Dans quelle mesure une meilleure connaissance des interactions biosphère-atmosphère peut-elle aider à mieux gérer l’occupation des sols ?

Acronyme et date du projet: projet phare 1 2013-2016.

Porteurs: Nathalie DE NOBLET (LSCE) et Pierre CELLIER (ECOSYS)

Partenaires:

• dans BASC: SADAPT, CEARC
• non académiques: les associations Terre et Cité et Kinomé

La question principale qui sous-tend les recherches conduites dans le cadre de ce projet phare est : « dans quelle mesure une meilleure connaissance des interactions biosphère-atmosphère peut-elle aider à mieux gérer l’occupation des sols ? Etre capable de quantifier ces interactions peut-il nous permettre de réfléchir à la meilleure gestion des milieux urbains, péri-urbains et ruraux ? ».

Ce projet part du double constat que (i) le changement climatique a des répercussions à l’échelle des territoires, qui peuvent être différentes selon leurs caractéristiques naturelles, l’occupation des sols et l’usage qui en est fait par l’homme, (ii) les changements d’usages que l’Homme fait des sols, indépendamment (ou en fonction) du changement climatique, influent sur le climat à l’échelle de la région concernée. Ces deux effets passent notamment par les échanges énergétiques et de polluants atmosphériques et gaz à effet de serre dans les systèmes agricoles, forestiers et urbains de ces territoires.

Le projet-phare 1 a donné lieu à des échanges approfondis et des projets interdisciplinaires associant sciences du climat et de l’atmosphère (LSCE), de l’environnement (ECOSYS), sciences sociales et économiques (SADAPT, CEARC), avec également une association avec des partenaires locaux (Terre&Cité) ou du secteur économique (Kinomé). On peut aussi souligner des échanges avec les projets-phares 4 et 5.

Au travers des projets de recherche suscités et soutenus par le projet-phare 1, nous nous sommes attelés à développer des outils d’évaluation des impacts à l’échelle des territoires, à analyser les rétroactions entre les usages des sols et le climat régional et à analyser les rôles des acteurs et des politiques publiques dans les domaines de l’usage des sols et de leur gestion avec, en toile de fond, le climat et la qualité de l’air régional.

Les travaux conduits dans le cadre d’un contrat postdoctoral ont eu pour objet d’établir dans quelle mesure l’influence des sols et de leurs usages sur le climat régional pourrait se voir intégrée dans l’action aménagiste des territoires. Pour cela ont été conduits (i) une analyse textuelle des documents de planification territoriale adoptés sur la région Île-de-France (SCoT) et (ii) une exploration des modalités selon lesquelles les acteurs de l’aménagement pourraient intégrer les connaissances sur les interactions surface-atmosphère à une échelle régionale. Ces analyses à destination, entre autre, des aménageurs pourront s’appuyer la rédaction d’un article de revue bibliographique en cours de finalisation pour le journal Biogeosciences : « Influences of landscape structure and land uses on local to regional climate and air quality: A review of surface-atmosphere interactions and feedbacks ».

Un deuxième contrat post-doctoral a cherché à quantifier les impacts des changements d’occupation des sols sur le climat régional en France, dans le contexte du changement climatique futur, à l’aide du modèle climatique régional WRF-ORCHIDEE. Les changements d’usages des sols comme le changement climatique, imposés au modèle régional, sont issus des scénarios du dernier exercice du GIEC.

Un contrat doctoral s’est lui intéressé au fonctionnement et à la distribution des zones semi-arides chaudes à l’échelle mondiale le monde en lien avec Kinomé pour mieux fonder les stratégies et dégager des recommandations pour la reforestation des zones tropicales semi-arides.

Enfin, avec l’aide d’un CDD ingénieur et en lien avec Terre&Cité, nous avons travaillé à expliciter l’évolution du climat et de ses impacts sur l’agriculture sur le plateau de Saclay, notamment pour travailler avec les agriculteurs du plateau.

==> Retrouvez la présentation powerpoint des résultats du projet (Journées scientifiques 2017 du LabEx)

Publications 

> Massad, R.S., Lathière, J., Strada, S., Perrin, M., Personne, E., Stéfanon, M., Stella, P., Szopa, S., de Noblet-Ducoudré, N., 2019. Reviews and syntheses: influences of landscape structure and land uses on local to regional climate and air quality. Biogeosciences 16, 2369–2408. https://doi.org/10.5194/bg-16-2369-2019. Résumé: "The atmosphere and the land surface interact in multiple ways, for instance through the radiative-energy balance, the water cycle or the emission and deposition of natural and anthropogenic compounds. By modifying the land surface, land use and land cover changes (LULCCs) and land management changes (LMCs) alter the physical, chemical, and biological processes of the biosphere and therefore all land–atmosphere interactions, from local to global scales. Through socio-economic drivers and regulatory policies adopted at different levels (local, regional, national, or supranational), human activities strongly interfere in the land–atmosphere interactions, and those activities lead to a patchwork of natural, semi-natural, agricultural, urban, and semi-urban areas. In this context, urban and peri-urban areas, which have a high population density, are of particular attention since land transformation can lead to important environmental impacts and affect the health and life of millions of people. The objectives of this review are to synthesize the existing experimental and modelling works that investigate physical, chemical, and/or biogeochemical interactions between land surfaces and the atmosphere, therefore potentially impacting local/regional climate and air quality, mainly in urban or peri-urban landscapes at regional and local scales. The conclusions we draw from our synthesis are the following. (1) The adequate temporal and spatial description of land use and land management practices (e.g. areas concerned, type of crops, whether or not they are irrigated, quantity of fertilizers used and actual seasonality of application) necessary for including the effects of LMC in global and even more in regional climate models is inexistent (or very poor). Not taking into account these characteristics may bias the regional projections used for impact studies. (2) Land–atmosphere interactions are often specific to the case study analysed; therefore, one can hardly propose general solutions or recommendations. (3) Adaptation strategies, proposed after climatic impacts on the targeted resource have been derived, are often biased as they do not account for feedbacks on local/regional climate. (4) There is space for considering atmospheric chemistry, through land–atmosphere interactions, as a factor for land management, helping to maintain air quality and supporting ecosystem functioning. (5) There is a lack of an integrated tool, which includes the many different processes of importance in an operational model, to test different land use or land management scenarios at the scale of a territory."

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> Caubel, J., Cortazar-atauri, I. G. De, Vivant, A. C., Launay, M., & Noblet-ducoudré, N. De., 2017. Assessing future meteorological stresses for grain maize in France. Agricultural Systems. http://doi.org/10.1016/j.agsy.2017.02.010 ====>

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> PERRIN, M.; De NOBLET-DUCOUDRÉ, N.; STRADA, S. & TORRE, A., 2017. Note de recherche. PLAIDOYER pour le développement d’une action climatique régionale : aménagement de l’espace, usage des sols et conditions atmosphériques. Norois - Environnement, Aménagement, Société. DOI : 10.4000/norois.6218. Résumé: "Suite à une prise de conscience quant à la problématique du réchauffement global et à la reconnaissance d’une responsabilité anthropique dans le phénomène, la question climatique s’est progressivement inscrite au cœur des préoccupations aménagistes. Une attention toute particulière a notamment été portée aux dispositions spatiales et urbaines susceptibles de réduire les émissions de gaz à effet de serre, la démarche se voulant alors une contribution à l’effort mondial en matière d’atténuation du changement climatique. En outre, dans un souci d’adaptation, les aménageurs montrent peu à peu un regain d’intérêt pour des principes de climatologie urbaine et de bioclimatologie dans des agglomérations qui pourraient bien voir leurs conditions atmosphériques se réchauffer. Il en va du confort et de la santé de nombreuses populations. À travers cette note, nous soutenons la possibilité d’étendre le champ de l’action climatique en développant une capacité à influencer les conditions atmosphériques à une échelle qualifiable de régionale ou d’intermédiaire. Différentes recherches en climatologie régionale ont en effet pu mettre en exergue l’influence significative que peuvent avoir les changements d’usage et de gestions des sols sur la météorologie et la qualité de l’air d’une région en raison des échanges – énergétiques, hydriques et chimiques – qui s’opèrent entre la surface et l’atmosphère. Nous exposons, sur la base de cas d’étude sélectionnés dans la littérature, quelles pourraient être les modalités d’une telle action climatique régionale, puis pointons quelques-uns des défis à relever pour que celle-ci puisse voir le jour."

Thèse

> Reforester les tropiques semi-arides? : Enjeux, contraintes et opportunités climatiques dans la perspective du changement global - Amélie RAJAUD  (financement Initiative doctorale IDEX Paris-Saclay), soutenue en septembre 2016

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Communications lors d'évènements scientifiques

> Colloques internationaux: American Gophysical Union AGU, European Geosciences Union EGU...

Vulgarisation

> Des panneaux d'EXPOSITION sur "Changement climatique et agriculture en Ile-de-France: historique, analyse et simulation d'impacts sur les principales espèces végétales cultivées" ont été réalisés et présentés à diverses occasions dans la région Ile de France.