Les rétroactions«climat-carbone»
associées aux rejets anthropiques
de CO
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à l'aide du modèle
couplé de l'IPSL :
un possible effet amplificateur?
Depuis plus d'un siècle, la concentration en CO
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atmo-
sphérique mesurée a augmenté de 25 %, passant de
280 ppm en 1860 à 360 ppm de nos jours. Cette aug-
mentation serait environ deux fois plus forte si tout le
CO
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émis par les activités humaines restait dans l'at-
mosphère ; environ la moitié de ce CO
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émis est cap-
tée par la biosphère et par l'océan. Comment réagis-
sent ces puits à un changement climatique?
Le cycle du carbone
Le cycle du carbone peut être très grossièrement schéma-
tisé comme suit : le carbone atmosphérique fixé par la
biosphère ou par l'océan est relâché dans l'atmosphère
quelques heures ou plusieurs millénaires plus tard selon les
processus mis en jeu. Ainsi, en situation de quasi-équilibre,
il y a environ autant de carbone fixé que relâché. Sur des
constantes de temps de quelques siècles, et sans change-
ment climatique notable, on observe effectivement une
concentration de CO
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à peu près constante, donc des puits
océaniques et biosphériques (biosphère continentale) glob-
alement nuls. Les processus qui régissent la fixation et le
relâchement du carbone dépendant du climat, une varia-
tion de celui-ci entraînera une modification de la concen-
tration de quasi-équilibre de CO
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. Sur des constantes de
temps de plusieurs milliers d'années, les paléodonnées
issues des carottes de glace nous montrent que la dépen-
dance de la concentration de CO
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avec la température
moyenne du globe est d'environ 20 ppm/°C.
Aujourd'hui, l'accroissement du CO
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atmosphérique
favorise la fixation du carbone par les plantes et l'océan
(effet de fertilisation biosphérique et augmentation de
l'échange diffusif air-mer). Ce carbone fixé étant relâché
dans l'atmosphère avec un certain délai (nous nous intéres-
sons ici aux périodes allant de l'année à quelques siècles),
l'accroissement rapide de CO
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entretient une augmenta-
tion du flux net de carbone stocké par la biosphère et
l'océan. Les puits de carbone tant biosphérique
qu'océanique ont ainsi tendance à croître, ce qui explique
que seule environ la moitié du CO
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, relâché actuellement
par l'homme dans l'atmosphère, y reste.
Des études récentes ont montré que le changement cli-
matique résultant de l'accroissement du CO
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pourrait
réduire de façon significative l'efficacité de ces puits de
CO
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, et donc pourrait introduire un effet amplificateur
(c'est à dire une rétroaction positive) entre climat et cycle
du carbone.
Climate-carbon feedback
associated with CO
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anthropogenic
emissions using the IPSL
coupled model :
Amplification effect?
Over the last 150 years, the measured atmospheric CO
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concentration increased by 25 %, from 280 ppm in 1860
up to 360 ppm today. Actually, the CO
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increase would
be approximately twice if all CO
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emitted by the human
activities would remain in the atmosphere; in fact, about
half of this emitted CO
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is reabsorbed by the biosphere
and the oceans. How will these sinks react to a climatic
change?
The carbon cycle
The carbon cycle can be sketched as follow: atmospheric
CO
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fixed by the biosphere or by the oceans is released back
to the atmosphere with a delay ranging from a few hours to
a thousand of years depending on the concerned processes.
Thus, in situation of near-equilibrium there is about as much
carbon fixed than released. Indeed, on time-scales of a few
centuries and without noticeable climatic change, one
observes relatively constant CO
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concentration, oceanic and
biospheric uptakes being null on decadal average. The
processes governing uptakes and releases of carbon depend
on climate. Climate variations will modify carbon balance
and thus atmospheric CO
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concentration. On time-scales of
several thousands of years, the paleodata show approxi-
mately a 20 ppm/°C CO
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concentration to global mean sur-
face temperature sensitivity.
Today, the increase in atmospheric CO
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enhances carbon
uptake by plants and by the oceans (biospheric fertilization
and increase of air-sea diffusive exchange). As carbon is
released in the atmosphere with a delay (we consider here
periods going from one year to a few centuries), the fast
increase in CO
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maintains an increase of the carbon uptake
by the biosphere and the ocean. This is why only half of the
CO
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currently released by human activity remains in the
atmosphere.
Nevertheless recent studies suggest that the climatic change
resulting from the greenhouse effect could reduce these CO
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uptakes, and thus could introduce an amplifying effect (a
positive feedback) between climate and carbon cycle.
Climate-carbon model coupling
Up to now, the climate-carbon feedback has been address
with low-order physical and biogeochemical models, in par-
ticular to study the transitions between glacial and inter-
glacial periods. At IPSL (Institut Pierre Simon Laplace, Paris),
Lettre pigb-pmrc France
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