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Paris, 29 février 2012
L'érosion des roches : un rôle plus important que prévu dans les changements climatiques
L'érosion chimique des roches par le dioxyde de carbone dissous dans l'eau de pluie n'a jamais été prise en compte jusqu'à présent dans les modèles d'évolution future du climat. Pourtant, des chercheurs du laboratoire « Géosciences environnement Toulouse » (CNRS/IRD/Université Toulouse III - Paul Sabatier), en collaboration avec le Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (CNRS/CEA/UVSQ) et l'université de Bergen (Norvège), ont pour la première fois démontré son importante réactivité : plus le taux de dioxyde de carbone augmente dans l'atmosphère, plus ce puits de carbone s'intensifie, accélérant la dissolution des roches. Ces travaux suggèrent qu'il faudrait intégrer ce mécanisme dans toute modélisation de l'évolution future du climat. Ils font l'objet d'une publication dans la revue Nature Climate Change du mois de mars 2012.
Le dioxyde de carbone (CO2) présent dans l'atmosphère se dissout dans l'eau de pluie pour former de l'acide carbonique qui, une fois en contact avec les roches, les dissout lentement. Ce carbone d'origine atmosphérique est ensuite emmené par les rivières vers l'océan. Il y est piégé pendant plusieurs milliers d'années, avant de retourner vers l'atmosphère ou bien d'être stocké dans les sédiments marins comme dans les coraux.
Ce processus d'érosion chimique des roches stocke dans les rivières, puis dans les océans, environ 0,3 milliards de tonnes de carbone d'origine atmosphérique chaque année : c'est nettement moins que la production de CO2 liée aux activités humaines (environ 8 milliards de tonnes par an), mais du même ordre de grandeur que le flux net d'échange entre l'atmosphère et la biosphère continentale (végétation, sol, humus…)1, dans les conditions préindustrielles (0,4 milliards de tonnes). Toutefois, l'altération chimique des continents n'a jamais été prise en compte jusqu'ici dans les modèles de l'évolution future du climat : ce flux supposé lent était certes reconnu comme l'un des puits majeurs de carbone à l'échelle du million d'années mais considéré comme inerte à l'échelle du siècle. Des mesures faites récemment par des chercheurs américains sur un bassin très peuplé (le Mississippi) suggéraient néanmoins que ce processus devait jouer un rôle non négligeable même à l'échelle du siècle. Mais ce rôle restait difficile à évaluer, du fait de la forte activité agricole dans ce bassin.
Pour éliminer au maximum les impacts liés aux changements d'utilisation des sols et isoler le rôle du climat sur l'altération chimique des roches, les chercheurs ont choisi d'étudier un des plus importants bassins arctiques, celui du fleuve Mackenzie, situé au nord-ouest du Canada. Ils ont utilisé un premier modèle numérique pour estimer l'évolution climatique future, en imposant un doublement de la quantité de CO2 dans l'atmosphère (niveau qui devrait être atteint avant 2100) : dans ces conditions, la température augmente de 1,4 à 3°C et les précipitations de 7% en moyenne sur le bassin Mackenzie. Ce climat calculé est ensuite injecté dans un second modèle capable de simuler la productivité de la biosphère et l'hydrologie dans les sols, ce qui permet finalement de calculer la dissolution chimique des minéraux.
Résultat : lorsque la quantité de CO2 atmosphérique passe de 355 ppmv2 (fin du vingtième siècle) à 560 ppmv (avant 2100), le bassin Mackenzie répond en capturant 50% de CO2 atmosphérique en plus par l'altération chimique. 40 % de cette augmentation est directement liée au changement climatique (l'augmentation des températures et des pluies favorisent la dissolution des minéraux) ; les 60 % restants sont attribués au changement d'activité de la végétation. En effet, l'accroissement du CO2 atmosphérique réduit l'évapotranspiration des végétaux, ce qui augmente la circulation de l'eau dans les sols. Cette circulation accrue accélère l'altération chimique des roches.
Les chercheurs mettent donc en évidence une forte réactivité de l'altération chimique des continents face aux changements climatiques d'origine anthropique. La consommation de CO2 atmosphérique par ce processus pourrait augmenter de 50% avant 2100. Ce flux aurait alors une réactivité aux changements climatiques du même ordre de grandeur que le flux lié à la biosphère continentale. Au niveau du bassin Mackenzie, où les pluies auront tendance à augmenter, les rivières et les fleuves capturent davantage de carbone lorsque le climat se réchauffe et que le CO2 s'accroît dans l'atmosphère. Cette tendance sera-t-elle identique dans des zones qui deviennent plus arides ? Compte tenu de sa forte réactivité, l'altération chimique des continents permettra-t-elle d'absorber le CO2 en excès et favorisera-t-elle un « retour à l'équilibre » plus rapide que prévu ? De nombreuses questions restent à élucider, notamment la sensibilité de ce processus aux activités humaines (modification de l'utilisation des sols, pollution atmosphérique…). Une certitude : il devient nécessaire de l'intégrer dans toute modélisation de l'évolution future du climat terrestre.
Ces travaux ont notamment bénéficié du financement du programme EC2CO du CNRS.
Ce processus d'érosion chimique des roches stocke dans les rivières, puis dans les océans, environ 0,3 milliards de tonnes de carbone d'origine atmosphérique chaque année : c'est nettement moins que la production de CO2 liée aux activités humaines (environ 8 milliards de tonnes par an), mais du même ordre de grandeur que le flux net d'échange entre l'atmosphère et la biosphère continentale (végétation, sol, humus…)1, dans les conditions préindustrielles (0,4 milliards de tonnes). Toutefois, l'altération chimique des continents n'a jamais été prise en compte jusqu'ici dans les modèles de l'évolution future du climat : ce flux supposé lent était certes reconnu comme l'un des puits majeurs de carbone à l'échelle du million d'années mais considéré comme inerte à l'échelle du siècle. Des mesures faites récemment par des chercheurs américains sur un bassin très peuplé (le Mississippi) suggéraient néanmoins que ce processus devait jouer un rôle non négligeable même à l'échelle du siècle. Mais ce rôle restait difficile à évaluer, du fait de la forte activité agricole dans ce bassin.
Pour éliminer au maximum les impacts liés aux changements d'utilisation des sols et isoler le rôle du climat sur l'altération chimique des roches, les chercheurs ont choisi d'étudier un des plus importants bassins arctiques, celui du fleuve Mackenzie, situé au nord-ouest du Canada. Ils ont utilisé un premier modèle numérique pour estimer l'évolution climatique future, en imposant un doublement de la quantité de CO2 dans l'atmosphère (niveau qui devrait être atteint avant 2100) : dans ces conditions, la température augmente de 1,4 à 3°C et les précipitations de 7% en moyenne sur le bassin Mackenzie. Ce climat calculé est ensuite injecté dans un second modèle capable de simuler la productivité de la biosphère et l'hydrologie dans les sols, ce qui permet finalement de calculer la dissolution chimique des minéraux.
Résultat : lorsque la quantité de CO2 atmosphérique passe de 355 ppmv2 (fin du vingtième siècle) à 560 ppmv (avant 2100), le bassin Mackenzie répond en capturant 50% de CO2 atmosphérique en plus par l'altération chimique. 40 % de cette augmentation est directement liée au changement climatique (l'augmentation des températures et des pluies favorisent la dissolution des minéraux) ; les 60 % restants sont attribués au changement d'activité de la végétation. En effet, l'accroissement du CO2 atmosphérique réduit l'évapotranspiration des végétaux, ce qui augmente la circulation de l'eau dans les sols. Cette circulation accrue accélère l'altération chimique des roches.
Les chercheurs mettent donc en évidence une forte réactivité de l'altération chimique des continents face aux changements climatiques d'origine anthropique. La consommation de CO2 atmosphérique par ce processus pourrait augmenter de 50% avant 2100. Ce flux aurait alors une réactivité aux changements climatiques du même ordre de grandeur que le flux lié à la biosphère continentale. Au niveau du bassin Mackenzie, où les pluies auront tendance à augmenter, les rivières et les fleuves capturent davantage de carbone lorsque le climat se réchauffe et que le CO2 s'accroît dans l'atmosphère. Cette tendance sera-t-elle identique dans des zones qui deviennent plus arides ? Compte tenu de sa forte réactivité, l'altération chimique des continents permettra-t-elle d'absorber le CO2 en excès et favorisera-t-elle un « retour à l'équilibre » plus rapide que prévu ? De nombreuses questions restent à élucider, notamment la sensibilité de ce processus aux activités humaines (modification de l'utilisation des sols, pollution atmosphérique…). Une certitude : il devient nécessaire de l'intégrer dans toute modélisation de l'évolution future du climat terrestre.
© GET/Emilie Beaulieu
Le fleuve Mackenzie
© Beaulieu et al., 2012
Changement de consommation de CO2 atmosphérique par altération chimique au niveau du bassin de Mackenzie quand le CO2 atmosphérique croît de 355 à 560 ppmv. (Simulation effectuée à l'aide du modèle numérique B-WITCH).
Ces travaux ont notamment bénéficié du financement du programme EC2CO du CNRS.
Notes :
(1) Cela comprend des échanges entre l'atmosphère et la biosphère comme la respiration, la photosynthèse… A la fin du 20e siècle, ce flux capte environ 1,4 milliards de tonnes de carbone par an.
(2) parties par millions en volume : c'est une unité de mesure utilisée pour exprimer les concentrations, notamment de gaz
Références :
High sensitivity of the CO2 sink by continental weathering to the future climate change. Emilie Beaulieu, Yves Goddéris, Yannick Donnadieu, David Labat, Caroline Roelandt. Nature Climate Change, mars 2012 (DOI : 10.1038/NCLIMATE1419)
Contacts :
Chercheur CNRS l Yves Goddéris l T 05 61 33 26 15 l yves.godderis@get.obs-mip.fr
Presse CNRS l Priscilla Dacher l T 01 44 96 46 06 l priscilla.dacher@cnrs-dir.fr
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