L’énergie injectée dans l’océan par le vent et les marées transitent des grandes vers les fines échelles qui agissent comme une diffusion sur les gradients grande-échelle des variables physiques et biogéochimiques. Le mélange océanique résultant est un facteur clé du transport de chaleur et de sel dans l’océan. Le LOCEAN possède une expertise majeure sur le mélange turbulent, la dispersion horizontale (« stirring ») à méso-échelle (10-100 km) et à sous méso-échelle (1-10 km). Les recherches s’appuient sur les mesures in-situ et leur analyse, des développements de paramétrisation du mélange dans les modèles, l’étude des impacts de la méso-/sous méso-échelle sur les transports d’énergie, de matière, et sur les écosystèmes marins.

Les échanges à l’interface océan-atmosphère jouent un rôle majeur dans les échanges de masse, de CO2 et d’énergie entre ces réservoirs. Le LOCEAN possède une expertise majeure sur l’influence des interactions air-mer sur la variabilité océanique, les flux de carbone et d’eau douce, en particulier sur l’acquisition de longues séries de mesures de salinité de surface et de pression partielle de CO2, et sur la modélisation de l’océan de surface (couplages océan-vagues-atmosphère- glace de mer-biogéochimie).

Les franges côtières des océans sont un enjeu majeur de connaissance, notamment la façon dont elles sont perturbées par des forçages anthropiques. Le LOCEAN développe une expertise dans ce domaine pour mieux répondre aux attentes sociales, en particulier au Sud. Les questions clés concernent la circulation océanique, les processus d’échange côte-large, l’état écologique des zones côtières, notamment leurs vulnérabilités à la désoxygénation, l’acidification et l’eutrophisation. Les principales régions étudiées sont les systèmes d’upwellings côtiers (Benguela, Pérou-Chili, Afrique de l’Ouest), l’Indo-Pacifique, l’Atlantique Ouest, et plusieurs mers (Caraïbes, Méditerranée, Patagonie).

L’étude des milieux polaires requiert la prise en compte de processus spécifiques en lien avec les zones englacées des hautes latitudes. Le LOCEAN possède une expertise de longue date sur l’Arctique et l’océan Austral. Il s’appuie sur des compétences pluri-disciplinaires : physique, biologie et biogéochimie marine, étude des processus de fine échelle, variabilité climatique régionale et globale, développement instrumental, campagnes d’observations et modélisation.

Les systèmes d’upwelling de bord Est (EBUS) font partie des zones les plus productives de l’océan et accueillent des écosystèmes marins très riches dont l’exploitation est essentielle pour l’alimentation mondiale et l’économie des pays riverains. Les régions continentales adjacentes très arides sont source d’aérosols pouvant moduler le bilan radiatif régional, et les ressources en eau y sont un enjeu majeur. Le LOCEAN est en pointe sur le rôle de ces régions dans le système climatique, le fonctionnement des écosystèmes, le cycle de l’oxygène dissous en lien avec les zones de minimum d’oxygène, la variabilité basse fréquence grâce aux paléo-reconstructions, le fonctionnement des zones côtières/littorales bordant les EBUS.

Les interactions océan-atmosphère dans les tropiques donnent naissance à des modes de variabilité aux impacts planétaires. Le LOCEAN possède une expertise sur le rôle de l’océan dans la variabilité tropicale, en particulier les mécanismes de la mousson, de l’oscillation El Niño – Oscillation Australe (ENSO), du dipôle de l’Océan Indien (IOD), de la MJO (Oscillation de Madden-Julian). Croisant leurs expertises, les chercheurs du LOCEAN abordent également les interactions tropiques –extra-tropiques, et le rôle des tropiques dans la variabilité décennale, les phénomènes extrêmes (cyclones, précipitations en Afrique de l’Ouest) et leurs impacts socio-économiques. Cette expertise contribue notamment à la mise au point du modèle couplé de l’IPSL.

La variabilité décennale du climat fait intervenir au premier plan la mémoire de l’océan. Le LOCEAN, au sein de l’IPSL, est donc un acteur majeur au niveau national : il contribue aux exercices CMIP qui alimentent les rapports du GIEC. Son expertise porte sur la compréhension des mécanismes de la variabilité décennale et sa prévisibilité, sur la complémentarité observations –modélisation passée, présent et futur et la détection du changement climatique dû aux activités humaines.

es changements globaux sont porteurs d’effets perturbateurs dont il est crucial de quantifier les impacts sur les écosystèmes, les milieux physiques et les sociétés, comme de réfléchir au renforcement de leur résilience. Le LOCEAN, situé à l’interface entre les sciences du climat (IPSL) et du vivant (MNHN et IRD), possède une capacité d’analyse intégrée s’appuyant sur le triptyque observations-modélisation-théorie. Les axes de recherche portent sur les changements et variabilités climatiques passés, présents et futurs, les impacts du climat sur les systèmes naturels et humains, l’adaptation au changement climatique.

L’établissement du bilan de carbone de la planète repose sur les observations de CO2 atmosphérique et océanique et sur l’évolution des puits de CO2 océanique et terrestre. Par ailleurs, l’accumulation de CO2 anthropique dans l’océan conduit au phénomène d’acidification dont les impacts sur les écosystèmes restent mal connus. Le LOCEAN est fortement investi dans le maintien de longues séries d’observations et dans l’étude des groupes phytoplanctoniques participant à la pompe biologique. Les observations collectées permettent notamment de mieux contraindre les modèles couplés climat/carbone.

L’enjeu principal est de comprendre comment les organismes marins réagissent à la variabilité environnementale associée au changement global, à l’activité anthropique, et à la variabilité intrinsèque de l’océan, afin de mieux connaître et protéger l’environnement marin, mieux gérer ses ressources, et mieux utiliser les marqueurs biologiques comme indicateurs de l’environnement. L’effort de recherche du LOCEAN porte sur l’impact de l’environnement sur le métabolisme des producteurs primaires et leur rétroaction sur le climat, l’impact de la physique et chimie de l’océan sur la structure et la biodiversité des communautés phytoplanctoniques, l’impact du milieu physique sur les échelons trophiques supérieurs.

Les modèles d’océan et de climat simulent des résolutions spatiales de plus en plus fines et des périodes de temps de plus en plus longues. Par ailleurs, la couverture spatiale des observations s’améliore et de longues séries temporelles sont disponibles. Enfin, certaines données paléoclimatiques atteignent des résolutions annuelles. Le LOCEAN possède une expertise sur l’approche intégrée modèles-données à des échelles super-inertielles à décennales et au-delà. Cette recherche se concrétise notamment par la production de réanalyses régionales, de reconstructions climatiques sur le dernier millénaire, et la mise au point de stratégies d’échantillonnage in situ et satellite.

L’étude du climat et de l’environnement nécessite des méthodes de plus en plus complexes à cause de la quantité et de l’hétérogénéité des informations disponibles. Ce défi peut être relevé grâce à la science des données, nouvelle discipline à la croisée des mathématiques, des statistiques et de l’informatique. L’objectif de cet axe est la mise point d’approches innovantes pour le traitement des données océanographiques /climatiques, en s’appuyant sur des méthodes de classification, d’apprentissage («machine learning»), d’assimilation de données, de prévision, de méthodes de détection/attribution.