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Les variations atmosphériques du CO2

Quels sont les arguments permettant de penser que l'augmentation récente de la concentration en CO2 atmosphérique est d'origine anthropique? 



Le constat.

 
 
Les mesures de la concentration atmosphérique en CO2 sont effectuées précisément grâce aux bulles d'air piégées dans les glaces du forage de Vostok depuis 420 000 ans. Elles montrent que cette concentration a varié entre 180 et 300 ppmv.

  

Les analyses des glaces pour les périodes plus récentes montrent que depuis 2000 ans , la concentration en CO2 variait peu autour de 280 ppmv. Depuis les années 1800, on observe une augmentation exponentielle et on atteint en août 2003 les valeurs de 375 ppmv.

La chronologie de cette augmentation est compatible avec la chronologie de l'utilisation des combustibles fossiles.  Comme on sait que dans le même temps, la température globale a augmenté provoquant un dégazage océanique, il est judicieux de se poser la question de savoir si l'augmentation récente du CO2 a une origine anthropique ou s'il s'agit au contraire d'un phénomène naturel.

co2_bilan.gif
 

 
 

 
Le problème se pose donc en ces termes : 

  • L'augmentation de la température globale(cause inconnue) est-elle responsable du dégazage océanique et de l'augmentation de la concentration en CO2 atmosphérique? 
  • ou L'augmentation du CO2 atmosphérique d'origine anthropique est-elle responsable de l'augmentation de température globale par augmentation de l'effet de serre?

Sans avoir de certitude, les scientifiques présentent un faisceau d'arguments allant dans le sens de la responsabilité humaine.

Pour plus de détails sur les variations de la concentration atmosphérique en CO2

 

Les quantités émises peuvent-elles changer la concentration atmosphérique en CO2

 

 

L'atmosphère étant un réservoir tellement vaste, on pourrait imaginer que le CO2 produit par l'homme s'est dilué et que l'impact sur la concentration doit être négligeable .    

La modélisation simple de l'effet des l'apports anthropiques sur la concentration atmosphérique montre au contraire que depuis 1850, les apports anthropiques ont été estimés de manière relativement fiable à 282 Gt de Carbone pour un réservoir atmosphérique qui en contenait à l'époque 600 Gt. L'impact sur la concentration atmosphérique n'est pas du tout négligeable et les variations de pCO2 effectuées à Mauna Loa sont en dessous de celles que prévoit le modèle. 

Le delta 13C

 
Les combustibles fossiles utilisés par l'homme en énorme quantité depuis la révolution industrielle sont des produits dérivés de la photosynthèse. Ils sont appauvris en 13C. Le d13C moyen des combustibles fossiles est de -26‰ alors que d13C moyen de l'atmosphère est de -8 ‰. 

  

L'apport massif de CO2 lié à la combustion des carburants fossiles devrait donc en théorie diminuer le d13C atmosphérique. La diminution observée du d13C atmosphérique est un argument montrant que l'augmentation de la concentration atmosphérique en CO2 n'est pas liée à un dégazage océanique ( d13C de l'océan superficiel = + 4). On ne peut imaginer une augmentation pluriannuelle de la photosynthèse sans augmentation des mécanismes respiratoires. 

 

icone_co2_13c.gif Agrandir l'image

 

Pour plus de détail sur le delta 13C

Le dioxygène atmosphérique

 
Contrairement aux mécanismes respiratoires, la combustion des carburants fossiles consomme en moyenne 1,43 moles de dioxygène pour 1 mole de CO2 produit. Si l'apport récent de CO2 est bien lié à cette combustion, on devrait observer une diminution concomitante de la concentration atmosphérique en O2. Des mesures récentes (depuis 1990) du rapport Oxygène /Azote dans l'atmosphère par Ralph Keeling semblent le montrer.  Sur le graphique ci-dessous, le delta O2/N2 est mesuré en per meg.

1/0,2095 = 4,8 per meg est équivalent à 1 ppmv parce que l'air comporte 20.95% d'O2 en volume (Machta et Hughes. 1970) 

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Au delà de l'observation de la diminution qui ne semble pas être remise en question, le document est d'interprétation difficile. Il semble montrer que depuis 1990, il y a un déséquilibre entre la respiration (plus intense en hiver ) et la photosynthèse (moins intense en été). 

Il faudrait pouvoir montrer que ceci n'est pas lié à un déboisement (diminution de la masse des producteurs primaires). 
La baisse concommitante du 14C semble le montrer (Voir ci-dessous). 

Plus de détail sur les variations du delta O2/N2

Démarche pédagogique sur l'estimation des flux de sortie du CO2 anthropique.

Le Carbone 14

 
L'isotope 14 du Carbone est constamment produit dans la haute atmosphère sous l'effet des rayonnement solaire à haute énergie à partir de l'azote. Les végétaux incorporent par photosynthèse ce 14C dans la matière organique mais celui-ci sera restitué à l'atmosphère par les mécanismes respiratoires.

  

Or, l'isotope 14C est radioactif avec une demi-vie de 5730 ±40 ans (5568 ans en période conventionnelle). On admet qu'au bout de 10 demi-vie (56 000 ans) la quantité d'isotope est négligeable. Cela explique pourquoi les combustibles fossiles que nous utilisons, qui ont un âge de 50 à 100 MA, ne contiennent plus de 14C.  La combustion massive des carburant fossiles devraient donc faire diminuer la concentration atmosphérique en 14C.  Contrairement au 13C dont les quantités , tous réservoirs confondus, sont constantes, les chercheurs ont mis en évidence de grosses variations dans la quantité de 14C atmosphérique. Ceci est dû aux variations de production dans la hautes atmosphère.

De plus, l'après-guerre de 39-45 a marqué le début des essais nucléaires aériens qui ont provoqué une augmentation importante du 14C dans l'atmosphère. On ne peut donc raisonner que jusqu'aux années 1950.  La dendrochronologie a montré que la datation par 14C de bois parfaitement daté par d'autres méthodes apportait la preuve que le 14C Atm avait baissé depuis la révolution industrielle.

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Malgré la complexité du problème (variations de la production du 14C dans la haute atmosphère, variations de la vitesse des flux liés à la circulation thermo-haline, les spécialistes estiment que l'intensité de la baisse observée du delta14C ne peut pas s'expliquer autrement que par une influence anthropique.

Bilan : 

 

Sans apporter de preuves absolues, l'ensemble de ces indices est cohérent avec l'idée d'une origine anthropique du CO2

Un dégazage océanique lié à une augmentation de la température globale ferait augmenter le d13C atmosphérique or il diminue.  Une augmentation des échanges respiratoires et fermentaires feraient bien baisser ce d13C mais ferait augmenter le d14C . Celui-ci diminue.  Seule, la combustion des carburants fossiles fait à la fois diminuer le d13C et le d14C .La modélisation du cycle du Carbone devrait permettre de mieux comprendre ces échanges et de limiter les incertitudes actuelles. 

Licence creative commons version 3.0 :

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.fr

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