Les forêts tropicales absorbent moins de dioxyde de carbone que ne le prévoient les modèles, selon ATom de la NASA

Les forêts tropicales de la planète captent nettement moins de dioxyde de carbone que ne le laissent prévoir les modèles utilisés par les scientifiques pour représenter le cycle mondial du carbone.

Une étude récente s’est appuyée sur des mesures atmosphériques réalisées par avion, collectées à l’échelle du globe, afin d’évaluer la capacité des modèles actuels à décrire le transfert du carbone à travers le système Terre.

Les analyses ont réduit jusqu’à de moitié l’incertitude associée à ces modèles et ont mis en évidence un écart entre ce que les simulations annoncent et ce que l’atmosphère indique réellement.

Ces travaux reposent sur les observations de la mission Atmospheric Tomography Mission (ATom) de la NASA, une série de campagnes aéroportées menées entre 2016 et 2018 à bord d’un avion NASA DC-8.

L’appareil a effectué des transects de mesure continus de l’Arctique occidental jusqu’à l’Antarctique, au-dessus des océans Pacifique et Atlantique.

Tout au long du parcours, l’équipe a échantillonné l’atmosphère depuis les basses couches proches de la surface jusqu’à plus de 1200 mètres d’altitude.

Où va tout ce carbone

Environ la moitié des émissions industrielles de carbone demeure dans l’atmosphère et alimente la hausse régulière du CO2 atmosphérique, passé de 280 parties par million avant l’industrialisation à plus de 430 aujourd’hui.

L’autre moitié est captée par des puits de carbone naturels : les forêts, les sols et les océans.

Déterminer quels puits réalisent quelle part de ce travail, et avec quelle efficacité, reste l’une des questions ouvertes les plus déterminantes en science du climat.

« Il existe de grandes incertitudes dans notre compréhension du cycle naturel du carbone aux plus grandes échelles », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Britton Stephens, chercheur au National Center for Atmospheric Research.

« En affinant notre compréhension de la quantité de dioxyde de carbone absorbée et relâchée par les océans et les terres, nous pouvons suivre plus précisément où vont les émissions et quels sont les impacts sur le système Terre. »

Les forêts tropicales racontent une autre histoire

Les nouvelles mesures mettent en évidence un point précis et majeur : au-dessus des tropiques, la quantité de dioxyde de carbone est plus élevée que ce que prédisent les modèles du système Terre.

Une telle configuration suggère que les forêts tropicales absorbent moins de carbone que ne l’indiquent les modèles.

Plus au nord et plus au sud, le constat change et reste plus difficile à interpréter : les concentrations de dioxyde de carbone y étaient inférieures aux valeurs prévues par les modèles.

Cela peut signifier que ces forêts captent davantage de carbone qu’on ne le pensait. Cela peut aussi indiquer que les estimations des émissions de combustibles fossiles pour ces régions sont trop élevées, ou refléter un mélange des deux explications.

Observer le carbone depuis le ciel

Les scientifiques mesurent déjà le CO2 atmosphérique à l’aide d’instruments au sol et de satellites. À l’échelle mondiale, ces deux approches présentent toutefois des limites importantes.

Les stations au sol sont peu nombreuses. Déduire des tendances régionales ou globales à partir d’un réseau de points fixes impose des hypothèses sur la manière dont le dioxyde de carbone se mélange verticalement dans l’atmosphère.

Ces hypothèses sont difficiles à vérifier.

Les satellites offrent une large couverture, mais la mesure du CO2 depuis l’orbite exige une précision exceptionnelle ; en outre, la couverture se dégrade dans les zones nuageuses et aux hautes latitudes.

Les avions occupent un autre créneau : ils volent à des altitudes variables le long de transects soigneusement planifiés et prélèvent une coupe de l’atmosphère où l’air est bien mélangé.

Ces observations produisent une image détaillée en trois dimensions du dioxyde de carbone, selon les régions et les saisons.

Des vols sur toutes les saisons

Dans le cadre d’ATom, les vols ont eu lieu au cours des quatre saisons. Cinq instruments distincts ont mesuré simultanément le dioxyde de carbone à chaque vol, ce qui a fortement réduit les erreurs de mesure.

Les mêmes instruments ont été embarqués sur chaque transect, apportant un niveau de cohérence difficile à obtenir avec un assemblage hétérogène de stations de surveillance.

« L’avion et les satellites fonctionnent de manière synergique », a indiqué Stephens. « Les mesures du dioxyde de carbone par satellite ont transformé notre manière d’observer les sources à petite échelle et la variabilité interannuelle à grande échelle.

« Mais elles ont peiné lorsqu’il s’agit d’estimer, en moyenne et à l’échelle globale, la façon dont le dioxyde de carbone circule entre les sources et les puits du système Terre. »

L’avion comble ainsi un manque critique d’observations, permettant aux scientifiques de tirer bien davantage de valeur des mesures satellitaires.

Améliorer les prédictions climatiques

Les enjeux pratiques d’une représentation correcte du cycle du carbone sont considérables. Les projections climatiques ne reposent pas uniquement sur la quantité de dioxyde de carbone émise par l’activité humaine.

Les chercheurs doivent aussi savoir combien les systèmes naturels absorbent, et à quelle vitesse.

Si les forêts tropicales captent moins de carbone que ne le supposent les modèles, elles compensent alors une part plus faible des émissions humaines que prévu. Il reste donc davantage de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, où il alimente un réchauffement supplémentaire.

Cela modifie également la lecture des concentrations atmosphériques observées. Lorsqu’une station enregistre une hausse du CO2, est-ce parce que les émissions ont augmenté, parce qu’un puits proche s’est affaibli, ou à cause des deux ?

Sans modèles fiables de l’évolution du cycle naturel du carbone, il est difficile de répondre à cette question avec assurance.

La nécessité d’une surveillance constante

La campagne ATom n’avait pas vocation à devenir un dispositif permanent de suivi : il s’agissait d’une mission de recherche. Mais les résultats plaident clairement en faveur de programmes réguliers et durables de mesures aéroportées.

Quatre années de données, recueillies de façon systématique à l’échelle mondiale, ont diminué de moitié l’incertitude des modèles.

Davantage de données, collectées de manière cohérente au fil du temps, resserreraient encore cette incertitude.

Elles pourraient aussi permettre de trancher sur l’origine des signaux observés hors des tropiques : absorption de carbone plus forte, surestimation des émissions de combustibles fossiles, ou combinaison des deux.

Depuis des siècles, l’atmosphère enregistre où le carbone se dirige. Déployer des instruments à grande échelle en son sein - et les y maintenir - paraît être la manière la plus directe de lire ce qu’elle consigne.