La compréhension des mécanismes de la variabilité du climat (des échelles journalière à multidécennale) demeure très imparfaite, or elle est un élément clé pour qualifier et anticiper les évolutions climatiques à venir. L’équipe analyse d’une part les données d’observation (jeux de données globaux ou régionaux) afin de détecter les structures spatiales d’organisation des variables climatiques clé et les évolutions associées, principalement du milieu du XX^e siècle à aujourd’hui, sur une variété de terrains d’étude (Méditerranée, Nouvelle-Zélande, Afrique Centrale et Orientale, Europe de l’Ouest, Afrique du Sud, Antarctique, …). D’autre part, les recherches portent sur les changements futurs projetés par les modèles climatiques globaux (expériences CMIP), si nécessaire après mise en œuvre d’une descente d’échelle statistique ou numérique (modèles régionaux : par exemple, simulations CORDEX). Les objectifs sont de documenter les modalités spatiales des changements mais aussi la manière dont les forçages naturels de la variabilité climatique (températures de surface marine, systèmes atmosphériques transitoires) sont et seront modifiés de façon croissante par les activités humaines, et modifieront les climats régionaux en retour. Une attention particulière est portée à la variabilité d’événements climatiques courts mais très impactants, surtout dans le contexte de climat non stationnaire dans lequel nous nous trouvons (situations gélives, rivières atmosphériques, interactions tropiques / extra-tropiques, poussées d’harmattan en Afrique, etc…).

La régionalisation du climat et les études d’impacts sont deux axes de recherche très directement liés. L’équipe utilise et développe des méthodes statistiques, dynamiques et statistico-dynamiques pour étudier la variabilité climatique aux échelles idoines des études d’impacts. La régionalisation du climat met ainsi en œuvre des simulations numériques à haute résolution spatio-temporelle (typiquement, de quelques kilomètres jusqu’à une centaines de mètres), en essayant de mieux comprendre les mécanismes de la variabilité à ces échelles pour mieux corriger les biais et les incertitudes, et alimenter des études sur les effets du climat sur les sociétés et l’environnement. En termes d’impacts, les recherches se concentrent sur trois thématiques principales: (a) les agrosystèmes notamment la viticulture mais également les grandes cultures, (b) la santé humaine, notamment la qualité de l’air et (c) les ressources en eau, dont la variabilité reflète avec un effet amplificateur les fluctuations des précipitations.

À titre d’exemple, un suivi photographique est effectué sur des sites viticoles et de vergers de l’Auxois dans le Nord-Ouest du département de la Côte-d’Or, depuis 2011 à Alise-Sainte-Reine, 2015 à Villaines-les-Prévôtes et 2019 à Précy-sous-Thil. Les campagnes d’observations photographiques sont effectuées en priorité à certaines périodes clés de la phénologie de la vigne et des arbres fruitiers.

Ces sites viticoles incluant des vergers, le suivi photographique porte parallèlement sur des arbres fruitiers (cerisiers, pommiers, pruniers, poiriers, noyers, cognassiers).

Volet “Climat urbain”

L’équipe analyse la variabilité spatio-temporelle du climat en ville, à des échelles très fines (de l’ordre de l’heure et de la centaine de mètres). L’essentiel des travaux porte sur la température (avec en premier lieu les phénomènes d’îlots de chaleur urbains), et les facteurs géophysiques gouvernant cette variabilité à l’échelle d’une agglomération ou de ses quartiers. Ces travaux se déclinent sur les années récentes, mais aussi en prospective, en mêlant télédétection, modélisation numérique et réseaux d’observations. Ces derniers sont pour partie co-localisés avec les nichoirs utilisés dans l’équipe BioME pour les études de biodiversité urbaine, permettant de mieux caractériser les habitats des mésanges et de partager un intérêt scientifique commun vers les lieux les plus végétalisés (réservoirs de biodiversité pour les uns, et îlots de fraîcheur urbains pour les autres). La dernière nouveauté du réseau : des indicateurs de confort thermique seront construits via des mesures effectuées avec des globes noirs.

Une autre action de l’équipe est portée sur la qualité de l’air, mesurée avec des micro-stations à bas coûts (« QameleO ») développées en partenariat avec l’IRD depuis 2019. L’un des objectifs est la caractérisation de la variabilité spatio-temporelle très fine échelle de la pollution aux particules fines en milieux urbain et péri-urbain, en France (Dijon, Grenoble, Saint-Denis) et à l’international (Sénégal, Bénin). L’essentiel des travaux porte sur les fractions granulométriques réglementées par l’Union Européenne, les PM10 (Matières Particulaires dont le diamètre est inférieur à 10 microns) et les PM2.5 (Matières Particulaires dont le diamètre est inférieur à 2.5 microns) mais aussi, depuis 2020, sur les particules les plus fines, les PM1 (Matières Particulaires dont le diamètre est inférieur à 1 micron), auxquelles une exposition chronique représente un risque accru pour la santé humaine.

Les micro-stations de mesures QameleO (Quality of Air Module for Environmental Learning Engineering and Observation), sous Licence Open Source, ont été déployées en réseau à Dijon Métropole depuis 2020. Aujourd’hui, plus d’une dizaine de stations sont implantées avec un objectif d’une vingtaine de stations à horizon 2023-2024. Ces travaux, réalisés dans le cadre du programme POPSU (financé par le Ministère de la Transition Ecologique), ont permis, en collaboration avec les agents de la Métropole et l’association agréée de surveillance de la qualité de l’air régionale ATMO-BFC, de constituer un observatoire environnemental, pérenne et connecté, dans la Métropole, associés au réseau MUSTAR’Dijon développé au sein de l’équipe en Climat Urbain.

Climat et carbone interagissent, mais la façon dont la variabilité climatique influence le carbone des sols est complexe et mal comprise. Elle fait intervenir à la fois des paramètres physiques du climat (e.g., température et humidité des sols, elle-même dépendant de la précipitation) et du sol (e.g., texture, matière organique), l’occupation du sol (cultures, prairies, forêts) et les pratiques culturales et de gestion. En collaboration avec l’équipe SEDS, l’équipe CRC étudie l’influence multi-échelle du climat sur la respiration des sols et le bilan net de l’écosystème en milieux forestier et viticole. Cette influence est abordée par traitement croisé d’une diversité de données incluant des mesures terrain, des estimations satellitales et de la modélisation à haute résolution spatio-temporelle. Les terrains privilégiés concernent :
* les hêtraies du Châtillonnais dans le Parc National des Forêts de Plaine et les hêtraies et douglasaies du Mont Beuvray (Grand Site de France localisé au centre du Morvan) avec mise en place de système de mesure de la respiration des sols (flux gazeux de carbone) ;
* l’exutoire du bassin versant de Cathedral Peak dans le Drakensberg sud-africain (dans le cadre du réseau EFTEON) avec mise en place de mesure des flux de dissous de carbone;
* le vignoble de Côte d’Or pour mesurer l’échange net de l’écosystème à partir d’une tour à flux (projet MOCCA en partenariat avec le Bureau Interprofessionnel des Vins de Bourgogne).

L’étude de l’impact du climat sur l’agrosystème viticole fait l’objet de nombreux travaux au sein de l’équipe CRC :
– Le CRC co-dirige avec l’Institut Universitaire de la Vigne et du Vin, dans le cadre d’un mécénat financé par des domaines viticoles bourguignons, un projet de transfert visant à évaluer et proposer des solutions d’adaptation du vignoble aux défis contemporains, en particulier le changement climatique (projet PhysioVigne) ;
– Une collaboration informelle avec l’université de Liège concernant l’étude du climat actuel et de ses projections à l’aide d’un modèle dynamique régional à haute résolution dans le nord-ouest de l’Europe (vignobles du nord-est de la France et de la Belgique). Il s’agit d’évaluer l’évolution des potentialités vitivinicoles de ces régions en lien avec le changement climatique ;
– De travaux visant à comprendre la contribution de la variabilité spatiale (à méso-échelle) et temporelle du climat (aux échelles quotidiennes à interannuelles) sont menées en collaboration avec l’équipe SEDS, dans le cadre du questionnement transversal « vigne et environnements biotique et abiotique »
– Biogéosciences contribue aussi à l’IRP AgriForAdapt entre CNRS et INRAE en France, et des organismes ou universités partenaires en Nouvelle-Zélande. Il s’agit de comparer les climats régionaux de France et de Nouvelle-Zélande, notamment sur les territoires agricoles et viticoles. Nos travaux portent sur la variabilité climatique, à la fois naturelle et sous influence anthropique, de ces deux régions, en considérant un vaste spectre d’échelles spatio-temporelles, les mécanismes qui la gouvernent, et ses impacts sur les terroirs analysés.

La mesure des températures en ville est associée à des relevés ornithologiques dans des quartiers aux caractéristiques végétales et thermiques différentes. Sont aussi analysées les relations entre climat et phénologie des arbres fruitiers. La désynchronisation entre phénologie des végétaux et l’activité des insectes pollinisateurs est également abordée.