Étude modèle-données des interactions entre la circulation océanique et les calottes polaires de l'hémisphère Nord lors de changements climatiques rapides au cours de la dernière période glaciaire

La dernière période glaciaire, d'environ 75 à 12 mille ans (ka) avant le présent (BP), est marquée par une variabilité climatique rapide, sur des échelles de temps millénaires. Les cycles de Dansgaard-Oeschger (DO), qui consistent en une succession de réchauffements rapides (événements DO) suivis d'un refroidissement plus progressif, reflètent des fluctuations entre des climats relativement froids (stadiaires) et chauds (interstadiaires) dans la région Atlantique Nord. Ces cycles sont associés à des réorganisations de la circulation méridienne de retournement atlantique (AMOC). En parallèle, d'importantes débâcles d'icebergs en provenance des calottes de l'hémisphère nord se sont produites pendant les stadiaires. Les débâcles dont les icebergs sont issus de la calotte de la Laurentide et acheminés par le détroit d'Hudson, sont appelées événements de Heinrich (HEs). Il n'y a aujourd'hui pas de consensus quant aux causes des événements DO et des débâcles massives d'icebergs. Les HEs pourraient résulter d'oscillations internes de la calotte Laurentide ou bien être déclenchés par le climat, par exemple via un réchauffement en subsurface de l'océan pendant les stadiaires. Cette thèse explore le rôle des calottes glaciaires et de l'océan dans la variabilité millénaire durant le Stade Isotopique 3 (MIS 3; ∼55-30 ka BP). Cette thèse s'appuie sur l'utilisation d'un modèle couplé climat-calotte (iLOVECLIM-GRISLI), qui simule les isotopes du carbone et permet une comparaison avec les enregistrements marins de δ13C. C'est la première fois que le modèle couplé est utilisé pendant MIS 3. Des expériences numériques menées à 40ka BP montrent qu'un réchauffement de subsurface de l'océan peut déstabiliser les calottes autour des mers Nordiques, initiant de brèves perturbations climatiques. Cependant, dans ces expériences, des rétroactions négatives à l'interface calotte-océan atténuent l'intensité et la durée des débâcles. De plus, la calotte de la Laurentide apparaît excessivement stable dans ces simulations, ce qui soulève des questions sur les mécanismes produisant les HEs, ainsi que leurs représentations dans le modèle. Pour l'événement HE 4, des comparaisons modèle-données des anomalies de δ13C indiquent qu'une réduction de la friction basale sous le détroit d'Hudson produit des apports d'eau douce plus cohérents que les scénarios de réchauffement océanique. Néanmoins, les anomalies simulées de δ13C sont trop brèves par rapport aux données. Ceci suggère que l'événement HE 4 aurait duré plus longtemps (>1 000 ans) ou que d'autres processus auraient contribué à la durée du signal observé. Il est aussi possible que le modèle sous-estime la sensibilité de l'océan aux apports d'eau douce. J'ai donc mené des expériences de sensibilité portant sur divers processus océaniques (la plongée des saumures, le mélange océanique, et la dynamique de la banquise), afin d'améliorer la représentation de l'océan et la distribution du δ13C dans le modèle. Les expériences montrent qu'un meilleur accord modèle-données est obtenu lorsque la présence d'eau profonde antarctique (AABW) domine les abysses de l'Atlantique Nord et que l'eau profonde nord-atlantique (NADW) reste confinée au-dessus de 1 500-2 000 m, avec une intensité de la cellule supérieure de l'AMOC comparable aux valeurs actuelles. Dans l'ensemble, ces résultats constituent une étape vers une compréhension plus complète des événements abrupts de la dernière période glaciaire et des rétroactions qui régissent le climat terrestre.