CO2 atmosphérique et cycle du carbone continental global

Aujourd’hui, la concentration atmosphérique en gaz carbonique est d’environ 400 parties par million (ppm) alors qu’elle était de 280 ppm avant le début du XVIII^e siècle comme le montre l’analyse des bulles d’air occluses dans les glaces de l’Antarctique. Cette teneur en CO₂ augmente, principalement en raison de l’utilisation de combustibles fossiles dont le cumul représente environ 350 milliards de tonnes carbone (GtC) de depuis le début de l’ère industrielle. Les émissions mondiales augmentent chaque année pour atteindre aujourd’hui une injection annuelle d’environ 10 GtC.

Pour faire le bilan carbone de l’atmosphère, il faut aussi tenir compte d’autres activités humaines comme la déforestation et la dégradation des sols. Plusieurs techniques permettent d’en reconstituer l’historique avec des flux d’environ 1 à 2 GtC par an depuis le milieu du XX^e siècle.

En faisant la différence entre la somme des émissions anthropiques et le stock atmosphérique, il est possible d’en déduire un flux global de CO₂ diffusant vers les autres réservoirs du cycle du carbone. Le puits océanique étant quantifié par plusieurs techniques indépendantes (voir cours des années précédentes), il est possible de calculer le puits vers la biosphère terrestre. Depuis les années soixante, cette séquestration a augmenté en passant d’environ 1 à 3 GtC par an, mais avec une variabilité interannuelle importante (flux quasiment nul pour certaines années, jusqu’à plus de 4 GtC pour d’autres).

La pénétration du carbone dans la biosphère terrestre et les sols peut être suivie en analysant et en modélisant le carbone 14 naturel et anthropique (thermonucléaire). Cette approche permet de confirmer l’importance du puits biosphérique depuis un siècle.

Une méthode indépendante est fondée sur l’analyse des teneurs en CO₂ et en O₂ dans les mêmes échantillons d’air atmosphérique. À la différence des processus de diffusion et de dissolution physico-chimique dans l’océan, l’effet de fertilisation de la biosphère s’accompagne d’un flux net d’O₂ vers l’atmosphère. La « trajectoire » de l’atmosphère dans le plan O₂-CO₂ est quasiment rectiligne depuis le début des années quatre-vingt-dix, mais elle est différente de l’évolution attendue de la simple stœchiométrie des réactions de combustion. La prise en compte des données et de la théorie, permet de calculer les deux puits océanique et biosphérique, ce dernier étant en moyenne d’environ 1 GtC par an pour la période de 1991 à 2011.

Le pompage biosphérique calculé par la méthode O₂-CO₂ correspond à un flux net de l’atmosphère vers la biosphère. Il est donc équivalent à la différence entre le flux biosphérique brut (≈ 2 à 3 GtC/an, cf. supra) et le flux anthropique de déforestation et de dégradation des sols (≈ 1 à 2 GtC/an) sur la même période. La compatibilité de ces estimations indépendantes ne saurait cacher l’existence de larges incertitudes dans ce bilan de carbone, notamment liées à une variabilité interannuelle importante du pompage par la biosphère.