De la caractérisation des régimes trophiques d'un lac à la modélisation intégrée de la production et de la dégradation de la matière organique : application au lac Malawi

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : Mobilité Durable, Energies Nouvelles, Climat / Environnement / Economie circulaire et Hydrocarbures Responsables.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

• l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
• la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Partie intégrante d’IFPEN, l’école d’ingénieurs IFP School prépare les générations futures à relever ces défis.

De la caractérisation des régimes trophiques d’un lac à la modélisation intégrée de la production et de la dégradation de la matière organique : application au lac Malawi

Problématique :

La réponse d’un système lacustre face à une variation climatique est complexe. La géométrie du lac ainsi que les caractéristiques du bassin versant associé sont des paramètres clés qu’il faut considérer pour appréhender les régimes de stratification et d’oxygénation d’un lac, facteurs majeurs contrôlant la qualité de l’eau.  Dans ce cadre, notre intérêt se porte sur le développement des différents régimes trophiques, reflétant les conditions de production et de dégradation de la matière organique.  

Durant ce stage, nous souhaitons aborder cette problématique sous l’angle de la modélisation numérique, en utilisant deux logiciels : le modèle GLM*[1] 1D (The General Lake Model) et son module AED*[2] (Aquatic Eco Dynamics), puis le modèle stratigraphique 3D DionisosFlow*[3].

GLM intègre les processus physiques (bilan hydrique, ensoleillement, brassage de l’eau par le vent …) et AED simule les principaux cycles biogéochimiques. Le couplage des deux permet d’évaluer l’évolution des profils verticaux de température (et donc la stratification) et les variables qui déterminent la qualité de l’eau (oxygène, bloom algaire, …) en prenant en compte de nombreux paramètres et leurs couplages. Le logiciel stratigraphique DionisosFlow simule quant à lui le bilan hydrique des lacs et estime les taux de préservation de la matière organique en fonction de la production primaire et des conditions oxiques de la colonne d’eau.

L’idée sera ici de comprendre comment alimenter intelligemment certains paramètres d’entrée de DionisosFlow avec les résultats d’une simulation GLM/AED.

Le stage que nous proposons se découpe en trois phases :

La première consiste à construire une base de données qui synthétise les gammes caractéristiques des conditions climatiques (température, humidité relative, …) associées aux différents types de climats (tempéré, tropical, …).  

Dans un second temps, nous envisageons une modélisation numérique avec GLM/AED de la dynamique lacustre du lac Malawi (situé dans la vallée du Grand Rift, en Afrique). La validation du modèle se fera par une comparaison entre les profils simulés et observés de température et d’oxygène, mais également en s’assurant de gammes de productions primaires réalistes.

Enfin, nous chercherons à construire un modèle du lac Malawi avec DionisosFlow, dont certains paramètres d’entrées seront directement issus des résultats de simulation de GLM/AED.

Ce stage aura lieu dans les locaux d’IFPEN.

*[1]  https://aed.see.uwa.edu.au/research/models/GLM/
*[2] https://aed.see.uwa.edu.au/research/models/aed/
*[3] https://www.beicip.com/dionisosflow

Objectifs de stage :

• Prise en main des logiciels GLM/AED et DionisosFlow.
• Travail de synthèse sur le lien entre les différents types de climats et les gammes de paramètres à utiliser dans GLM/AED.
• Construction d’un modèle du lac Malawi (GLM/AED, puis DionisosFlow)

Profil recherché :

Etudiant(e) en Master 2 (en stage de fin d'études, ou a minima de niveau bac+4), orientation modélisation en biogéochimie/écologie.

• Fort intérêt pour l’analyse de données et la modélisation.
• Connaissances solides en géologie environnementale et bonne compréhension des processus physiques en général
• Bon esprit de synthèse
• Connaissances de base en Python (optionnel).

Modalités du stage :

Il s’agit d’un stage de master 2 (niveau bac + 5), rémunéré, qui commencera entre janvier et mars 2023 pour une durée de 5-6 mois. L’étudiant(e) sera basé(e) à l’IFPEN (Rueil-Malmaison (92)). Le contrat de travail sera établi par IFPEN, avec une rémunération mensuelle d’environ 900 €.

Encadrants : Arnaud Pujol & Benoit Chauveau

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