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Evolution temporelle du dioxyde de carbone (CO2)

par Administrateur Un - 23 mars 2011 - ( maj : 23 mars 2011 )

Historiquement, le dioxyde de carbone est le premier constituant gazeux auquel le LGGE s’est attelé pour reconstituer son évolution temporelle. Son rôle en tant que gaz à effet de serre justifiait pleinement cette toute première priorité. Ce travail de longue haleine, bénéficiant d’une intense mais constructive compétition (et collaboration) avec nos collègues suisses de l’Université de Berne, a ainsi conduit à plusieurs découvertes majeures sur ce gaz au cours des deux dernières décennies.

Les derniers 1000 ans

Nos mesures (Raynaud and Barnola, Nature, 1985) combinées à celles de collègues étrangers (essentiellement Suisses et Australiens) ont montré que les teneurs préindustrielles de CO2 étaient 30% inférieures à celles d’aujourd’hui, et relativement stables autour d’une valeur moyenne de 280 ppmv d’après la glace antarctique. Cette augmentation au cours des derniers 200 ans résulte majoritairement de la combustion des énergies fossiles (pétrole, charbon, gaz), de la fabrication du ciment et de la déforestation.

Au Groenland, nous observons la même augmentation récente due aux activités humaines. En revanche en profondeur, des teneurs fortement dispersées d’un échantillon à l’autre et généralement supérieures ( 20 ppmv) aux teneurs antarctiques sont observées. Elles résultent de réactions chimiques prenant place in situ dans la glace groenlandais et impliquant probablement une oxydation de certains composés organiques incorporés dans la glace (Anklin et al., Tellus, 1995). L’enregistrement du CO2 au Groenland ne peut donc pas être utilisé pour reconstituer son évolution atmosphérique.

L’Holocène et la dernière transition glaciaire-interglaciaire

Historiquement, le premier résultat majeur obtenu sur cette période a été la mise en évidence de teneurs largement inférieures ( 190 ppmv) durant le dernier maximum glaciaire, comparées aux teneurs préindustrielles ( 280 ppmv) (Delmas et al., Nature 284, 155-157, 1980). Depuis ces travaux pionniers, l’amélioration des techniques analytiques et l’obtention de carottes de bonne qualité ont permis de documenter en détail la dernière transition glaciaire-interglaciaire et l’Holocène.

Au cours de la transition glaciaire-interglaciaire, le CO2 augmente en deux étapes majeures interrompues par un plateau. La température antarctique semble précéder de quelques centaines d’années l’augmentation du CO2 en début de transition. En revanche, l’augmentation du niveau des mers (estimée par ailleurs) débute avec un retard de quelques milliers d’années (Monnin et al., Science, 2001). L’Holocène couvre les derniers 11500 ans et correspond au climat chaud qui perdure actuellement. Les teneurs en CO2 ont peu varié durant cette période ( 20 ppmv). Après un maximum au début de l’Holocène, on assiste à une décroissance jusqu’à il y a 8000 ans, suivie d’une lente augmentation jusqu’à atteindre les valeurs préindustrielles (Flückiger et al., Global Biogeochem. Cycles, 2002). Sur toute la durée de cet enregistrement à haute résolution, les variations naturelles du CO2 (et leur vitesse) demeurent toujours largement inférieures à celle observées depuis 150 ans, suite à la révolution industrielle.

Les derniers cycles climatiques (420 000 ans)

La ténacité des foreurs russes et le succès du forage Vostok atteignant 3623 m de profondeur en 1998 ont permis d’étendre l’enregistrement du dioxyde de carbone plus loin dans le temps, couvrant ainsi les quatre derniers cycles glaciaires-interglaciaires (Petit et al., Nature, 1999).

L’évolution naturelle du CO2 respecte toujours la même structure : des maxima autour de 280-300 ppmv au début des interglaciaires et des minima autour de 180-200 ppmv à la fin des glaciations. Cette évolution demeure en phase avec la température antarctique durant les réchauffements. En revanche lors des entrées en glaciation, le CO2 décroit généralement après la température antarctique, avec un retard pouvant atteindre 4000 ans.

La cause majeure de ces variations naturelles aux grandes échelles de temps est à rechercher dans les modifications de la répartition du CO2 dans l’océan mondial, en liaison avec les changements de circulation océanique et de productivité biologique marine. La biosphère continentale a pu jouer un rôle mais à des échelles de temps plus courtes, entraînant des variations d’amplitude plus faibles (cas de l’Holocène).

Composition isotopique du CO2

Le rapport isotopique 13C/12C du carbone constituant le CO2 peut aider à tracer l’origine de ce gaz-trace. Les mesures de ce rapport sur la période préindustrielle et la montée anthropique du CO2 (réalisées par nos collègues suisses, australiens et américains) ont permis par exemple de faire la démonstration sans ambiguïté du rôle de la combustion des énergies fossiles dans l’augmentation de 30% des teneurs au cours des deux derniers siècles.

Nous développons actuellement l’instrumentation nécessaire pour réaliser ces mesures isotopiques sur de petits échantillons de glace afin de compléter le spectre d’informations dont nous disposons pour comprendre l’origine des variations passées du CO2 atmosphérique.

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