Première approche pour le cycle du carbone – Institut Pierre-Simon Laplace

Le gaz carbonique (CO₂) est un gaz à effet de serre naturel. L’augmentation rapide de sa concentration dans l’atmosphère depuis une centaine d’année semble être la cause première du réchauffement actuel que connaît notre planète. Il est devenu ainsi essentiel de suivre l’évolution de sa concentration à court et à long termes et surtout de comprendre les mécanismes par lesquels cette concentration se modifie.

Les concentrations atmosphériques de CO₂ en différents sites ne se mesurent que depuis une cinquantaine d’années. Voyons déjà quelques suivis de ces concentrations, puis essayons de déterminer les causes des évolutions observées. Nous entrerons alors dans le cycle du carbone.

Les concentrations atmosphériques en CO₂ se mesurent en ppm (« parties par millions »). Ceci représente le nombre de molécules de CO₂ présentes pour un million de molécules de tous les constituants présents dans l’air. Ainsi, une concentration atmosphérique de 380 ppm de CO₂ signifie que pour un million de molécules d’air, 380 sont des molécules de CO₂.

Les ppm sont équivalents au ppmv (« parties par millions en volume »). Une concentration atmosphérique de 380 ppmv en CO₂ signifie que dans un volume d’un million de m³ d’air, 380 m³ sont occupés par le COv.

Un cycle du CO₂ atmosphérique

Mesure du CO2 atmosphérique à Mace Head

Mesures de la concentration en dioxyde de carbone atmosphérique à la station de MaceHead (Irlande), capteur à 25 mètres de hauteur. © LSCE

La station de Mace Head, en Irlande montre deux points importants :

La concentration moyenne en CO₂ atmosphérique augmente régulièrement.
Il existe un rythme annuel de la concentration atmosphérique du CO₂.

Entre janvier et avril, elle augmente.
Entre avril et octobre, elle diminue.
Entre octobre et décembre, elle augmente (cette augmentation se prolonge l’année suivante, jusqu’au mois d’avril).

Si nous regardons maintenant l’évolution du CO₂ atmosphérique dans une région de l’hémisphère nord, mais éloignée des continents, voilà ce que nous observons.

Mesure du CO2 à Sand Island

Mesures de la concentration en dioxyde de carbone atmosphérique à la station de Sand Island (milieu Pacifique Nord), capteur à 7 mètres de hauteur. © NOAA/GMD

Nous observons, comme pour la station de Mace Head, que la concentration moyenne en CO₂ atmosphérique augmente régulièrement et qu’il existe un cycle annuel. Cependant, l’amplitude de ce cycle est plus petite (10 ppm au milieu de l’océan au lieu de 15 ppm proche du continent).

Si nous regardons maintenant l’évolution du CO₂ atmosphérique dans une région de l’hémisphère sud, voilà ce que nous observons.

Mesure du CO2 à Cape Grim (Australie)

Mesures de la concentration en dioxyde de carbone atmosphérique à la station de Cape Grim (Australie), capteur à 94 mètres de hauteur. © NOAA/GMD

Nous remarquons que le cycle annuel est inversé :

Entre janvier et avril, la concentration du CO₂ atmosphérique diminue.
Entre avril et octobre, elle augmente.
Entre octobre et décembre, elle diminue (cette diminution se prolonge l’année suivante, jusqu’au mois d’avril).

Le cycle annuel est cependant moins visible dans cette station que dans la précédente.