Modifier

Introduction : les modèles conceptuels du cycle du carbone, le monde de Walker et le monde de Raymo

A l’échelle des temps géologiques, la description du cycle du carbone est traditionnellement centrée sur l’altération des silicates à la surface des continents et la précipitation de carbonates dans l’océan. L’altération des silicates entraîne la consommation de CO2 hors de l’atmosphère et la création d’alcalinité dans les rivières. Dans l’océan, carbone dissous et alcalinité permettent la précipitation de carbonates et le stockage du carbone dans les sédiments. Une partie du carbone dissous est ré-émis dans l’atmosphère sous forme de CO2 lors de la précipitation de carbonates. Par ailleurs, de par son rôle de gaz à effet de serre, le CO2 est un acteur du climat à la surface du globe, climat qui agit en retour sur l’intensité de l’altération. Les liens entre CO2, altération et climat peuvent alors être schématisés sous forme d’un modèle conceptuel. Le premier modèle conceptuel du cycle du carbone a été proposé en 1981 : c’est l’hypothèse du thermostat de Walker (Walker et al. 1981). Ce modèle est le premier à relier explicitement régulation de la température moyenne à la surface du globe et cycle du carbone, l’interaction entre les deux se faisant par le biais de l’altération des silicates.

En effet, le flux de consommation de CO2 par l’altération des silicates suivi de la précipitation de carbonate peut entraîner un stockage du carbone hors de l’atmosphère sur le long terme (échelle de temps supérieure à 10000 ans). Cette diminution de la pression partielle de CO2 (pCO2) atmosphérique génère une baisse de l’effet de serre et de la température de surface. L’intensité de l’altération diminue et le CO2, moins consommé, s’accumule dans l’atmosphère (Fig. I-1).

A l’inverse, le modèle de Maureen Raymo (1988) met en avant l’influence de l’orogenèse sur l’altération des silicates. La création de relief entraîne l’accélération de la dénudation physique qui accélère à son tour l’altération chimique des roches, accroissant la consommation de CO2. Il en résulte que la mise en place de chaîne de montagne entraînerait un refroidissement notable de la surface du globe et l’éventuelle apparition de périodes glaciaires.

Fig. 1 Principe de la régulation à long terme du CO2 atmosphérique : le monde de Walker (1981, à gauche) et le monde de Raymo (1988, à droite).

Ce modèle a été revisité par Peter Mollnar et Philipp England (1990) qui mettent en avant le fait que, à l'inverse, le refroidissement Cénozoïque a pu être généré indépendemmant de l'alération. En revanche, ce qui est sûr, c'est que le refroidissement, en entrâinant l'appairiton de glaciers, a favorisé l'éorsion physique et l'altération.

Enfin, Christian France-Lanord et Louis Derry (1997) proposent une explication encore différente. La surrection Himalayenne, en entraînant une hausse de l'érosion physique, permet d'exporter davantage de débris végétaux et autre carbone organique. Ce carbone organique est exporté rapidement (grâce au relief important) par les rivières et déposé dans le cône d'accréation du fleuve Bengale. Ils décrivent ainsi un mécanisme d'accumulation de carbone hors de l'atmosphère qui permet de baisser la pCO2 de l'atmosphère.

La complexité de ce cycle vient des divers échanges entre les enveloppes terrestres : hydrosphère, lithosphère, atmosphère et biosphère et de la nécessité de prendre en compte le sous-cycle du carbone organique. Les carbonates ne sont pas la seule forme de stockage de carbone à long terme puisque la matière organique fossile représente 1/6 du stock de carbone sédimentaire. La capacité de stockage de carbone de l’océan, par équilibre avec l’atmosphère, est intimement reliée au pH et à l’alcalinité océanique ainsi qu’à la circulation océanique. Par ailleurs, à la surface des continents, les carbonates et la matière organique sont également soumis à l’influence oxydante et acidifiante de l’atmosphère, participant au cycle géologique du carbone. Nous allons maintenant regarder plus en détails les grands éléments du cycle externe du carbone en nous intéressant aux mécanismes de séquestration naturelle du carbone hors de l’atmosphère. Nous présenterons donc par la suite les principaux concepts, réservoirs et flux du cycle du carbone pour définir le probable état d’équilibre qui définit le système Terre à différentes échelles de temps.

Première partie : Les réservoirs et flux du cycle externe du carbone

Deuxième partie : Le rôle de l'océan : pH, alcalinité et CO2

Troisième partie : l'altération continentale

Quatrième partie partie : Stockage long terme