Fiches « Changement climatique : stratégies d`observation

Atmosphère
Ecosystèmes
OBSERVER ET MESURER LE CHANGEMENT CLIMATIQUE POUR
ADAPTER LES SYSTÈMES DE CULTURE
ET SYLVICULTURE
Les agroécosystèmes cultivés, agricoles ou forestiers, sont exposés directement au
changement climatique. Ils doivent donc être adaptés à l’évolution du climat et de
l’environnement en général.
Dans les stratégies d’adaptation, les impacts de la gestion des agroécosystèmes
sur l’environnement doivent aussi être pris en compte : gaz à effet de serre (CO2,
méthane, oxyde nitreux), biodiversité, ressources en eau, sols et qualité de l’air.
Avec l’observation, la mesure et la modélisation du changement climatique et de
ses impacts sur les agrosystèmes, les enjeux pour l’Inra sont de mettre au point des
pratiques de gestion et d’aménagement qui satisferont les besoins futurs tout en
optimisant les services environnementaux rendus par les agroécosystèmes.
COMBINER DES STRATÉGIES
ET DES OUTILS COMPLÉMENTAIRES
Initiateur et coordinateur de projets, l’Inra occupe une place centrale au sein de
différents dispositifs d’observation des indicateurs du changement climatique et
des gaz à effet de serre. Ces outils visent à étudier les interactions entre agriculture
et environnement dans les écosystèmes exploités (agricoles, aquacoles, forestiers)
et leurs impacts sur l’environnement (sol, eau, biodiversité, gaz à effet de serre).
Ces dispositifs d’observation sont déployés à trois niveaux :
• au cœur même des écosystèmes (sol et végétation)
• dans l’atmosphère (mesures par avion et grandes tours)
• depuis l’espace (satellite)
Deux enjeux particuliers qui mobilisent la communauté de recherche sont
présentés ici :
• la mesure et l’analyse des gaz à effet de serre (ICOS)
et l’observation de la phénologie (EUROPHEN)
• l’observation par satellite du cycle de l’eau dans le sol
et la végétation.
Source : rapport du GIEC. « Climate Change 2013. The physical basis ». Cambridge University Press.
www.ipcc.ch/report
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CHANGEMENT CLIMATIQUE :
STRATÉGIES D’OBSERVATION
©Inra - février 2015 - Mission Communication INRA Bordeaux-Aquitaine - contacts scientifiques : Denis Loustau, Jean-Pierre Lagouarde (Umr ISPA) - ©crédit photo : INRA - infographie adaptée depuis ipcc.ch/report

L’augmentation des gaz à effet de serre depuis le début de l’ère industrielle a un
impact direct et avéré sur le climat. La part de l’agriculture dans les émissions
globales de gaz à effets de serre est significative. En 2010, elle a ainsi représenté
20% des émissions françaises. L’agriculture, au sens large, est donc appelée à
contribuer à l’effort de
réduction de ces émissions
pour atteindre l’objectif
d’une division par 4 à
l’horizon 2050, fixé aux
niveaux nationaux et in-
ternationaux. Les forêts, au
contraire, piègent près de
27% des émissions de CO2
d’origine fossile.
LE RÉSEAU D’OBSERVATION ICOS
Développé depuis 2008, ICOS (Integrated Carbon Observation System) est une
infrastructure d’observation développée par le CEA, l’Inra et le CNRS. Initiative
européenne lancée par la France, ICOS constitue un très grand instrument scienti-
fique de classe mondiale pour la communauté de recherche sur l’environnement.
ICOS est organisé en un réseau européen de mesures portant sur les écosystèmes,
l’atmosphère et les océans. En suivant en temps réel les émissions de gaz à effet de
serre agricoles et forestières, ICOS permet aux scientifiques de suivre et de comparer
différents types de cultures (céréalières, énergétiques, prairies, plantations fores-
tières et forêts, zones humides). Ce suivi opéré jusqu’en 2035 permettra également
de détecter et de comprendre les effets des changements environnementaux sur
les agroécosystèmes.
DES RÉPONSES SCIENTIFIQUES AUX ENJEUX GLOBAUX
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OBSERVER ET MESURER LES GAZ À EFFET DE SERRE
Changement climatique : stratégies d’observation
[CO2]
[N2O]
[CH4]
Comment vérifier l’impact
des mesures prises ?
Par l’agriculteur, l’éleveur, le forestier,
l’acteur territorial, l’industriel,
le gouvernement
Suivi environnemental,
continu, précis,
cohérent et distribué
Comment réduire les incerti-
tudes sur les bilans de GES aux
échelles spatiales pertinentes
Exploitation
Commune
Région
Pays
Continent
Densifier et homogénéiser les réseaux
de mesure, les inter-connecter,
les mettre en cohérence
avec les observations globales
Comment maîtriser
le présent et le futur ?
Elargir notre compréhension,
améliorer notre capacité de prédiction
Améliorer les modèles utilisés,
leur utilisation combinée
aux données observées
Concentrations en GES de l’année 0 à 2020 (MacFarling-Meure et al., 2006)
©Inra - février 2015 - Mission Communication INRA Bordeaux-Aquitaine - contacts scientifiques : Denis Loustau, (Umr ISPA) - ©crédit photo : INRA (Guy Pracros)

OBSERVER À L’ÉCHELLE GLOBALE
Le réseau d’observation coordonné par ICOS concerne l’atmosphère, les écosys-
tèmes continentaux et l’océan.
• Le réseau atmosphérique comprend une trentaine de tours de 100 à 300m
de hauteur. Outre le suivi des gaz à effet de serre dans l’atmosphère, ces mesures
permettent de calculer les flux émis par les surfaces continentales à une large
échelle (50-100km).
• Le réseau «Ecosystèmes» est constitué de 70 stations réparties dans 16 pays.
Il représente les grands types d’usages des terres : cultures, prairies, forêts, zones
humides. Ces observations permettent d’établir le bilan de différents usages des
terres, de suivre son évolution et d’en comprendre les principaux déterminants.
• Le réseau ICOS Océan est constitué d’une quinzaine de vaisseaux et d’autant
de stations fixes qui mesurent en continu les concentrations en gaz à effet de serre
de l’atmosphère et de la couche supérieure de la colonne d’eau. Ces données per-
mettent d’établir une estimation précise des échanges entre atmosphère et océan.
Les stations du réseau Ecosystème d’ICOS France représentent environ une centaine
de chercheurs , ingénieurs et techniciens scientifiques. Avec 16 sites participants,
le réseau permet de suivre le fonctionnement et l’évolution des grandes cultures
(Grignon, Toulouse, Avignon, Mons), prairies (Lusignan, Clermont-Ferrand, Dijon,
Kourou) et forêts (Nancy, Fontainebleau, Marseille, Montpellier, Bordeaux, Guyane).
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OBSERVER ET MESURER LES GAZ À EFFET DE SERRE
Changement climatique : stratégies d’observation
Source ICOS : www.icos-infrastructure.eu

Monitoring de la vitesse
et de la direction du vent.
Mesure du rayonnement
utile reçu par le couvert
et de ses fractions directe et
diffuse.
Essentielle pour comprendre com-
ment fonctionne la photosynthèse
du couvert, cette mesure permet
aussi de suivre l’impact de la pollu-
tion de l’atmosphère par les aérosols
sur le rayonnement utile reçu par la
végétation.
Profil vertical de mesures
de vent, concentration en
dioxyde d carbone (CO2),
humidité et température de
l’air qui permettent de
calculer les transferts convectifs de
chaleur entre végétation
et atmosphère.
Montage en forêt d’un sys-
tème de mesure des flux de
gaz à effet de serre (CO2, H2O,
CH4) basé sur le principe de cova-
riations temporelles de la vitesse
d’air et des concentrations en gaz.
Cette mesure permet notamment
d’établir avec précision le bilan
de carbone des cultures, forêts
et prairies.
Instruments utilisés pour
la détermination des flux
convectifs de chaleur et CO2
déployés ici sur une coupe rase
forestière.
Mesures par thermopile
du rayonnement atmos-
phérique.
L’atmosphère émet vers la terre un
rayonnement de grande longueur
d’onde distinct du rayonnement
solaire et qui est une composante
essentielle du bilan d’énergie de
l’écosystème.
Caméra automatique
dont les images réassemblées
forment un «film» de l’évolution de
la végétation à long terme.
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INSTRUMENTS DE MESURES TERRESTRES
Changement climatique : stratégies d’observation
Monitoring de la tempéra-
ture végétale par radiomètre
thermique et de réflectance
spectrale directionnelle qui
permet de suivre l’évolution
des couleurs du couvert
végétal et de ses variations
saisonnières et interannuelles
(phénologie).
©Inra - février 2015 - Mission Communication INRA Bordeaux-Aquitaine - contacts scientifiques : Denis Loustau (Umr ISPA) - ©crédit photo : INRA - infographie adaptée depuis ipcc.ch/report

LES RYTHMES SAISONNIERS DU MONDE VIVANT
MODIFIÉS PAR LE CLIMAT
La phénologie - ou le calendrier des évènements saisonniers des animaux et des
plantes - constitue un indicateur simple de l’impact du changement climatique
sur l’écologie des espèces animales et végétales. Observer la phénologie des
plantes, c’est documenter les dates d’éclosion des bourgeons, d’apparition des
feuilles, de floraison, de fructification, de décoloration puis de chute des feuilles.
Les dates d’apparition des feuilles, des fleurs et des fruits sont notées depuis de
nombreuses années par des observateurs partout dans le monde. Quand de tels
enregistrements sont maintenus de façon cohérente pendant plusieurs années, ils
peuvent nous révéler comment les plantes répondent au changement climatique.
Les données montrent que, par rapport à il y a 30 ans, l’apparition des jeunes
feuilles est plus précoce et leur chute est aussi parfois retardée de sorte que la durée
de la «saison de végétation» devient aussi plus longue, de 2,3 à 5,2 jours par dé-
cennie (IPCC, 2007). Actuellement, on ne sait pas si cette tendance va se poursuivre
dans les décennies à venir, ni à quel rythme.
SAISONS DE CROISSANCE ALLONGÉES = STOCKAGE ACCRU DU CO2?
Bien que le nombre de jours où les plantes ont des feuilles s’accroit chaque année,
il est encore incertain d’affirmer que cela entrainera une plus forte absorption du
dioxyde de carbone (CO2), dont l’augmentation des concentrations dans l’atmos-
phère est responsable au premier chef du réchauffement climatique.
Avec l’arrivée plus précoce du printemps, les écosystèmes absorberont plus de CO2
durant la photosynthèse, mais la hausse des températures peut aussi conduire à
une augmentation des pertes de CO2 par respiration des micro-organismes du sol
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LA PHÉNOLOGIE :
INDICATEUR DU CHANGEMENT CLIMATIQUE
Changement climatique : stratégies d’observation
©Inra - février 2015 - Mission Communication INRA Bordeaux-Aquitaine - contacts scientifiques : Lisa Wingate (Umr ISPA) - ©crédit photo : INRA
Modifications futures des périodes de débourrement printanier (1), de coloration des feuilles à l’automne (2)
et longueur de la saison de croissance (3) dans les forêts de feuillus pour la période 2071-2100 (Lebourgeois et al., 2010)
Débourrement printanier (1) Senescence (2) Longueur de la saison
de croissance (3)