Changement climatique et CO2

Changement climatique et CO2

L‟augmentation de la température, la perturbation des saisons et l‟intensification des catastrophes naturelles comme les cyclones, les inondations et la sècheresse observées ces derniers temps attestent que le changement climatique est bien réel (GIEC, 2011). Ces problèmes résultent de l‟augmentation de la quantité des GES accumulés dans l‟atmosphère qui sont surtout le CO2, le méthane (CH4), l‟oxyde nitreux (N2O), l‟hydrofluorocarbone (HFC), le perfluorocarbone (PFC) et l‟hexafluorure de soufre (SF6) (CEA, 2006). Le CO2 en est le principal car sa durée de vie d‟environ 100 ans et sa part égale à 80% des GES font de lui le plus persistant et le plus abondant parmi eux (GIEC, 2007). L‟augmentation de la proportion de CO2 dans l‟air est essentiellement due aux émissions anthropiques. 3/4 du CO2 émis dans l‟atmosphère serait dû à la combustion des énergies fossiles, le 1/4 étant attribué au changement d‟usage des terres, particulièrement au déboisement (IPCC, 2007). Face à ce constat et aux impacts présents et potentiels du changement climatique, deux approches complémentaires se sont avérées indispensables. L‟une relève de l‟adaptation aux impacts de ce phénomène, l‟autre consiste à l‟atténuer en maîtrisant l‟accroissement des GES dans l‟atmosphère. Ceci revient à réduire les émissions de GES par les sources et à augmenter le stock dans les puits. Le carbone (C) est en effet contenu, sous différentes formes, dans divers compartiments de l‟environnement terrestre. Les plus importants en termes de quantité de C stocké sont les océans et le sol (UE, 2011). Les océans, avec 39 200 gigatonnes de C (GtC), représentent près de 93% du stock mondial, principalement sous forme de carbonates. Le sol, l‟atmosphère et la biomasse terrestre se partagent les 7% restants, équivalent à 2940 GtC (GIEC, 2007). Le sol jusqu‟à un (1) m de profondeur, dispose de près de la moitié de ce stock soit 1580 GtC. Dans ce tonnage, la part des sols forestiers est de 40% (GIEC, 2007). L‟atmosphère a un stock de 750 GtC. La biomasse terrestre représente 610 GtC dont 80% est attribuée à la biomasse forestière (GIEC, 2007).

Rôles des écosystèmes forestiers dans la lutte contre le changement climatique

Au total, les écosystèmes forestiers représentent plus de la moitié du stock de C des terres émergées avec un stock de 1120 Gt dont 632 Gt dans le sol et 488 Gt dans la biomasse. Ils apparaissent donc comme étant une composante importante dans le processus de séquestration du C. En effet, les forêts stockent du C dans la biomasse, via la photosynthèse, et dans les sols à travers la matière organique issue des résidus végétaux et animaux ainsi que des microorganismes telluriques. La MOS est un compartiment essentiel, de par sa taille, mais elle constitue une forme très instable en perpétuelle évolution. À l‟issue de la décomposition de celle ci, le C organique qu‟elle contient finit par retourner à l‟état de CO2 atmosphérique après un temps de résidence extrêmement variable allant d‟une année, pour la MO fraîche, à plus d‟un millénaire pour l‟humus stable (PARTON et al., 1993; BALESDENT, 1996 In QUENEA, 2004). Comparé au temps de résidence du C dans des compartiments plus stables, comme les roches carbonatées qui le stockent pendant des millions d‟années (RETALLACK, 1990 In ARAGNO et al., 2010), celui de la MOS reste en moyenne court.

Voie oxalate-carbonate

En 1999, des chercheurs suisses ont trouvé que l‟Iroko (Milicia excelsa), un arbre africain de la famille des MORACEAE, peut fabriquer du calcaire avec l‟aide de certains microorganismes du sol. Cette biominéralisation du calcaire chez l‟Iroko, déjà étudiée en 1932 puis en 1967 (MATTEO, 2011), résulte d‟un processus complexe appelé « voie oxalate-carbonate » . Le phénomène débute par la fixation de CO2 atmosphérique par l‟arbre, pendant la photosynthèse, pour ensuite produire de l‟acide oxalique. Cet acide s‟associe avec le calcium (Ca) dans les tissus végétaux pour former l‟oxalate de calcium qui, en étant pratiquement insoluble, va s‟y accumuler sous forme de cristaux. Lorsque l‟arbre perd ses feuilles, les champignons saprophytes de la litière vont libérer les cristaux d‟oxalate dans les végétaux. Ces cristaux d‟oxalate de calcium arrivent donc au sol où ils pourront être solubilisés par des bactéries oxalotrophes aérobies, dont les streptomycètes et les protéobacteries (BRAISSANT, 2005). La consommation de l‟oxalate par ces bactéries oxalotrophes va en effet mener à l‟oxydation du carbone de l‟oxalate en carbonate. Cette oxydation est accompagnée de la libération d’une molécule de CO2 et d‟ions hydroxyde qui vont rendre le milieu alcalin. Le CO2 va finalement réagir avec le Ca, préalablement libéré par les bactéries lors de la consommation de l’oxalate de calcium, pour aboutir à la précipitation de carbonate de calcium (CaCO3) (ARAGNO et al., 2010).

A ce processus s‟ajoute la contribution des exsudats racinaires et des champignons producteurs d‟oxalate qui approvisionneraient les bactéries oxalotrophes en ce sel organique. En outre, les racines de l‟arbre seraient aussi à l‟origine de l‟accumulation de CaCO3 observées dans certaines plantes (BRAISSANT, 2005). Ce serait par le pompage d‟une partie du CaCO3 en solution dans le sol que les racines permettraient au CaCO3 de passer dans les vaisseaux de la plante où il peut reprécipiter grâce à des phénomènes de capillarité (BRAISSANT, 2005).

Le CaCO3 étant capable de stocker le C pendant des millions d‟années (ARAGNO et al., 2010), la voie-oxalate-carbonate est donc un processus naturel efficient qui permet de lutter contre l‟effet de serre et d‟atténuer le changement climatique. Mais pour que la biominéralisation du calcaire puisse agir comme un puits net de C, il est primordial que le Ca utilisé dans ce processus provienne de source non calcaire (GUGGIARI, 2011). Pour cette raison, la voie oxalate-carbonate a été observée en particulier dans des sols tropicaux acides initialement dépourvus de calcaire comme les sols ferrallitiques (ARAGNO et al., 2010). Dans ces sols acides, la voie oxalate-carbonate contribue également à l‟amélioration de la fertilité du sol par correction de l‟acidité via l‟oxydation de l‟oxalate (ARAGNO et al., 2010). L‟augmentation du pH engendre en effet l‟amélioration de la capacité d‟échange d‟éléments nutritifs pour les plantes, la stabilisation de la matière organique et l‟insolubilisation des éléments toxiques comme l‟aluminium (GOLAY et DIETRICH, 2012).

Enfin, la voie oxalate-carbonate serait plus associée à un pédoclimat sec (TOUSSAINT, 2012) et à certaines espèces d‟arbre (ARAGNO et al., 2010). En Afrique, l‟Iroko est la plus connue parmi elles, mais d‟autres arbres comme Bombax costatum (BOMBACACEAE) et Afzelia africana (CAESALPINACEAE) ont aussi ce potentiel. En Bolivie, les arbres biominéralisateurs sont : Pentaplaris davidsmithii (TILIACEAE), Ceiba speciosa, (BOMBACACEAE), Terminalia amazonica (COMBRETACEAE) et Myroxolon balsamum (CAESALPINACEAE) (ARAGNO et al., 2010).

Table des matières

PARTIE 1 :INTRODUCTION
PARTIE 2 : METHODOLOGIE
1. CONTEXTE
1.1. Changement climatique et CO2
1.2. Rôles des écosystèmes forestiers dans la lutte contre le changement climatique
1.3. Voie oxalate-carbonate
2. PROBLEMATIQUE ET HYPOTHESES
3. MATERIELS ET METHODES
3.1. Zone d‟étude
3.2. Méthodes
3.2.1. Phase préparatoire
3.2.2. Phase de terrain
3.2.3. Etude pédologique
3.2.4. Analyses en laboratoire
3.2.5. Traitement et analyses des données
3.3. Cadre opératoire
PARTIE 3 : RESULTATS
Chapitre 1 : ESPECES OXALOGENES DES REGIONS MERIDIONALE ET OCCIDENTALE DE MADAGASCAR
1.1. Espèces oxalogènes existant à Madagascar
1.2. Espèces, présumées oxalogènes, explorées dans la zone d‟étude
1.2.1. Espèces présentant le potentiel d‟oxalate de calcium
1.2.2. Espèces ne présentant pas le potentiel d‟oxalate de calcium
1.3. pH eau
1.4. Aspects phytosociologiques
1.4.1. Structure floristique
1.4.2. Espèces accompagnatrices
1.4.3. Structure spatiale
Chapitre 2 : DIFFERENTS FACTEURS SUSCEPTIBLES D‟INFLUENCER LA VOIE OXALATECARBONATE
2.1. Type de sols rencontrés
2.1.1. Sols ferrugineux jaune-rouges
2.1.2. Sols ferrugineux lessivés
2.1.3. Sols ferrugineux lessivés à tendance podzolique
2.1.4. Sols ferrugineux rouges
2.1.5. Sols hydromorphes
2.1.6. Sols hydromorphes à caractère vertique
2.2. Compartiment sol
2.2.1. Caractéristiques généraux des propriétés des sols étudiés
2.2.2. Profil des teneurs en CaCO3, en C et des Da au niveau des espèces oxalogènes
2.2.3. Teneur en CaCO3 des sols suivant différents facteurs
2.2.4. Stocks de C et de CaCO3
2.2.5. Corrélation entre les différentes variables étudiées
2.3. Compartiment biomasse
2.3.1. Teneur en CaCO3
2.3.2. Teneur en C
PARTIE 4 : DISCUSSIONS
1. Discussion sur la méthodologie
1.1. Atouts
1.2. Contraintes et limites
2. Discussion sur les résultats et les hypothèses
3. Recommandations
Axe d‟orientation 1 : Mener des recherches complémentaires à la présente exploration
Axe d‟orientation 2 : Valoriser les acquis de la présente étude
PARTIE 5 : CONCLUSION
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES

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