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Echange de composés organiques entre la biosphère et l’atmosphère: impact des processus intra-canopée – CANOPÉE

CANOPEE

Echange de composés organiques entre la biosphère et l’atmosphère: impact des processus intra-canopée<br />

Originalité et nouveauté

Les émissions biogéniques de composés organiques volatils impliquent de nombreux domaines des sciences environnementales comme la dynamique, la chimie et l'écologie. Améliorer nos connaissances dans ce domaine nécessite donc de mettre en place une étude détaillée analysant l'ensemble des processus impliqués.<br /><br />Nos objectifs scientifiques sont:<br /><br />1. Déterminer la sensibilité des émissions d'isoprène par les plantes aux conditions environnementales (stress hydrique et thermique) et écologique (âge des feuilles).<br />2. Analyser la variabilité diurne des émissions et concentrations de composés organiques volatils d'origine biogénique.<br />3. Étudier le profil vertical des concentrations de composés organiques volatils biogéniques, d'ozone et d'oxydes d'azote dans et au-dessus de la canopée.

1. Mettre en place un ensemble expérimental pour la détermination des caractéristiques structurelles, chimiques et écologiques de la canopée.
2. Préparer et adapter des modèles de chimie atmosphérique unidimensionnel (CACHE) et régional (CHIMERE) pour leur utilisation dans une étude à l'échelle d'un site forestier.
3. Améliorer les paramétrisations pour les émissions biogéniques de composés organiques volatils dans le modèle CACHE.
4. Utiliser l'ensemble expérimental dans le cadre d'une campagne de terrain en mai-juin 2012 à l'Observatoire de Haute Provence au coeur d'une large forêt de chênes pubescents (Quercus pubescens).

Depuis le démarrage de notre projet CANOPÉE en février 2011, des interactions et échanges réguliers se sont mis en place entre les différentes activités du projet, permettant ainsi de coordonner au mieux le déroulement des différentes tâches et la réalisation de nos objectifs scientifiques, et également à chacun de s’ouvrir à d’autres thématiques et outils. Des participants du LSCE (Jean Sciare, Aérosols et Sauveur Belviso, COS) ou de l’INERIS (Caroline Rio et Laura Chiappini, Aérosols) nous ont rejoints afin de participer à la campagne de terrain à l’O3HP, permettant ainsi d’élargir le spectre des composés étudiés dans le cadre de CANOPÉE, notamment concernant les aérosols, comme il nous l’avait été suggéré lors de l’évaluation du projet. L’établissement de nouveaux liens avec l’INRA de Paris Grignon (Benjamin Loubet) et le CEH d’Edimbourg (Ben Langford et Eiko Nemitz) a été un soutien très important pour le développement et la mise en œuvre instrumental de la mesure des flux. La campagne de terrain en mai-juin 2012 a été un temps fort de notre projet, l’aboutissement de plusieurs mois de travail dédiés à la préparation des instruments ainsi qu’une aventure scientifique et humaine enrichissante.

L’analyse des données de la campagne de mai-juin 2012 à l’Observatoire de Haute Provence a bien avancé, et la rédaction des premières publications va démarrer. Seront rédigés dans un premier temps plusieurs articles présentant chaque activité expérimentale et les résultats associés, et dans un second temps, des publications conjointes entre les différentes activités expérimentales, et entre les activités expérimentales et de modélisation.

C. Kalogridis, V. Gros, R.Sarda-Esteve, B.Loubet ,B.Langford, E.Nemitz, A.Bouygues N.Bonnaire, D.Baisnée, B.Bonsang, J.Lathière, Variability of Biogenic Volatile Organic Compounds (BVOCs) at the Oak Observatory of Haute Provence in France, spring 2012, poster présenté à la Gordon Conférence, Biogenic Hydrocarbons & the AtmosphereReaching across Scales: From the Molecule to the Globe, Lewinston, USA, Juin 2012.

C.Rio, S. Rossignol, A. Ustache, S. Fable, S. Verlhac, R. Aujay, C. Kalogridis, B. Bonsang, V. Gros, L. Chiappini, Simultaneous study of gas and particulate products formed from isoprene oxidation: laboratory and field measurements, poster présenté à l’European Aerosol Conference, Grenade, Espagne, Septembre 2012.

Journée des doctorants de l’IMBE le 21 Juin 2012 (Marseille): Réponses d’espèces méditerranéennes structurantes au changement climatique: variabilités des émissions de COVB liées au régime de précipitation (Anne Cyrielle Genard).

Journée des doctorants de l’air de l’ADEME le 10 Juillet 2012 (Paris) : Réponses d’espèces méditerranéennes structurantes au changement climatique: variabilités des émissions de COVB liées au régime de précipitation (Anne Cyrielle Genard).

‘Une grosse bouffée de molécules’, Azar Khalatbari dans Hors-Série de Sciences et Avenir ‘Eau, Air, Terre, Feu’, octobre-novembre 2012.

La biosphère terrestre est une composante clé des interactions entre la surface et l’atmosphère, comme l’a souligné récemment l’article de Fowler et al. (2009). En tant que source majeure de composes organiques volatils (appelés également COV biogéniques), les écosystèmes sont impliqués à la fois dans des réactions en phase gazeuse et en phase particulaire dans la troposphère, comme par exemple le cycle de l’ozone ou la formation d’aérosols organiques secondaires. La végétation est de plus un puits pour de nombreux composés qui sont dégradés par le dépôt sec, à la surface des feuilles ou du sol, ou par réactions chimiques se déroulant à l’intérieur de la canopée, deux processus qui contribuent à la détermination du flux net des composés dans l’atmosphère. Parallèlement, le développement et la distribution de la végétation à la surface de la Terre sont fortement affectés par les changements de climat (par exemple la modification de la température ou des précipitations) ou des activités humaines (évolution de l’utilisation des sols, de la déforestation, de la reforestation…). La composition chimique de l’atmosphère est aussi reconnue pour jouer un rôle significatif dans la croissance de la végétation : une augmentation du niveau de dioxyde de carbone dans l’atmosphère favorise la photosynthèse alors que des niveaux élevés de polluants comme l’ozone ou les oxydes d’azote conduisent à la dégradation des feuilles. Il est donc prépondérant d’avoir une compréhension détaillée des interactions et processus impliqués, afin d’être en mesure d’analyser le rôle de la biosphère terrestre dans le système Terre.

Certaines de ces interactions entre la biosphère terrestre et la composition chimique de l’atmosphère sont encore peu connues et mal quantifiées. C’est la cas des processus intra-canopée (réactions chimiques et dépôt se déroulant dans la canopée) qui ne sont généralement pas considérés dans les modèles globaux de végétation et de chimie-transport, en dépit de leur importance pour les échanges de composés organiques entre la surface et l’atmosphère, comme souligné dans de nombreuses études (Ciccioli et al., 1999; Makar et al., 1999; Fuentes et al., 2000; Forkel et al., 2006). Il est donc crucial de mettre en place des études expérimentales, afin de quantifier l’impact des processus intra-canopée, études couplées avec une approche de modélisation afin d’évaluer l’erreur associée dans l’estimation des flux nets de composés dans l’atmosphère.

L’objectif de notre projet est de comprendre et de quantifier le rôle des processus intra-canopée dans les échanges de composés entre la surface et l’atmosphère, en se concentrant sur les COV biogéniques, et particulièrement sur l’isoprène qui est le premier COV émis par la végétation, ainsi que sur l’ozone. L’originalité de notre approche est basée sur (1) la combinaison de nouvelles approches, à la fois expérimentales et de modélisation ; (2) une méthodologie multidisciplinaire qui regroupe des mesures menées de l’échelle de la feuille à celle de la canopée pour l’étude des caractéristiques structurelles, chimiques et écologiques de la canopée.

Coordination du projet

JULIETTE LATHIERE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - Délégation Ile-de-France Sud) – juliette.lathiere@lsce.ipsl.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LSCE CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - Délégation Ile-de-France Sud

Aide de l'ANR 210 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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