module 2 - Université TÉLUQ

LE CYCLE DU CARBONE

par Sebastian Weissenberger

module 2

2 ENV 1110|CHANGEMENTSCLIMATIQUES

SOMMAIRE

1. Le cycle géologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.1 Lamétéorisationdesroches

1.2 Laprécipitationetladissolutionducarbonatedecalcium

1.3 Laproductionbiogéniquedecarboneparticulaireorganique

1.4 Latectoniquedesplaquesetlevolcanisme

2. Le cycle biologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3. Les rétroactions du cycle du carbone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4. La déforestation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

5. Les puits de carbone naturels et anthropiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6. Le bilan du biome boréal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

MODULE 2|LESFONDEMENTSSCIENTIFIQUES3

Lecycleducarboneestl’undescyclesd’élémentslespluscompliqués.Unedesraisons

estquelecarbonepeutexistersousformegazeuse,sousformedissouteousousforme

minérale.IlestdoncprésentdanslestroisprincipalessphèresdelaTerre,l’atmosphère,

l’hydrosphèreetlalithosphère.Uneautreraisonestquelecycleducarboneestaffecté

pardesprocessusgéologiques,maisaussipardesprocessusbiologiquesetphysiques.

Engénéral, lesprocessusgéologiquessontbeaucoupplus lentsque lesprocessus

biologiquesouquelesprocessusphysiques.Ondistinguedoncsouventuncyclegéo-

logique,lent,etuncyclebiologique,rapide.Évidemment,touslesprocessusquiaffectent

lesdeuxcyclesagissentenmêmetempsetcontinuellement.Danscertainscas,lesdeux

cyclessontimbriqués,principalementdansl’hydrosphère.

Lesactivitéshumaines,dont lesémissionsdeCO2par lacombustionderessources

fossiles,maisaussiladéforestation,perturbentlecyclenaturelducarbone.Ilexistedes

puitsdecarbonenaturelsquiabsorbentunepartieimportanteduCO2émisparl’huma-

nité.Ilestégalementquestiondecréerdespuitsanthropiquespourcontribueràlutter

contre les changements climatiques.Enmême temps, les changements climatiques

représententunélémentperturbateurducycleducarbone.Pourbeaucoupd’écosystè-

mes,terrestresouocéaniques,ilestdifficiledeprévoircommentlecycleducarbone

évolueraenfonctiondeschangementsclimatiques.Prèsdenous,laforêtboréaleconsti-

tueundesplusimportantsréservoirsdecarbonedelaplanète.Nousdiscuteronsplus

loindel’évolutionpossibleducycleducarbonedelaforêtboréale.


1. LECYCLEGÉOLOGIQUE

Lecyclegéologiqueestlapartieducycleducarbonequidépenddeprocessustectoni-

quesetphysico-chimiques.Ilsedéroulesurdelongueséchellesdetemps.Lafigure1

résumececycle.

Figure1Cycle du carbone. Source :Landry&Mercier,1992.Notions de géologie.


1.1 La météorisation des roches

Ensedissolvantparérosion,lesrochesconsommentduCO2atmosphérique.CeCO2

esttransportésousformedebicarbonate(HCO3-)dissousparleruissellementcontinen-

talvers l’océan.Voici leséquationschimiquesquidécrivent ladissolutionde roches

calcaires(équation1)etladissolutionderochessilicées (équation2).

Équation1

CaCO3(s)+H2O+CO2(g)→Ca2+(diss)+2HCO3-(diss)

Équation2

CaSiO3(s)+3H2O+2CO2(g)→Ca2+(diss)+2HCO3-(diss)+Si(OH)4(diss)(s)=solide,

(g)=gazeux,(diss)=dissous

1.2 La précipitation et la dissolution du carbonate de calcium

Lorsquelebicarbonatearrivedansl’océansaturéencarbonates,dontlepHestdifférent

deceluideseauxcontinentales,ilréagitselonlesloisd’équilibrechimique,formantdu

carbonatedecalcium–difficilementsoluble,quiprécipitedoncengrandepartie–etdu

CO2quiestretournéversl’atmosphère(équation 3).

Équation 3

2HCO3-(diss)+Ca2+(diss)⇔CaCO3(s)+CO2(g)+H2O

Cetteéquationestexactementl’inversedecelledeladissolutiondesrochescalcaires

(équation 1).Ils’ensuitqueladissolutiondesrochescalcairesn’aaucuneffetnetsurle

CO2atmosphérique.

Ladissolutiondessilicatessoustrait duCO2à l’atmosphère,puisquedesdeuxCO2

soutirésàl’atmosphèrelorsdeladissolutiondesrochessilicées(équation 2),seulement

unretourneàl’atmosphèrelorsdelaréactiondansl’océan(équation 3).

Lesmicroorganismesplanctoniquesformantdescoquillesencarbonate,aussiappelées

tests,contribuentàlaformationdecarbonatesdecalciuminsolubles,selonl’équation 3.

Ilssontenfaitleprincipalvecteuràtraverslequelcetteréactionseproduit.Eneffet,bien

quel’eaudesurfacedesocéanssoitsursaturéeenCa2+etenHCO3-,laprécipitation


spontanéedeCaCO3neseproduitque lentement,carelleest inhibéepar l’effetde

complexationdûauxionsdemagnésium(Mg2+).Pratiquement,touteslesréactionsde

précipitationdeCaCO3sontainsileproduitdel’activitéplanctonique.LeCaCO3biogé-

niqueexistesousdeuxformesprincipales,dépendammentdesorganismes.L’aragonite

estgénéréeparlesmollusquesetlescorauxtandisquelesforaminifèresetlescocco-

lithesproduisentdelacalcite.UnepartiedeceCaCO3se dissoutànouveaudansles

eauxprofondes,danslesquelleslasolubilitédeCO2estplusélevée,puisqueceseaux

sonttrèsfroides.Silaprofondeurdel’océandépasseunecertainevaleur,appeléeseuil

decompensation,toutleCaCO3estdissousànouveauetn’atteintdoncjamaislefond

del’océan.

1.3 La production biogénique de carbone particulaire organique

Lesorganismesconstituantlephytoplanctonproduisent,ainsiquetouslesorganismes

capablesdephotosynthèse,de lamatièreorganiqued’unecompositionmoyennede

CH2O(équation4).Cettematièreorganiquesédimenteenpartie lorsde lamortdes

organismes.Lamajeurepartiedelamatièreorganiqueestdenouveautransforméeen

CO2etenH2Opar la respirationduphytoplancton,duzooplanctonetdesbactéries

présentesdanslacolonned’eauetdanslessédiments.Seuleunepetitepartiedecette

matièreorganiqueresteenfouiedanslessédimentsmarins.

Équation4

H++2HCO3-(diss)⇔CO2(diss)+H2O→[CH2O]+O2

Cettequantitédematièreorganiqueestresponsablede laprésenced’oxygènedans

l’atmosphère.Eneffet,chaquemoléculed’oxygèneprésentedansl’atmosphèrenéces-

site,encontrepartie,laprésencedecarboneréduit,telquelecarboneorganique,dans

lessédimentsetlacroûteterrestre,envertudel’équation 4.Dansl’optiquedeschan-

gements climatiques, le carboneorganiquesédimentaireestextrêmement important

puisqu’ilestàl’originedescombustiblesfossiles(charbon,pétrole,gaznaturel),formés

àbasedematièreorganique,dontl’utilisationparl’humainrestitueceCO2àl’atmosphère

enuntempsincomparablementpluscourtqu’ilafallupourl’ensoustraire.


LeCO2dissousutiliséparlesorganismesphotosynthétiquesestremplacégrâceàla

réactiontampon,décritedansl’équation 3.Entermesquantitatifs,l’enfouissementde

carboneorganiqueestbeaucoupmoinsimportantqueceluidecarbonates.

1.4 La tectonique des plaques et le volcanisme

LeCO2soustraitàl’atmosphèreparlesdeuxmécanismesdécritsprécédemmentest

retournéàl’atmosphèreparl’intermédiairedelatectoniquedesplaquesetlevolcanisme.

Ils’agitd’unprocessustrèslent.D’abord,unepartiedessédimentsmarins,devenusdes

rochessédimentaires,pénètresouslacroûtecontinentaledansdeszonesdesubduction,

deszonesdans lesquellesdeuxplaques tectoniquess’entrechoquentet leplancher

océaniqueseglissesouslacroûtecontinentale.Unefoisdanslemanteauterrestre,les

carbonatessonttransformésenCO2parmétamorphisme(équation 5).

Équation5

CaCO3(s)+SiO2(s)⇔CaSiO3(s)+CO2(g)

CeCO2estrenduàl’atmosphèrelorsdudégazagedumanteau parl’activitévolcanique.

Àl’échellegéologique,lespériodesdevolcanismeintensecorrespondentainsiàdes

optimumsclimatiquesavecdes teneursplus fortesenCO2atmosphérique,bienque

certains typesd’événementsvolcaniques,parexemple les trapps (voir le texte« Le

systèmeclimatiqueetsonévolutionàl’échellegéologique »decemodule),puissentau

contrairemeneràuneérosionaccrueetdoncàunebaissedesconcentrationsdeCO2.

Àl’époqueactuelle,lesémissionsdeCO2volcaniquessontnégligeables(figures 1et

2).Lesvolcansontcependantuneffetsurleclimatàtraverslesaérosolsqu’ilséjectent

etquirefroidissentl’atmosphèrependantquelquesmoisouquelquesannéesdansle

casd’événementsmajeurs.


2. LECYCLEBIOLOGIQUE

Danslecycleplanétaireducarbone,lesréservoirslesplusimportants,lemanteauet

l’océansontaussiceuxquiévoluentlepluslentement.Leréservoirconstituéparl’at-

mosphère,pluspetit,estplusdynamiqueetsecaractériseparuntempsderenouvelle-

mentpluscourt.Letempsderenouvellementestdéfinicommelavaleurduréservoir

diviséeparlesfluxquil’alimentent.Ilsemesureenannées.Letempsderenouvellement

duCO2atmosphériqueestunpeusupérieuràquatre ans,celuidumanteauatteintplu-

sieurscentainesdemillionsd’années.

Lesfluxdecarboneassociésauxprocessusbiologiquessontbeaucoupplusimportants

queceuxassociésauxprocessusgéologiques.Enmoyenne,cesfluxsontéquilibréset

neprovoquentaucunfluxnetdeouversl’atmosphère.Laphotosynthèseparlesplantes

etlesalguessoustraitduCO2àl’atmosphèreetlarespirationl’yrestitue.Laproduction

dematièreorganiqueparl’activitéphotosynthétiqueestappeléelaproductionprimaire

brute(PPB).CeCO2estensuiterestituéàl’atmosphèreendifférentesétapes.

Unepartieimportante,àpeuprèslamoitié,estrespiréeparlesorganismesphotosyn-

thétiques(=larespirationautotropheRa).LarésultantePPB-Raestappeléelaproduction

primairenette(PPN).UneautrepartieduCO2estrestituéeàl’atmosphèrelorsdela

décompositiondesvégétaux,parexempledesfeuillesmortesenautomne,oulorsde

l’ingestionetdelamétabolisationdesplantesparlesherbivoresetdecesdernierspar

lescarnivores.Ceprocessusestappelélarespirationhétérotrophe(Rh).Larésultante

delaPPN-Rhestappeléelaproductiond’écosystème(PE).Lesperturbationsnaturelles

commelesincendiesdeforêtdoiventaussiêtreinclusesdanslaproductiond’écosystème

sicelle-ciestconsidérée àuneéchellepluriannuelle.

Danslafigure 2,onpeutvoirquelesfluxd’originenaturellesontéquilibrésàl’échelle

annuelle.Ilsnesontpasnécessairementéquilibrésàl’échellesaisonnière,commele

montrent les petites oscillations du CO2 atmosphérique visibles dans la courbe de

Keeling(voirlafigure 1dansl’introductiondumodule 1).Celaestdûàl’inégalitédela

répartitiondescontinentssurleshémisphèresNordetSud,desortequel’hiverdans

l’hémisphèreNordetl’étédansl’hémisphèreSudn’ontpaslemêmeeffetsurlaquantité

decarbonequelasituationinverse.


Figure2Cycle du carbone.

LesfluxsontenGt.an-1etlesréservoirsenGt.Lesflèchesnoiresreprésententlesprocessusnaturels.Lesflèchesrougesindiquentdesfluximputablesàl’actionanthropique.Source : AdaptédeGiasson,Marc-André,thèsededoctorat,UniversitéLaval,etadaptédeSarmientoetGruber,2002.http://www.theses.ulaval.ca/2005/22900/22900001.jpg

Lesfluxanthropiques,àl’inversedesfluxnaturels,nesontpaséquilibrés.Lesémissions

anthropiquesétaientde5,4±0,3GtC.an-1aucoursdelapériodeallantde1980à1989

(chiffreutilisédanslafigure2)etde6,3±0,4 Gt C.an-1,pendantladécennie1990-1999

(IPCC,2001).Durantlapériodede1980à1989,cesfluxprovenaientdelacombustionde

combustiblesfossiles(5,4 Gt C.an-1)etdeladéforestation(1,7 Gt C.an-1).Unepartiedece

carboneestabsorbéeparlespuitsterrestres(1,9 Gt C.an-1)etocéaniques(1,9 Gt C.an-1).

Lereste(3,3 Gt C.an-1)s’accumuledansl’atmosphère,équivalantà0,5 %d’augmentation

Atmosphère

Végétation, sol et détritus

Carbonates 1 100Carbone organique 2 600

Carbonates 60 000 000Carbone organique fossile 15 000 000

CID 38 000COD 600

Combustibles fossiles

Biote marin Océan de surface

Océan profond

Sédiments de surface

0,2

0,4

0,2 39

50

90,2 101

0,2

150

660

1,5

60 59,6 1,9 1,7 5,4 70,6 70 21,9 20

http://www.theses.ulaval.ca/2005/22900/22900001.jpg

http://www.theses.ulaval.ca/2005/22900/22900001.jpg


delaconcentrationparan.Unedesgrandesquestionsqueseposentlesscientifiquesest

desavoirquelleseral’évolutiondecespuitsnaturels.

• Lepuitsterrestreconsisteenuneaugmentationdelasuperficieetdeladensitéde

lavégétationetseraforcémentlimitépard’autresfacteursdanslefutur.

• Lepuitsocéaniquesediviseendeuxpuits,unphysico-chimiqueetunbiologique.

Lepuitschimico-physiqueprovientdeladissolutionduCO2dansl’eaudemerqui

estproportionnelleà laconcentrationduCO2dans l’atmosphère.Ladissolution

dépendcependantégalementdelatempératureetdupHdel’océan.Aufuretà

mesurequel’océanseréchaufferaets’acidifiera,sonpouvoirdedissolutionduCO2

diminuera.

• Lepuitsbiologique,quantàlui,dépenddel’activitéd’organismesphotosynthétiques

dansl’océan,doncduphytoplancton.L’impactdeschangementsclimatiquessur

cesorganismesrestedifficileàanticiper.Cepointseradiscutédanslemodule3.

3. LESRÉTROACTIONSDUCYCLEDUCARBONE

L’intérêtducycleducarbonedansl’étudeduclimatrésidedanslesrétroactionsentre

lesdeux.Endéterminantl’apportdeCO2àl’atmosphère,lecycleducarboneinfluence

latempératureàl’échellemondiale.Mais,enretour,lesconcentrationsatmosphériques

deCO2,latempératuremondialeainsiquelesprécipitationsinfluencentplusieursélé-

mentsclésducycleducarbone.Durantlesdernièrescentainesdemilliersd’annéeset

lesquatrecyclesglaciaires,cesfluxdecarboneontvariéàl’intérieurdefrontièresrela-

tivementétroites,puisqueleCO2atmosphériqueestrestéconfinédansunefourchette

situéeentre180et280 ppm.

Lorsdesdernièresglaciations,l’océanjouaitprobablementunrôlederégulateurduCO2

atmosphérique.Lorsdespériodesderéchauffement,initiéesparuneaugmentationdu

fluxsolaireincident,lasolubilitéduCO2dansl’océandiminuepuisqu’elleestinversement

proportionnelleàlatempérature.Ils’agitd’unerétroactionpositive,amplificatrice,puisque

leCO2libérécontribueàsontourauréchauffement.CommelasolubilitéduCO2dans

l’océandépendégalementdesaconcentrationdansl’atmosphère,unnouveléquilibre

s’installeéventuellemententrelaconcentrationatmosphériquedeCO2etlatempérature.

Cecireprésenteunerétroactionnégative,régulatrice.


L’interactionentreleclimat,l’océanetlecycleducarboneestévidemmentpluscompli-

quéequecela.Lesévénementsclimatiquesontaussiuneffetimportantsurlacirculation

thermohalinequiàsontouraffecteprofondémentlecycleducarboneocéanique.Les

changementsdetempératureserépercutentaussisurl’activitéduplancton,cequipeut

augmenteroudiminuersonpouvoirdecaptagedeCO2.Certainesétudesdémontrent

aussiqu’unclimatfroidetsecaugmentel’érosionéoliennedescontinents,transportant

ainsidespoussièresporteusesdeferdansdeszonesdel’océanoùcetélémentest

rare.Commeils’agitd’unélémentessentielpourlephytoplancton,l’activitébiologique

etlaséquestrationdecarboneaugmentent,encoreunexempled’unerétroactionpositive

quiamplifieuneperturbationinitiale(Martin,1990;Kumaret al.,1995).

L’effetdel’augmentationdelatempératuredesconcentrationsdeCO2élevéessurla

photosynthèsedesplantesestgénéralementpositif.Unaccroissementdelavégétation

terrestreaétéobservéenréactionauxtempératuresetautauxdeCO2plusélevédans

l’atmosphère.Cetaccroissementcorrespondàlaflècherougede1,9 Gt C.an-1del’at-

mosphèrevers lavégétation,de lafigure 2.Lavégétationagitdonccommeélément

régulateur.LafertilisationparleNO2émisparlesactivitéshumainespourraitégalement

contribueràcetaccroissementdelaproductivitédelavégétationterrestre.Àpluslong

terme,laréactiondelavégétationestdifficileàprévoir.Eneffet,siletauxdephotosyn-

thèseaugmenteaveclatempératureetleCO2,letauxdelarespirationaugmentelui

aussiaveclatempérature.Pourcertainstypesdevégétation, ilaétéobservéquela

respirationaugmenteplusenfonctiondelatempératurequelaphotosynthèse,cequi

pourraitfairedecesécosystèmesdessourcesetnondespuitsdecarboneàlongterme.

Ainsi,lerapportduGrouped’expertsintergouvernementalsurl’évolutionduclimat(GIEC)

de2007conclutqu’aucoursdusiècleprésent,lecaptageducarbonedesécosystèmes

terrestresatteindraunmaximumverslemilieudusiècleetdéclineraoumêmes’inversera

parlasuite.

Ilexisted’autresrétroactionsentreleschangementsclimatiquesetlecycleducarbone.

Certainesrestentpourl’instanthypothétiques,maisleurimpactpotentielsurleclimat

est considérable. Deux de ces rétroactions possibles sont discutées dans l’article

d’ÉtienneHurault,« Permafrost.Sondégelmenace-t-illaplanète? »,etdansceluid’Yves

Sciama,« Unebombeclimatiquetapieaufonddesmers ».Ils’agitdeladéstabilisation

deshydratesdeméthaneetdelalibérationdeCO2etdeCH4dupermafrost.Comme


cesmécanismessontencoreincertains,ilsnesontpasinclusdanslesprévisionscen-

tralesretenuesparleGIEC.L’hypothèsedela« bombe declathtrate »estnéanmoins

fréquemmentinvoquéepourexpliquerlebrusqueréchauffementetl’extinctionmassive

lorsdumaximumthermiqueholocène-éocène.

4. LADÉFORESTATION

L’expansiondel’humanitéetl’établissementdecivilisationsamenéàtraversl’histoire

del’humanitéàuneimportantedéforestation,touchantsurtoutleszonestempéréeset

lesrégionsfortementpeupléesenEurope,enAsieetenAmériqueduNord(figure 3).

Couvert forestieravant l'avènementde la civilisation

Couvert forestieraujourd'hui

> 0,5% diminution par année

> 0,5% augmentation par année

moins de 0,5% de variation par année







Figure3Disparition du couvert forestier continu et expansion de la population.

Ladisparitionducouvert forestiercontinu(aetb)peutêtre juxtaposéeà l’expansionde lapopulation,commel’indiqueuneimagesatellitecomposéedeslumièresàlasurfaceterrestre.Source :PhotoNASAduWorldResourcesInstitute.www.ecology.com;IPCC2007;FAO,2006a.






http://www.ecology.com


Aujourd’hui, ladéforestation représente25 %desémissionsdegazàeffetdeserre

anthropique.Ladéforestationaplusieursorigines :

• l’exploitationdesforêtspourlesproduitsligneux;

• lebesoind’espacepourl’expansiondesvilles;

• lebesoindeboisdechauffageetdecuisson;

• laconversiondesforêtsenterresagricoles,entreautresdesmonoculturesdesoja

enAmazonieetdepalmiersenThaïlande;

• l’exploitationminière,parexemple,l’exploitationdessablesbitumineuxdel’Alberta,

auCanada, feraitdisparaître300 000hectaresàmoyen terme,seloncertaines

projections(PembinaInstitute,2006).

Lerythmedeladéforestationdanslesforêtstropicalesestparticulièrementpréoccupant

d’unpointdevueécologiqueetclimatique(figure 4).Ilatteint1à3 millions ha.an-1en

Amazonie(Laurence,1997).EnAsieduSud-Est,lesincendiesencouragésparlesépi-

sodesElNiñocontribuentàréduirelecouvertforestier.En1997,lesincendiesdeforêt

enIndonésieontrelâché2 GtdeCO2dansl’atmosphère(Pageet al.,2002).Enmême

temps,lesforêtss’étendentdansd’autrespartiesdumonde,compensantpourunepartie

deladéforestation.Aumilieudesannées2000,letauxdedéforestationnetétaitd’environ

7 millions ha.an-1,légèrementinférieurautauxd’environ9 millionsha.an-1,quiprévalait

danslesannées1990(FAO,2006a;MEA,2005bdansIPCC2007).Commelemontrele

tableau 1,lesstocksdecarboneontdiminuéenAfrique,enAsieetenAmériqueduSud,

maisontaugmentéenEurope,enAmériqueduNordetenOcéanie.


Figure4Changement net de la superficie de forêts entre 2000 et 2005.Sources :IPCC,2007;FAO, 2006a.





Tableau1Déforestation en chiffres à l’échelle mondiale

Région

Superficie forestière

Millions ha

Changement annuel

Millions ha

Stocks de carbone dans la biomasse vivante

Mt CO2

2005 1990-2000 2000-2005 1990 2000 2005

Afrique 635412 -4,4 -4,0 241267 228067 222933

Asie 571577 -0,8 1,0 150700 130533 119533

EuropeetRussie

1001394 0,9 0,7 154000 158033 160967

AmériqueduNordetcentrale

705849 -0,3 -0,3 150333 153633 155467

Océanie 206254 -0,4 -0,4 42533 41800 41800

AmériqueduSud

831540 -3,8 -4,3 358233 345400 335500

Monde 3952026 -8,9 -7,3 1097067 1057467 1036200

Source :DonnéesdeFAO2006a;MEA,2005bdansIPCC2007.

5. LESPUITSDECARBONENATURELSETANTHROPIQUES

L’influencequel’activitéhumainepeutavoirsurlecycleducarbonesuscited’autresidées

etdébats.Eneffet,s’ilétaitpossibledecréerdenouveauxpuitsdecarboneoud’aug-

menterl’efficacitédepuitsdecarboneexistants,detellesmesurescontribueraientàla

mitigationdeschangementsclimatiques.Ilestdifficilededirejusqu’àquelpointdetels

puitsanthropiquesdevraientêtremissurunpiedd’égalitéavecdesmesuresderéduc-

tionsd’émissionsets’ilsdoiventêtreincorporéesauxmoyensderéductionprévuspar

leprotocoledeKyoto.Lacomplexitéducycleducarboneetlesmultiplesinfluenceset

rétroactionsrendentdifficileuneprévisionexactedel’évolutiondespuitsdecarbone.

Pourcetteraison,beaucoupdescientifiquesetd’intervenantssontpréoccupésparle

faitquedesmesuresdecréationoud’augmentationdepuitsdecarboneauxrésultats


incertainspourraientremplacerdesmesuresderéductionàlasourcedesémissionsde

gazàeffetdeserre.Certainsdecespuitsdecarboneetlesquestionstechniques,juri-

diquesetpolitiqueslesentourantserontétudiésdanslemodule4.

6. LEBILANDUBIOMEBORÉAL

LebilandubiomeboréalestparticulièrementimportantpourleCanadaquiabriteàpeu

prèsletiersdelaforêtboréaleaumonde.Laforêtboréalereprésenteunquartàuntiers

delasuperficieboiséemondialeetundesplusgrandsréservoirsdecarbonedelasur-

facedelaTerre.Soncomportementàlongtermeestdoncunequestioncrucialeautant

dansl’optiquedeschangementsclimatiquesquedanscelledesinventairesdecarbone

sousselonleprotocoledeKyoto(voirmodule 4).Ladiscussionquisuitpermettrad’ap-

préhenderlacomplexitédecetécosystèmeetladifficultédeprévoirsoncomportement

sousdesconditionschangeantes.


Figure5Biome boréal. Source :WorldWildlifeFund.www.wwf.ca

Leterritoiredelazoneboréaleserépartitentrelaforêtboréale,destourbièresainsique

deslacsetdesrivières.Lesmilieuxaquatiquesreprésententenviron15 %delasuper-

ficie. L’écosystème terrestre, qui recouvre donc 85 % de la superficie, est constitué

d’environ90 %deforêtboréale,principalementforméedeconifères,etd’environ10 %

detourbières.

Letauxd’accumulationdecarboneàlongtermedesforêtsboréalesavariéentre0,8et

11,7 g C.m-2.a-1aucoursdesderniersmillénaires(Schlesinger,1997).Cetteaccumulation

decarboneestunprocessusàlongtermeetn’estpasconstantedansletemps.Les

sols forestierscontiennentducarboneâgé,parfoisdeplusieurscentainesd’années,

Forêt boréale

Chine

Mongolie

Russie

Finlande

Suède

Norvège

États-Unis

Canada

http://www.wwf.ca


comme le montrent des mesures deδ14C de matière particulaire provenant de sols

forestiers(parexempleHedgeset al.,1986).Desétudesrécentessurlaforêtsibérienne

indiquentuntauxdefixationpouvantatteindre100 gC.m-2.a-1(KolchuginaetVinson,

1993).Cechiffreestcertainementexagérépourunesuperficiedeforêtdonnéepuisqu’il

inclutl’expansiongéographiquedelaforêtsibérienne.Letauxdefixationdecarbone

surunsited’étudeduprojetcanadienBoréasétaitde20 g C.m-2.a-1pouruneannée

sansfeu(Rapaleeet al.,1998),maiscommelesincendiesdeforêtrelâchentunegrande

partieducarboneaccumulédanslavégétationetdanslessolsversl’atmosphère,le

tauxd’accumulationàlongtermeestcertainementinférieuràcechiffre.

Letauxd’accumulationdecarbonedépenddutyped’arbresdominants.CrockeretDikson

(1957,dansSchlesinger,1997)ont trouvéun tauxde11,7 g C.m-2.a-1dansune forêt

d’épinettestandisqueProtzet al.(1984,dansSchlesinger,1997)ontmesuréuntaux

de2,2 g C.m-2.a-1dansuneforêtalternantépinettesetsapins.Lateneurencarbonedes

solsdelarégiondeLaGrande(Poulin-Thériault,1993)donne,sil’âgedelaforêtboréale

est d’environ 3500 ans, un taux d’accumulation moyen sur ces 3500 ans d’environ

2 g C.m-2.a-1.

L’influenceàmoyenetàlongtermeduréchauffementplanétaireetdel’augmentation

desconcentrationsdeCO2etd’azotedansl’atmosphèresurletauxdefixationdecar-

bonedelavégétationterrestrefaitl’objetdenombreusesdiscussions.Destempératures

plusélevéespeuvent,surunepériodeinitialede50à100 ans,meneràunedécompo-

sitionplusrapidedanslessols,àuneaugmentationdelacouchedesolactivenongelée

etàuneplusgrandeflammabilité,quisetraduisenttoutespardesémissionsnettesde

carboneversl’atmosphère.

Àpluslongterme,surunepériodede150à200 ans,leslimitesécologiquessedépla-

cerontverslenord.Unepartiedelaforêtboréaleseraremplacéeparuneforêtmixtequi

fixeenvirontroisfoisplusdecarbone,etquiestbeaucoupmoinsinflammable,desorte

quelaforêtdeviendraitpotentiellementunpuitsnetdecarboneencoreplusimportant

que lavégétationboréale initiale(Kasichkeet al.,1995).Lerôlede lafertilisationde

forêtsàl’azoteanthropiqueestencorediscuté.Hudsonet al.(1994)estimentque40à

70 %du« puitsmanquant »decarbonepourraitêtreexpliquéparlafertilisationdela

biosphèreterrestre,enparticulier,desforêtsboréales.


Letauxd’accumulationdecarbonedanslestourbièresquisontdespuitsdeCO2,mais

dessourcesdeCH4,varieselonlesétudes :

• 30gC.m-2.a-1enRussie(KolchuginaetVinson,1993);

• 28gC.m-2.a-1auCanada(Kurzet al.,1992);

• 5à50gC.m-2.a-1enFinlande(LaineetPaivanen,1992);

• 8,5à55gC.m-2.a-1enSuède(Eriksson1991).

Cetauxvarieselonlatempératureetlapluviométrie.Lecomportementfuturdestourbiè-

resdépendradoncaussidesimpactsdeschangementsclimatiques.Dupointdevuecli-

matique,ilestimportantdeconsidérerqueleCH4émisparlestourbièresaunpouvoir

radiatifbeaucoupplus importantqueceluiduCO2qu’ellessoustraientà l’atmosphère.

L’impactclimatiquedestourbièresn’estdoncpaségalàsonbilandemassedecarbone.

Lesrivièresetleslacsnaturelssontengénéralhétérotrophesenmilieuboréal,cequi

veutdirequelarespirationdominesurlaproductionprimaireetdoncqu’ilsémettentdu

CO2.Ilexistecependantunelargevariabilitéstatistique.DesétudesdeColeet al.(1994)

etde laChairederechercheenenvironnementde l’UQÀM(Chairederechercheen

environnement,1999)donnentdesmoyennesd’émissiondeCO2,comprisesentre0et

70 g C.m-2.a-1,pourlesdifférentsgroupesdelacséchantillonnés,avecunemoyenne

pondéréeparlenombredemesuresde35,3gC.m-2.a-1,pourlesmesuresauQuébec.

Commelesmesuressontgénéralementfaitessuruneseulejournée,leurextrapolation

surtoutelapériodeactivedel’annéeestproblématique.Cesémissionssontenlienavec

ladégradationdematièreorganiqueen transitdans le réseauhydrique.Cecarbone

organique,principalementsousformedissoute(COD),arriveultimementauxocéanset

représentedoncunfluxdecarboneentrelescontinentsetlesocéans.Cefluxdecarbone

estestiméà0,4 GtC.an-1àl’échellemondiale.Ilestindiquédanslapartiegauchedu

tableau2.


Tableau2Flux de carbone des écosystèmes boréaux

Flux

(g C.m-2.a-1)

Forêt -0,8à-11,7,moyenne~-2

Tourbières -5à-55

Émissionsatmosphériquesdansleslacset

lesrivières0à70,moyenne~35,3

Sédimentationdansleslacsetlesrivières -15à-16

Unepartiedececarboneestminéraliséedanslesestuaires(Frankignoulleet al., 1998;

MantouraetWoodward,1983;Burton,1983).LeresterejointlepooldeCODocéanique,

représentédanslafigure 2.Lasédimentationdematièreorganiquedansleslacsetles

réservoirsdelaforêtboréalereprésente,quantàelle,unpuitsdecarbonequipourrait

s’élever,seloncertainsauteurs,à15ou16gC.m-2.a-1(MolotetDillon,1996;Courcelles,

1998;Boivilleet al.,1983dansMolotetDillon,1996).

RÉFÉRENCES

Barrette,N.1997.Les processus biogéochimiques responsables des échanges de gaz à effet de serre à l’interface sol-air en milieu boréal.Rapportdesynthèseenvironnementale,UQÀM,Montréal.

ChairederechercheenenvironnementHQ-CRSNG-UQÀM.1999.Études sur la production et l’émis-sion de gaz à effet de serre par les réservoirs hydroélectriques d’Hydro-Québec et des lacs na-turels (Volet 2). Direction principale, Planification stratégique, Montréal, Hydro-Québec, no deréférence21046-99027c.

Cole,J. J.,Caraco,N. F.,Kling,G. W.,Kratz,T. K.1994.Carbondioxidesupersaturationinthesurfacewatersoflakes.Science, 265,1568-1570.

Courcelles,M.1998.Enregistrement sédimentaire des flux récents de métaux lourds (Pb, Hg) et d’iso-topes à courte période (210Pb, 137Cs et 228Th) dans un lac sub-arctique à faible vitesse de sédimen-tation.Thèsededoctorat,UQÀM,Montréal.

Eriksson,H.1991.SourcesandsinksofcarbondioxideinSweden.Ambio, 20,146-150.


Frankignoulle,M.,Abril,G.,Borges,A.,Bourge,I.,Canon,C.,Delille,B.,Libert,E.,Théate,J.-M.1998.CarbondioxideemissionformEuropeanestuaries.Science, 282,434-436.

Hedges,J. I.,Ertel,J. R.,Quay,P. D.,Grootes,P. M.,Richey,J. E.,Devol,A. H.,Farwell,G. F.,Schmidt,F. W.,Salati,E.1986.Organiccarbon-14intheAmazonriversystem.Science, 231,1129-1131.

Hudson,R. J. M.,Gherini,S. A.,Goldstein,R. A.1994.Modelingtheglobalcarboncycle :Nitrogenfertilizationoftheterrestrialbiosphereandthe« missing »CO2sink.Global Biogeochemical Cycles, 8,307-333.

IPCC.2007.Fourth assessment report.Part3,Mitigation,chapter9« Forestry ».

Kasichke,E. S.,ChristensenJr.,N. L.,Stocks,B. 1995.Fire,globalwarming,andthecarbonbalanceofborealforests.Ecological Applications, 5,437-451.

Kolchugina,T. .,Vinson,T.1993.CarbonsourcesandsinksinforestbiomesoftheformerSovietUnion.Global Biogeochemical Cycles, 7,291-304.

Kumar,N.,et al.1995.IncreasedbiologicalproductivityandexportproductionintheglacialSouthernOcean.Nature, 378,675-680.

Kurz,W.,Apps,M.,Webb,T.,McNamee,P.1992.The carbon budget of the Canadian forest sector : Phase 1.Canadiannorthwestregion,northernforestcenter.NOR-X-326.93p.

Laine,J,Paivanen,J.1992.Carbonbalanceofpeatlandsandglobalclimaticchange :Summary.DansThe Finnish Research Program on Climate Change Progress Report.Academy of Finland,Helsinki,VAPK,189-192.

Landry,B.,Mercier,M.1992.Notions de géologie.565p.

Laurence,W. F.1997.Acrisisinthemaking :ResponsesofAmazonianforeststolanduseandclimatechange.Trends in Ecology and Evolution,13,411-415.

Mantoura,R. F. C.,Woodward,E.M.S.1983.Conservativebehaviourof riverinedissolvedorganiccarbonintheSevernestuary :Chemicalandgeochemicalimplications.Geochimica Cosmochi-mica Acta, 47,1293-1309.

Martin,J.H.1990.Glacial-interglacialCO2change :theironhypothesis.Paleoceanography, 5,1-13.

Molot,L.A.,Dillon,P.J.1996.Storageofterrestrialcarboninboreallakesedimentsandevasiontotheatmosphere.Global Biogeochemical Cycles, 10,483-492.

Nisbet,E.G.2002.HavesuddenlargereleasesofmethanefromgeologicalreservoirsoccurredsincetheLastGlacialMaximum,andcouldsuchreleasesoccuragain?Philosophical Transactions of the Royal Society of London A, 360,581-607.

Page,S.E.,Siegert,S.,Rieley,J. O.,Boehm,H.-D. V.,Jaya,A.,Limin,S.2002.TheamountofcarbonreleasedfrompeatandforestfiresinIndonesiaduring1997. Nature, 420,61-65.


PoulinThériault-Gauthier et Guillemets Consultants inc. 1993. Méthode de caractérisation de la phytomasse appliquée aux complexes Grande-Baleine et La Grande.RapportprésentéàHydro-Québec,Montréal.

Rapalee,G.,Trumbore,S.E.,Davidson,E.A.,Harden,J.W.,Veldhuis,H.1998.Soilcarbonstocksandtheirratesofaccumulationandlossinaborealforestlandscape.Global Biogeochemical Cycles, 12,687-701.

Schlesinger,W.H.1997.Biogeochemistry - An analysis of global change.2eédition.SanDiego,Aca-demicPress,588p.

Schneider,R.,Dyer,S.2006.Impacts of in situ oil sands development on Alberta’s boreal forest.ThePembinaInstitute,CPAWS.

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