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Modèles de flux de carbone

L'importance des océans dans le cycle du carbone (problématique)

Du fait des activités humaines, les concentrations atmosphériques du gaz carbonique (CO2) continuent d'augmenter et vont probablement mener à un réchauffement global de l'atmosphère, appelé communément l'effet de serre. La moitié seulement des émissions anthropogéniques de CO2 demeure dans l'atmosphère; le reste est absorbé par les océans et les écosystèmes terrestres. Dans les océans, une partie de l'absorption de ce carbone est effectuée par le phytoplancton, véritable « prairie » sous-marine, qui fixe le gaz carbonique par photosynthèse et produit une matière organique végétale disponible pour les autres organismes marins. La photosynthèse et le transfert de cette matière organique vers les eaux profondes constituent la pompe biologique des océans.


Changements climatiques

Les océans et le changement climatique

La pompe biologique est très sensible aux conditions physiques de la surface océanique, qui sont elles-mêmes fortement influencées par les conditions atmosphériques. Il n'est donc pas difficile de concevoir une rétroaction entre le changement climatique, les conditions océaniques et cette pompe biologique qui pourrait affecter la tendance actuelle de l'effet de serre. Ainsi, un changement climatique, en modifiant l'abondance relative de différentes espèces planctoniques, pourrait affecter l'efficacité de la pompe biologique à transférer vers les réservoirs profonds le carbone organique produit en surface. Les règles qui gèrent le cycle du carbone océanique et sa réponse au réchauffement de l'atmosphère sont très complexes. Il est certain que le golfe du Saint-Laurent lui-même est trop petit pour pouvoir influencer significativement l'augmentation de CO2 dans l'atmosphère, mais les résultats obtenus ici peuvent être généralisés à d'autres écosystèmes côtiers comparables.


L'effet de serre

L'effet de serre résulte de la façon sélective dont différents composants de l'atmosphère agissent sur le rayonnement solaire (issu du Soleil) et le rayonnement tellurique (réfléchi par la Terre). Le rayonnement solaire de très courtes longueurs d'ondes est absorbé par l'oxygène et l'ozone de la haute atmosphère. La majeure partie du rayonnement solaire reçu par la Terre se situe donc dans la gamme de la lumière visible; ce rayonnement traverse le gaz carbonique et la vapeur d'eau de l'atmosphère et réchauffe la Terre. Celle-ci réfléchit la plus grande partie de l'énergie reçue dans la gamme des infrarouges (rayonnement de plus grandes longueurs d'ondes). Avant de pouvoir s'échapper dans l'espace, une partie de cette énergie radiative est dissipée en chaleur en étant absorbée par la vapeur d'eau, le gaz carbonique, le méthane et d'autres composés plus complexes présents en altitude dans l'atmosphère. Cela a pour effet de réchauffer les basses couches de l'atmosphère; c'est ce processus qui est appelé « effet de serre », par analogie avec les serres utilisées pour le jardinage. Plus simplement, les rayons solaires visibles traversent l'atmosphère mais les infrarouges réfléchis par la Terre sont bloqués et dissipés sous forme de chaleur.Effet de serre L'équilibre entre les gains et les pertes radiatives dépend principalement de la concentration de ces différents composants dans l'atmosphère. Une augmentation de leur concentration a donc des conséquences directes sur le réchauffement global de l'atmosphère.


Où en sont les recherches dans ce domaine ?

Notre compréhension de ces phénomènes est cependant encore trop primitive pour donner des prédictions satisfaisantes. Il est donc essentiel de mettre sur pied des programmes de monitorage du milieu marin pour obtenir des séries temporelles de données océanographiques sur plusieurs années afin de dégager, à partir des variations naturelles, le signal climatique pouvant affecter la biologie des océans. Pour tenter d'améliorer nos connaissances, des océanographes de nombreux pays, incluant le Canada, ont participé, dans le cadre du programme international JGOFS à des expériences de grande envergure dans différentes régions océaniques. À l'Institut Maurice-Lamontagne, les scientifiques ont développé différents modèles de flux de carbone dans le golfe du Saint-Laurent. Nous présentons ici une version simplifiée du modèle (bilan annuel) et des versions plus détaillées selon la saison (hiver-printemps/été-automne) qui synthétisent les résultats de deux années de mesures intensives.

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Programme international des flux océaniques — JGOFS

Ces résultats sont tirés de travaux de recherche obtenus entre 1992 et 1995 dans le cadre du volet canadien du programme international Joint Global Ocean Flux Study (coordonnateur canadien JGOFS : Bruce D. Johnson) financé par le Conseil de Recherches en Sciences Naturelles et en Génie du Canada (CRSNG) et le Ministère des Pêches et des Océans du Canada (MPO, Plan Vert). Ils résultent d'une collaboration entre le MPO (A. Vézina, T. Packard, C. Savenkoff, N. Silverberg, J.-C. Therriault), le Groupe de recherche interuniversitaire en océanographie du Québec (L. Legendre, B. Klein), l'université McGill (G. Ingram, A. Mucci), l'Institut des sciences de la mer de Rimouski (S. Demers, G. Desrosiers, S. Roy, B. Sundby) et l'Université « Memorial » de Terre-Neuve (R. Rivkin, D. Deibel).

Crédits

Textes et figures inspirés des articles suivants :

Savenkoff, C., A. F. Vézina et J.-C. Therriault. 1997. Le cycle du carbone dans le golfe du Saint-Laurent. Nouvelles des Sciences, bulletin d'information publié par l'Institut Maurice-Lamontagne, Pêches et Océans Canada — région du Québec, Vol. 8, no. 7, pp. 4-7.

Savenkoff, C., A. F. Vézina, S. Roy, B. Klein, C. Lovejoy, J.-C. Therriault, L. Legendre, R. Rivkin, C. Bérubé, J.-E. Tremblay, and N. Silverberg. 2000. Export of biogenic carbon and structure and dynamics of the pelagic food web in the Gulf of St. Lawrence. I. Seasonal variations. Deep-Sea Research II, 47, pp. 585-607.

Vézina, A. F., C. Savenkoff, S. Roy, B. Klein, R. Rivkin, J.-C. Therriault, and L. Legendre. 2000. Export of biogenic carbon and structure and dynamics of the pelagic food web in the Gulf of St. Lawrence. II. Inverse analysis. Deep-Sea Research II, 47, pp. 609-635.

Adapté pour l'Internet par Robert Siron et Claude Savenkoff
Infographie : Johanne Noël

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Cycle du carbone