La circulation du carbone organique dissous des bassins versants vers les océans

Publié par Isabelle le 18/11/2020 à 13:00
Source: CNRS INEE

Flux moyens de carbone organique dissous exportés par les grands bassins versants vers les océans sur les deux dernières décennies
Les grands bassins versants de la planète constituent un système clé dans les transferts de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) organique (La chimie organique est une branche de la chimie concernant la description et l'étude d'une grande classe de molécules à base de carbone : les composés...) vers les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par Jacques Perrin et Jacques Cluzaud dont le tournage a commencé en 2004 et produit en 2009.) car ils régissent l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) biologique des écosystèmes estuariens, côtiers et océaniques. Pour la première fois, une étude parue dans Global and Planetary Change proposée par des chercheurs du Laboratoire Ecologie Fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a...) et Environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) (CNRS / Univ. Toulouse Paul Sabatier / Toulouse INP) a estimé les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus...) de carbone organique dissous exportés par les grands fleuves de la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...) vers les océans au pas de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) journalier, ce qui permet de capturer au plus près les flux dans des bassins versants complexes sous influence anthropique ou présentant des crues rapides.

Le carbone organique dissous (COD) est l'une des deux formes de carbone organique avec le carbone organique particulaire (COP). Les apports fluviaux de COD vers les océans à l'échelle de la planète sont déterminants dans la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) du carbone des estuaires et des réseaux trophiques océaniques. De fait, les communautés microbiennes consomment du COD et le stock de COD global océanique représente l'un des plus grands réservoirs réactifs de carbone à l'échelle mondiale.

Étant donné que divers processus à court terme affectent le COD tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long du cycle hydrologique, les précédentes estimations des exports de COD par les fleuves sur la base d'exportations interannuelles peuvent ne pas refléter les flux réels exportés, en particulier dans les bassins versants présentant des dynamiques hydrologiques variables et rapides. La prise en compte des concentrations de COD et des débits associés au pas de temps journalier dans les modèles doit améliorer les estimations des flux globaux vers les océans. C'est ce sur quoi s'est penché une équipe de scientifiques du Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (CNRS / Univ. Toulouse Paul Sabatier / Toulouse INP) et parue dans la revue Global and Planetary Change.

Le modèle générique a été développé sur la base d'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) rassemblées à partir de nombreuses études antérieures et de bases de données mondiales sur plus de 340 exutoires de bassins versants incluant les plus grands fleuves du monde (Le mot monde peut désigner :) et représentant une exportation de plus de 70 % des débits mondiaux, ce qui est représentatif des bassins versants exoréiques de la planète. Ce modèle a ensuite été calibré et validé pour chaque bassin versant (Un bassin versant ou bassin hydrographique est une portion de territoire délimitée par des lignes de crête, dont les eaux alimentent un exutoire commun : cours d'eau ou lac. La ligne séparant deux bassins...). Puis, à l'aide de relations simples entre les paramètres du modèle et des variables environnementales susceptibles de contrôler les flux de COD (stock de carbone organique dans les sols, précipitations annuelles, température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du transfert de...) moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur...) de l'air) et des débits journaliers sur plus de 340 bassins versants exoréiques, les exports globaux de COD vers les océans ont pu être estimés au pas de temps journalier sur les deux dernières décennies.

Un export de 130 TgC.an-1 de COD a pu être estimé avec une contribution plus importante des fleuves tropicaux (49,5 %) et des fleuves influencés par un climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui désigne l'étude du...) continental (33,3 %). L'apport du pas de temps journalier permet d'affiner la quantification sur les bassins versants à forte variabilité hydrologique, présentant notamment des crues rapides comme le Rhône (Le Rhône est un fleuve d'Europe. Long de 812 kilomètres, il prend sa source, dans le glacier du Rhône, à Gletsch, en Suisse, à l'extrémité est du canton du Valais, dans les Alpes uranaises. Il parcourt...), le Murray ou l'Ienisseï (L'Ienisseï (en russe : Енисей) est un fleuve de Sibérie en Asie qui naît de la confluence du Grand Ienisseï...) (voir Figure).


Flux moyens de carbone organique dissous exportés par les grands bassins versants vers les océans sur les deux dernières décennies:
a) flux au pas de temps journalier (TgC.j-1) par type de climat ;
b) flux moyens annuels par bassin versant (En géomorphologie, un versant est une surface topographique inclinée, située entre des points hauts (pics, crêtes, rebord de plateau, sommet d'un relief) et des points bas (pied de versant, talweg).) (TgC.an-1)

En considérant les incertitudes des relations entre paramètres et variables environnementales, l'export de COD vers les océans serait d'environ 160 TgC.an-1, ce qui serait dans la fourchette basse des estimations faites dans les études antérieures (160-450 TgC.an-1). Grâce à cette approche au pas de temps journalier, le modèle est capable de représenter les crues rapides, un avantage que n'ont pas la plupart des études précédentes. Dans un contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de l'analyse...) de changement climatique qui affecte grandement les cycles biogéochimiques et particulièrement les écosystèmes aquatiques mais aussi les dynamiques hydrologiques, ces résultats devront permettre d'évaluer par la suite l'impact des modifications des stocks de carbone organique, des précipitations et des températures de l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est...) sur les flux de COD exportés vers les océans et ainsi d'appréhender les effets à court et long terme sur les grands cycles biogéochimiques océaniques.

Références:
C. Fabre, S. Sauvage, J.L. Probst, J.M. Sánchez-Pérez,
Global-scale daily riverine DOC fluxes from lands to the oceans with a generic model, Global and Planetary Change,
doi: 10.1016/j.gloplacha.2020.103294.

Contacts:
- Clément Fabre - Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (ECOLAB - CNRS/Univ Toulouse Paul Sabatier/INP Toulouse) - clement.fabre at ensat.fr
- José Miguel Sanchez Pérez - Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (CNRS/Univ Toulouse Paul Sabatier/INP Toulouse) - jose.sanchez at univ-tlse3.fr
- Catherine Donati - Correspondante communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications,...) - Laboratoire Ecologie Fonctionnelle et Environnement (CNRS/Univ Toulouse Paul Sabatier/INP Toulouse) - catherine.donati at univ-tlse3.fr
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