Quels sont les liens entre le cycle du carbone et le climat ?

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Auteur Christine Delire

Christine Delire

Christine Delire est chargée de recherche CNRS au centre de recherche de Météo-France (CNRM-GAME). Elle s’intéresse à la modélisation de la végétation, des sols et du cycle du carbone continental, avec un intérêt particulier pour le bassin Amazonien et les zones de pergélisol. Elle a également travaillé sur la modélisation de la dynamique de la végétation et sur son influence sur le climat ainsi qu’aux liens entre les modèles de végétation et les proxies paléo-environnementaux.

Centre national de la recherche scientifique
Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat
Auteur Roland Séférian

Roland Séférian

Roland Séférian est ingénieur-chercheur au centre de recherche de Météo-France (CNRM-GAME) depuis 2013. Son activité de recherche porte sur la modélisation de la biogéochimie marine, du cycle du carbone océanique et global. Il s’intéresse en particulier à l’analyse de la variabilité naturelle des échanges de CO2 à l'interface air-mer et à leur modification en réponse aux changements climatiques futurs. Il contribue également au développement du modèle système Terre du CNRM-GAME pour lequel il développe une représentation numérique du cycle du carbone global.

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Auteur Laurent Bopp

Laurent Bopp

Laurent Bopp est directeur de recherche CNRS au laboratoire des Sciences du climat et de l'Environnement de l'IPSL. Il est spécialiste des liens entre climat et cycle du carbone océanique. Il travaille également sur l'acidification de l'océan et sur les impacts du changement climatique sur les écosystèmes océaniques. Il a participé à la rédaction du chapitre « Cycle du carbone et des autres composés biogéochimiques » du 5ème rapport du GIEC. Il est aussi l’auteur ou le coauteur de plusieurs ouvrages pour les enfants et le grand public dont L'océan, le climat et nous. Un équilibre fragile ? (Paris, Le Pommier, 2011) et Les poissons vont-ils mourir de faim (et nous avec) ? (Paris, le Pommier, 2010).

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Jusqu’à présent la biosphère terrestre et les océans ont absorbé environ la moitié de nos émissions de CO2 limitant ainsi leurs effets sur le climat. Cependant le réchauffement global pourrait réduire l’efficacité de ces puits de carbone amplifiant de fait l’effet de la perturbation anthropique.

La concentration atmosphérique du dioxyde de carbone (CO2) a crû de 40 % au cours de la période industrielle, passant de 278 ppm (soit 0.278 % du volume de l’atmosphère) en 1750 à 395 ppm en 2013. Cette augmentation est liée à l’activité humaine, en particulier à l’utilisation de combustibles fossiles (pétrole, charbon et gaz). Mais seule la moitié de ces émissions de carbone s’accumule dans l’atmosphère, l’autre moitié étant absorbée par les puits naturels de l’océan et de la biosphère terrestre. L’océan absorbe du carbone à cause du déséquilibre entre les pressions partielles de CO2 de part et d’autre de l’interface air-mer. Pour la biosphère terrestre, les processus en jeu sont débattus, mais la fertilisation des plantes par l’augmentation du CO2 pourrait jouer un rôle clé.

Ces puits de carbone, qui aujourd’hui limitent l’augmentation du CO2 dans l’atmosphère et donc le réchauffement climatique, sont fragiles. Dans des conditions défavorables (sécheresse intense, canicule…), la croissance des plantes est ralentie et l’absorption de carbone diminue. Ces conditions seront beaucoup plus probables dans le futur. De plus, la respiration des plantes et la décomposition du carbone du sol ont tendance à augmenter avec la température. Lors des deux sécheresses intenses de 2005 et 2010, l’Amazonie qui est un puits de carbone important, a vu son absorption nette de carbone diminuer fortement. Pour l’océan, plusieurs processus pourraient limiter l’absorption de carbone anthropique : l’augmentation des températures diminue la solubilité du CO2 et l’augmentation de la stratification verticale liée au réchauffement des eaux de surface limite la pénétration du carbone dans l’océan profond.

Les premières simulations représentant le cycle du carbone dans l’océan, l’atmosphère et les surfaces terrestres au sein même des modèles climatiques datent du début des années 2000. Elles mettent en évidence la rétroaction positive entre climat et cycle du carbone décrite ci-dessus. En effet, la perte d’efficacité des puits due au réchauffement augmente la concentration du CO2 atmosphérique et donc le réchauffement induit, ce qui diminue plus encore l’action des puits de carbone. Une incertitude subsiste cependant sur l’amplitude même de la rétroaction. Les études récentes suggèrent que la quantité de CO2 atmosphérique additionnelle résultant de cette rétroaction pourrait atteindre jusqu’à plusieurs dizaines de ppm à la fin du siècle en fonction du modèle utilisé. Cette rétroaction pourrait conduire à un réchauffement additionnel de 0,5°C en 2100.

Evolution du CO2 atmosphérique observé de 1850 à 2006 puis projeté selon le scénario RCP 8.5 jusqu’en 2100 et simulé par les modèles climat-carbone




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Evolution du CO2 atmosphérique

Source : R. Séférian

Evolution du CO2 atmosphérique observé de 1850 à 2006 puis projeté selon le scénario RCP 8.5 jusqu’en 2100 et simulé par les modèles climat-carbone

Il faut rappeler toutefois que la génération actuelle de modèles de climat ne prend pas ou très mal en compte certains processus qui pourraient modifier fortement l’estimation de ce couplage climat-carbone. Aux hautes latitudes par exemple, d’importantes quantités de carbone se sont accumulées au cours de l’histoire de la Terre dans le sol aujourd’hui gelé en permanence (pergélisol). La décomposition microbienne dans ces zones est très peu efficace à cause de la courte saison de croissance, si bien que de grandes quantités de carbone y sont piégées. En cas de réchauffement, ces sols vont progressivement dégeler, accélérant la décomposition microbienne et l’émission de carbone vers l’atmosphère. Selon que cette décomposition se fait dans une zone inondée ou non, elle libère du CO2 ou du méthane (CH4), un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant que le CO2 mais à durée de résidence dans l’atmosphère plus courte.

Glossaire

  • ppm
    Parties par million : 1 ppm vaut 10-6 fois l'unité ou encore 0,0001%
  • Puits
    Milieu, écosystème, processus qui capture des gaz à effet de serre (dioxyde de carbone par exemple) dans l’atmosphère, soit en les détruisant par des procédés chimiques, soit en les stockant.
  • Pergélisol
    Sol partiellement ou entièrement gelé en profondeur du fait d'une température moyenne annuelle inférieure à zéro sur au moins deux années consécutives. On utilise souvent l'anglicisme «permafrost».
    D’après : «Le climat à découvert»
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