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"Carbonic anhydrase: where the CO2, COS and H2O cycles meet"

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Une meilleure compréhension des cycles terrestres du carbone permet d’obtenir des modèles plus précis du changement climatique

Quantifier le potentiel de stockage du carbone des écosystèmes terrestres nécessitera de prendre en compte les contributions relatives de la photosynthèse et de la respiration au cycle mondial du carbone. Le projet SOLCA a mis au point une approche ambitieuse pour relever ce défi.

CHANGEMENT CLIMATIQUE ET ENVIRONNEMENT

© Guenter Albers, Shutterstock

Les écosystèmes terrestres absorbent 25 à 30 % des émissions de carbone produites par les combustibles fossiles. La photosynthèse des plantes élimine la plus grande quantité du carbone de l’atmosphère, le transformant en glucides qui soutiennent leur croissance. Les plantes et les organismes décomposeurs du sol émettent également du CO2 dans l’atmosphère par le biais de la respiration. La biosphère terrestre est actuellement un puits net de CO2 en raison d’un léger déséquilibre entre la photosynthèse et la respiration. Pour pouvoir profiter pleinement de ce potentiel de stockage du carbone et prédire sa future réponse au changement climatique, ces flux doivent être déterminés de manière plus précise. Mesurer la photosynthèse et la respiration de manière séparée constitue un important défi qui doit être relevé, car ces processus jouent un rôle crucial dans le fonctionnement des cycles terrestres du carbone et sont représentés dans les modèles du système terrestre (ESM) actuels, utilisés pour fournir des projections climatiques et des recommandations pour l’atténuation. Le projet SOLCA (Carbonic anhydrase: where the CO2, COS and H2O cycles meet), financé par le CER, a utilisé le sulfure de carbonyle (COS) et la teneur isotopique en oxygène 18 du dioxyde de carbone (CO18O) comme traceurs de l’activité photosynthétique. Ces traceurs sont absorbés par l’anhydrase carbonique (AC), une enzyme de la photosynthèse qui accélère l’hydratation du CO2 et l’hydrolyse du COS. L’AC est présente dans les sols. L’objectif principal de SOLCA consistait à identifier les mécanismes physiques et écologiques contrôlant l’activité de l’AC dans des sols issus de différents biomes.

Mener des travaux préliminaires

L’équipe du projet a construit un système d’échange de gaz capable de mesurer les flux de COS et de CO18O simultanément dans des microcosmes du sol à conditions contrôlées. En utilisant des sols prélevés à partir de différents biomes, allant des systèmes méditerranéens arides aux forêts boréales humides, et en utilisant des algorithmes de modélisation développés par l’équipe, il a été possible de calculer l’activité de l’AC pour la première fois dans le cas des deux traceurs. Les propriétés microbiennes, structurelles et chimiques de chacun de ces sols ont également été mesurées afin d’identifier les facteurs de l’activité de l’AC dans un éventail de continents et de saisons. Ces nouvelles connaissances ont ensuite été incorporées à un ESM unique pour relier les concentrations atmosphériques de COS et de CO18O aux variations de la photosynthèse et de la respiration à grande échelle. En comparant ces prédictions aux mesures réelles effectuées par un réseau mondial de stations atmosphériques, l’équipe a pu affiner les estimations de la photosynthèse mondiale à l’aide de ces traceurs. «Comme avancé, lorsque les sols contiennent plus de biomasse microbienne, ils tendent à présenter une augmentation de l’hydratation du CO2 et des taux d’hydrolyse des COS. Pour la première fois, il est désormais possible de prédire la manière dont l’activité de l’AC du sol change à la surface de la terre et d’estimer l’échange de COS et de CO18O entre les surfaces du sol et l’atmosphère», explique Lisa Wingate, chercheuse-scientifique à l’Institut national de la recherche agronomique, en France, qui a dirigé le projet. «Comprendre ce lien entre les sols (et les plantes) et la variabilité saisonnière du CO2, du COS et du CO18O atmosphériques peut contribuer à améliorer la prochaine génération de modèles du système terrestre, réduisant les incertitudes sur la réponse de nos écosystèmes aux futurs changements climatiques.»

Soutenir les efforts de décarbonisation

Les résultats de SOLCA permettront de mettre en place de nouvelles théories et de nouveaux outils de modélisation pour renforcer nos connaissances sur le cycle terrestre du carbone. La plupart des ensembles de données du projet sont actuellement à disposition en libre accès pour la communauté de la recherche, des travaux étant en cours pour en publier davantage. Se tournant vers l’avenir, Mme Wingate déclare: «Les stratégies d’élimination du dioxyde de carbone étant de plus en plus prises en compte, notre compréhension de la manière dont l’activité de l’AC répond au climat peut désormais nous aider à mieux comprendre la régulation de l’érosion naturelle des roches silicatées et carbonatées dans les écosystèmes et nous fournir des solutions fondées sur la nature pour éliminer le CO2 de l’atmosphère en augmentant artificiellement l’érosion.»

Mots‑clés

SOLCA, puits de carbone, cycle du carbone, flux, CO2, respiration, photosynthèse, biomasse, microbien, émissions, changement climatique

Informations projet

N° de convention de subvention: 338264

État

Projet clôturé

  • Date de début

    1 Février 2014

  • Date de fin

    31 Janvier 2019

Financé au titre de:

FP7-IDEAS-ERC

  • Budget total:

    € 1 701 882

  • Contribution de l’UE

    € 1 701 882

Institution d'accueil:

INSTITUT NATIONAL DE LA RECHERCHE AGRONOMIQUE

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