Océ Oc é an : Pompe biologique an : Pompe biologique

(1)

S.Speich - N.Daniault UBO Climat 7_ 29

Océ Oc é an : Pompe biologique an : Pompe biologique

Production primaire océanique (4 saisons) (Phytoplancton, Images satellite SEAWIFS)

Juin-Juillet-Aout

Septembre-Octobre-Novembre

Décembre-Janvier-Février

Mars-April-Mai

L

L’ ’ ensemble de la biosphè ensemble de la biosph ère re terrestre

terrestre

La biosphère continentale : un puits de 3.9 à 2.2 GtC an-1 Photosynthèse > Respiration

Variable selon les écosystèmes

Forêts tempérées

Temps de résidence : 20 ans Forêts boréales

Temps de résidence : 80 ans

Forêts tropicales

Temps de résidence : 30 ans

Le cycle du carbone continental

biomasse

Production de biomasse

Bilan net long terme

litière

Carbone dans les sols

respiration Bilan net court terme

Produits bois

Feux Croissance

Photosynthèse

(2)

<-- 50 km--->, Région sud-Ouest

Hétérogénéité de la biosphère continentale

En Europe : Importance des Facteurs anthropiques

Usage des sols Dépôts azotés Irrigation

Gestion forestière...

Cycle du carbone dans la biosphère continentale

Assimilation nette (gC/m2/an) Production primaire nette (gC/m2/an) Production par photosynthèse Photosynthèse - Respiration

Végétation potentielle

Biomasse totale (gC/m2) Racines… Carbone total du sol (gC/m2) Proportion d’herbacées (0-1) Proportion d’arbres (0-1)

Perturbation anthropique du cycle du carbone

Conditions préindustrielles (1850) Conditions actuelle (1990)

Questions : 1/ Partition Océan/Biosphère continentale ?

2/ Devenir des puits et sources ?

(3)

L’effet de serre anthropogène

L’effet de serre

Énergie solaire (ondes courtes, visibles)

Énergie terrestre infrarouge (ondes longues) Atmosphère et gaz à effet de serre

H

2

O, CO

2

, CH

4

, etc.

Absorption et redistribution sous forme de chaleur

?

Déséquilibres fondamentaux

INPUT

PROCESSUS DE TRANSFORMATION

DE CH ET S

OUTPUT

Les différents gaz à effet de serre et leurs origines

(1750-2000)

CO

2

• Combustibles fossiles (charbon, gaz, pétrole) Industrie, Transport, chauffage

• Procédés industriels (cimenteries, sidérurgies..)

• Déforestations/ feux de biomasse CH

4

•Agriculture/élevage Rizières, Ruminants

•Industries gazières N

2

0:

•Agriculture

(Engrais, feux de biomasse)

•Industrie chimique (Nylon, Acide nitrique..)

•Transports (pots catalytiques)

Composés fluorés (HFC, PFC, SF6,..)

•Industries, produits manufacturés

(réfrigérants, mousses,..)

(4)

Durée de vie des gaz à effet de serre

CO2 CFC-12 CFC-11 N2O CH4 0

100 200

Années

Sources de gaz à effet de serre:

Le dioxyde de carbone (CO ₂ )

Industrie Energie

Transports Combustion de la

biomasse

55% de l’effet total Durée de vie: 200 ans

CH ₄ : Rizières, Ruminants

N ₂ O:

Sols, animaux

Sources de gaz à effet de serre:

Le méthane (CH ₄ ) et le gaz hilarant (N ₂ O)

20% de l’effet total

Durée de vie: 15-150 ans

Sources de gaz à effet de serre:

Les chloro-fluoro-carbonés (CFC)

Réfrigérants

Solvants

Gaz entièrement artificiels, produits depuis les années 1930; depuis 1990, la production est presque totalement arrêtée pour respecter

le Protocole de Montréal (1987) qui a été mis en oeuvre pour protéger la couche d’ozone

25% de l’effet total

Durée de vie: 150 ans

(5)

Pouvoir de réchauffement global (PRG) des gaz à effet de serre

PRG: capacité d’un GES à réchauffer le climat compte tenu de son temps de résidence dans l’atmosphère

et de son efficacité à absorber le rayonnement

CO

₂

= 1 temps de résidence de 120 ans CH

₄

= 23 temps de résidence de 8-13 ans N

₂

0 = 296 temps de résidence de 115 ans HFC = variables de 140 à 11700

PFC= variables de 6500 à 9200

SF

₆

= 22200 temps de résidence 3200 ans

HFC= Hexafluorocarbone Hydrocarbures avec une partie des atomes d’hydrogène remplacés par du fluor

PFC = Perfluorocarbones Hydrocarbures avec tous les atomes d’hydrogène remplacés par du fluor

Le cycle du CO ₂ modifié par l’homme

*Pré-industriel: 594

Le cycle du carbone

Le cycle du CO ₂ naturel

Influence des systèmes biosphériques marins

• • Les organismes vivant dans l Les organismes vivant dans l’ ’oc océ éan agissent comme une an agissent comme une “ “pompe pompe biologique

biologique” ”, , en enlevant du carbone au systè en enlevant du carbone au syst ème me

Concentrations de CO Concentrations de CO

2₂

en 1990 (ppm) en 1990 (ppm) 370 370 Concentrations en 2100: oc Concentrations en 2100: océ éan inerte an inerte 460 460 Concentrations en 2100: oc Concentrations en 2100: océ éan fertilis an fertilisé é 175 175

• • Les changements des courants oc Les changements des courants océ éaniques peuvent perturber la aniques peuvent perturber la biosph

biosphè ère marine et donc son rôle dans le cycle du carbone re marine et donc son rôle dans le cycle du carbone

Premiers signes du déséquilibre:

l’évolution du CO ₂ depuis 1100 ans Premiers signes du déséquilibre:

l’évolution du CO ₂ depuis 1100 ans

* 2005

380 ppmv

(6)

Évolution des composés a effet de serre

- gaz à effet de serre (depuis 1750) : CO

₂

: +31 %

CH

4

: +151 % N

2

O : +17 % Halocarbons O

3

trop. : +36 %

Démographie et consommation d’énergie…

0.8 1.6

1.6 milliards 2.7milliards 6.0 milliards Population

TEP/tête

1900

1950

biomasse hydraulique

nucléaire

Pétrole

2000

Transport Gaz

Charbon

Doublement de la demande énergétique en 2050

Le forçage radiatif Le forçage radiatif

• Augmentation des émissions =>concentrations

• Concentrations => forçage radiatif

• Le forçage radiatif s’exprime en unités d’énergie (W/m ² ). Il représente l’énergie supplémentaire dans le système disponible pour chauffer l’atmosphère. Uniformément réparti sur la planète, un forçage de 1 W/ m ² réchaufferait l’atmosphère d’environ 1 °C

Émissions de gaz carbonique par

combustion d’énergie fossile

(7)

Émissions de CO2 par pays

Déforestation

Depuis le siècle dernier à peut être fait augmenter entre le quart et le tiers des émissions de gaz carbonique

Actuellement principalement en Asie et Amazonie

Le méthane (CH ₄ )

Source : dégradation de la matière organique en milieu anaérobie (dépourvu d’oxygène)

Régions marécageuses:

toundra…

Rizières

Autre source de méthane:

les ruminants

(8)

Augmentation des gaz à effet de serre et réchauffement planétaire ?

ce qui nous indiquent les données paléo climatiques (carotte de glace à Vostok en Antarctique)

??

Océ Oc é an : Pompe biologique an : Pompe biologique

Océ Oc é an : Pompe biologique an : Pompe biologique

Production primaire océanique (4 saisons) (Phytoplancton, Images satellite SEAWIFS)

Juin-Juillet-Aout

Septembre-Octobre-Novembre

Décembre-Janvier-Février

Mars-April-Mai

L

L’ ’ ensemble de la biosphè ensemble de la biosph ère re terrestre

terrestre

La biosphère continentale : un puits de 3.9 à 2.2 GtC an-1 Photosynthèse > Respiration

Variable selon les écosystèmes

Forêts tempérées

Temps de résidence : 20 ans Forêts boréales

Temps de résidence : 80 ans

Forêts tropicales

Temps de résidence : 30 ans

Le cycle du carbone continental

Production de biomasse

Bilan net long terme

respiration Bilan net court terme

Hétérogénéité de la biosphère continentale

En Europe : Importance des Facteurs anthropiques

Usage des sols Dépôts azotés Irrigation

Gestion forestière...

Cycle du carbone dans la biosphère continentale

Assimilation nette (gC/m2/an) Production primaire nette (gC/m2/an) Production par photosynthèse Photosynthèse - Respiration

Végétation potentielle

Biomasse totale (gC/m2) Racines… Carbone total du sol (gC/m2) Proportion d’herbacées (0-1) Proportion d’arbres (0-1)

Perturbation anthropique du cycle du carbone

Conditions préindustrielles (1850) Conditions actuelle (1990)

Questions : 1/ Partition Océan/Biosphère continentale ?

2/ Devenir des puits et sources ?

L’effet de serre anthropogène

L’effet de serre

Énergie solaire (ondes courtes, visibles)

Énergie terrestre infrarouge (ondes longues) Atmosphère et gaz à effet de serre

H

O, CO

, CH

, etc.

Absorption et redistribution sous forme de chaleur

?

Déséquilibres fondamentaux

INPUT

PROCESSUS DE TRANSFORMATION

DE CH ET S

OUTPUT

Les différents gaz à effet de serre et leurs origines

(1750-2000)

CO

• Combustibles fossiles (charbon, gaz, pétrole) Industrie, Transport, chauffage

• Procédés industriels (cimenteries, sidérurgies..)

• Déforestations/ feux de biomasse CH

•Agriculture/élevage Rizières, Ruminants

•Industries gazières N

0:

•Agriculture

(Engrais, feux de biomasse)

•Industrie chimique (Nylon, Acide nitrique..)

•Transports (pots catalytiques)

Composés fluorés (HFC, PFC, SF6,..)

•Industries, produits manufacturés

(réfrigérants, mousses,..)

Durée de vie des gaz à effet de serre

Durée de vie des gaz à effet de serre

CO2 CFC-12 CFC-11 N2O CH4 0

100 200

Années

Sources de gaz à effet de serre:

Le dioxyde de carbone (CO 2 )

Industrie Energie

Transports Combustion de la

biomasse

55% de l’effet total Durée de vie: 200 ans

CH 4 : Rizières, Ruminants

N 2 O:

Sols, animaux

Sources de gaz à effet de serre:

Le méthane (CH 4 ) et le gaz hilarant (N 2 O)

Le dioxyde de carbone (CO ₂ )

CH ₄ : Rizières, Ruminants

N ₂ O:

Le méthane (CH ₄ ) et le gaz hilarant (N ₂ O)

Le cycle du CO ₂ modifié par l’homme

Le cycle du CO ₂ naturel

l’évolution du CO ₂ depuis 1100 ans Premiers signes du déséquilibre:

l’évolution du CO ₂ depuis 1100 ans

• Le forçage radiatif s’exprime en unités d’énergie (W/m ² ). Il représente l’énergie supplémentaire dans le système disponible pour chauffer l’atmosphère. Uniformément réparti sur la planète, un forçage de 1 W/ m ² réchaufferait l’atmosphère d’environ 1 °C

Le méthane (CH ₄ )