Fiche 9 La forêt et le cycle du carbone

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1 Activités Objectifs Réaliser des mesures sur un montage expérimental. Saisir des informations dans un document vidéo ou en ligne. Effectuer des recherches sur Internet. Réaliser des schémas. Rédiger un argumentaire. Extraits du programme de seconde LA BIOSPHERE ENSEMBLE DE LA MATIERE VIVANTE Notion de respiration, de fermentation, synthèse chlorophyllienne. Supports de travail * Le DVD : LE CYCLE DU CO2 L atmosphère et la biosphère sont couplées. Influence de l homme. Action sur la température de surface. ÉVOLUTION HISTORIQUE DE LA COMPOSITION DE L'ATMOSPHERE La courbe des températures fossiles et des teneurs en CO2 au cours du quaternaire récent. THEME AU CHOIX L'enseignant peut ainsi choisir librement un sujet (thème) d'étude. Le sujet peut être la mise en relation de deux points, apparemment éloignés du programme, ou un développement de celui-ci sans introduction de nouvelles notions fondamentales ou un travail expérimental particulier. - «La forêt de montagne», chapitre «une fonction de préservation». - «La forêt de montagne», rubrique «En savoir plus Le stockage du carbone». * Sites Internet : - Site de la Cité des Sciences et de l industrie «Opération carbone», rubrique «Le cycle du carbone». - Site «Planet Terre». - Site « dossier «La forêt, le bois et le réchauffement climatique» du 4 mars Site « dossier «L IF n 7 mars 2005 La forêt française, un puits de carbone?». Auteur Françoise Ménant Prolongements - Site « document «Bois Construction et Environnement». - Site « actualité «L institut du développement durable met un bémol au potentiel de séquestration de CO2» du 25/11/ Site « actualité «Forêts : le piège à carbone montre ses limites» du 10/10/

2 1) Consultation des documents de travail - DVD «La forêt de montagne», chapitre «une fonction de préservation» Bernard FISCHESSER, ingénieur au CEMAGREF, montre la richesse de l écosystème de la forêt et l interaction de ses composantes végétales et animales. Il insiste sur l activité des champignons, décomposeurs qui recyclent les éléments minéraux du bois, libérant notamment le carbone. - Site de la Cité des Sciences et de l industrie «Opération carbone», rubrique «Le cycle du carbone». Ce site fournit de nombreuses données qualitatives et quantitatives, des schémas et des animations, et des références de sites pour approfondir les notions. - Site «Planet Terre». Ce site réalisé par l ENS de Lyon avec le soutien de la DGESCO apporte des compléments scientifiques précis et régulièrement actualisés, sous forme de textes, schémas et conférences enregistrées en vidéo. Le moteur de recherche permet d obtenir les pages documentaires sur le cycle du carbone, sur l évolution des concentrations atmosphériques au cours du dernier millénaire, et des températures moyennes depuis Il est également possible d accéder à ces ressources par la rubrique «programme officiel». - Site « dossier «La forêt, le bois et le réchauffement climatique» du 4 mars Forêt : un puit de carbone important mais à effet limité Tout le monde sait ainsi que les végétaux par le phénomène de la photosynthèse captent du CO2 dans l air pour le stocker sous forme d herbe, de feuilles, de bois, de racines. On oublie parfois que dans le même temps, les végétaux respirent pour assurer leurs multiples fonctions vitales. Ils rejettent alors du gaz carbonique comme les animaux ou les êtres humains. Ces émissions de CO2 représentent environ la moitié des quantités absorbées de gaz carbonique durant la journée. La différence se retrouve dans la croissance des arbres. Ainsi une tonne de bois sec est constituée de 400 à 500 kg de carbone. Mais lorsque les arbres meurent, la matière organique se décompose. Les minéraux restent au sol et le gaz carbonique repart dans l atmosphère. La forêt ne constitue un puits de carbone que dans la mesure où elle grandit. Ainsi, les " forêts vierges " de la zone tropicale qui offrent avec environ 200 à 400 tonnes de carbone par ha le plus important stock en place, ne sont pas des puits de carbone. Arrivées à un stade de maturité et d équilibre, les " forêts naturelles " n accumulent plus de carbone car il pousse autant d arbres qu il en meurt. Pour autant leur incidence dans les mécanicismes d émissions de carbone n est pas négligeable. Leur destruction, en particulier lors de processus de défrichage par brûlis, revient à libérer d un coup plusieurs centaines de tonnes de carbone pour chaque ha détruit. Dans ce cas, elles sont sources de carbone. Au total, le processus de déforestation serait responsable d à peu près 20 % des émissions artificielles de gaz carbonique chaque année. Les puits de carbone forestiers ont des limites : à raison de 3 à 5 tonnes de stockage de carbone par an et par ha, il faudrait pour compenser les émissions artificielles de CO2 des surfaces de nouvelles forêts considérables (de l ordre de 850 millions d ha à 1 milliard d ha, soit 15 à 20 fois la surface de la France). L effet puits de carbone ne sera important que durant 100 ans et déclinera en suite pour s annuler au bout de 200 ans environ quand la forêt naturelle aura atteint son point d équilibre. Au-delà le bilan sera nul. La forêt ne captera plus de carbone supplémentaire. Elle pourrait même alors devenir, dans certaines conditions défavorables, des sources de carbone. Quelques chiffres. Le carbone et la forêt : une tonne de bois sec = 400 kg de carbone. Le carbone dans un arbre : 78% dans le bois (tronc, branches), 6% dans les feuilles, 16% dans les racines. Le stock moyen de carbone par ha de formation végétale en France : forêt = 138 tonnes/hectare ; prairie = 65 tonnes/hectare ; terre cultivable = 43 tonnes/hectare. 02

3 - DVD «La forêt de montagne», rubrique «En savoir plus Le stockage du carbone» Bernard FISCHESSER rappelle que : - les activités humaines ajoutent chaque année à l atmosphère 3 milliards de tonnes de carbone, augmentant ainsi le taux de dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre ; - depuis un siècle la température a augmenté de 1 C ; - une partie de ce carbone vient du défrichement abusif de la forêt équatoriale et tropicale ; toutes les 2 secondes on en défriche et on en brûle l équivalent de la superficie d un terrain de football ; - 1 ha de forêt capte chaque année 3 tonnes de carbone ; - dans une forêt âgée le cycle du carbone est équilibré : elle rejette autant de carbone qu elle en capte ; - 1 ha d une forêt de 60 à 120 ans en Chartreuse représente 100T de carbone fixé ; la forêt piège deux fois plus de carbone qu une culture. Il existe plusieurs façons d agir par la gestion des forêts contre l augmentation du taux atmosphérique de dioxyde de carbone : - augmenter la surface de la forêt en reboisant, les forêts en croissance fixant plus de carbone qu elles n en rejettent ; - couper à l âge optimal ; - ne pas brûler sur place ni laisser le bois se décomposer, mais l utiliser comme bois de construction ; - utiliser le bois à la place des combustibles fossiles. - Site « dossier «L IF n 7 mars 2005 La forêt française, un puits de carbone?» Les forêts stockent plus de la moitié du carbone des terres émergées (1120 gigatonnes de carbone). Elles jouent donc un rôle déterminant dans la régulation du taux de CO2 atmosphérique. En moyenne, les peuplements à plus fort stock par unité de surface sont les sapinières (87 tonnes de C/ha) et les hêtraies (84 tonnes de C/ha). Les sols forestiers constituent d importants réservoirs de carbone organique terrestres. En France, ils stockent 1140 mégatonnes de C, soit 79 tonnes de C/ha. Deux stratégies sont envisageables pour permettre aux forêts d augmenter leur capacité de lutte contre le changement climatique : l augmentation de la surface forestière par boisement des terres agricoles permet un accroissement pérenne des stocks de carbone dans la biomasse et dans les sols ; l augmentation de l âge d exploitabilité des forêts accroît le niveau de stock (tonnes de C/ha) dans la biomasse ligneuse. Avec du matériel adapté et performant, le bois énergie émet douze fois moins de gaz à effet de serre en équivalent carbone que la filière charbon, huit fois moins que la filière fuel domestique, sept fois moins que la filière gaz naturel et deux fois moins que la filière électricité. Il présente de plus l avantage d être neutre puisqu il absorbe autant de carbone qu il en émet, contrairement aux autres énergies. 03

4 2- Questionnement : La forêt est un écosystème particulièrement diversifié, Elle est souvent citée comme un des facteurs de régulation du taux de CO2 dans l atmosphère, pouvant compenser les rejets humains et ainsi limiter l effet de serre et le réchauffement climatique. Question n 1 : Précisez la nature et l origine des échanges gazeux au niveau d une forêt. Pour cela, réalisez des montages expérimentaux avec différents échantillons prélevés en forêt : un végétal chlorophyllien, un animal, un champignon, un peu de litière du sol. Représentez ces échanges par un schéma quantifié, pour une forêt âgée et pour une forêt en croissance. Question n 2 : Représentez le cycle du carbone par un autre schéma plus global incluant les émissions dues aux activités humaines, les réservoirs naturels et en mettant en relief le rôle de la forêt. Question n 3 : Recherchez des renseignements chiffrés sur l évolution de la concentration de CO2 et de la température dans l atmosphère au cours des derniers siècles. Question n 4 : Expliquez comment, par une gestion optimale des forêts, il serait possible d obtenir une réduction efficace du taux de CO2 dans l atmosphère. 04

5 3) Eléments de réponse Question n 1 : Il s agit d une première approche du couplage entre atmosphère et biosphère, par les phénomènes de respiration, de fermentation et de synthèse chlorophyllienne. Les échanges gazeux de la respiration sont connus depuis le cycle central du collège. La fermentation a pu être abordée en 6ème à l occasion de l étude de la transformation biologique d un aliment, et le dégagement de CO2 a pu être évoqué. Le rôle des végétaux chlorophylliens dans l oxygénation des milieux a été cité au cycle central. Ces différents métabolismes sont donc inégalement maîtrisés, et un bilan des échanges gazeux doit être construit en seconde. Les montages expérimentaux pourront utiliser des capteurs d ExAO (expérimentation assistée par ordinateur). Le schéma fera intervenir les différentes composantes biologiques de l écosystème forêt : végétaux chlorophylliens, animaux, champignons, microorganismes du sol. Il montrera le double transfert (absorption et émission) de CO2 et de dioxygène. Pour la forêt âgée, l échange doit montrer un équilibre entre absorption et émission (pour le carbone, de l ordre de 3 T par ha et par an). Pour la forêt en croissance, il est difficile de quantifier car les valeurs vont dépendre des essences considérées, du climat Des chiffres sont cependant fournis dans certains manuels de SVT de la classe de seconde. A défaut, le schéma mentionnera simplement un rejet de CO2 inférieur à l absorption. Question n 2 : Ce schéma mentionnera les réservoirs et les flux de carbone organiques et inorganiques. Quelques données chiffrées sont disponibles sur le DVD : - augmentation du carbone atmosphérique par les activités humaines de l ordre de 3 milliards de tonnes par an ; - absorption au niveau des forêts par photosynthèse de 3 T de carbone par ha et par an ; - biomasse des forêts de Chartreuse (hêtraies et sapinières) 80 à 100 T de carbone par ha. Mais il faudra rechercher la plupart des informations nécessaires en ligne, par exemple sur les sites indiqués et notamment celui de la Cité des Sciences (Opération carbone). Ce dernier, dans le bandeau «savoirs +», case «Points Docs», renvoie entre autres au site Planète Terre de l Université de Laval (Québec), et tout particulièrement un cours sur «Les grands cycles biogéochimiques et les changements climatiques». Le site «Planet Terre» propose aussi des schémas de synthèse simples. Question n 3 : Toujours sur le site «Planet Terre» l on trouvera des graphiques classiques. Il est également possible avec tout moteur de recherche de se procurer des extraits du 4ème rapport du GIEC (groupe d experts intergouvernemental sur l évolution des climats) : outre des données sur les évolutions récentes de la température, sont apportées des données sur la fonte des glaces, l élévation mesurée du niveau des mers et les scénarios pour les évolutions futures. Question n 4 : Les documents proposés fournissent toutes les données utiles. Il s agit de souligner : - qu une augmentation des surfaces forestières accroît la quantité de carbone immobilisé, stocké en dehors de l atmosphère ; de ce point de vue les forêts sont beaucoup plus efficaces que les cultures, car elles représentent plus de matière organique par unité de surface ; - que lorsqu elles sont jeunes, avec des arbres en croissance, les forêts augmentent leur quantité de matière organique par unité de surface ; elles prélèvent donc plus de CO2 qu elles n en rejettent dans l atmosphère. En revanche une forêt âgée, en équilibre, rejette autant de CO2 qu elle en absorbe. 05

6 La déforestation est dommageable dès lors que les bois coupés sont soit brûlés, soit abandonnés à la décomposition : la masse de carbone qu ils représentent est libérée sous forme de CO2 dans l atmosphère. En revanche, si le bois récolté est utilisé pour les constructions, et que la forêt âgée est remplacée par de jeunes arbres, la même surface forestière prélève au final une quantité accrue de CO2. L efficacité maximale est donc atteinte non pas dans les forêts naturelles mais lors d exploitations optimales, récoltant le bois dès qu une biomasse importante est atteinte, mais avant que le ralentissement de la croissance des arbres ne ramène leurs prélèvements de CO2 à un niveau voisin de celui de leurs émissions. Mais il faut rester conscient des limites de cette solution : à raison de 3 à 5 tonnes de stockage de carbone par an et par ha, il faudrait pour compenser les émissions artificielles de CO2 des surfaces de nouvelles forêts considérables (de l ordre de 850 millions d ha à 1 milliard d ha, soit 15 à 20 fois la surface de la France). D où un regain d intérêt pour le bois combustible : plutôt que de chercher à compenser les apports de CO2 résultant de l usage des combustibles fossiles, il est possible de les limiter en remplaçant ces derniers par le bois, source renouvelable de carbone recyclable. Le site de la Cité des Sciences et de l industrie «Opération carbone», rubrique «Opération carbone en Amazonie», «Forêts et changements climatiques» - propose une animation réalisée par le CIRAD qui constitue une bonne synthèse sur ce thème. 06