RÉCHAUFFEMENT CLIMATIQUE

Sur la piste du carbone africain

L'Afrique n'est pas un continent oublié qu'au plan du développement. Elle est aussi très mal comprise au plan climatologique, malgré son rôle important dans les processus atmosphériques planétaires. D'où l'importance de projets comme CarboAfrica, qui s'efforce de disséquer les ressorts du cycle du carbone sur le continent noir.

Feu expérimental allumé au Kruger National Park, en Afrique du Sud. Le but est de mesurer les gaz et les particules émises durant cette expérience afin de comprendre le processus de combustion complet et mesurer différents paramètres (température du sol et de l’air, vitesse du vent, humidité, etc.). Les données collectées pendant cette campagne sont comparées avec les données satellites pour améliorer la compréhension des conséquences sur l’écosystème de la savane et les effets sur la végétation. Les émissions de fumée sont analysées à l’aide d’un spectroscope FTIR pour pouvoir évaluer les données du cycle de carbone dans l’environnement. D’autres instruments sont également utilisés lors de ces tests, notamment des caméras à image thermale et des spectromètres UV. © M.Wooster- KCL
Feu expérimental allumé au Kruger National Park, en Afrique du Sud. Le but est de mesurer les gaz et les particules émises durant cette expérience afin de comprendre le processus de combustion complet et mesurer différents paramètres (température du sol et de l’air, vitesse du vent, humidité, etc.). Les données collectées pendant cette campagne sont comparées avec les données satellites pour améliorer la compréhension des conséquences sur l’écosystème de la savane et les effets sur la végétation. Les émissions de fumée sont analysées à l’aide d’un spectroscope FTIR pour pouvoir évaluer les données du cycle de carbone dans l’environnement. D’autres instruments sont également utilisés lors de ces tests, notamment des caméras à image thermale et des spectromètres UV. © M.Wooster- KCL
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La tour de la forêt d’Ankasa, au Ghana. 1 Construction
La tour de la forêt d’Ankasa, au Ghana. 1 Construction
La tour de la forêt d’Ankasa, au Ghana. 2 Installation d’instruments scientifiques © CarboAfrica
La tour de la forêt d’Ankasa, au Ghana. 2 Installation d’instruments scientifiques © CarboAfrica
La tour de la forêt d’Ankasa, au Ghana. 3 La canopée vue de la tour © CarboAfrica
La tour de la forêt d’Ankasa, au Ghana. 3 La canopée vue de la tour © CarboAfrica

On dirait un de ces monuments compliqués, tout en allumettes, que les artistes de rue échafaudaient autrefois pour soutirer quelques piécettes aux touristes. Sauf qu'ici, les allumettes sont des tubes en acier - et la tour qu'ils forment s'élance à quelque 65 mètres du sol. Les touristes, au demeurant, sont rares dans ces contrées: l'édifice trône au beau milieu de la forêt d'Ankasa, au Ghana, et, à perte de vue, quelque 30m sous les panneaux solaires sommitaux, s'étend l'impénétrable canopée équatoriale.

La tour d'Ankasa est le fleuron du projet CarboAfrica, financé à hauteur de 2,8 millions € par le 6ème programme-cadre. C'est une tour à flux, un dispositif sophistiqué, constitué de deux capteurs couplés: un anémomètre à ultrasons qui délivre la vitesse et la direction du vent en trois dimensions, et un analyseur à infrarouge, chargé de mesurer en continu la température de l'air ainsi que sa concentration en vapeur d'eau et en dioxyde de carbone.

«En combinant ces deux données avec un peu de mathématiques et de physique», simplifie charitablement Jonas Ärdo, spécialiste des écosystèmes africains à l'université suédoise de Lund, «on obtient le flux local de CO2, autrement dit la quantité de ce gaz qui est libérée ou, à l'inverse, captée par la forêt. Le dispositif fait 20 mesures par seconde mais, pour faciliter l'usage des données, elles sont automatiquement ramenées à des moyennes par période de 30 minutes.» Ce qui permet de suivre le comportement du CO2 de jour en jour, de saison en saison, et d'année en année.

Les mystères du cycle du carbone

À quoi bon suivre avec une telle minutie la respiration de cette forêt perdue d'Afrique? C'est qu'ici se cache une partie de la clé d'une inconnue majeure de notre avenir climatique: le cycle du carbone. On sait en effet que chaque année, l'humanité rejette dans l'atmosphère plus de 27 milliards de tonnes de dioxyde de carbone, principalement via la consommation de combustibles fossiles. Une quantité énorme: environ 30 fois la masse du Léman, le plus grand lac d'Europe occidentale. Mais ce chiffre pâlit en regard des processus naturels. La respiration de l'ensemble du vivant, par exemple, rejette des volumes 10 fois supérieurs... volumes qui sont heureusement plus que réabsorbés par la photosynthèse. De son côté, l'océan dissout des quantités de CO2 du même ordre de grandeur, principalement au sein de ses zones froides, tandis que ses zones tempérées en relâchent une partie. Et si l'on s'intéresse aux réservoirs planétaires de carbone, et non plus seulement aux échanges, c'est encore plus vertigineux : l'atmosphère en contient 750 milliards de tonnes, la végétation trois fois plus, l'océan... 40 000 milliards de tonnes.

Le CO2 que nous émettons circule entre ces différents réservoirs. Il gagne l'atmosphère, est ensuite absorbé par les océans, les plantes, les sols, les rivières, puis est libéré à nouveau... Combien de CO2 restera dans l'air? Quelle proportion sera pompée? Quelle quantité sera rejetée? Par quels réservoirs? À quel rythme?

Autant d'informations essentielles à la modélisation de notre avenir climatique...Et leur collecte n'est pas une mince affaire.

C'est un fait, le cycle du carbone est, depuis quelques années, au coeur des preoccupations des climatologues. Résultat: les tours comme celle d'Ankasa, qui épient en continu les va-etvient du CO2, ont, ces derniers temps, poussé comme des champignons. On en recense désormais plus de 400 de par le monde. Cependant, si le climat ignore les frontières, il n'en va pas de même des édifices humains. Car l'Afrique est gravement sous-instrumentée par rapport au reste du globe. Son réseau de stations météo est très en deçà des minima recommandés par l'Organisation Météorologique Mondiale (OMM), et l'ensemble du continent ne comptait jusqu'ici qu'une quinzaine de tours à flux... pour 30 millions de kilomètres carrés, soit 6 fois la surface de l'Union européenne!

Le problème est d'ailleurs identique au niveau de la modélisation régionale, négligée par rapport au reste du monde.

L'Afrique, puits ou source?

«Notre connaissance du rôle actuel de l'Afrique dans le cycle global du carbone s'avère remarquablement limitée», écrivait récemment dans la revue Carbon Balance and Management, un spécialiste de l'université du Colorado (US), Christopher Williams. «Nous ne savons même pas si l'Afrique est un puits ou une source de carbone atmosphérique, et nous n'avons que des indications vagues sur la répartition temporelle et spatiale des échanges de carbone.»

Voilà à quoi CarboAfrica voudrait remédier.

Pour atteindre son ambitieux objectif, - «quantifier, comprendre et prédire le cycle du carbone et des autres gaz à effet de serre en Afrique subsaharienne» - le projet va commencer par «consolider et étendre le réseau actuel de suivi en continu du carbone et des autres gaz à effet de serre», selon les termes de son coordonnateur, le professeur Riccardo Valentini de l'université italienne de Tuscia. Un réseau encore bien mince, mais qui a l'avantage de couvrir des écosystèmes très différents.

La forêt tropicale, sans doute l'écosystème dont le «métabolisme carboné» est le plus actif, sera scrutée par la tour d'Ankasa. Au Botswana, une autre tour se dresse dans les prairies humides du delta de l'Okavango. Côté savane sèche sahélienne, ce sera la station d'El Obeid, au Soudan, installée par Jonas Ärdo, qui fournira les données. Dans le célèbre parc national de Kruger, en Afrique du Sud, où s'étend une savane plus arborée, se dresse également une tour. Au Congo, des mesures sont effectuées dans une plantation d'eucalyptus, histoire de jauger le bilan carbone des milieux cultivés.

Idem au Bénin, où sont mesurées les émissions de cultures de mil. Au total, il est prévu d'exploiter 18 stations, dont 2 flambant neuves. Le tout sera renforcé par des mesures couvrant toute l'épaisseur atmosphérique réalisées en deux sites, ainsi que par des données récoltées via des survols d'avions expérimentaux.

«L'idée derrière tout ceci est de calibrer et valider des modèles reflétant la circulation du carbone pour différents écosystèmes, à partir de la température, de l'humidité, de l'état du sol et de la végétation», explique Jonas Ärdo.

«À l'aide de tels modèles, et connaissant la répartition des écosystèmes sur le continent, on peut aller vers une modélisation globale du cycle du carbone en Afrique.» Les 18 stations ne seront pas de trop, compte tenu de la grande diversité des écosystèmes du continent, dont le cycle du carbone varie beaucoup. Les zones sahéliennes, par exemple, sont très peu actives durant les 8 ou 9 mois de saison sèche.

Mais dès que les pluies arrivent, une intense photosynthèse se met en branle, accompagnée d'une respiration tout aussi importante. À l'inverse, le cycle du carbone dans les zones forestières est très actif et relativement stable tout au long de l'année. La variabilité interannuelle retient particulièrement l'attention des chercheurs, car l'Afrique est un continent aux sautes d'humeur impressionnantes, en particulier dans les régions sahéliennes.

Il n'est pas rare d'y voir se succéder des années sèches suivies d'une ou plusieurs années à la pluviométrie très au-dessus de la moyenne.

Des variations trois fois plus importantes qu'en Inde, par exemple, une autre partie du monde également traversée par une mousson.

Des modèles africains

«La plupart des modèles dont nous partons ont été élaborés en Europe ou en Amérique», précise Jonas Ärdo. «Il est donc particulièrement important de les adapter finement aux conditions africaines, ce que ce projet devrait nous permettre de faire.» Tous les problèmes ne seront pas réglés pour autant: les modèles fonctionnent en effet d'autant mieux qu'ils sont nourris de bonnes données météorologiques et pédologiques. Or les chercheurs travaillent sur des cartes des sols truffées d'erreurs car dressées il y deux ou trois décennies par la FAO. De plus il n'est pas rare, sur le continent noir, de se trouver à plus de 300 kilomètres de la station météo la plus proche... Ces lacunes pourraient être en partie compensées par l'utilisation de données récoltées par les satellites.

Des capteurs comme Modis fournissent en effet, avec une résolution inférieure à un kilomètre, des informations sur les conditions météo et le sol... mais avec une fréquence de passage de l'ordre de 8 jours. «En combinant les informations fournies par les satellites avec celles que nous donnent les stations météo et les tours à flux dont nous disposons, il est néanmoins possible de faire des approximations d'une précision acceptable - c'est du moins notre objectif» résume Jonas Ärdo.

Mais le défi que veut relever CarboAfrica ne vise pas seulement à mieux représenter la réalité.

Il s'agit aussi de déterminer comment réduire l'impact de l'Afrique sur le réchauffement climatique. Certes, la contribution du continent dans les émissions fossiles de CO2 est dérisoire, de l'ordre de 3 % du total mondial, selon Christopher Williams, alors même que 14 % de la population du globe y réside.

Par contre, les émissions imputées à la déforestation, activité anthropique responsible d'environ un quart des gaz à effet de serre émis par l'humanité, sont loin d'être négligeables.

Les forêts tropicales fixent en effet d'énormes quantités de carbone, tant au sein de la masse de bois qu'elles contiennent qu'au sein de leur sol très riche en carbone. Lorsqu'elles sont défrichées, généralement par le feu, le CO2 issu de la combustion du bois gagne immédiatement l'atmosphère, et le sol mis à nu, labouré puis cultivé, libère à son tour une partie du carbone qu'il renferme. Or, 30 % de la déforestation tropicale a lieu en Afrique.

Des enjeux financiers importants

Le cycle du carbone est aussi associé à des enjeux sonnants et trébuchants. Car le protocole de Kyoto prévoit explicitement, via des mécanismes financiers connus sous le nom de Mécanisme de développement propre (MDP), la possibilité pour les entreprises des pays développés de compenser leur surplus d'émission de gaz à effet de serre par le financement de programmes de réduction d'émissions dans des pays en développement. Jusqu'à présent, l'Afrique a très peu profité de ces transferts Nord-Sud, mais sur le principe, investir dans une plantation d'arbres et une entreprise de reboisement peut permettre d'obtenir ce type de crédits. Par ailleurs, des modes de financement de la préservation forestière, désignés sous l'acronyme REDD - «Réductions d'Emissions de la Déforestation et de la Dégradation des forêts», sont actuellement en cours de négociation.

Reste que pour rémunérer le stockage de carbone dans des forêts et dans des sols, il faut pouvoir estimer les quantités stockées de façon incontestable. «Or c'est une procédure particulièrement compliquée», indique Laurent Saint- André, spécialiste des écosystèmes forestiers au Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement (CIRAD)français. «Il faut d'abord trouver des zones représentatives de la forêt en question que l'on fractionne en biomes relativement homogènes, pour ensuite évaluer, à l'aide de modèles, la quantité de carbone absorbée par chaque variété. Et puis il y a le sol et la litière, les bois morts. Des décisions à prendre, aussi, notamment le degré de profondeur de l'analyse.

Un de nos objectifs dans le projet sera de définir des procédures et des méthodologies optimisées pour procéder à ces évaluations.» Des évaluations dont il s'agit non seulement d'accroître la rigueur, mais aussi de faire baisser le coût, car ce dernier constitue parfois un obstacle insurmontable pour les acteurs concernés, comme les forestiers ou les autorités locales.

Favoriser le stockage du carbone

Or parvenir à rémunérer la plantation d'arbres ou la sauvegarde des forêts, même à des niveaux faibles, aurait potentiellement de gros impacts sur le stockage du carbone en Afrique.

Et pas seulement dans les zones de forêt humide. Au Sahel, par exemple, où l'environnement a été fort dégradé par le surpâturage et le prélèvement de bois, il existe différentes techniques dites de régénération naturelle assistée (RNA) qui favorisent le retour des arbres. Elles ont en outre l'avantage d'augmenter la richesse organique du sol et sa capacité à retenir l'eau, accroissant en retour sa fertilité.

Même si ces techniques (construction de murets, de fossés, de micro-barrages, etc.) sont bon marché, elles se trouvent tout de même hors de portée de la très faible capacité d'investissement des populations locales. Si elles étaient financées par le biais des marchés du carbone, il y aurait non seulement des impacts positifs en termes de climat mais aussi d'intéressants gains socio-économiques. Autre exemple, Laurent Saint-André et ses collaborateurs ont calculé qu'une plantation d'eucalyptus sur des savanes au Congo stockait durant sa croissance près de 30 tonnes de carbone à l'hectare chaque année. Avec un CO2 qui se négocie autour de 20 € la tonne, il y a là une possibilité de pécule susceptible de financer bien des projets de développement pour des communautés locales prêtes à y consacrer une partie de leurs terres!

Concilier développement local et résorption du réchauffement climatique... l'Afrique recèle sans aucun doute bien des pistes du genre. Des projets comme CarboAfrica peuvent certainement aider à découvrir et à identifier les meilleures d'entre elles. Mais leur mise en oeuvre dépendra principalement de décisions politiques... et donc, dans une certaine mesure, de nous tous.

Yves Sciama


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plus de précisions

Les mystères du feu

L'utilisation du feu est très répandue en Afrique, tant pour défricher des zones forestières que pour débarrasser les parcelles des herbes sèches avant leur mise en culture. En outre, à l'échelle continentale, une proportion significative de la cuisson des aliments s'effectue au feu de bois. «Certains de ces feux sont très visibles, voire spectaculaires, notamment dans la savane, souligne Laurent Saint-André. Mais d'autres se déroulent sous la canopée et passent totalement inaperçus, ce qui n'empêche qu'ils jouent un rôle important.» Or, note Christopher Williams, «contrairement à la respiration, le feu restitue le carbone à l'atmosphère sous la forme d'une vaste panoplie de composés, dont certains sont actifs au plan chimique ou radiatif (méthane, monoxyde de carbone, aérosols...) ou sont des précurseurs de gaz actifs (précurseurs de l'ozone)». Tout un groupe de travail de CarboAfrica se consacre donc à «l'interaction feu-climat-cycle du carbone à l'échelle régionale ou continentale». Une expérience grandeur nature de suivi de feux en Afrique du Sud, mêlant imagerie satellite, mesures par hélicoptères et mesures au sol a notamment été menée en août 2007. Les abondantes données recueillies permettront, notamment, la calibration des images satellites.


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CarboEurope

C'est en quelque sorte le grand frère de CarboAfrica. Né en 2004 pour une fin programmée en 2009, CarboEurope est un projet intégré de très grande envergure, avec 61 institutions participantes issues de 17 pays. L'objectif est au fond le même que celui de Carbo Africa, à savoir, recueillir un maximum d'information sur le cycle du carbone, mais de l'autre côté de la Méditerranée.

Quatre ans après son lancement, le projet affiche un nombre impressionnant de publications à son actif (plus de 100), et ce dans les meilleures revues scientifiques (sans parler des rapports ou des chapitres d'ouvrages).

On doit notamment aux chercheurs de CarboEurope l'analyse - publiée dans Nature en 2006 - des effets impressionnants et inattendus de la sécheresse de 2003 sur le cycle du carbone. L'ensemble du continent européen, ont-ils découvert, alors qu'il joue habituellement le rôle de puits de carbone, s'était alors transformé en source de CO2 en raison d'une quasi interruption de la croissance végétale, d'une respiration intensifiée et de nombreux incendies de forêt. De même, autre publication dans Nature, des scientifiques de CarboEurope ont révélé en 2008 que la tendance au réchauffement des automnes sur le Vieux continent se traduisait aussi par une libération croissante de carbone. L'interdisciplinarité étant une clé de l'étude du climat, l'activité du projet est aussi étendue géographiquement que variée scientifiquement. Des modélisateurs parisiens y côtoient des spécialistes des prairies hongroises, des microbiologistes du sous-sol allemands, des atmosphériciens espagnols ou encore des pilotes d'Antonov russes!

www.carboeurope.org


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En savoir plus

  • CarboAfrica
    15 partenaires - 8 pays (CG - DE - FR - IT - SD - SE - UK - ZA)
    www.carbo
    africa.net