Campagne LBA

Description du site et des donn ´ees communes aux deux campagnes de mesure

LBA (Large Scale Biosphere-Atmosphere Experiment) est une initiative internatio-nale de recherche conduite en Amazonie br ´esilienne.

Des mesures d’ ´emission de compos ´es organiques biog ´eniques ont ´et ´e conduites sur une tour de 45 m de haut situ ´ee dans la province de Par ´a, Br ´esil (2°51’S, 54°58’W). Le site de mesure est situ ´e sur un plateau, planalto. La for ˆet est une for ˆet tropicale humide primitive (Rinne et al., 2002). La hauteur de la canop ´ee est fix ´ee `a 35 m, l’indice de surface de feuille (LAI) `a 6.2 m²_feuille m⁻_sol² et la densit ´e foliaire `a 775 g_feuille m⁻_sol² (A. Guenther, communication personnelle) (Rinne et al., 2002).

Des mesures d’isopr `ene, d’α-pin `ene et de β-pin `ene ont ´et ´e enregistr ´ees en juillet 2000 et des mesures d’isopr `ene uniquement en avril 2001. La v ´eg ´etation est tr `es diver-sifi ´ee et les facteurs d’ ´emission standard pour chaque esp `ece sont encore peu connus pour les for ˆets tropicales. Nous faisons l’hypoth `ese que la v ´eg ´etation est constitu ´ee `a 100% de feuillus sempervirents (type de v ´eg ´etation 3).

Les facteurs d’ ´emission standard valent – ε_isop= 15 µg C g⁻¹ h⁻¹ pour l’isopr `ene et

– εmonot= 0.4 µg C g⁻¹ h⁻¹ pour les monoterp `enes (α-pin `ene etβ-pin `ene)

(A. Guenther, communication personnelle)

Il est `a noter que la valeurεisop est inf ´erieure `a celle attribu ´ee aux for ˆets tropicales humides dans l’inventaire GEIA (ε_isop= 24 µg C g⁻¹ h⁻¹) (Guenther et al., 1995).

L’humidit ´e sp ´ecifique pour les deux p ´eriodes est de 18 g kg⁻¹. Les pr ´ecipitations annuelles sont de l’ordre de 2000 mm `a Tapaj ´os. Le facteur de stress hydrique f(ψ_f)

est fix ´e `a 1 pour les deux p ´eriodes de mesure, toutes deux se d ´eroulant pendant la saison des pluies (la saison s `eche ´etant habituellement entre ao ˆut et octobre).

Tapaj ´os, 2000

Description des donn ´ees

Les mesures d’isopr `ene et de monoterp `enes ont ´et ´e conduites du 6 au 8 juillet 2000, pr `es de la fin de la saison des pluies. Les flux verticaux de terp ´eno¨ıdes ont ´et ´e mesur ´es pas la m ´ethode DEA d ´ecrite pr ´ec ´edemment. Par contre, les ´emissions d’isopr `ene ont ´et ´e mesur ´ees par la m ´ethode EC associ ´ee au FIS (senseur rapide d’isopr `ene, Cf. Sec-tion 3.1) (Rinne et al., 2002). La technique DEA accumule les hydrocarbures sur des cartouches couvertes d’adsorbants. Ces cartouches ont ´et ´e r ´efrig ´er ´ees avant et apr `es ´echantillonnage et ont ´et ´e analys ´ees en laboratoire par chromatographie en phase ga-zeuse et par spectrom ´etrie de masse (GC-MS). Les ´emissions d’isopr `ene et de mono-terp `enes semblent d ´ependantes de la lumi `ere et de la temp ´erature `a ce site de me-sure (Rinne et al., 2002). L’algorithme d’isopr `ene G97 est donc utilis ´e pour estimer les flux d’isopr `ene comme ceux de monoterp `enes. A titre de comparaison, l’algorithme des terp `enes G93 sera aussi utilis ´e pour les ´emissions de monoterp `enes.

Les flux d’isopr `ene mesur ´es par FIS montrent une variation diurne avec des ´emis-sions plus ´elev ´ees durant le jour et des ´emis´emis-sions n ´egligeables et m ˆeme n ´egatives durant la nuit. Le pic `a midi ´etait de l’ordre de 1.76 mg C m⁻² h⁻¹. Cette valeur est plus faible que celle couramment assign ´ee `a la for ˆet amazonienne par les mod `eles globaux d’ ´emission. Les valeurs n ´egatives la nuit peuvent ˆetre un artefact caus ´e par la d ´eposition ou la chimie dans la canop ´ee.

R ´esultats du mod `ele MOHYCAN

Les ´emissions de compos ´es organiques volatils biog ´eniques estim ´ees `a l’aide du mod `ele MOHYCAN sont compar ´ees aux mesures `a la Figure 3.18. De mani `ere g ´en ´erale, le mod `ele surestime fortement les flux mesur ´es. En moyenne sur la p ´eriode de mesure, les flux calcul ´es d’isopr `ene sont environ 5.5 fois plus ´elev ´es que les mesures. Cette sur-estimation est plus forte que celle, not ´ee par Rinne et al. (2002), des ´emissions maxi-males `a midi estim ´ees par le mod `ele global de Guenther et al. (1995) pour la r ´egion amazonienne, environ 3.53 mg C m⁻² h⁻¹ (Guenther et al., 1995) contre 0.88-1.76 mg C m⁻² h⁻¹ observ ´e `a Tapaj ´os.

Les ´emissions d’α- etβ-pin `ene sont illustr ´ees `a la Figure 3.18 b et `a la Figure 3.18

c, respectivement. L’algorithme G97 (d ´ependant de la lumi `ere et de la temp ´erature) montre un meilleur accord avec les mesures : les mesures montrent effectivement un cycle diurne li ´e `a l’ ´evolution de la lumi `ere au cours du jour en particulier dans le cas d’α-pin `ene (valeurs n ´egligeables la nuit, augmentation des ´emissions le matin, pic vers midi et diminution des ´emissions l’apr `es midi). Une r ´egression lin ´eairey=ax+bentre les mesures et G97 montre un accord satisfaisant : pourα-pin `ene,a= 0.66 et b= 0.05 et pourβ-pin `ene,a= 0.94 etb= 0.06. Le facteur d’ ´emission standard pourα-pin `ene est donc l ´eg `erement trop faible tandis que pour β-pin `ene, il est appropri ´e. Par contre les r ´egressions lin ´eaires, pourα- et β-pin `enes, avec G93 et une combinaison de 50% G93 + 50% G97 donnent des valeurs deb de∼0.25 et∼0.15 respectivement.

Le facteur d’ ´emission standard utilis ´e ici pour l’isopr `ene (15 µg C g<sup>−1</sup> h<sup>−1</sup>), bien que plus petit que celui utilis ´e dans les mod `eles globaux (24µg C g⁻¹ h⁻¹ dans l’inventaire GEIA), est n ´eanmoins trop ´elev ´e pour repr ´esenter les ´emissions mesur ´ees `a Tapaj ´os. Il faut noter cependant que les mesures report ´ees ici ne sont repr ´esentatives que d’une petite r ´egion autour de la tour de mesure. Etant donn ´ee la diversit ´e des for ˆets tropicales, il serait donc hasardeux de g ´en ´eraliser ces r ´esultats `a l’ ´echelle r ´egionale. Des mesures de flux en avion devraient donc ˆetre men ´ees pour obtenir des mesures directes de flux de compos ´es organiques biog ´eniques `a plus grande ´echelle.

Notons encore qu’en moyenne sur la p ´eriode de mesure, la diff ´erence entre les flux estim ´es avec G97-T_f et G97-T_air pour isopr `ene et pour les monoterp `enes est de l’ordre de 2%. Ce faible ´ecart entre la temp ´erature de la feuille et celle de l’air s’explique par le fait que, pour les conditions m ´et ´eorologiques enregistr ´ees durant cette campagne, le contenu en eau de la feuille et la vapeur d’eau dans l’air ne sont pas des facteurs de stress. Les stomates sont bien ouverts et la feuille ´echange alors beaucoup d’eau avec son environnement ext ´erieur, ce qui favorise les ´echanges d’ ´energie (r_s faible) et donc

Flux d'isoprène

188 189 190 191 192

Temps (jour julien) 0 2 4 6 8 F^isop (mgCm -2 h -1) LBA - Tapajós 2000 Flux d’ -pinènea 189.0 189.5 190.0 190.5 191.0

Temps (jour julien) 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 Fa^-pin (mgCm -2 h -1) Flux de -pinèneb 189.0 189.5 190.0 190.5 191.0

Temps (jour julien) 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 Fb^-pin (mgCm -2 h -1)

mesure FIS mesures DEA

modèle MOHYCAN (n= 16): Tf Tair

G97 G93 50% G97 + 50% G93

a

b

c

FIG. 3.18: Comparaison des flux d’isopr `ene (a), d’α- (b) et deβ-pin `ene (c) `a Tapaj ´os en juillet 2000. Les triangles oranges indiquent les mesures d’isopr `ene par la m ´ethode FIS tandis que les ast ´erisques mauves repr ´esentent les mesures de monoterp `enes par la technique DEA. Les diff ´erentes courbes montrent les r ´esultats de MOHYCAN.

Tapaj ´os, 2001

Description des donn ´ees

Les ´emissions d’isopr `ene ont ´et ´e mesur ´ees du 17 au 21 avril 2001 par la m ´ethode d’Eddy Covariance (EC) associ ´ee au FIS. Les mesures des param `etres environnemen-taux sont disponibles sur le site web : http ://www-as.harvard.edu/data/lbadata.html.

La temp ´erature de l’air et la vitesse du vent ont ´et ´e mesur ´ees `a diff ´erentes hauteurs sur la tour. Ces diff ´erentes mesures nous ont permis de tester les param ´etrisations du mod `ele MOHYCAN. Les r ´esultats seront discut ´es dans le chapitre suivant.

La temp ´erature de l’air `a 49.75 m et la vitesse du vent `a 38.22 m sont les valeurs adopt ´ees comme valeurs au sommet de la canop ´ee. Des mesures de l’ ´eclairement visible (PAR) au sommet de la canop ´ee sont ´egalement disponibles.

R ´esultats du mod `ele MOHYCAN

LBA - Tapajós 2001 Flux d'isoprène

107 108 109 110 111

Temps (jour julien) 0 2 4 6 F^isop (mgCm -2 h -1) mesures

modèle MOHYCAN (n= 16): G97-Tf G97-Tair

FIG. 3.19: Comparaison des flux d’isopr `ene `a Tapaj ´os en avril 2001 : mesures et mod `ele

MOHYCAN.

Les ´emissions d’isopr `ene ont ´et ´e estim ´ees `a l’aide de l’algorithme d’isopr `ene G97. Les r ´esultats sont illustr ´es `a la Figure 3.19. A nouveau, les flux d’isopr `ene estim ´es avec le mod `ele MOHYCAN sont plus ´elev ´es que les mesures, d’environ un facteur 11 en moyenne. Les mesures FIS d’isopr `ene dans cette campagne sont plus faibles que les mesures FIS d’isopr `ene en juillet 2000. La temp ´erature de l’air et l’ ´eclairement visible

(PAR) ´etaient pourtant relativement semblables lors des deux p ´eriodes de mesure. Les ´emissions estim ´ees avec G97 pour les deux p ´eriodes de mesures sont relativement similaires. En moyenne, les ´emissions estim ´ees avec G97-Tf sont de l’ordre de 10% plus ´elev ´ees qu’avec G97-T_air.