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18 février 2008 1 18 /02 /février /2008 16:34

Dans la série "tout ce qui risque fort de limiter le puits de carbone biosphérique à l'avenir" (voir poste précédent ici), il y avait aussi un article original dans Nature l'été dernier, par Stephen Sitch et al: "Indirect radiative forcing of climate change through ozone effects on the land-carbon sink".
Le titre est assez clair: il s'agit de quantifier l'effet délétère de l'ozone troposphérique sur la végétation terrestre, donc sur le puits de carbone continental - sur le siècle passé et celui à venir. En effet, l'ozone (O3) d'origine anthropique (celui dans la basse troposphère, et non celui de couche d'ozone dans la stratosphère) joue un rôle de poison pour la végétation (très oxydant). Ce poison diminue l'activité photosynthétique de la végétation, et donc l'absorption de carbone. Conséquence: avec nos émissions d'ozone de plus en plus importantes, une part plus grande de nos émissions de CO2 risque de rester dans l'atmosphère, causant, de façon "indirect", un forcage radiatif supplémentaire, imputable par conséquent à l'ozone. Evidemment, encore une fois, cet effet n'est pas encore pris en compte dans les modèles actuels de cycle du carbone.

Sitch et al sont donc, a priori, les premiers à tenter de cerner cette question originale (ozone et biosphère) à l'aide d'un modèle de biosphère global. Ils forcent leur modèle (MOSES-TRIFFID du Hadley Center) par des champs spatiaux de CO2 et d'ozone sur 1900-2100 (données historiques reconstituées sur le XXè, scénario A2 sur le XXIè) - tout en prescrivant chaque année un climat moyen pré-industriel, pour isoler l'effet de l'accroissement combiné du CO2 et de l'O3 de celui du changement climatique.
Sans trop rentrer dans les détails (que je ne saurais pas discuter, d'ailleurs...), la prise en compte de l'effet de l'O3 sur l'activité de la végétation se fait dans leur modèle par une réduction de la photosynthèse proportionnelle au dépôt d'O3 (au-dessus d'un certain seuil). Cette réduction entraine une certaine fermeture des stomates (du fait d'un lien empirique entre activité photosynthétique et conductance stomatique) - ce qui limite donc l'effet de fertilisation de la hausse du CO2. Incidemment, comme l'effet de l'O3 dépend aussi dans leur modèle de la conductance stomatique, et que la hausse du CO2 atmosphérique entraine également une diminution de cette conductance stomatique, on peut aussi bien considérer que l'augmentation du CO2 "réduira" l'effet net de l'O3.
Quoiqu'il en soit, les graphs suivants montrent  leurs champs moyens de O3 en surface pour l'actuel et 2100, et la réduction de GPP (production primaire) entre 2100 et 1901 qui s'ensuit, ici à CO2 atmo constant pour visualiser l'effet net de l'O3 - en considérant deux hypothèses de sensibilité de la végétation à l'O3, forte ou faible (c et d), d'après les données d'expérimentations sur sites : 
nature_sitch_ozone.jpg
Evidemment, géographiquement parlant la réduction de biomasse se superpose fortement aux zones de fortes émissions et concentrations en 03: b et d (ozone issu des précurseurs produits par la combustion de biomasse ou de fuels fossiles, donc villes et forêts - il est intéressant de noter le pattern d'O3 en surface, du fait des lieux d'émissions assez localisés et de la faible durée de vie de l'ozone troposphérique). Ce qui pose un peu problème, c'est que, comme les auteurs le reconnaissent, leur prise en compte (et leur validation) de l'effet délétère de l'ozone se fait sur des données issus de sites aux moyennes latitudes (typiquement Amérique du Nord et Europe, notamment les sites FACE où différentes concentrations d'O3 et CO2 ont été testées); puis ils extrapolent cette réponse à toute la végétation, et notamment la végétation tropicale. Or c'est précisément au niveau de cette végétation tropicale qu'ont lieu, d'après les cartes ci-dessus, l'essentiel des impacts de l'ozone...
  
Quand maintenant la hausse d'O3 et de CO2 sont prises en compte simultanément (avec donc des effets antagonistes sur la productivité végétale), la GPP globale augmente, en valeur absolue, mais n'augmente plus que de 65 à 85% (toujours selon les hypothèses de sensibilité) de ce qu'elle augmenterait avec hausse du CO2 seule. L'ozone contrecarre donc effectivement significativement l'effet fertilisant du CO2.

Enfin, les graphs ci-dessous présentent la diminution de stockage de C dans la biosphère sous l'effet de l'ozone seul (CO2 fixé au pré-industriel, à nouveau - bleu et rouge sont les hypothèses de sensibilité, basse et haute), et surtout, en bas, le forcage radiatif indirect qui résulte du CO2 non-séquestré: entre 0.6 et 1.1 W/m2 à l'horizon 2100. Les carrés et triangles noirs représentent le forcage radiatif "direct" de l'ozone, celui de son effet de serre (les barres montrent les incertitudes des différents modèles): on voit aisément que les deux, direct et indirect, ne sont pas loin d'être potentiellement équivalent (ici le graph IPCC actuel pour visualiser les valeurs des autres forcages).
Au total, malgré de grandes incertitudes, dont notamment l'"up-scaling" des mesures in situ avec des sensibilité différentes (ils n'ont vraiment pas dû pouvoir faire autrement...), ou le fait de ne jamais considérer de changement climatique dans les simulations, ce papier montre l'impact  potentiellement significatif à l'échelle globale de l'ozone sur la production végétale, et introduit donc la notion de forçage "indirect" de l'ozone par le biais de la biosphère.
Et, au final, entre le N, le P, le O (et après ? ), la biosphère n'en finit décidément pas de voir ses capacités futures s'amenuiser...
nature_sitch_ozone2.jpg

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