Exploiter le potentiel de l’oxygène pour étudier le cycle du carbone terrestre
L’étude du cycle du carbone autour de notre planète peut en dire long sur la santé des écosystèmes, ce qui est particulièrement pertinent dans le contexte de la double crise du changement climatique et du déclin de la biodiversité. L’oxygène (O2) est étroitement lié au dioxyde de carbone (CO2) par la photosynthèse et la respiration des plantes, ce qui en fait une source encore inexploitée d’informations concernant les écosystèmes et le cycle global du carbone. Pourtant, la collecte de mesures de haute précision de l’O2 au niveau de l’écosystème terrestre est techniquement beaucoup difficile par rapport à celle du CO2, en partie parce que l’atmosphère contient beaucoup plus d’O2. La mesure doit être tout aussi précise, mais dans un rapport beaucoup plus élevé. «Cela revient à utiliser un pèse-personne pour vérifier si l’on s’est rasé la barbe le matin», explique Alexander Knohl, professeur de bioclimatologie à l’université de Göttingen et coordinateur du projet OXYFLUX. Dans le cadre du projet OXYFLUX, financé par le Conseil européen de la recherche, les chercheurs ont mis au point un nouveau système de mesure de l’O2, comprenant des chambres sur mesure pour mesurer les échanges gazeux à partir des branches et des troncs des arbres et de la surface du sol, ainsi qu’un analyseur d’O2 et de CO2 de haute précision. «Cela nous a permis d’effectuer, pour la première fois au monde, des mesures continues de haute précision des rapports d’échange entre l’O2 et le CO2, simultanément pour différents composants d’un écosystème pendant toute une saison de croissance», explique Alexander Knohl.
Développer un analyseur d’O2 innovant
Le nouvel analyseur d’O2 est un système sur mesure, composé d’une remorque mobile à température contrôlée contenant l’analyseur, une unité d’étalonnage, une unité de traitement des gaz et des systèmes de séchage à l’air. «Nous avons conçu et construit nos propres chambres d’échange de gaz pour mesurer l’échange de CO2 et d’O2 à partir de la surface du sol, des troncs et des branches de hêtres», ajoute Alexander Knohl. Le système à chambres multiples a été installé sur le site forestier de Leinefelde en Allemagne, un peuplement de hêtres purs âgés d’environ 140 ans. Le système a été entièrement automatisé et contrôlé par un logiciel adapté, prenant des mesures quasi-continues de l’échange de CO2 et d’O2 durant toute une saison de croissance. L’équipe a également déployé un nouveau site expérimental dans une ferme agricole proche de Göttingen, afin de mesurer les fluctuations de l’O2, du CO2 et du protoxyde d’azote (N2O).
Découverte de flux déséquilibrés
La principale innovation d’OXYFLUX a été de fusionner les méthodes de deux communautés scientifiques: les mesures d’O2 de haute précision des sciences atmosphériques et les mesures d’échange de gaz des sciences de l’écosystème. «Ce résultat est le fruit d’une étroite collaboration avec le chercheur Andrew Manning et son équipe de l’Université d’East Anglia, au Royaume-Uni, ainsi qu’avec moi-même et une équipe de collaborateurs vraiment formidables», ajoute Alexander Knohl. L’équipe a constaté des déséquilibres importants dans les flux d’O2 et de CO2 issus de différents composants de l’écosystème ainsi que d’écosystèmes entiers, ce qui implique par exemple que la pratique courante consistant à mesurer uniquement le CO2 peut potentiellement engendrer des biais importants dans la «respiration du tronc» rapportée au niveau des arbres.
Fusionner les communautés scientifiques
Le projet a également inspiré une communauté émergente de flux d’O2 terrestre, grâce à un atelier international à Göttingen qui a rassemblé des scientifiques d’Allemagne, d’Israël, des Pays-Bas, du Royaume-Uni et des États-Unis. «OXYFLUX n’était que le point de départ d’un nouveau programme de recherche passionnant que mon groupe poursuivra au cours de la prochaine décennie», explique Alexander Knohl, qui note qu’ils ont réussi à démontrer la faisabilité des mesures de haute précision des flux d’O2 dans les études d’écosystèmes. «Nous espérons inciter davantage d’écologistes terrestres et de spécialistes de l’atmosphère à collaborer à l’étude de l’O2, afin de mieux comprendre les fragiles écosystèmes de notre planète», ajoute-t-il.
Mots‑clés
OXYFLUX, écosystème, cycle du carbone, terrestre, arbre, tronc, branches, atmosphère, oxygène, mesure
