RESETlakes

Résumé de RESETlakes (Télédétection des points de basculement dans les lacs) (REmote SEnsing of Tipping points in Lakes)

L'objectif de ce projet est d'utiliser les données des satellites d'observation de la Terre et la modélisation numérique pour détecter en amont les points de basculement dans les systèmes aquatiques, afin d'éviter à terme des dommages socio-économiques.

Les points de basculement sont des seuils critiques au-delà desquels même des changements environnementaux minimes peuvent entraîner des bouleversements radicaux, voire irréversibles, au sein d'un écosystème. Ils revêtent une double importance pour les écosystèmes aquatiques. D'une part, ces écosystèmes peuvent eux-mêmes subir de telles transitions ; d'autre part, ils peuvent être gravement affectés par des éléments de basculement situés dans leur bassin versant et/ou dans l'atmosphère qui les surplombe. Ces effets peuvent modifier l'état biologique, chimique ou physique des systèmes aquatiques, tels que les lacs, au point d'en réduire l'utilisation à des fins de consommation, d'industrie, de navigation ou de tourisme.

Contexte

Les lacs subissent actuellement des changements physiques, hydrologiques et biogéochimiques spectaculaires dus au changement climatique, ce qui risque d'entraîner des points de basculement écologiques. Parmi les principaux changements, on peut citer la hausse des températures de surface de l’eau, la diminution de la couverture de glace, l'augmentation de l'évaporation et la modification des régimes de mélange. Les températures de surface des lacs à l'échelle mondiale ont augmenté de 0,34 °C par décennie, tandis que la durée de la couverture glaciaire diminue, ce qui modifie le brassage vertical et prolonge la stratification estivale. Ces changements pourraient transformer de nombreux lacs dimictiques (se brassant deux fois par an) en lacs monomictiques ou oligomictiques (se brassant moins fréquemment), perturbant ainsi les écosystèmes aquatiques.

La diminution de la couverture glaciaire accentue l'évaporation, ce qui entraîne une perte d'eau plus importante, en particulier dans les lacs situés en haute altitude et sous des latitudes élevées. Les projections indiquent une augmentation de 16 % de l'évaporation annuelle moyenne mondiale d'ici la fin du siècle. Si les précipitations (ou le débit des cours d'eau) ne compensent pas cette augmentation de l'évaporation, le volume des lacs pourrait diminuer, ce qui pourrait entraîner l'assèchement de certains d'entre eux et transformer des lacs permanents en lacs éphémères. Cependant, certaines régions, telles que le plateau tibétain et l'Arctique, ont connu une expansion de leurs lacs en raison de la fonte des glaciers et du dégel du pergélisol.

La diminution de la couverture glaciaire réduit l'albédo des lacs, ce qui entraîne une absorption accrue de la chaleur et un réchauffement supplémentaire. Ce cercle vicieux accélère le réchauffement des lacs, prolonge la stratification et modifie la dynamique écologique. De plus, le changement climatique influe sur les échanges de gaz à effet de serre dans les lacs : la réduction de la couverture glaciaire entraîne une augmentation de la productivité, des proliférations d'algues et une modification du brassage. Un brassage moins fréquent entraîne une diminution des niveaux d'oxygène dans les eaux profondes, ce qui peut provoquer des conditions d'hypoxie et des rejets de méthane, aggravant ainsi le changement climatique. Les changements biogéochimiques ont également un impact sur le cycle des nutriments, augmentant le risque d'eutrophisation et modifiant l'équilibre du stockage du carbone dans les sédiments.

Les changements à l'échelle du bassin versant, tels que les modifications de l'utilisation des sols, des précipitations et de la pollution, accentuent encore davantage les transformations des lacs. L'augmentation du ruissellement due aux phénomènes météorologiques extrêmes accroît les charges en nutriments et en matière organique dissoute, ce qui entraîne une coloration de l'eau, une eutrophisation et des risques potentiels pour la santé humaine. De plus, le dégel du pergélisol et le recul des glaciers modifient l'étendue, la composition chimique et la transparence des lacs, tandis que les feux de forêt entraînent un ruissellement de matières qui affecte la productivité des lacs et les réseaux trophiques.

Une évaporation accrue, une diminution de l'albédo et une augmentation des émissions de méthane contribuent au changement climatique régional et mondial. Les lacs de haute altitude influencent les régimes pluviométriques locaux, tandis que les lacs arctiques et alpins, qui subissent une fonte des glaces, connaissent un réchauffement atmosphérique amplifié. Les effets combinés de ces changements pourraient pousser les écosystèmes lacustres vers des points de basculement irréversibles, avec des conséquences écologiques et climatiques importantes.

Buts et objectifs

Le projet RESETlakes vise à approfondir notre compréhension des risques et des processus liés aux points de basculement ainsi qu’aux changements brusques ou aux transitions au sein des écosystèmes lacustres. En s’appuyant sur l’observation satellitaire de la Terre et sur la modélisation basée sur les processus, le projet a pour objectif :

• Identifier et comprendre les points de basculement: Étudier la résilience et les points de basculement des écosystèmes lacustres, en mettant l'accent sur des facteurs critiques tels que la couverture glaciaire, la température de l'eau et les propriétés biogéochimiques.
• Intégrer les données satellitaires aux modèles: Développer des méthodologies avancées permettant d'intégrer les données d'observation de la Terre par satellite aux observations in situ et aux modèles, afin d'améliorer les capacités de prévision et la compréhension des processus.
• Explorer les implications plus larges: Analyser comment les changements dans les systèmes lacustres influencent les cycles biogéochimiques et les mécanismes de rétroaction climatique, afin d'apporter des informations essentielles sur la santé et la stabilité de ces écosystèmes sensibles.
• Contribuer aux rapports d'évaluation du GIEC: Aborder les questions de recherche clés relatives aux interactions et aux impacts des éléments de basculement, afin d'apporter des informations précieuses aux futurs rapports d'évaluation du GIEC.
• Quantifier et caractériser les incertitudes: Mettre au point des méthodes fiables pour quantifier et caractériser les incertitudes liées à l'analyse, tant en matière d'observation de la Terre par satellite que de modélisation numérique, afin de garantir des résultats fiables qui renforcent la confiance dans nos conclusions.
• Renforcer la résilience des écosystèmes: À travers ces travaux de recherche, nous souhaitons contribuer à la préservation et à la résilience des écosystèmes lacustres face à la crise climatique actuelle.