CARBO France : Impact des extrêmes climatiques sur les flux de carbone à l’échelle de la France

– Le rapport final de ce projet n’est pas disponible –

Le projet CARBO-FRANCE a pour objectif de quantifier l’impact et de comprendre des évènements climatiques extrêmes sur les flux de carbone à partir des données acquises pour les sécheresses de 2003 et 2005 et pour l’ensemble de la France. Nous proposons de combiner différentes approches complémentaires : 1) une caractérisation fine des processus à partir de mesures de flux complétées de mesures écophysiologiques pour les sites ateliers français, 2) une modélisation numérique à « haute résolution » de la réponse des flux de CO2 aux extrêmes climatiques, 3) des mesures de télédétection indicatrices des stress physiologiques et hydriques de la végétation, et 4) des bilans de carbone à grande échelle déduits des résultats d’inversions atmosphériques. Nous étudierons la période 1995-2005 marquée par les deux sécheresses exceptionnelles de 2003 et 2005.

Pour mener à bien cette étude, nous nous appuierons tout d’abord sur l’analyse fine des mesures des flux turbulents de matière (CO2 et eau) et d’énergie pour 14 sites ateliers français, ainsi que des mesures écophysiologiques liés aux stocks et flux de carbone des sols et à la croissance des plantes. Cette analyse conduira à établir des bilans quantitatifs pour les effets des sécheresses récentes subies par les divers types de végétation, forêts et agrosystèmes, en termes d’anomalies de flux de carbone et d’eau mais aussi de perte de productivité en matière sèche, en réponse aux variations des paramètres climatiques (température et humidité des sols).

Nous utiliserons deux modèles spatialisés du cycle du carbone dans la végétation et les sols : ISBA-A-gs et ORCHIDEE (incluant le modèle de culture STICS et de prairies PaSIM). Les flux de carbone et d’eau simulés pour chacun des sites ateliers seront tout d’abord comparés aux observations des sites ateliers et les paramétrisations du contrôle hydrique et thermique des flux de CO2 et d’eau seront le cas échéant ajustés. Grâce aux données climatiques de Météo-France, nous simulerons ensuite avec les deux modèles les flux de carbone à l’échelle nationale sur une maille de 8 km (10 fois plus élevée que celle des simulations courantes des flux de carbone Européen), pour la période 1995-2005. Cette échelle « fine » permet de mieux prendre en compte l’hétérogénéité de la surface et devient compatible avec l’échelle des mesures (télédétection et sites). Nous réaliserons une analyse critique des différences entre modèles, ainsi qu’une validation détaillée de chaque modèle avec des mesures de télédétection sur l’activité de la végétation (fAPAR, LAI, stress hydrique) et de rendements agricoles. Pour finir une simulation à plus basse résolution sur l’Europe depuis 1900 permettra de mettre en perspective les résultats obtenus sur la France par rapport au reste de l’Europe, ainsi que la décennie 1995-2005 par rapport à l’ensemble du 20ème siècle.

Un dernier volet novateur de ce projet, consiste à comparer la variabilité des bilans de carbone simulés avec l’inversion des concentrations atmosphériques. Nous disposons du réseau de mesure atmosphérique ORE-RAMCES de 3 stations en continu, complété par 2 tours en 2005 et qui fait partie d’un réseau Européen co-financé par le programme CARBOEUROPE d’environ 30 stations. Ce réseau unique de part sa densité nous permettra de réaliser une inversion des flux journaliers sur chaque point de grille du modèle LMDz de l’IPSL, en utilisant comme information additionnelle les flux simulés et leur structure d’erreurs spatio-temporelles. Les résultats moyennés sur de grandes régions seront comparés aux flux estimés par ISBA–A-gs et ORCHIDEE.

Notre objectif est donc de quantifier l’impact de la variabilité du climat et l’influence des extrêmes climatiques sur les bilans de carbone, en intégrant les connaissances acquises depuis l’échelle de l’écosystème jusqu’à l’échelle régionale. L’approche que nous proposons a l’avantage d’inclure la variabilité climatique et édaphique dans le calcul explicite des flux avec une résolution spatiale élevée sur la France métropolitaine (8 km), et un pas de temps (1 heure) compatible avec la variabilité des flux turbulents. Cette problématique de la « séparabilité » des processus et de leur contribution à la variabilité des flux biosphériques sur différentes échelles de temps est au cœur du débat actuel sur la mise en place d’une politique de réduction des émissions de gaz à effet de serre.