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08 décembre 2020

Climat et Antarctique : rencontre avec Alice Barthel, chercheuse en océanographie physique au Laboratoire de Los Alamos au Nouveau Mexique

Ingénieure et océanographe de formation, Alice Barthel (ECL2011) est chercheuse au Laboratoire National de Los Alamos aux États-Unis, où elle participe au développement du nouveau modèle climatique du Département d’Énergie, et analyse la dynamique de l'océan dans des simulations numériques visant à améliorer les projections de la montée du niveau de la mer. Rencontre.


Bonjour Alice. Tu es aujourd’hui chercheuse spécialisée en océanographie physique. Sur quoi portent tes recherches ?
Je travaille au laboratoire fédéral de Los Alamos au Nouveau Mexique comme océanographe physique. En qualité de chercheur, j’étudie la dynamique des fluides appliquée aux courants marins, et aux interactions entre l’océan et la glace autour de l’Antarctique. Ces travaux de recherche sont réalisés pour le compte du Département d’Énergie Américain. Ils visent à modéliser les risques climatiques à venir et plus particulièrement ceux liés à la question de la montée des eaux. Pour rappel, la moitié de la population des États-Unis, et plus d’un tiers de la population mondiale, vit près des côtes, et de nombreuses infrastructures de production électrique y sont installées. Les enjeux sont considérables.

A partir de quels types de données réalises-tu tes travaux de recherche ?
Le travail de modélisation numérique de l’équipe dont je fais partie utilise et participe à développer  le modèle climatique du Département d’Énergie Américain appelé E3SM qui tourne sur des super ordinateurs. Pour cela, nous nous appuyons sur des mesures effectuées sur le terrain par les instituts océanographiques à travers le monde, mais aussi sur des données dites autonomes obtenues grâce à des balises en mer, des drones et des satellites connectés, qui permettent une remontée automatique des données captées afin de les étudier et modéliser les évolutions à venir. Ce travail implique une parfaite compréhension théorique des phénomènes de dynamique des fluides afin de garantir que ces recherches reposent sur des équations de la physique.

Depuis quand t’intéresses-tu à la recherche et plus particulièrement à la recherche océanographique ?
Lors de mes études à Centrale Lyon, les deux matières qui me plaisaient le plus étaient la dynamique des fluides et le transfert de masse et de chaleur. L’océanographie associant les deux pour les appliquer à la science du climat, j’ai profité de mon année de césure pour effectuer un stage de 6 mois dans une société de conseil dans le développement côtier. J’ai ensuite décidé de partir à l’étranger pour ma 3ème année et d’en profiter pour me spécialiser en recherche océanique. Je voulais être sûre que le sujet me passionnait suffisamment pour y consacrer une partie de ma carrière. J’ai ensuite effectué ma thèse en Australie et trouvé dans la foulée un contrat de 2 ans en postdoc ici au Laboratoire de Los Alamos au Nouveau Mexique. Quelques mois plus tard, on me proposait un CDI comme chercheuse.

Dans quelle mesure ce que tu as appris à Centrale Lyon continue de te servir dans ton travail de recherche?
Contrairement à ce que beaucoup de personnes pensent, les profils d’ingénieurs et de scientifiques sont très recherchés dans le domaine océanographique, comme dans toute activité liée au climat. La modélisation climatique a besoin de personnes dotées de solides compétences techniques, qui maîtrisent aussi bien les mathématiques appliquées que la programmation, y compris sur les nouvelles architectures de super ordinateurs, mais aussi des spécialistes de l’IA et du machine learning. En cela, ma formation d’ingénieure m’est très utile, comme lorsque je dois parler de stabilité numérique avec un collègue qui travaille dans un autre laboratoire américain, je me dis « tiens ça ressemble à mon cours d’automatique », ou « je me souviens d’avoir fait ça en analyse numérique », ou « en programmation orientée objet » etc.

Quand on collabore comme toi à des projets scientifiques qui impliquent des départements et compétences aussi multiples, est-ce facile de voir les choses avancer et surtout de visualiser l’apport de tes travaux de recherche ?
Se lancer dans une carrière de chercheur, c’est accepter l’idée de toujours être en quête de vérité scientifique. Il faut être capable d’apprécier les petites avancées et de se dire que l’on apprend même dans les phases de régression d’un projet.

Il existe de multiple façons différentes de « trouver » pour un chercheur et même lorsqu’on pense être arrivé à la conclusion, celle-ci est rarement définitive. Par exemple, lors de ma thèse, j’ai étudié les effets non linéaires des tourbillons. J’ai découvert que les conclusions établies à l’échelle de grandes régions ne pouvaient s’appliquer à l’échelle locale, car celle-ci s’avère souvent plus complexe. Éviter de simplifier notre compréhension théorique des phénomènes fait partie de la rigueur scientifique indispensable à tous travaux de recherche. C’est pour moi intellectuellement gratifiant.  

La satisfaction peut également se trouver dans le travail collaboratif et la mise en place de méthodologies qui seront utilisées par de nombreux groupes scientifiques autour du monde pour mener à bien leurs recherches. C’est ce que j’ai expérimenté lors d’un projet collaboratif international qui visait à comparer les différents modèles de calottes glaciaires afin de pouvoir les évaluer et comprendre les sources d’incertitudes quant aux projections de montée du niveau de la mer. Nous avons réussi à construire une méthodologie et à établir un cahier des charges strict à partir des ressources à disposition. Depuis une douzaine de publications scientifiques ainsi que des groupes de travail internationaux s’en sont servis pour avancer dans leurs recherches.

Tes recherches s’intéressent au phénomène de montée des océans liés au réchauffement climatique. Peux-tu nous donner des raisons d’être optimistes pour les décennies à venir ?
Il n’existe aucun doute que le réchauffement climatique a et aura un impact sur la montée des eaux. La montée globale du niveau de la mer est déjà mesurable aujourd’hui, et va en s’accélérant. La question se situe plus au niveau de l’échelle de temps et de la gravité du phénomène.

Mes recherches concernent la fonte de la calotte glaciaire en Antarctique, qui s’étudie sur des échelles de 100 à 200 ans. C’est plutôt lent comparé à d’autres conséquences du réchauffement climatique. De plus, contrairement à la fonte des glaces au Groenland qui répond clairement au réchauffement de l‘air, la réponse des glaces en Antarctique au réchauffement climatique future n’est pas encore bien établie.

D’une part, la glace se termine en plateformes qui flottent sur l’eau. Le réchauffement de l’océan conduit à la fonte de ces terminaisons flottantes, et à l’accélération de l’écoulement des glaces vers la mer, et donc à une montée des eaux.  De l’autre, l’air plus chaud peut accumuler plus d’humidité, donc le réchauffement climatique pourrait augmenter la chute de neige sur la calotte glaciaire. Cette accumulation de neige sur la calotte pourrait compenser, ou surpasser, la fonte due à l’océan. Les modèles actuels étudient les répercutions de ces deux phénomènes sur la montée des eaux, mais il n’est encore évident de savoir lequel de ces deux phénomènes domine.

Une autre raison d’être optimiste, c’est la possibilité d’un « rebond » géologique du continent dû à la fonte des glaces qui le recouvrent. Pour faire simple, la glace présente sur les sommets ou les terres comme au Groenland ou en Antarctique, pèsent sur le continent et l’empêche de s’élever. Le réchauffement climatique et la fonte des glaces pourraient libérer ce rebond géologique. Les modèles climatiques actuels commencent à s’intéresser à ce phénomène,  mais il est encore difficile de quantifier ce rebond et d’estimer sur quelle échelle de temps il aura lieu. S’il est suffisamment rapide, cela peut contribuer à élever les glaciers au-dessus de l’océan et donc de ralentir la fonte des terminaisons flottantes des calottes glaciaires.

L’Arctique et l’Antarctique ont-ils et auront-ils le même impact sur la montée des eaux ?
A la différence de l’Antarctique, la fonte dont on parle beaucoup en Arctique est la disparition de la glace de mer qui, par définition, se forme à partir de l’océan. Les cycles de fonte et de regèle n’ont donc aucun impact sur le niveau des océans.

Les conséquences du réchauffement climatique en Arctique concernent en réalité davantage son écosystème, la possibilité de routes de transport maritime, ou l’impact du réchauffement des mers Nordiques sur la circulation océanique globale. Au niveau de la montée des eaux, c’est la fonte rapide de la calotte glaciaire au Groenland qui inquiète.

En Antarctique, les conséquences du changement climatique sont plus lentes à opérer mais potentiellement beaucoup plus lourdes à cause de la taille de la calotte glaciaire, et la possibilité d’une instabilité en Antarctique de l’Ouest : une fois un seuil franchi, la partie ouest de la calotte pourrait être irrémédiablement perdue. On estime aujourd’hui que 50 % de la montée des eaux est due à la fonte des glaces aux quatre coins du monde. L’Antarctique contribue encore peu par rapport au Groenland ou aux glaciers de montagnes, mais a le plus gros potentiel à long-terme. Les 50 % restants proviennent de la hausse de la température de l’eau, une eau plus chaude occupant plus de volume, et ce indépendamment de la fonte des pôles.

T’arrive t-il d’aller sur le terrain dans le cadre de tes recherches ?
J’ai eu l’occasion d’aller sur le terrain en particulier lors de ma thèse, sur des projets collaboratifs  en dehors de mon sujet d’étude. J’ai ainsi participé comme volontaire à une croisière de recherche sur la mer de Tasmanie. C’est là où je me suis rendu compte que j’aurais dû étudier l’océanographie tropicale, cela m’aurait évité de me retrouver dans la partie du monde avec les vents les plus violents et les vagues les plus grosses ! (rire) Plus sérieusement, j’éprouve un immense respect pour tous ceux qui effectuent les observations sur place, avec toutes les difficultés qu’ils doivent surmonter sans avoir de garantie que leurs travaux aboutiront ou seront exploitables. Sans le travail de recherche de ces agences spécialisées dans les observations, rien ne serait possible. Partager la science, passer du monde des observations à celui des modélisations numériques reste essentiel.

Pour conclure, y a t-il des professeurs qui t’ont particulièrement marquée pendant tes études à Centrale Lyon ?
J’ai beaucoup discuté avec Lionel Soulhac et Isabelle Trébinjac de dynamique des fluides et du métier de chercheur. Je me souviens également de Nicolas Hourcade et de sa réaction lorsque nous lui disions que nous étions angoissés de ne pas savoir ce que nous allions faire plus tard. Nicolas nous répondait que lui non plus ne savait pas ce qu’il allait faire plus tard, mais que ce n’était pas grave, pour le moment, il aimait la sociologie et ça lui suffisait pour avancer. J’aimais beaucoup sa façon de voir les choses et c’est encore le cas aujourd’hui. J’ai conscience qu’il y a plein de sujets liés aux impacts sociétaux qui intellectuellement m’intéressent, mais pour l’instant l’océanographie me plaît et j’ai envie de continuer. Pour le reste, on verra demain...

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