La traque aux composés organiques volatils: Lire l’article ou télécharger l’article
La thématique
Les écosystèmes naturels sont des émetteurs importants de Composés Organiques Volatils (COV) vers l’atmosphère. A l’échelle globale, ces émissions de COV d’origine biogénique (COVB) représentent en effet 1150 Tg C par an, environ dix fois plus que les émissions anthropiques de COV (Guenther et al. 1995).
Les émissions de COVB ont un impact fort sur l’atmosphère de la Terre et sur le climat. La plupart des COV réagissent avec les oxydants atmosphériques majeurs (OH, O3, NO3) avec les implications suivantes :
- En atmosphère polluée (conc. en NOx élevées), l’oxydation des COVB aboutit à la formation d’ozone troposphérique, le troisième plus important gaz en effet de serre
- La perte correspondante de radicaux OH implique qu’ils ne sont plus disponibles pour l’oxydation du méthane, le deuxième plus important gaz en effet de serre
- Les produits les moins volatils d’oxydation de COVB peuvent contribuer à la formation d’aérosols organiques secondaires qui ont un impact direct et indirect sur le climat.
- En contribuant à la formation d’ozone et d’aérosols organiques secondaires, les émissions de COVB sont aussi directement liées à la pollution de l’air.
Des exemples de COVB fortement impliqués dans les réactions atmosphériques sont l’isoprène, les monoterpènes, les sesquiterpènes, le méthanol, l’acétone, l’acétaldéhyde, l’acétone.
Pour modéliser ces problématiques atmosphériques, il faut bien entendu d’abord avoir une connaissance précise des émissions par les écosystèmes terrestres. Pour chaque espèce végétale, on cherche à obtenir un facteur d’émission standard (émission pour des conditions fixées) et la dépendance des émissions aux différentes variables directrices. Depuis 10 ans, des études ont permis de montrer que ces échanges sont principalement dirigés par la température et par le niveau de rayonnement mais récemment, d’autres influences ont été mises en évidence comme l’âge des feuilles, l’environnement de croissance, le contenu en azote des plantes, la disponibilité en eau, le niveau de photosynthèse, la concentration ambiante en CO2. Beaucoup reste à faire pour quantifier ces dépendances pour chaque espèce végétale susceptible d’impacter fortement les émissions globales et les intégrer dans des algorithmes d’échanges écosystèmes-atmosphère pour une meilleure prédiction de l’évolution climatique et des problématiques de pollution atmosphérique.
Les réalisations / projets de l’Axe
Récemment, des avancées technologiques majeures (comme la mise au point de techniques spectrométriques rapides et précises pour l’identification des COVB ont permis l’application de la technique micro-météorologique de covariance de turbulence pour mesurer les échanges de COVB entre un écosystème et l’atmosphère avec une grande finesse temporelle (la demi-heure) et une échelle spatiale intermédiaire (entre l’hectare et le km2) représentative d’une parcelle d’un écosystème.
Actuellement, peu d’équipes ont l’expertise et les moyens financiers nécessaires pour réaliser de telles mesures. L’UPB, grâce à une collaboration étroite avec le groupe de spectrométrie de masse de l’Institut d’Aéronomie Spatiale de Belgique et à une longue expérience en covariance de turbulence, a déjà réalisé et exploité une campagne de mesure exceptionnelle de 3 ans sur sa plate-forme expérimentale de Vielsalm (forêt tempérée) au sein du projet IMPECVOC et commencera en 2012 une série de campagnes du même type sur des écosystèmes agricoles (culture en rotation et pâture).
Début de la campagne 2012 de mesure des flux de COV échangés entre une culture de maïs et l’atmosphère. Nous sommes à Lonzée. Le maïs n’est pas encore semé. Au premier plan, on voit l’anémomètre sonique tandis que la gaine rouge contient le tuyau d’échantillonnage de l’air. La roulotte contient l’analyseur de COV et tous les systèmes d’acquisition.
Intérieur de la roulotte avec l’analyseur de COV (à droite), les pompes, le tubage, les bonbonnes de calibration, les systèmes d’acquisition.
De la campagne de Vielsalm sont déjà issues une série de productions scientifiques. Deux résultats marquants et originaux publiés dans des revues importantes du domaine :
Nous avons montré que l’émission d’isoprène et de monoterpènes est fortement liée, au-delà de la température, à la production primaire brute ce qui prouve, pour la première fois à l’échelle de l’écosystème et de manière aussi robuste, que la voie de synthèse privilégié de ces composés dans la plante est la voie de la DOXP/MEP, voie de synthèse alimentée par les sous-produits de la photosynthèse (Laffineur et al. 2011).
Notre site se comporte comme un puits de méthanol (consommation de méthanol par l’écosystème) à l’échelle annuelle, résultat en désaccord avec les algorithmes actuels d’échanges de méthanol qui prédisent une source. Nous avons développé un modèle pour expliquer l’origine de cette consommation (Laffineur et al., 2012)
Flux de méthanol mesurés à Vielsalm de 2009 à 2011. Les couleurs chaudes représentent des émissions par la forêt (plus importantes au printemps) tandis que les couleurs froides représentent des dépositions.
Contact: Bernard HEINESCH