Gaz à effet de serre

Un gaz à effet de serre est un gaz qui a la propriété d’absorber les rayonnements infrarouges (énergie thermique) émis par la surface de la Terre et de lui renvoyer, contribuant ainsi à l’effet de serre. Ainsi plus notre atmosphère contient de gaz à effet de serre, plus notre planète se réchauffe. Il existe une multitude de gaz à effet de serre parmi lesquels le dioxyde de carbone (C02), le méthane (CH4) et la vapeur d’eau jouent un rôle majeur. Bien que les gaz à effet de serre ne constituent qu’une petite fraction des gaz athmosphériques, ils ont un effet profond sur le bilan énergétique Terrestre. La concentration des gaz à effet de serre est influencée par un certain nombre de processus. Ces derniers sont soit dérivés de sources naturelles (activités tectoniques, végétation, sol, terres humides, océans) ou d’activités humaines (combustion d’énergies fossiles). Si les causes naturelles régissent le climat de la Terre depuis sa création, les causes humaines ont un impact si abrupt (émissions depuis la révolution industrielle, fin du XVIIIe siècle) et important sur notre climat qu’elles le perturbent déjà. En effet, auparavant stable depuis le Xe siècle, l’augmentation de 40% du C02 au cours des deux derniers siècles est issue des activités humaines.

Effet de serre naturel et renforcé par l'Homme

Etant donné que le CO2 est la cause principale du réchauffement observé ces dernières années et que son influence tend à se poursuivre, nous allons par la suite discuter plus en détail de la manière dont les océans contribuent à réduire sa concentration atmosphérique.

L’océan, un puit de carbone majeur

Un puit de carbone est un réservoir naturel ou artificiel qui absorbe et stocke le carbone présent dans l’atmosphère par le biais de mécanismes physiques et biologiques. Le charbon, le pétrole et le gaz naturel sont tous des exemples de puits de carbone.

À la suite de processus très longs, et sous certaines conditions, ces puits ont pu stocker du carbone depuis des millénaires. Au contraire, l’utilisation de ces ressources, qualifiées de fossiles, réinjecte le carbone qu’ils contiennent dans l’atmosphère. Aujourd’hui, d’autres puits de carbone entrent en jeu : les sols qui accumulent de l’humus (comme les tourbières), certains milieux en voie de végétalisation (comme les forêts en formation) et bien sûr certains processus biologiques et physiques qui se passent en milieu marin.

Sources et puits de carbone. Modifié à partir de Khatiwal et al., 2013.
La pompe physique

Ces derniers forment ce que l’on nomme la “pompe à carbone océanique“. Elle se compose de deux compartiments : d’une part une pompe biologique qui transfère le carbone de la surface vers les fonds marins via la chaîne alimentaire (il y est alors stocké à long terme si il n’est pas reminéralisé) et, d’autre part, la pompe physique qui elle, découle de la circulation océanique. Aux pôles, l’eau plus dense coule vers les profondeurs, entraînant le carbone dissout avec elle. C’est dans les hautes latitudes en effet, que l’eau se charge plus facilement en CO2 car la dissolution du CO2 atmosphérique y est facilitée par la température moins élevée (d’où l’importance des régions polaires dans le cycle du carbone). 

Quand on parle de stockage de carbone, la notion de temps est essentielle. La pompe biologique répond vite aux perturbations. Elle peut donc se déséquilibrer jusqu’à réémettre du carbone dans l’atmosphère. La pompe physique, quant à elle, agit sur une autre échelle de temps. Les perturbations l’affectent plus difficilement mais pour plus longtemps. En effet, il a été estimé qu’il faut un millier d’années pour qu’une goutte d’eau fasse le tour de la circulation océanique. Par ailleurs, au cours de son parcours, cette eau peut s’enrichir en carbone pour plusieurs raisons (reminéralisation de la matière organique ou dissolution de sédiments calcaires, entre autre) et rien ne laisse présager que, lorsqu’elle refera surface elle agira comme un puit plutôt que comme une source de carbone pour l’atmosphère.

 

La pompe biologique est donc la plus facile à mesurer. Elle est principalement basée sur les écosystèmes planctoniques en pleine mer et sur les herbiers marins, les mangroves et les coraux aux abords des côtes. Tout ce qui est matière organique et qui tombe sur le fond participe à la pompe biologique et, quand les conditions le permettent, à la formation du pétrole.  Certains organismes, tels que les coccolithes (algues microscopiques) jouent un rôle particulièrement important dans la pompe biologique. Ces derniers se construisent une capside calcaire composée de carbone pour empécher leur prédation. Quand elles meurent, elles génèrent un flux net vertical de carbone résultant de leur préservation et de leur relative faible flottabilité. Ce carbone peut ensuite être stocké dans les sédiments pendant de longues périodes géologiques et les falaises de craie ne sont rien de plus que des roches issues de l’accumulation de coccolithes mort.

Il est difficile de déterminer la quantité de carbone stockée par la pompe à carbone océanique, néanmoins on estime que les océans concentrent 50 fois plus de carbone que l’atmosphère et qu’ils auraient réduit de 30% la concentration de CO2 atmosphérique anthropique (issu des activités humaines). Pour certains scientifiques, la haute mer et sa colonne d’eau serait le plus grand puit de carbone de la planète, mais son avenir à grande échelle est encore inconnu, notamment en raison de son acidification, cette dernière réduisant l’absorption de C02 (dissolution de coraux, des capsides calcaires des coccolitophes, etc..).

La pompe biologique