétales. L'articulation des questionnements autour de ces différents axes a aussi comme objectif d'éclairer les questions actuelles autour du développement durable, en offrant des mises en perspectives des P&P plus ciblées et à même d'intégrer des processus de décision aux échelles régionales et locales. Les différentes rétroactions, qu'elles proviennent de réponses à différentes perturbations externes, ou qu'elles soient le fruit des nombreuses interactions d'échelles conduisant à des événements de grande ampleur, sont au centre des réflexions.

## B 1.1 PROCESSUS COUPLÉS CLIMAT-ENVIRONNEMENT

Ce premier axe de recherche met l'accent sur le fonctionnement du système Terre. Il se focalise sur les processus et mécanismes permettant d'expliquer les grandes variations climatiques et environnementales passées en réponse à des forçages physiques externes - en particulier les variations d'énergie solaire, l'effet de la tectonique, du volcanisme, ou encore des gaz à effet de serre d'origine anthropique, l'utilisation des terres, etc. L'objectif est de combler les lacunes scientifiques concernant les interactions climat-environnement dans le système Terre. L'un des enjeux sera de fluidifier et encourager les échanges et les collaborations

dans un continuum allant de périodes très anciennes à la période instrumentale, afin de comprendre les interactions P&P à des échelles temporelles allant du million d'années à la saison.

### B 1.1.1 Rôle/réponse des forçages lents et rapides

Le système climatique a connu depuis sa formation des états extrêmes, allant de l'englacement total à des conditions tropicales. De nombreux aspects des rouages à l'origine de ces grandes évolutions nous échappent encore. Il reste indispensable de mieux caractériser et comprendre comment les perturbations associées à la géodynamique interne (orogenèse, volcanisme) ou à la variabilité des ap-

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

Figure B 1.1.1 – Comparaison des évolutions passées, actuelles et futures de la température globale de la planète et de la concentration atmosphérique en CO₂. Les évolutions futures illustrent différents scenari d'émissions futures de CO₂ et la réponse climatique qui y est associée.

© Pascale Braconnot, adapté de TS AR6 2021
# B1. Grandes orientations scientifiques

Les différentes consultations et les inflexions en cours (cf. Etat des lieux) font ressortir trois grands axes de recherche comme trames fédératives aux recherches P&P en France. Tout en gardant comme socle les thématiques P&P, ces axes ouvrent de nouveaux points de vue sur les questions P&P et doivent permettre de bénéficier de nouvelles opportunités intégrant davantage la biologie et les questions sociétales. L'articulation des questionnements autour de ces différents axes a aussi comme objectif d'éclairer les questions actuelles autour du développement durable, en offrant des mises en perspectives des P&P plus ciblées et à même d'intégrer des processus de décision aux échelles régionales et locales. Les différentes rétroactions, qu'elles proviennent de réponses à différentes perturbations externes, ou qu'elles soient le fruit des nombreuses interactions d'échelles conduisant à des événements de grande ampleur, sont au centre des réflexions.

## B 1.1 PROCESSUS COUPLÉS CLIMAT-ENVIRONNEMENT

Ce premier axe de recherche met l'accent sur le fonctionnement du système Terre. Il se focalise sur les processus et mécanismes permettant d'expliquer les grandes variations climatiques et environnementales passées en réponse à des forçages physiques externes - en particulier les variations d'énergie solaire, l'effet de la tectonique, du volcanisme, ou encore des gaz à effet de serre d'origine anthropique, l'utilisation des terres, etc. L'objectif est de combler les lacunes scientifiques concernant les interactions climat-environnement dans le système Terre. L'un des enjeux sera de fluidifier et encourager les échanges et les collaborations

dans un continuum allant de périodes très anciennes à la période instrumentale, afin de comprendre les interactions P&P à des échelles temporelles allant du million d'années à la saison.

### B 1.1.1 Rôle/réponse des forçages lents et rapides

Le système climatique a connu depuis sa formation des états extrêmes, allant de l'englacement total à des conditions tropicales. De nombreux aspects des rouages à l'origine de ces grandes évolutions nous échappent encore. Il reste indispensable de mieux caractériser et comprendre comment les perturbations associées à la géodynamique interne (orogenèse, volcanisme) ou à la variabilité des ap-

<figure><img src="image_64.png" /></figure>

Figure B 1.1.1 – Comparaison des évolutions passées, actuelles et futures de la température globale de la planète et de la concentration atmosphérique en CO2. Les évolutions futures illustrent différents scenari d'émissions futures de CO2 et la réponse climatique qui y est associée.

© Pascale Braconnot, adapté de TS AR6 2021
<figure><img src="image_65.png" /><figcaption>B 1.1.2 - Dead horse point, affleurement Permien-Trias, Utah, USA. © S. Bourquin</figcaption></figure>

ports d'énergie solaire (paramètres orbitaux, irradiance solaire) affectent le bilan radiatif et modifient les sources et puits d'énergie selon des constantes de temps variées. La modulation par les rétroactions du cycle du carbone ou les variations de taille des calottes glaciaires et autres surfaces englacées (glace de mer, glaciers, permafrost), ou encore les grandes évolutions du couvert végétal, restent un sujet de recherche majeur pour comprendre les caractéristiques climatiques et environnementales et leur évolution pour différentes régions.

Les nouvelles orientations s'efforceront de quantifier les incertitudes des reconstitutions ou de combler les lacunes liées au fait que certains facteurs, comme l'irradiance solaire, restent largement indéterminés au-delà de l'Holocène. Les activités s'orientent aussi vers un approfondissement des rôles du volcanisme, des poussières et des gaz à courte durée de vie, impliqués dans les changements climatiques globaux ou régionaux sur des échelles de temps plus courtes (quelques années). Les interactions et effets non

linéaires entre les réponses à court terme (< 100 ans) et long terme (> 100 ans), dont les processus restent souvent vagues, devront être précisés pour mieux bénéficier de l'information apportée par les différentes reconstitutions, et ce, quelle que soit la période étudiée. Il devient aussi possible de caractériser la saisonnalité qui demeure actuellement une grande inconnue des reconstitutions paléoclimatiques alors qu'il s'agit d'un facteur environnemental déterminant.

Les travaux récents répertoriés dans le dernier rapport du GIEC insistent sur le fait que la sensibilité climatique, qui représente l'ampleur de la réponse de la température globale à un forçage donné, est dépendante de l'état de référence du climat et de la répartition géographique de la réponse (« effet pattern »). Cette dernière dépend de la nature des forçages ou à l'effet de rétroactions lentes provenant de l'océan, des glaces, de la végétation ou encore de l'hydrologie continentale. Les recherches P&P permettront de renseigner cet effet « pattern » en étudiant des périodes passées de transitions climatiques. Cela demande de favoriser
<figure><img src="image_65.png" /><figcaption>B 1.1.2 - Dead horse point, affleurement Permien-Trias, Utah, USA. © S. Bourquin</figcaption></figure>

ports d'énergie solaire (paramètres orbitaux, irradiance solaire) affectent le bilan radiatif et modifient les sources et puits d'énergie selon des constantes de temps variées. La modulation par les rétroactions du cycle du carbone ou les variations de taille des calottes glaciaires et autres surfaces englacées (glace de mer, glaciers, permafrost), ou encore les grandes évolutions du couvert végétal, restent un sujet de recherche majeur pour comprendre les caractéristiques climatiques et environnementales et leur évolution pour différentes régions.

Les nouvelles orientations s'efforceront de quantifier les incertitudes des reconstitutions ou de combler les lacunes liées au fait que certains facteurs, comme l'irradiance solaire, restent largement indéterminés au-delà de l'Holocène. Les activités s'orientent aussi vers un approfondissement des rôles du volcanisme, des poussières et des gaz à courte durée de vie, impliqués dans les changements climatiques globaux ou régionaux sur des échelles de temps plus courtes (quelques années). Les interactions et effets non

linéaires entre les réponses à court terme (< 100 ans) et long terme (> 100 ans), dont les processus restent souvent vagues, devront être précisés pour mieux bénéficier de l'information apportée par les différentes reconstitutions, et ce, quelle que soit la période étudiée. Il devient aussi possible de caractériser la saisonnalité qui demeure actuellement une grande inconnue des reconstitutions paléoclimatiques alors qu'il s'agit d'un facteur environnemental déterminant.

Les travaux récents répertoriés dans le dernier rapport du GIEC insistent sur le fait que la sensibilité climatique, qui représente l'ampleur de la réponse de la température globale à un forçage donné, est dépendante de l'état de référence du climat et de la répartition géographique de la réponse (« effet pattern »). Cette dernière dépend de la nature des forçages ou à l'effet de rétroactions lentes provenant de l'océan, des glaces, de la végétation ou encore de l'hydrologie continentale. Les recherches P&P permettront de renseigner cet effet « pattern » en étudiant des périodes passées de transitions climatiques. Cela demande de favoriser
quelques périodes et transitons clefs pour développer un cadre cohérent bénéficiant de suffisamment de reconstitutions dans les différents milieux et de simulations telles que celles étudiées coordonnées dans le Paléclimate Modeling Intercomparison Projet pour la période récente, le quaternaire, le Pliocène ou des évènements abrupts tels que le PETM.

### B 1.1.2 Interactions entre les cycles de l'énergie, de l'eau et du carbone

Privilégier des approches intégrées « système Terre » est nécessaire pour franchir une étape dans la compréhension des interactions entre les cycles de l'énergie, de l'eau et du carbone qui régissent les caractéristiques de l'environnement et de ses changements tant aux échelles globales que régionales. Dans la continuité des travaux récents, un objectif critique est d'améliorer la compréhension des processus liant les caractéristiques climatiques et environnementales au sein de chaque milieu (atmosphère, océan, surfaces continentales, glaces) et entre les milieux. Une meilleure caractérisation des gradients latitudinaux et altitudinaux des grandes variables climatiques est aussi nécessaire. Les développements rendent possible l'étude approfondie, et dans un cadre cohérent, des interactions atmosphère-océan-continent ainsi que des couplages aux interfaces avec notamment l'hydrosphère continentale, la cryosphère et la biosphère.

Les analyses des différents enregistrements environnementaux, associés à des simulations faisant appel à une diversité de modèles, permettront de préciser les évolutions relatives des différents cycles, de quantifier les rétroactions globales et régionales entre ces cycles, et de déterminer leur traduction environnementale suivant la période considérée. Des interrogations demeurent sur les modifications et temps de réponse lors de transition entre deux périodes ou lors d'événements associés aux différentes échelles de la variabilité climatique. Des efforts seront consacrés à une meilleure compréhension des temps d'équilibration des réservoirs de carbone et d'eau. Ces questions sont importantes pour les simulations transitoires qui se généralisent, comme celle de la dernière déglaciation ou des cycles glaciaires-interglaciaires, qui se heurtent actuellement à des difficultés provenant de l'évolution des réservoirs de CO₂, de l'isostasie (i.e. leur altitude relative) ou encore de l'extension des calottes de glace.

Les interactions entre ces cycles aux échelles régionales constituent également des orientations de recherche qui permettront de mieux comprendre les vulnérabilités et seuils à ces échelles. Un fort intérêt a été exprimé par la communauté pour mieux caractériser ces changements environnementaux régionaux dans des zones identifiées comme étant des « hotspots » ou zones tampon (zones d'upwelling, bande sahélienne, etc.). Ces aspects régionaux seront favorisés grâce au déploiement de méthodes de des-

cente d'échelle permettant de travailler à des échelles plus compatibles entre les enregistrements et les simulations.

### B 1.1.3 Spectre de la variabilité climatique et extrêmes

De nombreux progrès sont attendus sur l'analyse de la variabilité climatique et des extrêmes, quelle que soit la période climatique considérée. À l'échelle des temps géologiques, l'étude à différentes échelles de temps de séries d'âges équivalents offre le potentiel de mettre en évidence les différents ordres de cyclicités observées dans des contextes climatiques et environnementaux variés. La grande diversité de périodes particulièrement remarquables (glaciation de l'Antarctique à la limite Eocene-Oligocene, évènements hyperthermaux, évènements d'anoxie océanique) offre des opportunités d'étudier la variabilité climatique sous des conditions très différentes de celles du quaternaire. Le recours à une palette d'approches communes pour constituer les variables climatiques et environnementales entre pré-quaternaire et quaternaire ainsi que la possibilité d'atteindre des résolutions temporelles très fines dans certaines archives sédimentaires anciennes favorisera le rapprochement des communautés de « l'ancien » et du « récent » sur ces questions.

La variabilité interannuelle à millénaire fait partie des caractéristiques conditionnant l'environnement et pouvant conduire à des événements extrêmes ou des points de bascule ayant un fort impact à l'échelle d'une vie humaine. Elle bénéficie d'une attention sans cesse renouvelée grâce à l'établissement de nouvelles chronologies de plus en plus précises, l'analyse d'enregistrements sédimentaires, glaciaires ou provenant d'arbres, de spéléothèmes, de coquilles ou coraux à haute résolution temporelle et d'ensembles de simulations. Les nouvelles orientations mettront l'accent sur la diversité des événements caractérisant cette variabilité en fonction des différentes conditions environnementales. Un enjeu sera de préciser sous quelles conditions climatiques, et avec quelle sensibilité aux différents types de forçages, les phases positives ou négatives des grands modes de variabilité, comme l'oscillation nord Atlantique dans les moyennes latitudes, ou le phénomène El Niño dans les régions tropicales, affectent les conditions météorologiques régionales et conditionnent les environnements pendant de nombreuses années. Les aspects chaotiques et non linéaires de la variabilité conduisant à des événements séculaires ou millénaires recevront aussi plus d'attention. Ces échelles deviennent accessibles au-delà du dernier millénaire et de l'Holocène. Elles sont peu comprises et font partie des échelles à prendre en compte pour identifier le rôle des constantes de temps longues induites par l'océan, les surfaces continentales (couvert végétal, sols, lacs et surfaces humides) et englacées dans la prévisibilité du climat.

Les événements extrêmes reçoivent une attention croissante, car leur amplification est liée au changement clima-
quelques périodes et transitons clefs pour développer un cadre cohérent bénéficiant de suffisamment de reconstitutions dans les différents milieux et de simulations telles que celles étudiées coordonnées dans le Paléoclimate Modeling Intercomparison Projet pour la période récente, le quaternaire, le Pliocène ou des évènements abrupts tels que le PETM.

### B 1.1.2 Interactions entre les cycles de l'énergie, de l'eau et du carbone

Privilégier des approches intégrées « système Terre » est nécessaire pour franchir une étape dans la compréhension des interactions entre les cycles de l'énergie, de l'eau et du carbone qui régissent les caractéristiques de l'environnement et de ses changements tant aux échelles globales que régionales. Dans la continuité des travaux récents, un objectif critique est d'améliorer la compréhension des processus liant les caractéristiques climatiques et environnementales au sein de chaque milieu (atmosphère, océan, surfaces continentales, glaces) et entre les milieux. Une meilleure caractérisation des gradients latitudinaux et altitudinaux des grandes variables climatiques est aussi nécessaire. Les développements rendent possible l'étude approfondie, et dans un cadre cohérent, des interactions atmosphère-océan-continent ainsi que des couplages aux interfaces avec notamment l'hydrosphère continentale, la cryosphère et la biosphère.

Les analyses des différents enregistrements environnementaux, associés à des simulations faisant appel à une diversité de modèles, permettront de préciser les évolutions relatives des différents cycles, de quantifier les rétroactions globales et régionales entre ces cycles, et de déterminer leur traduction environnementale suivant la période considérée. Des interrogations demeurent sur les modifications et temps de réponse lors de transition entre deux périodes ou lors d'événements associés aux différentes échelles de la variabilité climatique. Des efforts seront consacrés à une meilleure compréhension des temps d'équilibration des réservoirs de carbone et d'eau. Ces questions sont importantes pour les simulations transitoires qui se généralisent, comme celle de la dernière déglaciation ou des cycles glaciaires-interglaciaires, qui se heurtent actuellement à des difficultés provenant de l'évolution des réservoirs de CO₂, de l'isostasie (i.e. leur altitude relative) ou encore de l'extension des calottes de glace.

Les interactions entre ces cycles aux échelles régionales constituent également des orientations de recherche qui permettront de mieux comprendre les vulnérabilités et seuils à ces échelles. Un fort intérêt a été exprimé par la communauté pour mieux caractériser ces changements environnementaux régionaux dans des zones identifiées comme étant des « hotspots » ou zones tampon (zones d'upwelling, bande sahélienne, etc.). Ces aspects régionaux seront favorisés grâce au déploiement de méthodes de des-

cente d'échelle permettant de travailler à des échelles plus compatibles entre les enregistrements et les simulations.

### B 1.1.3 Spectre de la variabilité climatique et extrêmes

De nombreux progrès sont attendus sur l'analyse de la variabilité climatique et des extrêmes, quelle que soit la période climatique considérée. À l'échelle des temps géologiques, l'étude à différentes échelles de temps de séries d'âges équivalents offre le potentiel de mettre en évidence les différents ordres de cyclicités observées dans des contextes climatiques et environnementaux variés. La grande diversité de périodes particulièrement remarquables (glaciation de l'Antarctique à la limite Eocene-Oligocene, évènements hyperthermaux, évènements d'anoxie océanique) offre des opportunités d'étudier la variabilité climatique sous des conditions très différentes de celles du quaternaire. Le recours à une palette d'approches communes pour constituer les variables climatiques et environnementales entre pré-quaternaire et quaternaire ainsi que la possibilité d'atteindre des résolutions temporelles très fines dans certaines archives sédimentaires anciennes favorisera le rapprochement des communautés de « l'ancien » et du « récent » sur ces questions.

La variabilité interannuelle à millénaire fait partie des caractéristiques conditionnant l'environnement et pouvant conduire à des événements extrêmes ou des points de bascule ayant un fort impact à l'échelle d'une vie humaine. Elle bénéficie d'une attention sans cesse renouvelée grâce à l'établissement de nouvelles chronologies de plus en plus précises, l'analyse d'enregistrements sédimentaires, glaciaires ou provenant d'arbres, de spéléothèmes, de coquilles ou coraux à haute résolution temporelle et d'ensembles de simulations. Les nouvelles orientations mettront l'accent sur la diversité des événements caractérisant cette variabilité en fonction des différentes conditions environnementales. Un enjeu sera de préciser sous quelles conditions climatiques, et avec quelle sensibilité aux différents types de forçages, les phases positives ou négatives des grands modes de variabilité, comme l'oscillation nord Atlantique dans les moyennes latitudes, ou le phénomène El Niño dans les régions tropicales, affectent les conditions météorologiques régionales et conditionnent les environnements pendant de nombreuses années. Les aspects chaotiques et non linéaires de la variabilité conduisant à des événements séculaires ou millénaires recevront aussi plus d'attention. Ces échelles deviennent accessibles au-delà du dernier millénaire et de l'Holocène. Elles sont peu comprises et font partie des échelles à prendre en compte pour identifier le rôle des constantes de temps longues induites par l'océan, les surfaces continentales (couvert végétal, sols, lacs et surfaces humides) et englacées dans la prévisibilité du climat.

Les événements extrêmes reçoivent une attention croissante, car leur amplification est liée au changement clima-
<caption>B 1.1.3 - Côte d'Azur après la tempête Alex (automne 2020), montrant les panaches sédi-mentaires kilométriques ap-portés par le Var et la Roya</caption>

© photo satellite Copernicus Sentinel-2

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

tique comme l'a montré le récent rapport du GIEC (AR6). Nous manquons encore cruellement de reconstructions quantitatives, de la fréquence et de la sévérité des évènements extrêmes dont la durée peut s'échelonner de quelques heures à quelques semaines (sécheresses, incendies, canicules, inondations, cyclones, etc.) et leurs causes. Les reconstructions existantes concernent principalement l'Holocène ou le dernier millénaire pour lequel les archives historiques permettent de compléter les archives environnementales. Ces travaux doivent être intensifiés sur cette période de temps et transposés à toutes les périodes de temps. Couvrir le spectre des possibles dans l'occurrence d'événements extrêmes à la surface de la Terre renseignera la dépendance de ces événements aux caractéristiques de l'état moyen ou des tendances à longs termes.

Enfin, les études P&P sont les seules à même d'identifier les causes et conséquences des bifurcations du système climatique ou de l'environnement. Un exemple iconique de ces bifurcations en période glaciaire est représenté par la variabilité millénaire enregistrée au Groenland sous la forme d'évènements abrupts, dits « de Dansgaard-Oeschger », caractérisés par des alternances de phases climatiques chaudes et froides. Leurs durées de quelques siècles contrastent avec la rapidité de leurs transitions, typiquement d'une à quelques décennies. Ils affectent en retour les régimes de précipitations des zones de mousson aux basses latitudes. Un autre exemple, en période interglaciaire, est l'aridification du Sahara à l'Holocène moyen qui est probablement intervenue à des échelles de temps plus rapides que le forçage orbital considéré à l'origine de cette aridification. Les rouages et les éléments déclencheurs permettant de telles bifurcations sont encore mal compris et mal simulés. Ils font intervenir des rétroactions positives dans le

système climatique qui restent encore à déterminer.

B 1.1.4 Le cycle de l'eau et ses variations

Des reconstitutions combinant les informations de différents proxies commencent à se généraliser pour caractériser de nombreux aspects du cycle de l'eau, que ce soit *via* les enregistrements des glaces, des isotopes de l'eau dans différentes archives climatiques, les données de polliniques, les niveaux passés des lacs ou les glissements de terrain liés à des précipitations intenses. Ces reconstitutions alliées aux simulations climatiques nous renseignent sur les modifications des positions des grands systèmes précipitants liés à la zone de convergence intertropicale, aux passages dépressionnaires des moyennes latitudes, ou aux systèmes de mousson. Cet effort sera intensifié. Des progrès sont attendus des comparaisons modèles-données des isotopes de l'eau, qui sont encore trop peu développées et exploitées. Ces comparaisons permettront d'évaluer la représentation des processus atmosphériques des modèles et d'affiner l'interprétation des signaux isotopiques issus des différentes archives, et ainsi de mieux comprendre la distribution des types de précipitation dans un climat donné.

Les modifications du cycle de l'eau sont aussi associées à des changements de couvert neigeux, la fonte ou la construction des calottes ou des glaciers, le niveau marin et le rôle de la végétation dans le recyclage local. Ses modifications et les variations environnementales affectent la mise en place des ressources en eau, que ce soit les réservoirs profonds, les fleuves, les rivières ou les lacs qui conditionnent les écosystèmes et l'implantation des sociétés. À titre d'exemple, les mécanismes impliqués dans l'apparition, puis la disparition du « Sahara vert» et la dynamique des méga-lacs associés
<caption>B 1.1.3 – Côte d'Azur après la tempête Alex (automne 2020), montrant les panaches sédi-mentaires kilométriques ap-portés par le Var et la Roya</caption>

© photo satellite Copernicus Sentinel-2

<figure><img src="image_66.png" /></figure>

tique comme l'a montré le récent rapport du GIEC (AR6). Nous manquons encore cruellement de reconstructions quantitatives, de la fréquence et de la sévérité des évènements extrêmes dont la durée peut s'échelonner de quelques heures à quelques semaines (sécheresses, incendies, canicules, inondations, cyclones, etc.) et leurs causes. Les reconstructions existantes concernent principalement l'Holocène ou le dernier millénaire pour lequel les archives historiques permettent de compléter les archives environnementales. Ces travaux doivent être intensifiés sur cette période de temps et transposés à toutes les périodes de temps. Couvrir le spectre des possibles dans l'occurrence d'événements extrêmes à la surface de la Terre renseignera la dépendance de ces événements aux caractéristiques de l'état moyen ou des tendances à longs termes.

Enfin, les études P&P sont les seules à même d'identifier les causes et conséquences des bifurcations du système climatique ou de l'environnement. Un exemple iconique de ces bifurcations en période glaciaire est représenté par la variabilité millénaire enregistrée au Groenland sous la forme d'évènements abrupts, dits « de Dansgaard-Oeschger », caractérisés par des alternances de phases climatiques chaudes et froides. Leurs durées de quelques siècles contrastent avec la rapidité de leurs transitions, typiquement d'une à quelques décennies. Ils affectent en retour les régimes de précipitations des zones de mousson aux basses latitudes. Un autre exemple, en période interglaciaire, est l'aridification du Sahara à l'Holocène moyen qui est probablement intervenue à des échelles de temps plus rapides que le forçage orbital considéré à l'origine de cette aridification. Les rouages et les éléments déclencheurs permettant de telles bifurcations sont encore mal compris et mal simulés. Ils font intervenir des rétroactions positives dans le

système climatique qui restent encore à déterminer.

B 1.1.4 Le cycle de l'eau et ses variations

Des reconstitutions combinant les informations de différents proxies commencent à se généraliser pour caractériser de nombreux aspects du cycle de l'eau, que ce soit *via* les enregistrements des glaces, des isotopes de l'eau dans différentes archives climatiques, les données de polliniques, les niveaux passés des lacs ou les glissements de terrain liés à des précipitations intenses. Ces reconstitutions alliées aux simulations climatiques nous renseignent sur les modifications des positions des grands systèmes précipitants liés à la zone de convergence intertropicale, aux passages dépressionnaires des moyennes latitudes, ou aux systèmes de mousson. Cet effort sera intensifié. Des progrès sont attendus des comparaisons modèles-données des isotopes de l'eau, qui sont encore trop peu développées et exploitées. Ces comparaisons permettront d'évaluer la représentation des processus atmosphériques des modèles et d'affiner l'interprétation des signaux isotopiques issus des différentes archives, et ainsi de mieux comprendre la distribution des types de précipitation dans un climat donné.

Les modifications du cycle de l'eau sont aussi associées à des changements de couvert neigeux, la fonte ou la construction des calottes ou des glaciers, le niveau marin et le rôle de la végétation dans le recyclage local. Ses modifications et les variations environnementales affectent la mise en place des ressources en eau, que ce soit les réservoirs profonds, les fleuves, les rivières ou les lacs qui conditionnent les écosystèmes et l'implantation des sociétés. À titre d'exemple, les mécanismes impliqués dans l'apparition, puis la disparition du « Sahara vert» et la dynamique des méga-lacs associés
(Tchad, Abbhé, etc.) font partie des incertitudes majeures du fonctionnement de la mousson africaine. Ils font inter-venir des dynamiques de création, extension, déclin, voire disparition, des grandes masses d'eau intracontinentales, de zones humides ou de couvert végétation qui jouent un rôle de source secondaire d'humidité locale et sont encore mal représentées dans les modèles actuels.

Mieux prendre en compte ses effets croisés climat-environnement permettra de plus une focalisation sur les sécheresses ou les périodes particulièrement humides. Les recherches porteront sur les facteurs déclencheurs de ces événements et la réponse de l'environnement (rétroactions en cascades, seuils d'irréversibilité, etc.) que ce soit sur le cycle de l'eau lui-même ou sur les caractéristiques de la végétation. De même, l'étude détaillée du développement à certaines périodes géologiques d'importantes successions évaporitiques (e.g. séries triasiques ou permiennes, crises messiniennes) bien calées temporellement (sur de courtes périodes de temps) et dans différents contextes climatiques et géodynamiques permettra de comprendre des rétroactions positives débridées dont l'occurrence dans le monde actuel aurait des répercussions considérables.

Pour le milieu marin, le cycle de l'eau conditionne la salinité et les transports de sel par la circulation océanique. Il fait intervenir l'évolution des calottes, de la glace de mer, des glaciers, des rivières et embouchures, ensemble de milieux pour lesquels les analyses morphologiques ou géochimiques permettent de préciser le fonctionnement et les principaux facteurs de variation. La reconstitution quantitative des paramètres caractérisant les masses d'eaux permettra d'étudier des événements hydrologiques ayant profondément affecté les environnements marins. Les méthodes donnant accès à la salinité se sont diversifiées, notamment *via* l'émergence de nouveaux outils en géochimie

<figure><img src="image_67.png" /><figcaption>B 1.1.4 – Plate-forme de carottage du lac Barombi Mbo, Cameroun.</figcaption></figure>

© Y. Garcin »

(isotopes des biomarqueurs phytoplanctoniques, rapports Na/Ca et Ba/Ca des foraminifères, etc.). Il en est de même pour la reconstitution des couverts de glace de mer. Ces innovations sont encore largement sous-exploitées dans le cadre d'approches multi-proxies et multi-sites: leur croisement avec des méthodes historiquement bien établies (e.g. fonctions de transfert sur les assemblages de microfossiles) sur un spectre géographique contrasté doit être mis en œuvre pour renforcer la robustesse des reconstitutions tout en révélant les lacunes ou biais potentiels propres à chaque méthode développée.

## B 1.2 FORÇAGES BIOTIQUES ET ABIOTIQUES ET SEUILS SUR L'ÉVOLUTION DES ÉCOSYSTÈMES

Le deuxième grand axe de recherche s'intéresse aux interactions entre le vivant et le non-vivant à la surface de la Terre. Les approches P&P permettent d'étudier comment ces interactions façonnent l'environnement et les écosystèmes. Étudier les cas du passé dans l'histoire de l'environnement terrestre revient à lire les résultats d'immenses expériences *in natura* qui nous éclairent sur les processus fondamentaux mis en œuvre dans les changements globaux actuels. Ils permettent de comprendre le fonctionnement naturel des écosystèmes, d'identifier les vulnérabilités, seuils et mécanismes de résilience, et, ainsi, de mieux évaluer les modifications induites à l'heure actuelle par les activités anthropiques.

### B 1.2.1 Cycles du carbone et des nutriments et interactions vivant-climat-géodynamique

Le volet de recherche sur le cycle du carbone et des nutriments s'intensifiera dans les prochaines années en intégrant les interactions vivant-climat-géodynamique. Les teneurs en CO₂ atmosphérique à long terme dépendent étroitement du cycle des carbonates, avec des composantes continentales et océaniques encore mal comprises, ce qui affecte l'interprétation des enregistrements passés et la compréhension des changements induits par l'activité humaine et de leur impact sur les différentes échelles de temps du cycle du carbone. À la surface des continents, l'oxydation des roches riches en pyrite peut entraîner la formation d'acide sulfurique et la dissolution des roches carbonatées, et donc le dégazage de CO₂ vers l'atmosphère, en faisant interagir la géodynamique et les cycles du soufre et du carbone à ces échelles. L'altération continentale amène à l'océan les éléments nécessaires à la synthèse des carbonates (calcium, nutriment, carbonates) et évolue ainsi dans le temps et en fonction du climat. Les nouvelles études permettront de mieux caractériser ces différents facteurs.

De même, la façon dont les cycles du carbone organique marin et du CaCO₃ interagissent n'est pas bien comprise. Un enjeu important sera de caractériser l'influence de l'acidification et du réchauffement des océans sur la biominé-
(Tchad, Abbhé, etc.) font partie des incertitudes majeures du fonctionnement de la mousson africaine. Ils font intervenir des dynamiques de création, extension, déclin, voire disparition, des grandes masses d'eau intracontinentales, de zones humides ou de couvert végétation qui jouent un rôle de source secondaire d'humidité locale et sont encore mal représentées dans les modèles actuels.

Mieux prendre en compte ses effets croisés climat-environnement permettra de plus une focalisation sur les sécheresses ou les périodes particulièrement humides. Les recherches porteront sur les facteurs déclencheurs de ces événements et la réponse de l'environnement (rétroactions en cascades, seuils d'irréversibilité, etc.) que ce soit sur le cycle de l'eau lui-même ou sur les caractéristiques de la végétation. De même, l'étude détaillée du développement à certaines périodes géologiques d'importantes successions évaporitiques (e.g. séries triasiques ou permiennes, crises messiniennes) bien calées temporellement (sur de courtes périodes de temps) et dans différents contextes climatiques et géodynamiques permettra de comprendre des rétroactions positives débridées dont l'occurrence dans le monde actuel aurait des répercussions considérables.

Pour le milieu marin, le cycle de l'eau conditionne la salinité et les transports de sel par la circulation océanique. Il fait intervenir l'évolution des calottes, de la glace de mer, des glaciers, des rivières et embouchures, ensemble de milieux pour lesquels les analyses morphologiques ou géochimiques permettent de préciser le fonctionnement et les principaux facteurs de variation. La reconstitution quantitative des paramètres caractérisant les masses d'eaux permettra d'étudier des événements hydrologiques ayant profondément affecté les environnements marins. Les méthodes donnant accès à la salinité se sont diversifiées, notamment *via* l'émergence de nouveaux outils en géochimie

<figure><img src="image_67.png" /><figcaption>B 1.1.4 – Plate-forme de carottage du lac Barombi Mbo, Cameroun.</figcaption></figure>

© Y. Garcin »

(isotopes des biomarqueurs phytoplanctoniques, rapports Na/Ca et Ba/Ca des foraminifères, etc.). Il en est de même pour la reconstitution des couverts de glace de mer. Ces innovations sont encore largement sous-exploitées dans le cadre d'approches multi-proxies et multi-sites: leur croisement avec des méthodes historiquement bien établies (e.g. fonctions de transfert sur les assemblages de microfossiles) sur un spectre géographique contrasté doit être mis en œuvre pour renforcer la robustesse des reconstitutions tout en révélant les lacunes ou biais potentiels propres à chaque méthode développée.

## B 1.2 FORÇAGES BIOTIQUES ET ABIOTIQUES ET SEUILS SUR L'ÉVOLUTION DES ÉCOSYSTÈMES

Le deuxième grand axe de recherche s'intéresse aux interactions entre le vivant et le non-vivant à la surface de la Terre. Les approches P&P permettent d'étudier comment ces interactions façonnent l'environnement et les écosystèmes. Étudier les cas du passé dans l'histoire de l'environnement terrestre revient à lire les résultats d'immenses expériences *in natura* qui nous éclairent sur les processus fondamentaux mis en œuvre dans les changements globaux actuels. Ils permettent de comprendre le fonctionnement naturel des écosystèmes, d'identifier les vulnérabilités, seuils et mécanismes de résilience, et, ainsi, de mieux évaluer les modifications induites à l'heure actuelle par les activités anthropiques.

### B 1.2.1 Cycles du carbone et des nutriments et interactions vivant-climat-géodynamique

Le volet de recherche sur le cycle du carbone et des nutriments s'intensifiera dans les prochaines années en intégrant les interactions vivant-climat-géodynamique. Les teneurs en CO₂ atmosphérique à long terme dépendent étroitement du cycle des carbonates, avec des composantes continentales et océaniques encore mal comprises, ce qui affecte l'interprétation des enregistrements passés et la compréhension des changements induits par l'activité humaine et de leur impact sur les différentes échelles de temps du cycle du carbone. À la surface des continents, l'oxydation des roches riches en pyrite peut entraîner la formation d'acide sulfurique et la dissolution des roches carbonatées, et donc le dégazage de CO₂ vers l'atmosphère, en faisant interagir la géodynamique et les cycles du soufre et du carbone à ces échelles. L'altération continentale amène à l'océan les éléments nécessaires à la synthèse des carbonates (calcium, nutriment, carbonates) et évolue ainsi dans le temps et en fonction du climat. Les nouvelles études permettront de mieux caractériser ces différents facteurs.

De même, la façon dont les cycles du carbone organique marin et du CaCO₃ interagissent n'est pas bien comprise. Un enjeu important sera de caractériser l'influence de l'acidification et du réchauffement des océans sur la biominé-
ralisation, d'affiner la compréhension des relations entre export de matière organique et de carbonates et, enfin, de comprendre les processus biogéochimiques qui régissent la dissolution du CaCO₃ dans l'océan, de l'échelle microscopique à l'échelle mondiale. L'objectif est de quantifier l'importance de cette dissolution en tant que mécanisme de rétroaction contrôlant les niveaux de CO₂ dans l'atmosphère.

Les cycles du carbone et des nutriments conditionnent le maintien des paysages et de la biodiversité. Cependant, la géochimie élémentaire et/ou isotopique ne permet pas de reconstituer toute la complexité des processus biogéochimiques dans lesquels les éléments nutritifs interviennent. Un objectif fondamental sera de distinguer flux nets (par exemple enfouissement de carbone organique) et flux bruts (par exemple productivité primaire) en ce qui concerne les productions organiques, siliceuses ou carbonatées, ou encore la formation de pyrite. Une telle distinction est nécessaire pour estimer les temps de résidence des éléments dans les réservoirs géochimiques, et pour comprendre l'ensemble des processus « en amont » de l'archive sédimentaire (approche « source-to-sink »). Une piste proposée est l'étude de systèmes continentaux fermés, tels que les bassins endoréiques ou lacustres. D'autres points critiques à étudier émergent également tels que le rôle de la subduction sur les cycles biogéochimiques et les effets, peu contraints, de la diagenèse sur ces cycles, dont les flux associés sont parfois mal connus (e.g. formation d'argiles et de carbonates authigènes, production/consommation d'alcalinité, réduction microbienne des sulfates). Enfin, les stocks, flux et biodisponibilités des nutriments dans l'environnement (ex. N, P, etc. vers milieux aquatiques, fleuves) seront précisés. L'étude d'archives collectées dans les estuaires devrait devenir plus systématique pour mieux caractériser ces zones d'interface sensibles entre continent et océan en traçant les flux de matière solide et dissoute pour différents régimes climatiques et environnementaux. Ces nouvelles avancées sont envisageables grâce aux développements des analyses sur des composés de plus en plus variés.

Pour mieux comprendre l'évolution des flux de nutriments et de CO₂, le fort couplage avec le cycle de l'oxygène lors des processus biologiques est un atout. Nutriments et CO₂ sont consommés par la photosynthèse, et l'inverse se produit lors de la respiration pour l'O₂. Les cycles de la matière organique et des nutriments essentiels tels que N, P ou S ainsi que leur enfouissement sont fortement modifiés par de faibles teneurs en oxygène (dénitrification/annamox/ fixation d'azote, remobilisation sédimentaire de P, sulfato-réduction). Les changements survenant dans les cycles des nutriments, du carbone et de l'oxygène peuvent être identifiés par les variations des compositions isotopiques de ces éléments. Un enjeu important pour le futur est donc de développer la mesure et l'incorporation, dans les modèles, du CO₂, de l'O₂, des nutriments et de leurs isotopes (δ¹³C du CO₂, δ¹⁷O et δ¹⁸O de l'O₂, δ¹⁹N de l'azote) dans les compartiments océaniques et atmosphériques ainsi que la

résolution des boucles microbiennes fonctionnant dans les systèmes anoxiques.

Beaucoup reste à faire concernant le cycle de l'oxygène et des nutriments et le couplage entre ces cycles. Les événements extrêmes que constituent les perturbations d'anoxie majeure du passé (sapropels, anoxies grande-échelle du Crétacé et du Jurassique) s'avèrent des cas idéaux pour confronter notre compréhension de ces cycles aux archives sédimentaires. Il apparaît également nécessaire de s'intéresser aux respirations non oxiques (par exemple la réduction microbienne des nitrates, des sulfates), qui jouent un rôle essentiel dans le cycle du carbone et de l'oxygène, mais dans des zones parfois difficiles d'accès comme les fonds océaniques. Ces flux contribuent à réguler les teneurs en CO₂ (et O₂) de l'atmosphère.

Sur les continents, les sols constituent l'interface fondamentale entre la lithosphère, l'atmosphère et la biosphère. Ils sont le compartiment central de la zone critique et le support indispensable de tous les éco- et socio-écosystèmes continentaux. Plusieurs études récentes ont montré qu'ils évoluaient selon des cinétiques plus rapides qu'imaginé auparavant et qui dépassent le seul Holocène, ouvrant un certain nombre de nouveaux chantiers. Ces nouvelles directions permettront de répondre aux questions actuelles sur les solutions de stockage de CO₂ dans les sols et les écosystèmes ou le stockage/relargage de contaminants. Elles s'attacheront à quantifier (I) les interactions climat/lithosphère/sociétés, (II) la dégradation actuelle des sols, (III) les sources et puits de carbone associés à l'évolution des sols, et (IV) les flux de nutriments et contaminants.

### B 1.2.2 Biodiversité, trajectoires des écosystèmes et interactions avec le climat et l'environnement

La caractérisation des patrons de biodiversité et la compréhension de leurs évolutions au cours des temps géologiques nécessitent d'identifier les facteurs de pression environnementale qui contraignent la stabilité et la vulnérabilité des écosystèmes en intégrant des temps longs. Un enjeu des approches P&P sera aussi de se mobiliser davantage pour résoudre les défis associés à l'érosion actuelle de la biodiversité. Il s'agira de tirer parti perspectives temporelles inaccessibles à l'observation directe et qui permettent de caractériser et comprendre le rôle des s'intéressant aux facteurs environnementaux et des cinétiques contraignant les trajectoires à différentes échelles de temps.

Les pools taxonomiques modernes sont l'héritage de l'historique de renouvellement des populations et des organismes à la faveur d'événements brutaux ou de déséquilibre des biomes et biotopes, et des phases de stabilité où les niches écologiques sculptent la plasticité génétique du vivant. Aux échelles de temps géologiques, les enveloppes fluides se redistribuent au gré des modifications de la terre solide, ce qui contrôle les modifications climatiques
ralisation, d'affiner la compréhension des relations entre export de matière organique et de carbonates et, enfin, de comprendre les processus biogéochimiques qui régissent la dissolution du CaCO₃ dans l'océan, de l'échelle microscopique à l'échelle mondiale. L'objectif est de quantifier l'importance de cette dissolution en tant que mécanisme de rétroaction contrôlant les niveaux de CO₂ dans l'atmosphère.

Les cycles du carbone et des nutriments conditionnent le maintien des paysages et de la biodiversité. Cependant, la géochimie élémentaire et/ou isotopique ne permet pas de reconstituer toute la complexité des processus biogéochimiques dans lesquels les éléments nutritifs interviennent. Un objectif fondamental sera de distinguer flux nets (par exemple enfouissement de carbone organique) et flux bruts (par exemple productivité primaire) en ce qui concerne les productions organiques, siliceuses ou carbonatées, ou encore la formation de pyrite. Une telle distinction est nécessaire pour estimer les temps de résidence des éléments dans les réservoirs géochimiques, et pour comprendre l'ensemble des processus « en amont » de l'archive sédimentaire (approche « source-to-sink »). Une piste proposée est l'étude de systèmes continentaux fermés, tels que les bassins endoréiques ou lacustres. D'autres points critiques à étudier émergent également tels que le rôle de la subduction sur les cycles biogéochimiques et les effets, peu contraints, de la diagenèse sur ces cycles, dont les flux associés sont parfois mal connus (e.g. formation d'argiles et de carbonates authigènes, production/consommation d'alcalinité, réduction microbienne des sulfates). Enfin, les stocks, flux et biodisponibilités des nutriments dans l'environnement (ex. N, P, etc. vers milieux aquatiques, fleuves) seront précisés. L'étude d'archives collectées dans les estuaires devrait devenir plus systématique pour mieux caractériser ces zones d'interface sensibles entre continent et océan en traçant les flux de matière solide et dissoute pour différents régimes climatiques et environnementaux. Ces nouvelles avancées sont envisageables grâce aux développements des analyses sur des composés de plus en plus variés.

Pour mieux comprendre l'évolution des flux de nutriments et de CO₂, le fort couplage avec le cycle de l'oxygène lors des processus biologiques est un atout. Nutriments et CO₂ sont consommés par la photosynthèse, et l'inverse se produit lors de la respiration pour l'O₂. Les cycles de la matière organique et des nutriments essentiels tels que N, P ou S ainsi que leur enfouissement sont fortement modifiés par de faibles teneurs en oxygène (dénitrification/annamox/ fixation d'azote, remobilisation sédimentaire de P, sulfato-réduction). Les changements survenant dans les cycles des nutriments, du carbone et de l'oxygène peuvent être identifiés par les variations des compositions isotopiques de ces éléments. Un enjeu important pour le futur est donc de développer la mesure et l'incorporation, dans les modèles, du CO₂, de l'O₂, des nutriments et de leurs isotopes (δ¹³C du CO₂, δ¹⁷O et δ¹⁸O de l'O₂, δ¹⁹N de l'azote) dans les compartiments océaniques et atmosphériques ainsi que la

résolution des boucles microbiennes fonctionnant dans les systèmes anoxiques.

Beaucoup reste à faire concernant le cycle de l'oxygène et des nutriments et le couplage entre ces cycles. Les événements extrêmes que constituent les perturbations d'anoxie majeure du passé (sapropels, anoxies grande-échelle du Crétacé et du Jurassique) s'avèrent des cas idéaux pour confronter notre compréhension de ces cycles aux archives sédimentaires. Il apparaît également nécessaire de s'intéresser aux respirations non oxiques (par exemple la réduction microbienne des nitrates, des sulfates), qui jouent un rôle essentiel dans le cycle du carbone et de l'oxygène, mais dans des zones parfois difficiles d'accès comme les fonds océaniques. Ces flux contribuent à réguler les teneurs en CO₂ (et O₂) de l'atmosphère.

Sur les continents, les sols constituent l'interface fondamentale entre la lithosphère, l'atmosphère et la biosphère. Ils sont le compartiment central de la zone critique et le support indispensable de tous les éco- et socio-écosystèmes continentaux. Plusieurs études récentes ont montré qu'ils évoluaient selon des cinétiques plus rapides qu'imaginé auparavant et qui dépassent le seul Holocène, ouvrant un certain nombre de nouveaux chantiers. Ces nouvelles directions permettront de répondre aux questions actuelles sur les solutions de stockage de CO₂ dans les sols et les écosystèmes ou le stockage/relargage de contaminants. Elles s'attacheront à quantifier (I) les interactions climat/lithosphère/sociétés, (II) la dégradation actuelle des sols, (III) les sources et puits de carbone associés à l'évolution des sols, et (IV) les flux de nutriments et contaminants.

### B 1.2.2 Biodiversité, trajectoires des écosystèmes et interactions avec le climat et l'environnement

La caractérisation des patrons de biodiversité et la compréhension de leurs évolutions au cours des temps géologiques nécessitent d'identifier les facteurs de pression environnementale qui contraignent la stabilité et la vulnérabilité des écosystèmes en intégrant des temps longs. Un enjeu des approches P&P sera aussi de se mobiliser davantage pour résoudre les défis associés à l'érosion actuelle de la biodiversité. Il s'agira de tirer parti perspectives temporelles inaccessibles à l'observation directe et qui permettent de caractériser et comprendre le rôle des s'intéressant aux facteurs environnementaux et des cinétiques contraignant les trajectoires à différentes échelles de temps.

Les pools taxonomiques modernes sont l'héritage de l'historique de renouvellement des populations et des organismes à la faveur d'événements brutaux ou de déséquilibre des biomes et biotopes, et des phases de stabilité où les niches écologiques sculptent la plasticité génétique du vivant. Aux échelles de temps géologiques, les enveloppes fluides se redistribuent au gré des modifications de la terre solide, ce qui contrôle les modifications climatiques
<figure><img src="image_68.png" /><figcaption>B 1.2.2 - Foret de conifères après le passage d'un incendie dans la région du Grand Canyon. © A.-L. Daniau »</figcaption></figure>

et environnementales majeures. En créant des barrières géographiques et climatiques isolant les populations, ces processus contribuent à l'évolution des espèces et à leur distribution géographique. Les études d'évolution des écosystèmes à différentes échelles de temps bénéficieront de la capacité à intégrer à la fois l'impact des facteurs environnementaux tels que les régimes de perturbation, les modifications géologiques et climatiques sur la diversité biologique et la dissémination des paléo-faunes et flores. L'identification des facteurs de vulnérabilité des écosystèmes passés et actuels, ainsi que des rétroactions des écosystèmes sur les caractéristiques environnementales feront également partie des points d'attention majeure. Enfin, la prise en compte de l'évolution des groupes taxonomiques permettra de mieux caractériser les patrons de biodiversité et leurs évolutions temporelles pour des conditions climatiques et environnementales contrastées.

Ces études bénéficieront de l'émergence spectaculaire de l'ADN sédimentaire qui permet d'étudier plus en détail l'impact des facteurs abiotiques sur la dynamique génétique, de mieux comprendre les capacités de résilience des communautés, d'intégrer la complexité biologique dans l'évolution des écosystèmes et d'appréhender plus finement la dynamique des peuplements et la dissémination des paléo-faunes et flores. L'importance de l'intégration de la complexité biologique dans l'évolution des écosystèmes, ainsi que l'analyse des dynamiques écologiques et de la récupération écosystémique sera critique pour reconstruire les trajectoires écosystémiques. Une question émergente porte sur le rôle que l'épigénétique pourrait jouer dans la co évolution des biomes et biotopes.

Les nouvelles directions permettront aussi d'affiner le rôle

des feux sur les écosystèmes et le lien cycle du carbone-feux. Les incendies naturels peuvent être perçus comme des événements catastrophiques, mais ils sont également facteur d'évolution ou d'équilibre dans le fonctionnement des écosystèmes (e.g. maintien de la savane). Plusieurs proxies peuvent être quantifiés pour reconstruire les changements d'activités des feux dans le passé et comprendre les liens entre les feux, le climat et l'environnement. Ils proviennent de la morphologie des charbons permettant de caractériser des types de végétation brûlées et l'intensité des incendies à travers de multiples traceurs. Les produits de combustion sont aussi détectés au niveau moléculaire par le Black Carbon ou par des marqueurs biogéochimiques (levoglucosane, HAPC, etc.). La calibration de ces différents proxies permettra de mieux connaître les processus à prendre en compte dans la modélisation des feux.

Il est proposé de questionner la fragilité/résilience des écosystèmes à différentes échelles de temps et d'espace en tra vaillant sur la notion « d'insularité » déclinée pour différents types d'environnement (îles de petite surface, zones d'en démisme marines ou continentales, continents isolés, avec ou sans influence humaine). En parallèle, on pourra inten sifier les approches expérimentales pour étudier les consé quences du remplacement ou de la suppression d'espèces dans la résilience de communautés face à des facteurs per turbateurs contrôlés. Des progrès sont aussi attendus du développement de la modélisation de communautés ou d'écosystèmes, tout en mobilisant ou développant les suivi à long et moyen terme en s'appuyant par exemple sur les Zones ateliers (ZA) ou les Services nationaux d'observa tion (SNO). Les nouvelles approches devraient permettre de mieux caractériser les dynamiques écologiques, par exemple dans le cas de la récupération écosystémique suite
<figure><img src="image_68.png" /><figcaption>B 1.2.2 – Foret de conifères après le passage d'un incendie dans la région du Grand Canyon. © A.-L. Daniau »</figcaption></figure>

et environnementales majeures. En créant des barrières géographiques et climatiques isolant les populations, ces processus contribuent à l'évolution des espèces et à leur distribution géographique. Les études d'évolution des écosystèmes à différentes échelles de temps bénéficieront de la capacité à intégrer à la fois l'impact des facteurs environnementaux tels que les régimes de perturbation, les modifications géologiques et climatiques sur la diversité biologique et la dissémination des paléo-faunes et flores. L'identification des facteurs de vulnérabilité des écosystèmes passés et actuels, ainsi que des rétroactions des écosystèmes sur les caractéristiques environnementales feront également partie des points d'attention majeure. Enfin, la prise en compte de l'évolution des groupes taxonomiques permettra de mieux caractériser les patrons de biodiversité et leurs évolutions temporelles pour des conditions climatiques et environnementales contrastées.

Ces études bénéficieront de l'émergence spectaculaire de l'ADN sédimentaire qui permet d'étudier plus en détail l'impact des facteurs abiotiques sur la dynamique génétique, de mieux comprendre les capacités de résilience des communautés, d'intégrer la complexité biologique dans l'évolution des écosystèmes et d'appréhender plus finement la dynamique des peuplements et la dissémination des paléo-faunes et flores. L'importance de l'intégration de la complexité biologique dans l'évolution des écosystèmes, ainsi que l'analyse des dynamiques écologiques et de la récupération écosystémique sera critique pour reconstruire les trajectoires écosystémiques. Une question émergente porte sur le rôle que l'épigénétique pourrait jouer dans la co évolution des biomes et biotopes.

Les nouvelles directions permettront aussi d'affiner le rôle

des feux sur les écosystèmes et le lien cycle du carbone-feux. Les incendies naturels peuvent être perçus comme des événements catastrophiques, mais ils sont également facteur d'évolution ou d'équilibre dans le fonctionnement des écosystèmes (e.g. maintien de la savane). Plusieurs proxies peuvent être quantifiés pour reconstruire les changements d'activités des feux dans le passé et comprendre les liens entre les feux, le climat et l'environnement. Ils proviennent de la morphologie des charbons permettant de caractériser des types de végétation brûlées et l'intensité des incendies à travers de multiples traceurs. Les produits de combustion sont aussi détectés au niveau moléculaire par le Black Carbon ou par des marqueurs biogéochimiques (levoglucosane, HAPC, etc.). La calibration de ces différents proxies permettra de mieux connaître les processus à prendre en compte dans la modélisation des feux.

Il est proposé de questionner la fragilité/résilience des écosystèmes à différentes échelles de temps et d'espace en tra vaillant sur la notion « d'insularité » déclinée pour différents types d'environnement (îles de petite surface, zones d'en démisme marines ou continentales, continents isolés, avec ou sans influence humaine). En parallèle, on pourra inten sifier les approches expérimentales pour étudier les consé quences du remplacement ou de la suppression d'espèces dans la résilience de communautés face à des facteurs per turbateurs contrôlés. Des progrès sont aussi attendus du développement de la modélisation de communautés ou d'écosystèmes, tout en mobilisant ou développant les suivi s à long et moyen terme en s'appuyant par exemple sur les Zones ateliers (ZA) ou les Services nationaux d'observa tion (SNO). Les nouvelles approches devraient permettre de mieux caractériser les dynamiques écologiques, par exemple dans le cas de la récupération écosystémique suite
aux exploitations humaines par l'analyse croisée de la résilience d'écosystèmes récents et sub-récents.

### B 1.2.3 Crises environnementales

Les crises environnementales sont de différentes natures et sont associées à des facteurs climatiques ou à des seuils ou modifications profondes des écosystèmes. Les travaux à venir ont comme objectifs de mieux définir les conditions dans lesquelles interviennent ces crises. L'analyse de différentes crises dans le passé permettra d'affiner ce lien entre les crises et l'état de base pré-perturbation du système climat-biosphère. Il s'agit de déterminer dans quelle mesure les conditions environnementales préexistantes à la crise contrôlent la réponse du système à une perturbation. Plussieurs directions seront privilégiées concernant les seuils à franchir pour que le système bascule dans un état de crise. Elles chercheront à caractériser les rétroactions environnementales amplificatrices et les possibles liens avec les conditions extrêmes et points de bascule suivant les écosystèmes et régions étudiées (section B 1.3.). Une question particulière concerne les réponses majeures à des perturbations de faible ampleur durant les périodes de quiescence, ainsi que l'identification des rétroactions stabilisatrices.

L'étude des périodes transitoires, entre deux états de base et/ou lors d'une entrée ou d'une sortie de crise, reste encore difficile alors que ces périodes sont crucales pour comprendre l'enchaînement des événements aboutissant, ou non, à un basculement du système dans un état de crise. L'association de modélisations simplifiées (climatiques, géochimiques, et intégrant la biosphère), et de jeux de données permettant de caractériser des évènements extrêmes globaux, de courte durée, à l'échelle des temps géologique (e.g. Carnian Pluvial Event ou grandes éruptions volcaniques, environ 1 Ma) à différentes latitudes est la voie privilégiée pour quantifier les temps de réponse et s'interroger sur les hypothèses de modélisation.

## B 1.3 LIEN HUMAIN/CLIMAT/SOCIO-ÉCOSYSTÈMES

Le troisième axe aborde la complexité des interactions entre sociétés humaines et le système Terre. Il aborde différentes facettes ayant une résonance avec les questions actuelles d'atténuation et d'adaptation au changement climatique et de lutte contre la dégradation de l'habitabilité de la Terre en général. Il a pour ambition à la fois de mieux caractériser la résilience des sociétés aux diverses pressions climatiques et environnementales, et de mettre en contexte les multiples effets des activités humaines, ces dernières conduisant à de grandes modifications du climat, de l'environnement et aux risques de franchir des seuils irréversibles pour nos sociétés. Ces études favorisent les approches systémiques, et répondre à ces questions nécessitera une ouverture interdisciplinaire bien plus large que celle qui prévaut actuellement dans les thématiques P&P.

### B 1.3.1 Trajectoires des sociétés dans leur environnement

Les trajectoires passées des sociétés humaines sont influencées, entre autres, par les conditions environnementales. Les travaux s'appuient souvent sur des liens statistiques, des corrélations temporelles qui relient des évènements synchrones sans prendre en considération des temps de latence et les effets cumulatifs ou de seuil, ou sans rechercher les liens de causalité. Or, les sociétés peuvent être résilientes face à l'évolution des conditions environnementales, au moins dans une gamme de variabilité connue et maîtrisée par les populations, jusqu'à ce que ces évolutions dépassent leurs capacités d'adaptation. De même, dans des conditions environnementales stables, des changements d'ordre socio-économique, démographique, technique ou politique peuvent altérer la capacité d'adaptation des sociétés, par exemple par une surexploitation des ressources. Pour ces raisons, l'un des enjeux sera de faire coïncider les chronologies environnementales (archives et sorties de modèles) avec les chronologies sociales et culturelles pour comprendre les mécanismes d'interaction.

Les recherches à venir doivent ensuite permettre de mieux comprendre la dynamique propre des sociétés anciennes, leurs mutations et leurs rapports aux changements environnementaux. Les questions portent sur le degré de résilience des sociétés du passé et les modalités d'adaptation de ces sociétés, en prenant en compte les changements d'organisation politique et économique, les réponses technologiques, les déplacements de populations et migrations. La transformation de la société est un autre aspect important pour déterminer les conditions ayant conduit à des effondrements ou des ruptures.

Le dialogue avec les sciences sociales reste novateur et devra se développer afin de mieux comprendre le lien intime entre les l'évolution des sociétés et celle de l'environnement qui constitue leur cadre de vie. L'impact des changements environnementaux sur la mobilité, la structuration sociale et les inégalités sociales ou de genre (contrôle des naissances, accès aux ressources, etc.) ou sur l'histoire des technologies et des conflits mérite d'être mieux documenté. Par exemple, la mobilité n'est pas forcément réalisée sous contrainte (nomadisme, pastoralisme, pendularité) et le statut nomade/sédentaire n'est pas systématiquement lié à l'incertitude environnementale.

### B 1.3.2 Impacts des sociétés sur les écosystèmes

À l'ère de l'Anthropocène, tous les paysages sont, de façon plus ou moins marquée, des constructions humaines, liées à des pratiques, associées à la gestion des ressources. L'impact des sociétés sur les écosystèmes augmente depuis les débuts de l'Humanité, avec des périodes d'accélération, comme au Néolithique ou avec la Révolution industrielle, qui constituent autant de points de non-retour ayant dé-
aux exploitations humaines par l'analyse croisée de la résilience d'écosystèmes récents et sub-récents.

### B 1.2.3 Crises environnementales

Les crises environnementales sont de différentes natures et sont associées à des facteurs climatiques ou à des seuils ou modifications profondes des écosystèmes. Les travaux à venir ont comme objectifs de mieux définir les conditions dans lesquelles interviennent ces crises. L'analyse de différentes crises dans le passé permettra d'affiner ce lien entre les crises et l'état de base pré-perturbation du système climat-biosphère. Il s'agit de déterminer dans quelle mesure les conditions environnementales préexistantes à la crise contrôlent la réponse du système à une perturbation. Plussieurs directions seront privilégiées concernant les seuils à franchir pour que le système bascule dans un état de crise. Elles chercheront à caractériser les rétroactions environnementales amplificatrices et les possibles liens avec les conditions extrêmes et points de bascule suivant les écosystèmes et régions étudiées (section B 1.3.). Une question particulière concerne les réponses majeures à des perturbations de faible ampleur durant les périodes de quiescence, ainsi que l'identification des rétroactions stabilisatrices.

L'étude des périodes transitoires, entre deux états de base et/ou lors d'une entrée ou d'une sortie de crise, reste encore difficile alors que ces périodes sont crucales pour comprendre l'enchaînement des événements aboutissant, ou non, à un basculement du système dans un état de crise. L'association de modélisations simplifiées (climatiques, géochimiques, et intégrant la biosphère), et de jeux de données permettant de caractériser des évènements extrêmes globaux, de courte durée, à l'échelle des temps géologique (e.g. Carnian Pluvial Event ou grandes éruptions volcaniques, environ 1 Ma) à différentes latitudes est la voie privilégiée pour quantifier les temps de réponse et s'interroger sur les hypothèses de modélisation.

## B 1.3 LIEN HUMAIN/CLIMAT/SOCIO-ÉCOSYSTÈMES

Le troisième axe aborde la complexité des interactions entre sociétés humaines et le système Terre. Il aborde différentes facettes ayant une résonance avec les questions actuelles d'atténuation et d'adaptation au changement climatique et de lutte contre la dégradation de l'habitabilité de la Terre en général. Il a pour ambition à la fois de mieux caractériser la résilience des sociétés aux diverses pressions climatiques et environnementales, et de mettre en contexte les multiples effets des activités humaines, ces dernières conduisant à de grandes modifications du climat, de l'environnement et aux risques de franchir des seuils irréversibles pour nos sociétés. Ces études favorisent les approches systémiques, et répondre à ces questions nécessitera une ouverture interdisciplinaire bien plus large que celle qui prévaut actuellement dans les thématiques P&P.

### B 1.3.1 Trajectoires des sociétés dans leur environnement

Les trajectoires passées des sociétés humaines sont influencées, entre autres, par les conditions environnementales. Les travaux s'appuient souvent sur des liens statistiques, des corrélations temporelles qui relient des évènements synchrones sans prendre en considération des temps de latence et les effets cumulatifs ou de seuil, ou sans rechercher les liens de causalité. Or, les sociétés peuvent être résilientes face à l'évolution des conditions environnementales, au moins dans une gamme de variabilité connue et maîtrisée par les populations, jusqu'à ce que ces évolutions dépassent leurs capacités d'adaptation. De même, dans des conditions environnementales stables, des changements d'ordre socio-économique, démographique, technique ou politique peuvent altérer la capacité d'adaptation des sociétés, par exemple par une surexploitation des ressources. Pour ces raisons, l'un des enjeux sera de faire coïncider les chronologies environnementales (archives et sorties de modèles) avec les chronologies sociales et culturelles pour comprendre les mécanismes d'interaction.

Les recherches à venir doivent ensuite permettre de mieux comprendre la dynamique propre des sociétés anciennes, leurs mutations et leurs rapports aux changements environnementaux. Les questions portent sur le degré de résilience des sociétés du passé et les modalités d'adaptation de ces sociétés, en prenant en compte les changements d'organisation politique et économique, les réponses technologiques, les déplacements de populations et migrations. La transformation de la société est un autre aspect important pour déterminer les conditions ayant conduit à des effondrements ou des ruptures.

Le dialogue avec les sciences sociales reste novateur et devra se développer afin de mieux comprendre le lien intime entre les l'évolution des sociétés et celle de l'environnement qui constitue leur cadre de vie. L'impact des changements environnementaux sur la mobilité, la structuration sociale et les inégalités sociales ou de genre (contrôle des naissances, accès aux ressources, etc.) ou sur l'histoire des technologies et des conflits mérite d'être mieux documenté. Par exemple, la mobilité n'est pas forcément réalisée sous contrainte (nomadisme, pastoralisme, pendularité) et le statut nomade/sédentaire n'est pas systématiquement lié à l'incertitude environnementale.

### B 1.3.2 Impacts des sociétés sur les écosystèmes

À l'ère de l'Anthropocène, tous les paysages sont, de façon plus ou moins marquée, des constructions humaines, liées à des pratiques, associées à la gestion des ressources. L'impact des sociétés sur les écosystèmes augmente depuis les débuts de l'Humanité, avec des périodes d'accélération, comme au Néolithique ou avec la Révolution industrielle, qui constituent autant de points de non-retour ayant dé-
bouché sur de nouveaux équilibres écologiques. Dans ce contexte, un enjeu est de mieux définir l'Anthropocène, dans son acceptation la plus large, notamment pour comprendre comment et pourquoi les milieux actuels sont hérités des pratiques et de modes de gestion passés des territoires. Les travaux privilégieront des démarches considérant des échelles spatio-temporelles multiples, embrassant à la fois des évènements ponctuels ou progressifs, rapidement réversibles ou irréversibles aux échelles de temps humaines. À partir du Néolithique, il s'agit d'appréhender la mosaïque environnementale qui constitue le territoire, composée par la succession d'espaces domestiqués, aménagés ou artificialisés à des degrés divers, de zones exploitées plus ou moins intensément et de zones à l'anthropisation plus diffuse.

La question de l'anthropisation des milieux devra être abordée à l'échelle des écosystèmes, des espèces, des populations et des individus. Cela implique l'implication de disciplines allant de la géographie physique à la biologie autour de questions communes. Il s'agira en premier lieu de décrire et de quantifier les processus par lesquels les sociétés modifient les empreintes environnementales (sols, rivières, lacs) à toutes les échelles et dans des contextes climatiques

<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>B 1.3.2 - Prélèvement ADN Néolithique - Fouille de Pertus, Alpes de Haute Provence, France. © C. Lepere»</figcaption></figure>

variés. En particulier, l'impact de la prédation et de l'usage des terres (sol, eau, agriculture, élevage, usage du feu, etc.), les pratiques, dynamiques et diversités agro-sylvo-pastorales, ainsi que les trajectoires qui ont conduit aux anthroposols (des sol fortement modifiés ou fabriqué par l'homme et considérés comme des archives de l'histoire de l'Humanité) sont des sujets d'étude amenés à se développer.

Une attention particulière doit être portée aux aménagements tels que les réseaux viaires, les terrasses de culture, l'usage du sous-sol (carrières, mines, etc.), les systèmes de drainage ou d'irrigation et la manière avec laquelle ils ont affecté la connectivité des écosystèmes et du réseau hydrologique, la topographie et la morphologie des paysages, ainsi que les transferts de matière. Il en est de même avec l'étude des aménagements liés à l'usage des milieux humides et aquatiques continentaux (lacs, littoral, fleuves et rivières, milieux insulaires, etc.) et marins (ports, gestion de crues, de l'érosion littorale, etc.). En effet, ces derniers ont un impact sur les ressources aquatiques (pêcheries, eutrophisation, etc.) mais aussi sur le compartiment atmosphérique (émissions de GES liées à l'usage des terres, contamination au plomb, effet Suess, etc.).

Les activités humaines ont laissé leur empreinte sur les milieux, mais aussi un héritage lourd sur le vivant par l'introduction (invasions anthropogènes) ou l'éradication/ extinction d'espèces, par la domestication (changements morphologiques, éthologiques, diversité génétique...) ou la favorisation d'espèces anthropophiles. L'étude de ces trajectoires et héritages doit être envisagée dans une vision pleinement écologique, de l'individu au paysage. Par exemple, il faudra dépasser les inventaires floristiques et s'attacher à documenter la physionomie des végétations passées.

L'impact des activités humaines, souvent considéré de manière négative, a également permis le développement de nouveaux écosystèmes, de milieux singuliers qui constituent parfois des îlots de biodiversité, au point qu'une part majeure de la biosphère est aujourd'hui occupée par des anthromes (biomes anthropiques). Enfin, les paysages et écosystèmes actuels résultent parfois d'évènements politiques ou économiques brutaux (guerres, réorientations économiques, colonisation...). Une meilleure prise en compte de ces évènements dans la construction des paysages (exemple des «bombturbations»), dans leurs trajets-toires, est nécessaire pour satisfaire l'ambition d'une vision pleine et entière de l'Anthropocène. Toutes ces questions nécessiteront un dialogue renforcé entre la biologie, l'éologie, l'histoire et la paléobiogéographie.

### B 1.3.3 Évolution du lien sociétés-ressources

La disponibilité des ressources nécessaires à la subsistance et à l'ensemble des réalisations techniques humaines est soumise aux changements globaux, qui peuvent en limiter
bouché sur de nouveaux équilibres écologiques. Dans ce contexte, un enjeu est de mieux définir l'Anthropocène, dans son acceptation la plus large, notamment pour comprendre comment et pourquoi les milieux actuels sont hérités des pratiques et de modes de gestion passés des territoires. Les travaux privilégieront des démarches considérant des échelles spatio-temporelles multiples, embrassant à la fois des évènements ponctuels ou progressifs, rapidement réversibles ou irréversibles aux échelles de temps humaines. À partir du Néolithique, il s'agit d'appréhender la mosaïque environnementale qui constitue le territoire, composée par la succession d'espaces domestiqués, aménagés ou artificialisés à des degrés divers, de zones exploitées plus ou moins intensément et de zones à l'anthropisation plus diffuse.

La question de l'anthropisation des milieux devra être abordée à l'échelle des écosystèmes, des espèces, des populations et des individus. Cela implique l'implication de disciplines allant de la géographie physique à la biologie autour de questions communes. Il s'agira en premier lieu de décrire et de quantifier les processus par lesquels les sociétés modifient les empreintes environnementales (sols, rivières, lacs) à toutes les échelles et dans des contextes climatiques

<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>B 1.3.2 - Prélèvement ADN Néolithique - Fouille de Pertus, Alpes de Haute Provence, France. © C. Lepere»</figcaption></figure>

variés. En particulier, l'impact de la prédation et de l'usage des terres (sol, eau, agriculture, élevage, usage du feu, etc.), les pratiques, dynamiques et diversités agro-sylvo-pastorales, ainsi que les trajectoires qui ont conduit aux anthroposols (des sol fortement modifiés ou fabriqué par l'homme et considérés comme des archives de l'histoire de l'Humanité) sont des sujets d'étude amenés à se développer.

Une attention particulière doit être portée aux aménagements tels que les réseaux viaires, les terrasses de culture, l'usage du sous-sol (carrières, mines, etc.), les systèmes de drainage ou d'irrigation et la manière avec laquelle ils ont affecté la connectivité des écosystèmes et du réseau hydrologique, la topographie et la morphologie des paysages, ainsi que les transferts de matière. Il en est de même avec l'étude des aménagements liés à l'usage des milieux humides et aquatiques continentaux (lacs, littoral, fleuves et rivières, milieux insulaires, etc.) et marins (ports, gestion de crues, de l'érosion littorale, etc.). En effet, ces derniers ont un impact sur les ressources aquatiques (pêcheries, eutrophisation, etc.) mais aussi sur le compartiment atmosphérique (émissions de GES liées à l'usage des terres, contamination au plomb, effet Suess, etc.).

Les activités humaines ont laissé leur empreinte sur les milieux, mais aussi un héritage lourd sur le vivant par l'introduction (invasions anthropogènes) ou l'éradication/extinction d'espèces, par la domestication (changements morphologiques, éthologiques, diversité génétique...) ou la favorisation d'espèces anthropophiles. L'étude de ces trajectoires et héritages doit être envisagée dans une vision pleinement écologique, de l'individu au paysage. Par exemple, il faudra dépasser les inventaires floristiques et s'attacher à documenter la physionomie des végétations passées.

L'impact des activités humaines, souvent considéré de manière négative, a également permis le développement de nouveaux écosystèmes, de milieux singuliers qui constituent parfois des îlots de biodiversité, au point qu'une part majeure de la biosphère est aujourd'hui occupée par des anthromes (biomes anthropiques). Enfin, les paysages et écosystèmes actuels résultent parfois d'évènements politiques ou économiques brutaux (guerres, réorientations économiques, colonisation...). Une meilleure prise en compte de ces évènements dans la construction des paysages (exemple des «bombturbations»), dans leurs trajets-toires, est nécessaire pour satisfaire l'ambition d'une vision pleine et entière de l'Anthropocène. Toutes ces questions nécessiteront un dialogue renforcé entre la biologie, l'éologie, l'histoire et la paléobiogéographie.

### B 1.3.3 Évolution du lien sociétés-ressources

La disponibilité des ressources nécessaires à la subsistance et à l'ensemble des réalisations techniques humaines est soumise aux changements globaux, qui peuvent en limiter
le volume ou l'accès, ainsi qu'à la pression que les sociétés font peser sur elles. A la base de l'économie de subsistance, se trouvent les ressources alimentaires mais aussi les ressources permettant la production ou l'exploitation de ces dernières. Toutefois l'exploitation du milieu naturel ne se limite pas à ces besoins vitaux (fabrication d'objets et produits divers, constructions et infrastructures, transports, loisirs, production d'énergie). La disponibilité des ressources renouvelables dépend de l'intensité de leur exploitation et de leur capacité de régénération ; les ressources épuisables sont, elles, définitivement inutilisables après usage, alors que le stock accessible des ressources recyclables dépend des capacités techniques et de la volonté de recyclage.

La complexité des systèmes de gestion des ressources et leurs impacts sur le milieu comme sur l'organisation sociale des groupes humains sont déjà des sujets de recherche dont s'emparent les spécialistes des économies de préparation (subsistance basée sur la chasse et la collecte) et des contextes peu transformés (Pléistocène, Holocène ancien) comme ceux qui s'intéressent aux économies de production (subsistance basée sur l'agriculture et l'élevage) jusqu'à celles dominées par le secteur tertiaire et aux contextes anthropisés, voire artificialisés (Holocène moyen et récent, Anthropocène). L'impact des pénuries, les stratégies d'adaptation, les conflits ou les alliances engendrés par les besoins d'accès aux ressources sont par ailleurs documentés par les sciences historiques. Pour comprendre les trajectoires sur le long terme, il est donc nécessaire d'estimer pour différentes périodes les paléo-baselines, les paléostocks et systèmes morphogéniques sur lesquels a pesé l'exploitation passée. Pour cela, il faut croiser les informations issues de la connaissance des gisements (géologie) ou des paléo-écosystèmes (paléoenvironnement) et celles qui permettent de documenter l'ampleur de la consommation à une période et sur un territoire donné (archéologie, données historiques).

Des innovations analytiques en archéozoologie, archéobotanique, bioanthropologie, bio- et géochimie permettront d'approcher de plus en plus finement les stratégies de subsistance (saisonnalité des pratiques, mobilité des groupes humains, conservation et stockage des ressources), faisant apparaître le recours à une large gamme de modes d'exploitation et de gestion des ressources. Les avancées rapides obtenues notamment dans les domaines de la biologie moléculaire, de la chimie isotopique, des omiques, de l'histologie animale et végétale viennent en appui d'une expertise naturaliste dont on doit encourager la persistance et la transmission, dans un écosystème de la recherche frénéique et compétitif peu favorable aux approches traditionnelles et de longue haleine. La connaissance des modes de vies des sociétés du passé, très anciens comme très récents, apporte également un éclairage sur les questions d'alimentation sensu lato (adaptation, transition, variabilité) et de transition alimentaire, du rapport entre (sur)exploitation des ressources naturelles et avancées technologiques et

enfin du lien entre ressources et territoire. En considérant les écosystèmes comme pourvoyeurs à la fois de ressources et de services hérités des paléoclimats et paléoenvironnements, les thématiques P&P s'ouvrent aux sciences de la durbabilité ainsi qu'aux sciences juridiques (droit de l'environnement et de la nature, question du statut des cours d'eau, des êtres vivants non-humains), aux sciences du risque et aux sciences sociales.

### B 1.3.4 Aléas et risques

La question du risque peut s'aborder sous l'angle de l'aléa (plus ou moins impactant et/ou probable) et sous celui de la vulnérabilité des sociétés (plus ou moins sensibles à un aléa donné). Les sciences sociales éclairent ces deux aspects, mettant en avant le caractère souvent politique des conséquences des catastrophes naturelles sur les sociétés. Les évènements abrupts ou extrêmes, mais aussi le franchissement de seuils lors de transformations progressives, peuvent avoir des conséquences catastrophiques et imprévues, largement conditionnées par les héritages géologiques, écologiques ou humains. Si les conséquences de ces évènements sont souvent considérées comme néfastes, ils peuvent parfois offrir de nouvelles opportunités. Les réponses des sociétés, comme la mise en œuvre de stratégies de résilience et/ou de restauration de leur environnement, impliquent la compréhension des déclencheurs de ces phénomènes mais dépendent aussi de la capacité collective à accepter (ou non) des phénomènes aléatoires.

Une interrogation porte sur l'échelle spatiale à laquelle les impacts se font sentir sur les populations humaines et sur les écosystèmes selon leur nature. Il s'agit par exemple d'évènements singuliers et/ou multi facteurs d'origine climatique, volcanique, sismique, anthropique, ou géomorphologique, engendrant des épisodes de sécheresses, crues, inondations, tempêtes, mégafeux, glissements de terrains, pollutions, etc. Pour les zones côtières, les ouragans et les tsunamis sont parmi les évènements extrêmes les plus destructeurs et imprévisibles, dont les effets peuvent être d'autant plus prégnants qu'ils affectent des zones hébergeant des stocks naturels ou anthropiques de substances potentiellement polluantes (hydrocarbures, radionucléides, etc.). Ils modifient radicalement le paysage, mais sur des fenêtres temporelles si courtes qu'elles ne sont pas toujours visibles dans les archives analysées.

Un autre exemple concerne les risques sanitaires liés aux conditions environnementales qui reviennent sur le devant de la scène dans un contexte de forte inquiétude environnementale attisée par l'ampleur de récentes épidémies infec tieuses (covid) ou liées à la pollution (particules, produits phytosanitaires, etc.). L'approche « One Health », qui considère l'interdépendance sanitaire entre les humains et les différentes composantes de leur environnement, à toutes les échelles, prend de l'ampleur depuis quelques dizaines d'années. Elle pourrait s'enrichir d'un regard vers le passé,
le volume ou l'accès, ainsi qu'à la pression que les sociétés font peser sur elles. A la base de l'économie de subsistance, se trouvent les ressources alimentaires mais aussi les ressources permettant la production ou l'exploitation de ces dernières. Toutefois l'exploitation du milieu naturel ne se limite pas à ces besoins vitaux (fabrication d'objets et produits divers, constructions et infrastructures, transports, loisirs, production d'énergie). La disponibilité des ressources renouvelables dépend de l'intensité de leur exploitation et de leur capacité de régénération ; les ressources épuisables sont, elles, définitivement inutilisables après usage, alors que le stock accessible des ressources recyclables dépend des capacités techniques et de la volonté de recyclage.

La complexité des systèmes de gestion des ressources et leurs impacts sur le milieu comme sur l'organisation sociale des groupes humains sont déjà des sujets de recherche dont s'emparent les spécialistes des économies de préparation (subsistance basée sur la chasse et la collecte) et des contextes peu transformés (Pléistocène, Holocène ancien) comme ceux qui s'intéressent aux économies de production (subsistance basée sur l'agriculture et l'élevage) jusqu'à celles dominées par le secteur tertiaire et aux contextes anthropisés, voire artificialisés (Holocène moyen et récent, Anthropocène). L'impact des pénuries, les stratégies d'adaptation, les conflits ou les alliances engendrés par les besoins d'accès aux ressources sont par ailleurs documentés par les sciences historiques. Pour comprendre les trajectoires sur le long terme, il est donc nécessaire d'estimer pour différentes périodes les paléo-baselines, les paléostocks et systèmes morphogéniques sur lesquels a pesé l'exploitation passée. Pour cela, il faut croiser les informations issues de la connaissance des gisements (géologie) ou des paléo-écosystèmes (paléoenvironnement) et celles qui permettent de documenter l'ampleur de la consommation à une période et sur un territoire donné (archéologie, données historiques).

Des innovations analytiques en archéozoologie, archéobotanique, bioanthropologie, bio- et géochimie permettront d'approcher de plus en plus finement les stratégies de subsistance (saisonnalité des pratiques, mobilité des groupes humains, conservation et stockage des ressources), faisant apparaître le recours à une large gamme de modes d'exploitation et de gestion des ressources. Les avancées rapides obtenues notamment dans les domaines de la biologie moléculaire, de la chimie isotopique, des omiques, de l'histologie animale et végétale viennent en appui d'une expertise naturaliste dont on doit encourager la persistance et la transmission, dans un écosystème de la recherche frénéique et compétitif peu favorable aux approches traditionnelles et de longue haleine. La connaissance des modes de vies des sociétés du passé, très anciens comme très récents, apporte également un éclairage sur les questions d'alimentation sensu lato (adaptation, transition, variabilité) et de transition alimentaire, du rapport entre (sur)exploitation des ressources naturelles et avancées technologiques et

enfin du lien entre ressources et territoire. En considérant les écosystèmes comme pourvoyeurs à la fois de ressources et de services hérités des paléoclimats et paléoenvironnements, les thématiques P&P s'ouvrent aux sciences de la durbabilité ainsi qu'aux sciences juridiques (droit de l'environnement et de la nature, question du statut des cours d'eau, des êtres vivants non-humains), aux sciences du risque et aux sciences sociales.

### B 1.3.4 Aléas et risques

La question du risque peut s'aborder sous l'angle de l'aléa (plus ou moins impactant et/ou probable) et sous celui de la vulnérabilité des sociétés (plus ou moins sensibles à un aléa donné). Les sciences sociales éclairent ces deux aspects, mettant en avant le caractère souvent politique des conséquences des catastrophes naturelles sur les sociétés. Les évènements abrupts ou extrêmes, mais aussi le franchissement de seuils lors de transformations progressives, peuvent avoir des conséquences catastrophiques et imprévues, largement conditionnées par les héritages géologiques, écologiques ou humains. Si les conséquences de ces évènements sont souvent considérées comme néfastes, ils peuvent parfois offrir de nouvelles opportunités. Les réponses des sociétés, comme la mise en œuvre de stratégies de résilience et/ou de restauration de leur environnement, impliquent la compréhension des déclencheurs de ces phénomènes mais dépendent aussi de la capacité collective à accepter (ou non) des phénomènes aléatoires.

Une interrogation porte sur l'échelle spatiale à laquelle les impacts se font sentir sur les populations humaines et sur les écosystèmes selon leur nature. Il s'agit par exemple d'évènements singuliers et/ou multi facteurs d'origine climatique, volcanique, sismique, anthropique, ou géomorphologique, engendrant des épisodes de sécheresses, crues, inondations, tempêtes, mégafeux, glissements de terrains, pollutions, etc. Pour les zones côtières, les ouragans et les tsunamis sont parmi les évènements extrêmes les plus destructeurs et imprévisibles, dont les effets peuvent être d'autant plus prégnants qu'ils affectent des zones hébergeant des stocks naturels ou anthropiques de substances potentiellement polluantes (hydrocarbures, radionucléides, etc.). Ils modifient radicalement le paysage, mais sur des fenêtres temporelles si courtes qu'elles ne sont pas toujours visibles dans les archives analysées.

Un autre exemple concerne les risques sanitaires liés aux conditions environnementales qui reviennent sur le devant de la scène dans un contexte de forte inquiétude environnementale attisée par l'ampleur de récentes épidémies infec tieuses (covid) ou liées à la pollution (particules, produits phytosanitaires, etc.). L'approche « One Health », qui considère l'interdépendance sanitaire entre les humains et les différentes composantes de leur environnement, à toutes les échelles, prend de l'ampleur depuis quelques dizaines d'années. Elle pourrait s'enrichir d'un regard vers le passé,
par la collaboration entre d'une part les spécialistes en pa-
léopathologie (englobant l'ensemble des études humains/
non humains/pathogènes) d'autre part les spécialistes en
des autres organismes vivants à leur contact (archéobota-
nique, archéozoologie), et enfin les spécialistes des patho-
gènes (paléomicrobiologie, paléoparasitologie) et des pol-
luants (géochimie).

B 1.3.5 Gestion et conservation/protection du patrimoine naturel et culturel

À l'Anthropocène, il n'est plus possible de considérer le pa-
trimoine naturel en faisant abstraction des pratiques hu-
maines qui ont présidé à sa conservation, son avènement,
sa modification ou sa dégradation. La conservation des pay-
sages dit « naturels » suppose la préservation ou la restau-
ration des pratiques associées. La connaissance de ces pra-
tiques, associée à des inventaires de la diversité génétique
(espèces cultivées/élevées, variétés anciennes, tradition-
nelles, locales), peut offrir des alternatives « low-tech », plus
durables et plus robustes face aux risques (gel, sécheresse,
tempêtes, ravageurs, maladies), aux pratiques intensives et
aux variétés commerciales et races améliorées (restauration
des sols et de l'(agro)biodiversité).

Si les populations humaines accordent une valeur impor-
tante et patrimoniale aux espaces jugés naturels, elles
ignorent souvent le rôle joué par leurs prédécesseurs dans
leur construction. Les études paléoenvironnementales
renseignent sur ces aspects et sont à même de mettre en
lumière la trajectoire des paysages au-delà de la mémoire
collective, proposant ainsi différents scénarios de conserva-
tion ou de restauration des milieux.

Il est important de s'emparer également de la préservation des patrimoines géologiques dont l'existence et l'accessibilité résultent d'une histoire paléoenvironnementale longue à laquelle se surimpose, sur un temps plus court, la relation avec les sociétés humaines (mise en réserve, exploitation, destruction, conflit). Quant au patrimoine culturel, si les mêmes questionnements s'imposent, les P&P peuvent apporter une expertise complémentaire à celle des commu- nautés SHS et des instances gestionnaires qui sont les pre- mières concernées.
par la collaboration entre d'une part les spécialistes en pa-
léopathologie (englobant l'ensemble des études humains/
non humains/pathogènes) d'autre part les spécialistes en
des autres organismes vivants à leur contact (archéobota-
nique, archéozoologie), et enfin les spécialistes des patho-
gènes (paléomicrobiologie, paléoparasitologie) et des pol-
luants (géochimie).

B 1.3.5 Gestion et conservation/protection du patrimoine naturel et culturel

À l'Anthropocène, il n'est plus possible de considérer le pa-
trimoine naturel en faisant abstraction des pratiques hu-
maines qui ont présidé à sa conservation, son avènement,
sa modification ou sa dégradation. La conservation des pay-
sages dit « naturels » suppose la préservation ou la restau-
ration des pratiques associées. La connaissance de ces pra-
tiques, associée à des inventaires de la diversité génétique
(espèces cultivées/élevées, variétés anciennes, tradition-
nelles, locales), peut offrir des alternatives « low-tech », plus
durables et plus robustes face aux risques (gel, sécheresse,
tempêtes, ravageurs, maladies), aux pratiques intensives et
aux variétés commerciales et races améliorées (restauration
des sols et de l'(agro)biodiversité).

Si les populations humaines accordent une valeur impor-
tante et patrimoniale aux espaces jugés naturels, elles
ignorent souvent le rôle joué par leurs prédécesseurs dans
leur construction. Les études paléoenvironnementales
renseignent sur ces aspects et sont à même de mettre en
lumière la trajectoire des paysages au-delà de la mémoire
collective, proposant ainsi différents scénarios de conserva-
tion ou de restauration des milieux.

Il est important de s'emparer également de la préservation des patrimoines géologiques dont l'existence et l'accessibilité résultent d'une histoire paléoenvironnementale longue à laquelle se surimpose, sur un temps plus court, la relation avec les sociétés humaines (mise en réserve, exploitation, destruction, conflit). Quant au patrimoine culturel, si les mêmes questionnements s'imposent, les P&P peuvent apporter une expertise complémentaire à celle des commu- nautés SHS et des instances gestionnaires qui sont les pre- mières concernées.
<figure><img src="image_70.png" /></figure>
<figure><img src="image_70.png" /></figure>
## B2. Quelques défis scientifiques spécifiques à relever

Les enjeux scientifiques identifiés dans les 3 principaux axes autour desquels s'accréteront les recherches P&P en France dans les prochaines années s'accompagnent de nombreux verrous et défis à relever. Plusieurs aspects méritent d'être soulignés. Ils se situent à la jonction entre verrous scientifiques et méthodologiques et vont fortement mobiliser les compétences interdisciplinaires. Les éléments proposés ci-dessous représentent quelques axes majeurs sur lesquelles les compétences réunies en France permettent d'entrevoir des avancées majeures (liste non exhaustive) dans les prochaines années.

<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>B 2.1.2 - Spectromètre de masse par accélérateur ASTER, sur le site du CEREGE © Thibaut VERGOZ / CEREGE / CNRS Images</figcaption></figure>
## B2. Quelques défis scientifiques spécifiques à relever

Les enjeux scientifiques identifiés dans les 3 principaux axes autour desquels s'accréteront les recherches P&P en France dans les prochaines années s'accompagnent de nombreux verrous et défis à relever. Plusieurs aspects méritent d'être soulignés. Ils se situent à la jonction entre verrous scientifiques et méthodologiques et vont fortement mobiliser les compétences interdisciplinaires. Les éléments proposés ci-dessous représentent quelques axes majeurs sur lesquelles les compétences réunies en France permettent d'entrevoir des avancées majeures (liste non exhaustive) dans les prochaines années.

<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>B 2.1.2 - Spectromètre de masse par accélérateur ASTER, sur le site du CEREGE © Thibaut VERGOZ / CEREGE / CNRS Images</figcaption></figure>
## B 2.1 ÉLABORATION ET AMÉLIORATION DES CHRONOMÈTRES

### B 2.1.1 Enjeux et verrous

La géochronologie doit relever plusieurs défis pour repousser les limites actuelles des reconstitutions des climats du passé. Ce sont des enjeux scientifiques et méthodologiques forts, à la croisée de différentes compétences pour lesquels de nombreuses innovations scientifiques peuvent émerger au niveau national.

Il est fondamental de construire les modèles d'âge pour chaque archive, afin d'ancrer correctement les signaux mesurés sur l'axe des temps. Ces modèles reposent la plupart du temps sur des méthodes de datations absolues à partir d'échantillons discrets (e.g. 14C, U-Th, K-Ar, luminescence). Or, la construction de ces modèles doit s'appuyer sur des hypothèses, a priori sur l'évolution du taux de sédimentation (ou d'accumulation) entre deux points de datation absolue. Ces hypothèses sont parfois difficiles à vérifier, a fortiori, lorsqu'il n'existe pas d'observables stratigraphiques pour synchroniser l'archive considérée. Aussi, il faudra acquérir les techniques pour reconstruire en routine les taux de sédimentation/accumulation entre deux points de datations absolues, mais aussi des marqueurs géo/bio-stratigraphiques ubiquistes qui permettent de synchroniser différentes archives entre elles.

À l'autre bout du spectre chronologique, un enjeu particulier concerne la datation juste et précise des archives paléoenvironnementales très récentes (inférieures au siècle), qui sont capitales pour faire le lien avec les problématiques environnementales actuelles (érosion de la biodiversité, dispersion de polluants et/ou d'espèces invasives, réponse des écosystèmes au changement climatique en cours, etc.).

### B 2.1.2 Développements analytiques et méthodologiques prioritaires

Les développements prioritaires concernent le niveau méthodologique et instrumental (section B 4) et le domaine de la construction des modèles d'âge. Les défis pour améliorer les chronomètres utilisés en paléoclimatologie (e.g. nucléides cosmogéniques, datation par luminescence, U/Th ou 14C pour les archives sédimentaires et teneur en air et composition élémentaire et isotopique de N2, O2, Ar pour la glace) sont, pour les chronomètres existants de :

1. diminuer la taille requise des échantillons ou permettre la mesure de plusieurs traceurs sur un même échantillon;

2. améliorer la précision et la justesse des datations;

3. développer de nouveau chronomètres, notamment pour les fenêtres temporelles aveugles (e.g. 81Kr, 36Cl/26Al/10Be pour la glace, 41Ca pour les roches, ADN, etc.).

Ces développements reposent sur le développement per-

manent des méthodes analytiques et le renforcement des capacités instrumentales actuelles (maintien et extension du parc instrumental actuel intégrant de nouvelles techniques), que le réseau RéGEF et la pérennité des services nationaux permettent de coordonner et de partager, en parallèle des financements sur projet, qu'ils soient nationaux ou internationaux. Il s'agit aussi d'optimiser les techniques de préparation des échantillons pour permettre d'avoir accès à un plus grand nombre de chronomètres sur différentes matrices.

La cyclostratigraphie est une approche pluridisciplinaire particulièrement adaptée aux longues échelles de temps, qui identifie et exploite (par des approches numériques) des cycles dans les archives sédimentaires. Ces techniques sont en plein essor, et doivent être consolidées en développant la mesure et la compréhension de l'origine des signaux à toutes échelles de temps (saisonnières, pluriannuelles, orbitales) tout en améliorant les traitements mathématiques de ces signaux. Il est ainsi devenu possible de proposer des reconstitutions des variations de phénomènes climatiques interannuels comme l'ENSO dans des climats anciens comme le Cénozoïque.

L'intercomparaison des différents chronomètres analysés dans la même archive est une des clefs pour améliorer la justesse des datations, en prenant en compte de manière ubiquiste toutes les observations chronologiques (âges absolus, relations stratigraphiques relatives et estimation des flux de sédimentation, prises en compte des lag time et des temps de résidences). Dans cette démarche, les outils de modélisation numérique développant des approches statistiques bayesiennes, comme celles développées pour le modèle Paleoochrono (cf. section B 5.1.2), sont très prometteuses et permettront des progrès majeurs.

## B 2.2 DÉVELOPPEMENT DE TRACEURS ET DE PROXIES

### B 2.2.1 Compréhension des processus de construction, d'enregistrement et de préservation du signal

**Sédiments carbonatés, téphras et turbidites, canal du Mozambique**

<figure><img src="image_72.png" /></figure>

**Sédiments laminés riches en diatomées, zone anoxique péruvienne**

<figure><img src="image_73.png" /></figure>

B.2.2.1 © Guillaume Leduc.
## B 2.1 ÉLABORATION ET AMÉLIORATION DES CHRONOMÈTRES

### B 2.1.1 Enjeux et verrous

La géochronologie doit relever plusieurs défis pour repousser les limites actuelles des reconstitutions des climats du passé. Ce sont des enjeux scientifiques et méthodologiques forts, à la croisée de différentes compétences pour lesquels de nombreuses innovations scientifiques peuvent émerger au niveau national.

Il est fondamental de construire les modèles d'âge pour chaque archive, afin d'ancrer correctement les signaux mesurés sur l'axe des temps. Ces modèles reposent la plupart du temps sur des méthodes de datations absolues à partir d'échantillons discrets (e.g. 14C, U-Th, K-Ar, luminescence). Or, la construction de ces modèles doit s'appuyer sur des hypothèses, a priori sur l'évolution du taux de sédimentation (ou d'accumulation) entre deux points de datation absolue. Ces hypothèses sont parfois difficiles à vérifier, a fortiori, lorsqu'il n'existe pas d'observables stratigraphiques pour synchroniser l'archive considérée. Aussi, il faudra acquérir les techniques pour reconstruire en routine les taux de sédimentation/accumulation entre deux points de datations absolues, mais aussi des marqueurs géo/bio-stratigraphiques ubiquistes qui permettent de synchroniser différentes archives entre elles.

À l'autre bout du spectre chronologique, un enjeu particulier concerne la datation juste et précise des archives paléoenvironnementales très récentes (inférieures au siècle), qui sont capitales pour faire le lien avec les problématiques environnementales actuelles (érosion de la biodiversité, dispersion de polluants et/ou d'espèces invasives, réponse des écosystèmes au changement climatique en cours, etc.).

### B 2.1.2 Développements analytiques et méthodologiques prioritaires

Les développements prioritaires concernent le niveau méthodologique et instrumental (section B 4) et le domaine de la construction des modèles d'âge. Les défis pour améliorer les chronomètres utilisés en paléoclimatologie (e.g. nucléides cosmogéniques, datation par luminescence, U/Th ou 14C pour les archives sédimentaires et teneur en air et composition élémentaire et isotopique de N2, O2, Ar pour la glace) sont, pour les chronomètres existants de :

1. diminuer la taille requise des échantillons ou permettre la mesure de plusieurs traceurs sur un même échantillon;

2. améliorer la précision et la justesse des datations;

3. développer de nouveau chronomètres, notamment pour les fenêtres temporelles aveugles (e.g. 81Kr, 36Cl/26Al/10Be pour la glace, 41Ca pour les roches, ADN, etc.).

Ces développements reposent sur le développement per-

manent des méthodes analytiques et le renforcement des capacités instrumentales actuelles (maintien et extension du parc instrumental actuel intégrant de nouvelles techniques), que le réseau RéGEF et la pérennité des services nationaux permettent de coordonner et de partager, en parallèle des financements sur projet, qu'ils soient nationaux ou internationaux. Il s'agit aussi d'optimiser les techniques de préparation des échantillons pour permettre d'avoir accès à un plus grand nombre de chronomètres sur différentes matrices.

La cyclostratigraphie est une approche pluridisciplinaire particulièrement adaptée aux longues échelles de temps, qui identifie et exploite (par des approches numériques) des cycles dans les archives sédimentaires. Ces techniques sont en plein essor, et doivent être consolidées en développant la mesure et la compréhension de l'origine des signaux à toutes échelles de temps (saisonnières, pluriannuelles, orbitales) tout en améliorant les traitements mathématiques de ces signaux. Il est ainsi devenu possible de proposer des reconstitutions des variations de phénomènes climatiques interannuels comme l'ENSO dans des climats anciens comme le Cénozoïque.

L'intercomparaison des différents chronomètres analysés dans la même archive est une des clefs pour améliorer la justesse des datations, en prenant en compte de manière ubiquiste toutes les observations chronologiques (âges absolus, relations stratigraphiques relatives et estimation des flux de sédimentation, prises en compte des lag time et des temps de résidences). Dans cette démarche, les outils de modélisation numérique développant des approches statistiques bayesiennes, comme celles développées pour le modèle Paleoochrono (cf. section B 5.1.2), sont très prometteuses et permettront des progrès majeurs.

## B 2.2 DÉVELOPPEMENT DE TRACEURS ET DE PROXIES

### B 2.2.1 Compréhension des processus de construction, d'enregistrement et de préservation du signal

**Sédiments carbonatés, téphras et turbidites, canal du Mozambique**

<figure><img src="image_72.png" /></figure>

**Sédiments laminés riches en diatomées, zone anoxique péruvienne**

<figure><img src="image_73.png" /></figure>

B.2.2.1 © Guillaume Leduc.
Un proxy paléoclimatique et/ou paléoenvironnemental est une métrique indirecte qui fait l'approximation d'un paramètre physico-chimique défini par une unité. Un traceur ou marqueur est un paramètre lui aussi mesuré dans les archives paléoenvironnementales qui témoigne d'un processus ou de la présence d'un organisme ou d'un élément, sans pouvoir être relié quantitativement à une variable environnementale définie par une unité.

La meilleure compréhension des signaux P&P nécessitera en premier lieu d'augmenter la compréhension des processus menant à la genèse des traceurs et proxies tels que les effets vitaux, la déconvolution et la hiérarchisation des facteurs contrôlant le proxy et la temporalité et la localisation des paramètres et processus dont il témoigne.

En second lieu, il est également primordial de tracer les étapes successives menant à l'archivage des proxies et traceurs qui obscurcissent l'interprétation des archives. Une meilleure compréhension des mécanismes et délais des transferts et transports jusqu'au lieu d'archivage ainsi qu'une quantification des traceurs en regard de la biomasse des organismes source devront être plus systématiquement mis en regard de l'intensité des phénomènes dont ils témoignent ou des réservoirs de matière dont ils sont issus.

Enfin, les modalités et hétérogénéités d'archivages ainsi que les transformations post-archivage (taphonomie, diagenèse) affectant les traceurs devront être mieux caractérisées pour éclairer comment et avec quelle intégrité les proxies et traceurs rendent compte des changements re-construits en P&P.

### B 2.2.2 Dissocier les signaux

L'analyse de plusieurs proxies du même paramètre dans la même archive (e.g. le couplage de divers paléothermomètres de la surface de l'océan tels que le degré d'insaturation des alcènones en C37 et la rapport Mg/Ca des foraminifères planctoniques pour les températures océaniques de surface) est une piste privilégiée pour permettre de disso-cier le signal provenant de l'écosystème de celui issu des dif-férents forçages environnementaux. Ceci peut être particu-lièrement prégnant lorsque que le signal est enregistré par l'intermédiaire d'espèces vivantes susceptibles de répondre à de multiples facteurs environnementaux affectant leur écosystème. Des avancées nécessaires en biogéochimie et en biominéralisation (des molécules à l'isotopie), devront se faire en liaison étroite avec des compétences en écologie, en biologie et en éthologie pour permettre de comprendre et interpréter le signal.

Les progrès attendus ont non seulement comme objectif de mieux comprendre les niches écologiques des organismes à l'origine des signaux, mais également d'identifier le rôle des virus et bactéries dans la formation des carbonates, argiles etc. (organominéralisation, porosité, etc.).

### B 2.2.3 Enregistrement de la saisonnalité, de variabilité interannuelle à multiséculaire, et des événements extrêmes dans toutes les périodes

Les variabilités climatiques et environnementales à court terme (saisonnalité et variabilité interannuelle à multi-sécu-laire) sont extrêmes, souvent d'ampleur plus grande encore que les changements observés aux échelles glaciaires-in-terglaciaires. Elles interfèrent avec la formation des enregistrements de multiples proxies paléoclimatiques de diverses manières. D'autre part, les évènements extrêmes peuvent être soit sur-représentés dans les archives climatiques (exemple des *flash-floods* dans les sédiments océaniques), soit sous-échantillonnés (voire absents) au sein même des archives (par exemple les cyclones).

Améliorer la compréhension de la façon dont les composantes saisonnières et des évènements extrêmes sont enregistrés dans les différentes archives environnementales est un défi majeur pour l'interprétation des signaux paléoclimatiques et paléoenvironnementaux. Cette connaissance est essentielle pour étoffer les comparaisons multi-périodes et mieux identifier les facteurs clefs (moyennes, saisonnalité, variabilité) à prendre en compte pour déterminer la vulnérabilité des milieux aux différents facteurs affectant l'environnement. Les nouvelles approches chercheront par exemple à combiner des études multi-proxies et multi-sites, ainsi que des enregistrements discrets (analyses répétées de foraminifères individuels, analyses à hautes résolution des bivalves et coraux, cernes d'arbres, etc. Elles permettront d'étudier le continuum temps courts-temps longs et les interactions entre les différentes échelles de variabilité.

### B 2.2.4 Utilisation des simulations résolvant la convection atmosphérique pour aider à interpréter les proxies isotopiques

La composition isotopique de la pluie tropicale, enregistrée, par exemple, dans les spéléothèmes ou les cires de plantes, est souvent exploitée comme proxy des taux de précipitation passés. Mais cette composition dépend aussi des propriétés de la convection, telles que son organisation spatio-temporelle, sa profondeur, et le type d'orages (cumulonimbus isolés, lignes de grain, cyclones tropicaux). Pour étudier comment ces propriétés sont enregistrées dans les proxies isotopiques, les simulations résolvant la convection atmosphérique, avec une résolution de l'ordre du kilomètre voire de la centaine de mètres, sont particulièrement pertinentes et encore sous-exploitées. Dans les années à venir, ces simulations permettront d'exploiter les proxies isotopiques pour des reconstructions plus fines des taux de précipitations et de la fréquence des évènements extrêmes (paléo-tempestologie). Ces simulations permettront en retour de tester des hypothèses sur les processus en jeu dans certaines variations climatiques passées, tels que l'impact de l'organisation de la convection sur les chan-
Un proxy paléoclimatique et/ou paléoenvironnemental est une métrique indirecte qui fait l'approximation d'un paramètre physico-chimique défini par une unité. Un traceur ou marqueur est un paramètre lui aussi mesuré dans les archives paléoenvironnementales qui témoigne d'un processus ou de la présence d'un organisme ou d'un élément, sans pouvoir être relié quantitativement à une variable environnementale définie par une unité.

La meilleure compréhension des signaux P&P nécessitera en premier lieu d'augmenter la compréhension des processus menant à la genèse des traceurs et proxies tels que les effets vitaux, la déconvolution et la hiérarchisation des facteurs contrôlant le proxy et la temporalité et la localisation des paramètres et processus dont il témoigne.

En second lieu, il est également primordial de tracer les étapes successives menant à l'archivage des proxies et traceurs qui obscurcissent l'interprétation des archives. Une meilleure compréhension des mécanismes et délais des transferts et transports jusqu'au lieu d'archivage ainsi qu'une quantification des traceurs en regard de la biomasse des organismes source devront être plus systématiquement mis en regard de l'intensité des phénomènes dont ils témoignent ou des réservoirs de matière dont ils sont issus.

Enfin, les modalités et hétérogénéités d'archivages ainsi que les transformations post-archivage (taphonomie, diagenèse) affectant les traceurs devront être mieux caractérisées pour éclairer comment et avec quelle intégrité les proxies et traceurs rendent compte des changements re-construits en P&P.

## B 2.2.2 Dissocier les signaux

L'analyse de plusieurs proxies du même paramètre dans la même archive (e.g. le couplage de divers paléothermomètres de la surface de l'océan tels que le degré d'insaturation des alcènones en C37 et la rapport Mg/Ca des foraminifères planctoniques pour les températures océaniques de surface) est une piste privilégiée pour permettre de disso-cier le signal provenant de l'écosystème de celui issu des dif-férents forçages environnementaux. Ceci peut être particu-lièrement prégnant lorsque que le signal est enregistré par l'intermédiaire d'espèces vivantes susceptibles de répondre à de multiples facteurs environnementaux affectant leur écosystème. Des avancées nécessaires en biogéochimie et en biominéralisation (des molécules à l'isotopie), devront se faire en liaison étroite avec des compétences en écologie, en biologie et en éthologie pour permettre de comprendre et interpréter le signal.

Les progrès attendus ont non seulement comme objectif de mieux comprendre les niches écologiques des organismes à l'origine des signaux, mais également d'identifier le rôle des virus et bactéries dans la formation des carbonates, argiles etc. (organominéralisation, porosité, etc.).

## B 2.2.3 Enregistrement de la saisonnalité, de variabilité interannuelle à multiséculaire, et des événements extrêmes dans toutes les périodes

Les variabilités climatiques et environnementales à court terme (saisonnalité et variabilité interannuelle à multi-sécu-laire) sont extrêmes, souvent d'ampleur plus grande encore que les changements observés aux échelles glaciaires-in-terglaciaires. Elles interfèrent avec la formation des enregistrements de multiples proxies paléoclimatiques de diverses manières. D'autre part, les évènements extrêmes peuvent être soit sur-représentés dans les archives climatiques (exemple des *flash-floods* dans les sédiments océaniques), soit sous-échantillonnés (voire absents) au sein même des archives (par exemple les cyclones).

Améliorer la compréhension de la façon dont les composantes saisonnières et des évènements extrêmes sont enregistrés dans les différentes archives environnementales est un défi majeur pour l'interprétation des signaux paléoclimatiques et paléoenvironnementaux. Cette connaissance est essentielle pour étoffer les comparaisons multi-périodes et mieux identifier les facteurs clefs (moyennes, saisonnalité, variabilité) à prendre en compte pour déterminer la vulnérabilité des milieux aux différents facteurs affectant l'environnement. Les nouvelles approches chercheront par exemple à combiner des études multi-proxies et multi-sites, ainsi que des enregistrements discrets (analyses répétées de foraminifères individuels, analyses à hautes résolution des bivalves et coraux, cernes d'arbres, etc. Elles permettront d'étudier le continuum temps courts-temps longs et les interactions entre les différentes échelles de variabilité.

## B 2.2.4 Utilisation des simulations résolvant la convection atmosphérique pour aider à interpréter les proxies isotopiques

La composition isotopique de la pluie tropicale, enregistrée, par exemple, dans les spéléothèmes ou les cires de plantes, est souvent exploitée comme proxy des taux de précipitation passés. Mais cette composition dépend aussi des propriétés de la convection, telles que son organisation spatio-temporelle, sa profondeur, et le type d'orages (cumulonimbus isolés, lignes de grain, cyclones tropicaux). Pour étudier comment ces propriétés sont enregistrées dans les proxies isotopiques, les simulations résolvant la convection atmosphérique, avec une résolution de l'ordre du kilomètre voire de la centaine de mètres, sont particulièrement pertinentes et encore sous-exploitées. Dans les années à venir, ces simulations permettront d'exploiter les proxies isotopiques pour des reconstructions plus fines des taux de précipitations et de la fréquence des évènements extrêmes (paléo-tempestologie). Ces simulations permettront en retour de tester des hypothèses sur les processus en jeu dans certaines variations climatiques passées, tels que l'impact de l'organisation de la convection sur les changements.
gements de pluie et sur les gradients thermiques dans l'atmosphère tropicale.

## B 2.3 INTÉGRATIONS D'ÉCHELLES DE TEMPS OU D'ESPACE, DE DONNÉES MULTIPLES OU DE DIVERS FACTEURS

### B 2.3.1 Comparaisons ou intégrations modèles-données plus systématiques

Intégrer dans un ensemble cohérent des informations de diverses origines (physique, géochimique, écologique, archéologique) reste un défi majeur qui demande d'avoir des approches redondantes et de pouvoir tester la cohérence des reconstitutions ou des hypothèses énoncées. Les approches modèles données sont plébiscitées pour :

- comprendre les processus et identifier les variables ou contraintes environnementales apportées par les différents enregistrements ou types de reconstructions;

- mettre en cohérence des informations disparates provenant de milieux différents et ayant des incertitudes sur les chronologies;

- tester notre compréhension du système analysé.

La section 4 fait ressortir un grand intérêt pour ces approches mais révèle aussi que les rendre plus systématiques demande de relever plusieurs défis multidisciplinaires et d'avoir des agendas et objectifs communs entre les différents spécialistes. La formation aux outils informatiques et leur démocratisation doivent aussi permettre que les

intégrations ou comparaisons modèles-données puissent être tout autant au cœur des activités des spécialistes des reconstitutions environnementales que de celles des modélisateurs.

À titre d'exemple, l'étude des climats anciens et de leurs variabilités, enregistrées par les successions sédimentaires ou des surfaces géomorphologiques (e.g. surfaces latéritiques, vallées glaciaires paléozoïques) nécessite le développement de méthodes et d'interactions entre modélisation et données de terrain. L'étude de données dans un même contexte climatique mais dans des contextes géodynamiques différents permettra de discerner l'effet des différentes échelles de forçages (e.g. forçage tectonique local vs. global sur le climat local vs. global).

Bien que l'inclusion de facteurs physiques et biogéochimiques devienne de plus en plus fréquente dans les comparaisons modèles-données, ces types de comparaisons restent encore fragmentaires. Aborder de façon cohérente les questions scientifiques à l'interface avec les écosystèmes va de paire avec une meilleure intégration de comparaisons modèles-données feux /écosystèmes/hydro-systèmes sous leurs aspects climatiques, environnementaux et sociétaux. Les approches modèles-données prenant mieux en compte les facteurs anthropiques ou les facteurs climatiques et environnementaux sur les sociétés sont encore en balbutiement. Les périodes pré-quaternaires demandent aussi de considérer des facteurs d'adaptation ou de modifications radicales des écosystèmes.

Une partie des verrous à lever vient du fait qu'il faut faire appel à différents types de modèles, de raisonnements et compétences suivant les facteurs environnementaux et les questions soulevées. Ces études demandent aussi de se mener de méthodologies et de cadre de travail pour déterminer les échelles pertinentes de chaque information produite et la façon de les mettre en cohérence ou de réaliser des transferts d'échelle. Prendre en compte les différentes sources d'incertitudes ne fait pas simplement appel à la caractérisation mathématique des incertitudes mais aussi à la mise en commun de savoirs sur la façon dont les données sont acquises et traitées ou les modèles construits et utilisés. Relever ces défis et accroître les synergies modèles-données s'appuiera sur les nombreux développements anticipés dans les sections B 4 et B 5. Ces démarches et le développement d'une activité à part entière est indispensable pour comprendre les limites, les ruptures et instabilités des P&P mais également renseigner les possibles évolutions dans le futur.

### B 2.3.2 L'apport de l'assimilation des données

L'assimilation des données est utilisée de façon routinière en météorologie pour la prévision du temps ou pour produire des réanalyses permettant de suivre l'évolution du climat sur quelques décennies. Ces méthodes combinent

<figure><img src="image_74.png" /><figcaption>B.2.3.1 Comparaison des changements des températures moyennes globales issue de reconstitutions et de simulations climatiques pour différentes périodes dans le passé, récent (1995-2014 CE), préindusstrielle (1850-1900 CE), Holocène moyen (6.5-5.5 ka), le dernier maxium glaciaire (23-19 ka), le dernier interglaciaire (129-116 ka), le Pliocène moyen (3.3-3.0 ka), le début de l'Eocène (53-49 Ma). © Issue de la figure Box TS2 du résumé technique du 6e rapport du groupe 1 du GIEC (2021).</figcaption></figure>
gements de pluie et sur les gradients thermiques dans l'atmosphère tropicale.

## B 2.3 INTÉGRATIONS D'ÉCHELLES DE TEMPS OU D'ESPACE, DE DONNÉES MULTIPLES OU DE DIVERS FACTEURS

### B 2.3.1 Comparaisons ou intégrations modèles-données plus systématiques

Intégrer dans un ensemble cohérent des informations de diverses origines (physique, géochimique, écologique, archéologique) reste un défi majeur qui demande d'avoir des approches redondantes et de pouvoir tester la cohérence des reconstitutions ou des hypothèses énoncées. Les approches modèles données sont plébiscitées pour :

- comprendre les processus et identifier les variables ou contraintes environnementales apportées par les différents enregistrements ou types de reconstructions;

- mettre en cohérence des informations disparates provenant de milieux différents et ayant des incertitudes sur les chronologies;

- tester notre compréhension du système analysé.

La section 4 fait ressortir un grand intérêt pour ces approches mais révèle aussi que les rendre plus systématiques demande de relever plusieurs défis multidisciplinaires et d'avoir des agendas et objectifs communs entre les différents spécialistes. La formation aux outils informatiques et leur démocratisation doivent aussi permettre que les

intégrations ou comparaisons modèles-données puissent être tout autant au cœur des activités des spécialistes des reconstitutions environnementales que de celles des modélisateurs.

À titre d'exemple, l'étude des climats anciens et de leurs variabilités, enregistrées par les successions sédimentaires ou des surfaces géomorphologiques (e.g. surfaces latéritiques, vallées glaciaires paléozoïques) nécessite le développement de méthodes et d'interactions entre modélisation et données de terrain. L'étude de données dans un même contexte climatique mais dans des contextes géodynamiques différents permettra de discerner l'effet des différentes échelles de forçages (e.g. forçage tectonique local vs. global sur le climat local vs. global).

Bien que l'inclusion de facteurs physiques et biogéochimiques devienne de plus en plus fréquente dans les comparaisons modèles-données, ces types de comparaisons restent encore fragmentaires. Aborder de façon cohérente les questions scientifiques à l'interface avec les écosystèmes va de paire avec une meilleure intégration de comparaisons modèles-données feux /écosystèmes/hydro-systèmes sous leurs aspects climatiques, environnementaux et sociétaux. Les approches modèles-données prenant mieux en compte les facteurs anthropiques ou les facteurs climatiques et environnementaux sur les sociétés sont encore en balbutiement. Les périodes pré-quaternaires demandent aussi de considérer des facteurs d'adaptation ou de modifications radicales des écosystèmes.

Une partie des verrous à lever vient du fait qu'il faut faire appel à différents types de modèles, de raisonnements et compétences suivant les facteurs environnementaux et les questions soulevées. Ces études demandent aussi de se mener de méthodologies et de cadre de travail pour déterminer les échelles pertinentes de chaque information produite et la façon de les mettre en cohérence ou de réaliser des transferts d'échelle. Prendre en compte les différentes sources d'incertitudes ne fait pas simplement appel à la caractérisation mathématique des incertitudes mais aussi à la mise en commun de savoirs sur la façon dont les données sont acquises et traitées ou les modèles construits et utilisés. Relever ces défis et accroître les synergies modèles-données s'appuiera sur les nombreux développements anticipés dans les sections B 4 et B 5. Ces démarches et le développement d'une activité à part entière est indispensable pour comprendre les limites, les ruptures et instabilités des P&P mais également renseigner les possibles évolutions dans le futur.

<figure><img src="image_74.png" /><figcaption>B.2.3.1 Comparaison des changements des températures moyennes globales issue de reconstitutions et de simulations climatiques pour différentes périodes dans le passé, récent (1995-2014 CE), préindusstrielle (1850-1900 CE), Holocène moyen (6.5-5.5 ka), le dernier maxium glaciaire (23-19 ka), le dernier interglaciaire (129-116 ka), le Pliocène moyen (3.3-3.0 ka), le début de l'Eocène (53-49 Ma). © Issue de la figure Box TS2 du résumé technique du 6e rapport du groupe 1 du GIEC (2021).</figcaption></figure>

### B 2.3.2 L'apport de l'assimilation des données

L'assimilation des données est utilisée de façon routinière en météorologie pour la prévision du temps ou pour produire des réanalyses permettant de suivre l'évolution du climat sur quelques décennies. Ces méthodes combinent
de manière optimale la physique décrite par les modèles de circulation générale avec les informations provenant des observations disponibles tout en tenant compte de leurs incertitudes. Elle se développe en paléoclimats pour guider les trajectoires des simulations à partir de l'information climatique contenue dans les différentes archives. Les premiers exemples concernent les 1000 dernières années. Si une majeure partie du réchauffement climatique récent a été attribué sans ambiguïté aux facteurs anthropiques, on ignore toujours dans quelle mesure les anomalies climatiques observées au cours des périodes climatiques et environnementales préindustrielle peuvent être attribuées à la variabilité climatique interne générée par les interactions spontanées entre ses composants, ou à l'impact des forçages naturels (e.g. volcans, irradiance solaire, GHG, poussières). La variabilité climatique interne peut également masquer ou renforcer les tendances récentes au réchauffement. La généralisation de l'assimilation des données permet d'attribuer de tels signaux climatiques à une source spécifique. Une telle reconstruction du climat à l'aide de GCMs, de l'an 0 AD à 2014, en cours de réalisation, fournira également une nouvelle façon d'initialiser les modèles climatiques pour étudier la période historique, découvrir de nouveaux mécanismes qui sous-tendent la variabilité climatique naturelle, identifier des points de bascule et de nouvelles sources de prévisibilité qui pourraient entrer en action dans les années ou le siècle à venir.

### B 2.3.3 Incertitudes liées à la variabilité séculaire à millénaire

Moins bien contraintes actuellement que la variabilité à court terme, la signature spatiale des anomalies climatiques, reconstituées à partir des données proxies, suggère un rôle important des variations climatiques internes associées à la variabilité à basse fréquence de la circulation océanique. Ces observations soulèvent également la question des conséquences de cette variabilité climatique passée sur les sociétés humaines et leur adaptation. Le poids de ces variabilités a aussi été mis en exergue dans les simulations transitoires de l'Holocène et peuvent conduire à des événements millénaires. Un enjeu est d'en mieux définir les origines et de s'interroger, en comparaisons avec des constructions multi-archives sur leur nature chaotique et sur la façon dont elle module la variabilité à plus court terme. De plus, la façon dont elle préconditionne la résilience des écosystèmes face aux évènements extrêmes reste une question ouverte.

Les progrès des dernières années (résolution des échantillons, simulation longues) permettent d'aborder ces échelles, ce qui ouvre de nouveaux questionnements et demande de développer des méthodologies adaptées pour caractériser ces variabilités qui sont mal échantillonnées dans les données instrumentales de trop courte durée à partir des observations. En remontant dans le temps, la résolution des échantillons ne permet pas un phasage

porel fiable entre les reconstructions en différents points ou issus des différentes archives avec assez de précision. L'accent sur ces variabilités devra être mis à la fois sur la caractérisation d'événements particuliers au travers d'études régionales multidisciplinaires, et sur des approches plus académiques pour mieux caractériser les signaux dans les différents milieux.

Les nouvelles approches pourront s'appuyer sur la reconstruction d'indices de la variabilité climatique à grande échelle (cf. section B 5). Ces reconstructions son extrêmement précieuses pour étudier la dynamique de ses modes de variabilité, tels que l'oscillation nord atlantique, observés de manière instrumentale depuis moins de deux siècles. Elles permettront d'en explorer les variabilités multi-décennales et centennales, qui peuvent fortement influencer le changement climatique en cours. Elles apporteront également des informations pour établir des contraintes émergentes, actuellement déployée principalement à partir de la période récente, et contribuer à d'affiner les projections climatiques.

### B 2.3.4 Reconstitutions régionales multi-facteurs

L'échelle régionale offre un cadre particulièrement intéressant pour développer des approche P&P intégrées. En effet, à cette méso-échelle spatiale, à l'interface entre l'échelle globale et celle des processus singuliers, les changements climatiques peuvent être considérés comme homogènes aux échelles temps de quelques années à quelques millénaires, exacerbant les modes de réponses aux autres paramètres forçant des trajectoires environnementales. Il est alors possible de mener des exercices de sensibilité en isolant les forçages par un choix expert des sites d'études. L'échelle régionale ou locale offre aussi des perspectives pour consolider et développer les approches croisées en comparant données climatiques, archéologiques, historiques, géographiques (migrations, aménagements), anthropologiques et ethnologiques (histoire des civilisations), biologiques (évolution humaine, etc.) et ainsi alimenter sans a priori les notions d'impacts et de trajectoires, d'évolution, d'adaptation et de résilience des sociétés humaines. Développer des approches interdisciplinaires multi-domanes (pour le CNRS: INSU, INEE et INSHS) en s'appuyant sur des connaissances locales et sur le réseau existant de dispositifs d'observation des dynamiques actuelles (OZCAR, ZA et/ou OHM) a été évoqué à plusieurs reprises.

Les défis des reconstitutions régionales viennent aussi du fait qu'une région est influencée par de nombreux facteurs externes et des réponses locales. Tout comme les études d'impact pour la période actuelle et future, les nouvelles démarches cherchent à identifier les événements conjoints et les effets en cascade qu'ils induisent.

Des régions et questions sont certainement à privilégier pour des approches intégrées. L'état des lieux fait apparaître plusieurs régions recevant une attention particulière de la
de manière optimale la physique décrite par les modèles de circulation générale avec les informations provenant des observations disponibles tout en tenant compte de leurs incertitudes. Elle se développe en paléoclimats pour guider les trajectoires des simulations à partir de l'information climatique contenue dans les différentes archives. Les premiers exemples concernent les 1000 dernières années. Si une majeure partie du réchauffement climatique récent a été attribué sans ambiguïté aux facteurs anthropiques, on ignore toujours dans quelle mesure les anomalies climatiques observées au cours des périodes climatiques et environnementales préindustrielle peuvent être attribuées à la variabilité climatique interne générée par les interactions spontanées entre ses composants, ou à l'impact des forçages naturels (e.g. volcans, irradiance solaire, GHG, poussières). La variabilité climatique interne peut également masquer ou renforcer les tendances récentes au réchauffement. La généralisation de l'assimilation des données permet d'attribuer de tels signaux climatiques à une source spécifique. Une telle reconstruction du climat à l'aide de GCMs, de l'an 0 AD à 2014, en cours de réalisation, fournira également une nouvelle façon d'initialiser les modèles climatiques pour étudier la période historique, découvrir de nouveaux mécanismes qui sous-tendent la variabilité climatique naturelle, identifier des points de bascule et de nouvelles sources de prévisibilité qui pourraient entrer en action dans les années ou le siècle à venir.

### B 2.3.3 Incertitudes liées à la variabilité séculaire à millénaire

Moins bien contraintes actuellement que la variabilité à court terme, la signature spatiale des anomalies climatiques, reconstituées à partir des données proxies, suggère un rôle important des variations climatiques internes associées à la variabilité à basse fréquence de la circulation océanique. Ces observations soulèvent également la question des conséquences de cette variabilité climatique passée sur les sociétés humaines et leur adaptation. Le poids de ces variabilités a aussi été mis en exergue dans les simulations transitoires de l'Holocène et peuvent conduire à des événements millénaires. Un enjeu est d'en mieux définir les origines et de s'interroger, en comparaisons avec des constructions multi-archives sur leur nature chaotique et sur la façon dont elle module la variabilité à plus court terme. De plus, la façon dont elle préconditionne la résilience des écosystèmes face aux évènements extrêmes reste une question ouverte.

Les progrès des dernières années (résolution des échantillons, simulation longues) permettent d'aborder ces échelles, ce qui ouvre de nouveaux questionnements et demande de développer des méthodologies adaptées pour caractériser ces variabilités qui sont mal échantillonnées dans les données instrumentales de trop courte durée à partir des observations. En remontant dans le temps, la résolution des échantillons ne permet pas un phasage

porel fiable entre les reconstructions en différents points ou issus des différentes archives avec assez de précision. L'accent sur ces variabilités devra être mis à la fois sur la caractérisation d'événements particuliers au travers d'études régionales multidisciplinaires, et sur des approches plus académiques pour mieux caractériser les signaux dans les différents milieux.

Les nouvelles approches pourront s'appuyer sur la reconstruction d'indices de la variabilité climatique à grande échelle (cf. section B 5). Ces reconstructions son extrêmement précieuses pour étudier la dynamique de ses modes de variabilité, tels que l'oscillation nord atlantique, observés de manière instrumentale depuis moins de deux siècles. Elles permettront d'en explorer les variabilités multi-décennales et centennales, qui peuvent fortement influencer le changement climatique en cours. Elles apporteront également des informations pour établir des contraintes émergentes, actuellement déployée principalement à partir de la période récente, et contribuer à d'affiner les projections climatiques.

### B 2.3.4 Reconstitutions régionales multi-facteurs

L'échelle régionale offre un cadre particulièrement intéressant pour développer des approche P&P intégrées. En effet, à cette méso-échelle spatiale, à l'interface entre l'échelle globale et celle des processus singuliers, les changements climatiques peuvent être considérés comme homogènes aux échelles temps de quelques années à quelques millénaires, exacerbant les modes de réponses aux autres paramètres forçant des trajectoires environnementales. Il est alors possible de mener des exercices de sensibilité en isolant les forçages par un choix expert des sites d'études. L'échelle régionale ou locale offre aussi des perspectives pour consolider et développer les approches croisées en comparant données climatiques, archéologiques, historiques, géographiques (migrations, aménagements), anthropologiques et ethnologiques (histoire des civilisations), biologiques (évolution humaine, etc.) et ainsi alimenter sans a priori les notions d'impacts et de trajectoires, d'évolution, d'adaptation et de résilience des sociétés humaines. Développer des approches interdisciplinaires multi-domanes (pour le CNRS: INSU, INEE et INSHS) en s'appuyant sur des connaissances locales et sur le réseau existant de dispositifs d'observation des dynamiques actuelles (OZCAR, ZA et/ou OHM) a été évoqué à plusieurs reprises.

Les défis des reconstitutions régionales viennent aussi du fait qu'une région est influencée par de nombreux facteurs externes et des réponses locales. Tout comme les études d'impact pour la période actuelle et future, les nouvelles démarches cherchent à identifier les événements conjoints et les effets en cascade qu'ils induisent.

Des régions et questions sont certainement à privilégier pour des approches intégrées. L'état des lieux fait apparaître plusieurs régions recevant une attention particulière de la
communauté P&P en France. Les fortes interactions entre les laboratoires permettent d'anticiper que les centres d'intérêt régionaux vont se poursuivre et se renforcer pour le secteur Austral Sud, le section Europe-Atlantique, le bassin méditerranéen et les régions tropicales. La perspective de long terme portée par ce livre blanc incite à ne pas favoriser une région par rapport à une autre étant donné qu'il n'y a pas eu de consensus à ce sujet dans les phases de consultation. Les priorités pour éviter de disperser les efforts seront à élaborer au fil du temps suivant l'évolution des thématiques et des opportunités.

## B 2.4 CARACTÉRISER LES TRAJECTOIRES NATURELLES, LES PERTURBATIONS ANTHROPIQUES ET LES RISQUES ENVIRONNEMENTAUX

La connaissance des dynamiques écologiques du passé montre qu'il n'y a jamais eu d'état stable qui pourrait servir de référence, tant les dynamiques écologiques sont soumises à de nombreux facteurs évoluant chacun suivant sa

propre cinétique: de la minute pour les précipitations oragèuses à plusieurs dizaines de millénaires pour les glaciations, voire plusieurs millions d'années pour les orogénèses. Ce sont donc plutôt des trajectoires que les approches P&P permettent de mettre en évidence, mettant ainsi en perspective, dans un continuum temporel, les dynamiques de résilience, d'adaptation ou d'évolution en réponse aux perturbations, qu'elles soient d'origine anthropiques ou non. Fortes de la connaissance de ces trajectoires de long terme, les sociétés humaines pourront plus facilement identifier les perturbations qu'elles provoquent et/ou qu'elles subissent et tâcher d'y apporter des mesures de mitigation et/ou d'adaptation.

Les nouvelles possibilités permettent d'aborder de façon plus cohérente et multidisciplinaire ces questions de trajectoires aux échelles globale et régionale sous l'angle du climat ou de l'environnement et des différents types d'événements les ayant ponctués. Les travaux aborderont également la question des solutions à mettre en œuvre pour atténuer les changements globaux et s'interroger sur les

<figure><img src="image_75.png" /><figcaption>B 2.4 - Glacier Ampère, Kerguelen © D Brunstein</figcaption></figure>
communauté P&P en France. Les fortes interactions entre les laboratoires permettent d'anticiper que les centres d'intérêt régionaux vont se poursuivre et se renforcer pour le secteur Austral Sud, le section Europe-Atlantique, le bassin méditerranéen et les régions tropicales. La perspective de long terme portée par ce livre blanc incite à ne pas favoriser une région par rapport à une autre étant donné qu'il n'y a pas eu de consensus à ce sujet dans les phases de consultation. Les priorités pour éviter de disperser les efforts seront à élaborer au fil du temps suivant l'évolution des thématiques et des opportunités.

## B 2.4 CARACTÉRISER LES TRAJECTOIRES NATURELLES, LES PERTURBATIONS ANTHROPIQUES ET LES RISQUES ENVIRONNEMENTAUX

La connaissance des dynamiques écologiques du passé montre qu'il n'y a jamais eu d'état stable qui pourrait servir de référence, tant les dynamiques écologiques sont soumises à de nombreux facteurs évoluant chacun suivant sa

propre cinétique: de la minute pour les précipitations oragèuses à plusieurs dizaines de millénaires pour les glaciations, voire plusieurs millions d'années pour les orogénèses. Ce sont donc plutôt des trajectoires que les approches P&P permettent de mettre en évidence, mettant ainsi en perspective, dans un continuum temporel, les dynamiques de résilience, d'adaptation ou d'évolution en réponse aux perturbations, qu'elles soient d'origine anthropiques ou non. Fortes de la connaissance de ces trajectoires de long terme, les sociétés humaines pourront plus facilement identifier les perturbations qu'elles provoquent et/ou qu'elles subissent et tâcher d'y apporter des mesures de mitigation et/ou d'adaptation.

Les nouvelles possibilités permettent d'aborder de façon plus cohérente et multidisciplinaire ces questions de trajectoires aux échelles globale et régionale sous l'angle du climat ou de l'environnement et des différents types d'événements les ayant ponctués. Les travaux aborderont également la question des solutions à mettre en œuvre pour atténuer les changements globaux et s'interroger sur les

<figure><img src="image_75.png" /><figcaption>B 2.4 - Glacier Ampère, Kerguelen © D Brunstein</figcaption></figure>
critères d'adaptation, en se servant des trajectoires passées, des informations sur les seuils et la résilience, ou d'exemples de rétroactions entre les cycles de l'énergie, de l'eau et du carbone.

### B 2.4.1 Héritages du passé dans les dynamiques actuelles

L'information apportée par les trajectoires passées est aussi nécessaire pour clarifier un état de référence. De nombreuses réglementations, notamment européennes, visent à restaurer un « bon état écologique » des milieux servant de support à la vie humaine. Pour ce faire, il est courant de chercher à établir des états dits « de référence », cibles à atteindre des programmes de restauration. Cependant, dans des milieux anthropisés de longue date, de tels états échappent à la mesure directe car situés bien trop loin dans le passé. Les approches P&P apportent des informations pour reconstituer de tels états.

Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire des mener des études au sein d'espaces scientifiques intégrés, tels ceux portés par les concepts de socio-écosystème ou de zone critique. Ces espaces incitent à développer des approches holistiques qui nécessitent de mobiliser des disciplines variées dont les résultats seront intégrés dans le cadre commun qu'offrent l'espace et le temps, notamment aux méso-échelles. De telles interactions sont également indispensables pour tenir compte du fait que dans le contexte actuel de défis environnementaux, climatiques, et sociaux sans précédent, notre mémoire du passé n'est pas assez lointaine et pas assez riche des expériences vécues par la nature et les sociétés.

### B 2.4.2 Un monde à fort taux de CO₂

Le dernier rapport du GIEC alerte sur le fait qu'en 2019 la concentration atmosphérique en CO₂ était supérieure à celle de toutes les périodes climatiques des derniers 2 millions d'années, et que les concentrations en CH₄ et N₂O sont supérieures à celles des dernier 800 000 ans. Les périodes pré-quaternaires fournissent des exemples de fonctionnement du système climatique dans des conditions de très fortes concentrations de GES et permettent de tester la capacité des modèles à simuler ces conditions. Au-delà de ces conditions extrêmes, les variations des concentrations et rapports isotopiques du CO₂, du méthane et de la teneur en oxygène atmosphériques indiquent que le cycle du carbone évolue avec des changements de sources et de réservoirs. Il est donc nécessaire de reconstituer cette trajectoire pour mieux contraindre les compartiments susceptibles de stocker ou libérer du carbone dans le futur et déterminer à quelle vitesse se déroule ces échanges. Cet aspect demande de mieux intégrer ces études des climats passés avec les études du climat actuel et futur. Au-delà de la curiosité scientifique guidant ces recherches, il s'agit de bien cibler les études multi-périodes ayant un fort potentiel vis-à-vis

des questions d'adaptation ou des objectifs du développement durable.

### B 2.4.3 Extrêmes et bifurcations

Les notions de seuils, d'extrêmes sans précédents, d'événements abrupts, de point de bascule, de crises environnementales, d'aléas et de risques sous-tendent de nombreuses réflexions scientifiques en plein essor. Elles font l'objet d'une attention particulière pour de multiples aspects de la prospective. Répondre à ces questions demandera d'allier études statistiques et évènementielles pour caractériser ces différents types d'événements et les seuils de non-retour. Ces analyses permettront d'évaluer statistiquement, et de manière plus robuste que sur la courte période instrumentale, les indicateurs des points de bascule issus de la théorie des systèmes dynamiques, mettant ainsi en lien direct les reconstructions paléoclimatiques avec les risques de surveillance des points de bascule du système.

D'importants verrous sont donc à lever pour mieux caractériser les extrêmes et les bifurcations aux échelles globale et régionale afin de mieux décliner les facteurs d'impacts d'origine climatique, environnementale ou anthropique exacerbant les signaux. Un défi sera d'apporter des éclairages permettant d'identifier des facteurs d'alerte basés sur des analyses robustes qui tiennent compte de la complexité des multiples interactions faisant intervenir les écosystèmes et la société et leurs capacités de résilience. Pour traiter les différentes facettes de ces questions, difficiles à aborder mais aux enjeux sociétaux majeurs, il sera nécessaire de stimuler les interactions et partager une trame de travail, non seulement au sein des P&P mais aussi avec les scientifiques développant des approches similaires sur la période actuelle et les projections futures. Cela pourra se faire au sein de projets communs ou via des réunions de travail dédiées.

### B 2.4.4 Contraintes émergentes

Les méthodes dites de contraintes émergentes se sont fortement développées ces dernières années, si bien que leurs résultats sont à présent utilisés dans les derniers rapports du GIEC. Ces méthodes consistent à contraindre la distribution des projections futures en utilisant la capacité des modèles à reproduire certaines variables observées actuellement. Ce sont principalement les observations instrumentales qui sont utilisées pour le moment, mais l'application aux données P&P et aux expériences PMIP restent une possibilité peu explorée aujourd'hui. Ceci s'explique par deux difficultés principales. La première concerne le manque de reconstruction globale des climats du passé avec des incertitudes raisonnables. Cependant, cette difficulté s'estompe de plus en plus à la faveur d'approches statistiques innovantes et du développement de bases de données paléoclimatiques de grande envergure. Le second défi concerne le manque de modèles contribuant à l'exercice PMIP4 qui
critères d'adaptation, en se servant des trajectoires passées, des informations sur les seuils et la résilience, ou d'exemples de rétroactions entre les cycles de l'énergie, de l'eau et du carbone.

### B 2.4.1 Héritages du passé dans les dynamiques actuelles

L'information apportée par les trajectoires passées est aussi nécessaire pour clarifier un état de référence. De nombreuses réglementations, notamment européennes, visent à restaurer un « bon état écologique » des milieux servant de support à la vie humaine. Pour ce faire, il est courant de chercher à établir des états dits « de référence », cibles à atteindre des programmes de restauration. Cependant, dans des milieux anthropisés de longue date, de tels états échappent à la mesure directe car situés bien trop loin dans le passé. Les approches P&P apportent des informations pour reconstituer de tels états.

Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire des mener des études au sein d'espaces scientifiques intégrés, tels ceux portés par les concepts de socio-écosystème ou de zone critique. Ces espaces incitent à développer des approches holistiques qui nécessitent de mobiliser des disciplines variées dont les résultats seront intégrés dans le cadre commun qu'offrent l'espace et le temps, notamment aux méso-échelles. De telles interactions sont également indispensables pour tenir compte du fait que dans le contexte actuel de défis environnementaux, climatiques, et sociaux sans précédent, notre mémoire du passé n'est pas assez lointaine et pas assez riche des expériences vécues par la nature et les sociétés.

### B 2.4.2 Un monde à fort taux de CO₂

Le dernier rapport du GIEC alerte sur le fait qu'en 2019 la concentration atmosphérique en CO₂ était supérieure à celle de toutes les périodes climatiques des derniers 2 millions d'années, et que les concentrations en CH₄ et N₂O sont supérieures à celles des dernier 800 000 ans. Les périodes pré-quaternaires fournissent des exemples de fonctionnement du système climatique dans des conditions de très fortes concentrations de GES et permettent de tester la capacité des modèles à simuler ces conditions. Au-delà de ces conditions extrêmes, les variations des concentrations et rapports isotopiques du CO₂, du méthane et de la teneur en oxygène atmosphériques indiquent que le cycle du carbone évolue avec des changements de sources et de réservoirs. Il est donc nécessaire de reconstituer cette trajectoire pour mieux contraindre les compartiments susceptibles de stocker ou libérer du carbone dans le futur et déterminer à quelle vitesse se déroule ces échanges. Cet aspect demande de mieux intégrer ces études des climats passés avec les études du climat actuel et futur. Au-delà de la curiosité scientifique guidant ces recherches, il s'agit de bien cibler les études multi-périodes ayant un fort potentiel vis-à-vis

des questions d'adaptation ou des objectifs du développement durable.

### B 2.4.3 Extrêmes et bifurcations

Les notions de seuils, d'extrêmes sans précédents, d'événements abrupts, de point de bascule, de crises environnementales, d'aléas et de risques sous-tendent de nombreuses réflexions scientifiques en plein essor. Elles font l'objet d'une attention particulière pour de multiples aspects de la prospective. Répondre à ces questions demandera d'allier études statistiques et évènementielles pour caractériser ces différents types d'événements et les seuils de non-retour. Ces analyses permettront d'évaluer statistiquement, et de manière plus robuste que sur la courte période instrumentale, les indicateurs des points de bascule issus de la théorie des systèmes dynamiques, mettant ainsi en lien direct les reconstructions paléoclimatiques avec les risques de surveillance des points de bascule du système.

D'importants verrous sont donc à lever pour mieux caractériser les extrêmes et les bifurcations aux échelles globale et régionale afin de mieux décliner les facteurs d'impacts d'origine climatique, environnementale ou anthropique exacerbant les signaux. Un défi sera d'apporter des éclairages permettant d'identifier des facteurs d'alerte basés sur des analyses robustes qui tiennent compte de la complexité des multiples interactions faisant intervenir les écosystèmes et la société et leurs capacités de résilience. Pour traiter les différentes facettes de ces questions, difficiles à aborder mais aux enjeux sociétaux majeurs, il sera nécessaire de stimuler les interactions et partager une trame de travail, non seulement au sein des P&P mais aussi avec les scientifiques développant des approches similaires sur la période actuelle et les projections futures. Cela pourra se faire au sein de projets communs ou *via* des réunions de travail dédiées.

### B 2.4.4 Contraintes émergentes

Les méthodes dites de contraintes émergentes se sont fortement développées ces dernières années, si bien que leurs résultats sont à présent utilisés dans les derniers rapports du GIEC. Ces méthodes consistent à contraindre la distribution des projections futures en utilisant la capacité des modèles à reproduire certaines variables observées actuellement. Ce sont principalement les observations instrumentales qui sont utilisées pour le moment, mais l'application aux données P&P et aux expériences PMIP restent une possibilité peu explorée aujourd'hui. Ceci s'explique par deux difficultés principales. La première concerne le manque de reconstruction globale des climats du passé avec des incertitudes raisonnables. Cependant, cette difficulté s'estompe de plus en plus à la faveur d'approches statistiques innovantes et du développement de bases de données paléoclimatiques de grande envergure. Le second défi concerne le manque de modèles contribuant à l'exercice PMIP4 qui