Enseigner les Sciences de la nature

logo ensl   Logo du ministère de l'éducation
logo CIRI logo Immuniser Lyon
logo LBMC logo Musée Mérieux
Logo Inserm igfl igfl logo CREATIS
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo geo 3d
Logo de Lyon 1 logo lgltpe 
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo LBMC
logo LBMC
logos composé logo COP In My City logo Investissement d'avenirLogo du musée de Confluences
logo Météo France Logo du musée de Confluences
logo EVSlogo Grand Lyon

bio_point1

Informations scientifiques - Actualisation des connaissances

La mesure des flux de carbone au niveau des écosystèmes

Dans le but de disposer de données sur les flux de CO2 (et H2O) entre les divers écosystèmes et l'atmosphère à l'échelle locale, plusieurs grands programmes nationaux ou internationaux ont été lancés : 
    • En Europe (EUROFLUX et MEDEFLUX, puis CARBOEUROFLUX),
    • Aux USA (AMERIFLUX),
    • Au Japon (JAPANNET)
    • En Amérique du sud (EUSTACHE-LBA, CARBONSINK-LBA).
Ces programmes, fédérés sous l'appellation FLUXNET, s'appuient sur des sites fortement instrumentés, mettant en œuvre la méthode des corrélations turbulentes. 

L'examen de la répartition spatiale des sites de mesure sur le globe fait apparaître une forte concentration de ces sites en Europe et en Amérique du Nord, et au contraire une grande faiblesse des implantations dans des grandes zones forestières, la forêt tropicale humide en particulier. En milieu tropical humide, le programme LBA a été lancé par la NASA en 1997, en collaboration avec le gouvernement brésilien, et doit se terminer en 2003. L'objectif de LBA est de coordonner différents projets scientifiques afin de fournir des informations quantitatives sur le fonctionnement de la forêt centre-amazonienne, et sur les effets des perturbations d'origine anthropiques, grâce à d'autres sites implantés sur des zones perturbées par les activités humaines : coupes rases ou brûlis, plantations intensives, agriculture. Les résultats sont en cours d'acquisition, une veille scientifique doit être maintenue. Enfin, dans le cadre du projet Carbonsink auquel participe l'ONF, un site de mesure doit être installé sur une plantation forestière de l'Etat du Mato Grosso (Brésil) avec l'aide de l'INRA. 

carte_fluxnet.gif

carte_euroflux.gif

 

Pour consulter les enregistrements aux différentes stations vous pouvez utiliser :

Corrélations turbulentes et mesures écophysiologiques

La méthode des corrélations turbulentes permet de mesurer en continu les flux d'eau, de CO2 et d'énergie au-dessus des couverts forestiers  mais pas uniquement et d'en calculer les bilans. 

La surface d'intégration de ces mesures est de l'ordre de 50 à 100 ha. Cette méthode permet de séparer le terme de respiration de l'écosystème (Reco) du bilan net de carbone (NEP), et ainsi de calculer l'assimilation brute totale du couvert (GPP), sachant que NEP = GPP - Reco. Les termes Reco et GPP peuvent ainsi être mis en relation avec les variables climatiques, édaphiques ou structurelles, ainsi qu'avec les mécanismes physico-chimiques ou biologiques qui les déterminent (voir la liste des paramètres étudiés). 

 

Les récents progrès méthodologiques (amélioration de la fiabilité de l'appareillage, anémomètres 3D, analyseurs de gaz de type ouvert à réponse rapide, informatique, moyens de stockage de l'information, logiciels de traitement en ligne des données, etc.) ont conduit à une plus grande fiabilité de cette technique, et autorisent de ce fait un suivi des flux sur le long terme. Toutefois, il ne faudra pas s'étonner si les mesures sont ponctuellement interrompues, le fichiers disponibles ne sont jamais complets sur de longues périodes (NB : une absence de valeurs est indiquée par -9999 dans le fichier). 

 

Des réseaux de suivi ont été installés à l'échelle européenne (projets Euroflux, Carboeuroflux et Carboage) ou américaine (Ameriflux). Les équipes de l'INRA (Ecophysiologistes FMN et EA) gèrent une grande partie des sites français dans ces réseaux. 

 

Sur certains des sites qui fonctionnent actuellement, les mesures de flux sont complétées par des approches au sol ou à l'échelle de l'arbre (inventaires, mesures écophysiologiques, mesures de l'indice foliaire, etc.), ou par la télédétection. C'est le cas des deux dispositifs gérés par l'INRA, au Bray (33) et à Hesse (54). Ces différents sites fournissent des résultats novateurs sur les bilans nets annuels de carbone, sur le déterminisme des flux, et alimentent des modèles de fonctionnement hydrique, carboné et de croissance des arbres. 

Outils isotopiques

L'analyse des profils isotopiques du CO2 (13C et 18O) et de H2O (phase vapeur et liquide) dans le couvert et de leurs variations temporelles (journalière, saisonnière), combinée à l'étude des flux isotopiques entre couverts et atmosphère ("relaxed eddy correlation") permet d'identifier l'origine du CO2 (troposphérique, respiration des végétaux, respiration souterraine…) et finalement de quantifier les différentes composantes du flux global ainsi que l'importance du recyclage du CO2 d'origine respiratoire par la photosynthèse. 

Parmi les principaux résultats obtenus récemment en milieu tempéré, il apparaît que le bilan net de carbone est soumis à une forte variabilité inter-annuelle. Sur certains sites, NEP (bilan net de carbone) est tantôt négatif (l'écosystème est un puits de C), tantôt positif (source de C). Ceci est à mettre en relation avec les conditions climatiques, eau et température en particulier, et aussi avec la gestion sylvicole. 

 

Si le bilan net de carbone dépend directement de l'assimilation brute de carbone par les arbres et de la respiration de l'écosystème, c'est ce dernier terme qui semble présenter les variations temporelles et spatiales les plus fortes. Le terme respiration du sol, qui représente à lui seul entre 60 et 70% de Reco (respiration de l'écosystème), apparaît être particulièrement crucial à quantifier de ce point de vue. 

 

Les relations entre le bilan net de carbone et l'accroissement en biomasse de l'écosystème sont complexes. En effet, des travaux récents, notamment certains menés sur les sites EUROFLUX, montrent un désaccord entre la quantité de carbone incorporé annuellement dans l'écosystème et l'accroissement en carbone des arbres sur le même pas de temps, même si l'on prend en compte la partie souterraine. Ceci est très probablement dû aux variations inter-annuelles du stock de carbone dans l'écosystème. Or, la précision des estimations de ce stock de carbone total est de l'ordre de grandeur des flux de carbone annuels. 

 

Si l'on s'accorde à dire que les forêts tropicales humides sont caractérisées à la fois par une productivité primaire brute élevée  et par une forte respiration totale , les informations disponibles à ce jour sont encore contradictoires, notamment en ce qui concerne la force de puits pour le carbone de la forêt primaire. Il a été suggéré que la productivité nette de cet écosystème serait de l'ordre de 1 t C ha-1 an-1. Cependant, cette estimation n'intègre pas les variations saisonnières du climat et l'impact possible des variations de la disponibilité en eau dans le sol pour lequel des grandes différences ont été observées. Il est donc primordial de caractériser les flux nets de carbone sur le long terme, mais aussi de déterminer la part de chacune des composantes du bilan et leurs variations intra- et inter-annuelles.