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Le rôle de la biosphère dans l'atténuation des effets anthropiques sur le climat

 

La biosphère a-t-elle atténué l'impact des émissions anthropiques de puis 1780?

 

On sait que le carbone d'origine anthropique s'est accumulé partiellement dans l'atmosphère et qu'une partie a disparu. Une partie du CO2 d'origine anthropique a disparu de l'atmosphère et pourrait-s'être accumulé dans la biosphère.

 
Pourquoi la biosphère pourrait-elle  séquestrer du carbone d'origine anthropique?
 
  • On peut s'appuyer sur diverses observations ou expériences montrant que le CO2 est absorbé et transformé en matière organique CHOH par les végétaux chlorophylliens (voir détails de la démarche).
  • Diverses observations à différents niveaux du vivant montrent que le CO2 atmosphérique peut-être piégé par la biosphère (Voir détails):
    • Au niveau cellulaire : identification de l'amidon, évaluation de l'épaississement des parois squelettiques et identification de la cellulose et de la lignine, etc.
    • Au niveau des organes : évaluation de la biomasse d'un végétal à différents moments de son développement (biomasse d'un pied de maïs à différents stades de végétation, accroissement du volume de bois à partir de l'étude des cernes etc.),
    • Au niveau d'un écosystème : évaluation de la biomasse au niveau d'une parcelle de maïs ou d'une parcelle de forêt, évaluation de la quantité de carbone séquestrée en t de C ppar ha et par an. On pourra réflechir sur la durée de cette séquestration dans le cas d'une culture de maïs et d'une forêt.
    • Au niveau d'un continent : on pourra consulter le site de la NASA
    • Au niveau planétaire : on pourra consulter le site WDCGG
 
Les émissions de carbone d'origine anthropique ont-elles été compensées partiellement par un accroissement de la photosynthèse?

On sait que les émissions de CO2 d'origine anthropique ont eu 2 conséquences :
    • Une augmentation de la concentration du CO2 atmosphérique,
    • Une élévation de la température globale de la planète.
Peut-on vérifier par l'expérience l'impact d'une élévation de la concentration du CO2 atmosphérique d'une part, d'une élévation de la température d'autre part sur l'intensité de la photosynthèse et sur l'intensité de la respiration? (Voir détails)
    • On propose de réaliser au laboratoire une première série d'expériences au cours de laquelle on évalue l'impact d'une augmentation de la concentration en CO2 sur l'intensité de la photosynthèse.
    • On propose de réaliser au laboratoire une deuxième série d'expériences au cours de laquelles on évalue l'impact d'une augmentation de la température sur l'intensité de la photosynthèse d'une part, sur l'intensité de la respiration (végétal à l'obscurité avec ou sans le sol) d'autre part.
Ces expériences permettent de montrer que :
    • L'augmentation de la concentration en CO2 stimule la photosynthèse (dans ces conditions et si d'autres facteurs limitants ne sont pas intervenus, on peut penser que le piégeage du carbone a été accru depuis 1850 venant atténuer l'impact des émissions anthropiques),
    • L'augmentation de la température stimule la photosynthèse mais aussi la respiration (dans ces conditions, il est impossible de conclure : qui de la photosynthèse ou de la respiration l'a emporté?).
On ne peut pas conclure : les émissions de CO2 d'origine anthropique ont eu 2 effets antagonistes sur la biosphère:
  • L'augmentation du CO2 a stimulé la photosynthèse (sous réserve qu'il n'y ait pas de facteurs limitants comme la sécheresse)
  • L'augmentation de la température a stimulé la respiration, notamment la respiration des microorganismes du sol.
 
Pour lever cette indétermination, on propose de recourir à la modélisation.
 


Le piègeage du carbone par "la biosphère et les sols"  a-t-il été plus important de 1850 à nos jours du fait des émissions anthropiques. On propose d'utiliser le modèle comprenant 3 enveloppes "Atmophère-Biosphère-Sol" pour résoudre le problème.

 

Le modèle est disponible au téléchargement : 3compart_AttenuationBiosph_220ans.zip

 
icone_attenuationbiospherique.jpg

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Le fichier propose 2 pages : 

 
  • Page 1 : Le modèle comporte 3 compartiments (atmosphère, biosphère et sols) et des flux (photosynthèse, respiration de la biosphère, chute de la litière et respiration du sol). Le modèle prend en compte les apports anthropiques historiques. Un variable bilan a été créée : elle fait la somme des 2 réservoirs "biosphère et sols".
  • Page 2 : Les résultats graphiques : de gauche à droite le graphique montrant l'évolution du compartiment biosphérique, l'évolution du compartiment sols et litière, l'évolution globale des 2 compartiments réunis "biosphère et sol et litière"
 
Le modèle fournit une réponse au problème posé , il montre que :
 
  • Le compartiment biosphérique a davantage séquestré de carbone au cours de cette période,
  • Le compartiment "sol et litière" a perdu du carbone (on peut penser que l'augmentation de la température a stimulé fortement la respiration - on pourra signaler la situation des sols gelés permafrosts qui sont des sources importantes de carbone actuellement - boucle de rétroaction positive),
  • Le bilan : de 1850 à nos jours, une part importante du carbone émis par les activités humaines a été séquestrée par la biosphère. On peut dire que le puits biosphérique a atténué l'impact des émissions anthropiques. Qu'en sera-t-il au XXIème siècle?  Le modèle prévoit une accélération de la respiration.
 
icone_attenuationbilan.jpg

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Conclusion :
Au cours du XXème siècle, une partie des émissions de CO2 s'est accumulée dans l'atmosphère. La biosphère a joué le rôle d'un puits en séquestrant une part importante de ce carbone. Dans le même temps, l'augmentation de la température (et les pratiques de travail du sol) ont favorisé la respiration des organismes du sol. Le sol et la litière ont libéré une part importante de carbone dans l'atmosphère. Cette source de carbone tend à s'amplifier notamment avec le dégel du permafrost.