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PESAt - Plateforme sur les Echanges ‘Sol-Atmosphère’ dans les tourbières

PRÉSENTATION

À l’échelle globale, les tourbières (zones humides), qui contiennent environ 30% du stock de carbone (C) des sols mondiaux, sont des pièges importants de C atmosphérique et participent ainsi à la régulation du climat et à la préservation d’une biodiversité spécifique souvent rare et menacée. Cependant, en raison du changement climatique (hausse de la température de l’air, modification de la pluviosité et de l’hydrologie du sol), le fonctionnement de ces écosystèmes risque d’être fortement modifié avec pour conséquence un déstockage massif du C accumulé dans le sol sous forme d’émission de gaz à effet de serre, GES (CO2 et CH4) dans l’atmosphère et/ou de relargage de C organique dissous dans les eaux. Les émissions de GES par ces milieux se caractérisent par une très grande variabilité spatiale et temporelle, avec des épisodes de grandes émissions, isolés dans le temps et dans l’espace, ayant une contribution essentielle dans les bilans. Saisir ces évènements avec des méthodes de mesures ponctuelles dans le temps et dans l’espace conduit à des estimations avec de très grandes incertitudes. C’est pourquoi, nous mettons en œuvre des outils de mesure in situ permettant des acquisitions continues et intégrées dans le temps et dans l’espace de chroniques de flux afin de pouvoir estimer les bilans de C à l’échelle de l’écosystème (puits ou source de C) et de diminuer les incertitudes sur ces bilans.

D’autre part, ces zones humides sont soumises à de fortes pressions anthropiques (drainage et fertilisation) ayant pour conséquences une modification notable du fonctionnement hydrologique et un accroissement d’une biodiversité (communautés végétales notamment) envahissante conduisant souvent à une ‘fermeture’ du milieu et une érosion de la biodiversité endémique. Ainsi, nous mettons en place des expérimentations (in situ et en laboratoire) basées sur des outils d’ingénierie écologique afin de restaurer les services écosystémiques de ces milieux et nous évaluons leur réhabilitation par le suivi spatio-temporelle de nombreuses variables sur le long terme.

C’est dans ce contexte que l’ISTO/OSUC a entrepris dès 2008 le suivi du fonctionnement hydro-écologique de nombreux sites, notamment de deux tourbières en France (La Guette, Sologne et Frasne, Jura) en y déployant des instruments de mesure de plusieurs catégories de variables environnementales (météorologie, hydrologie, hydrochimie, biodiversité, émissions de gaz à effet de serre…). Dès 2011, l’élargissement du suivi à d’autres sites en France (Landemarais, Bretagne et Bernadouze, Pyrénées) et en Sibérie (Mukhrino Field Station) a abouti à une labellisation (i) de ce réseau d’observation comme Service National d’Observation (SNO) Tourbières par le CNRS – INSU et de la tourbière de La Guette, comme Site Atelier de la Zone Atelier Loire par le CNRS-InEE. Depuis 2016, le SNO Tourbières fait partie de l’Infrastructure de Recherche OZCAR dédiée à l’observation de la zone critique des surfaces et interfaces continentales.

C’est ainsi qu’en 2015, ce dispositif muni d’une métrologie innovante pour l’observation à long terme du fonctionnement des écosystèmes tourbeux s’est logiquement inscrit dans la problématique du Programme PIVOTS afin d’augmenter ses capacités en termes d’instrumentation et d’expérimentation et de répondre ainsi aux objectifs de ce Programme.

 

La Plateforme PESAt

PESAt (Plateforme sur les Echanges Sol-Atmosphère dans les tourbières) a pour objectif majeur de développer une métrologie innovante permettant la quantification, le contrôle et la modélisation des émissions de gaz à effet de serre, GES (CO2 et CH4) entre les sols tourbeux et l’atmosphère. L’acquisition de chroniques continues permettra ainsi de diminuer les incertitudes sur les estimations des émissions de GES par les zones humides et contribuera à l’amélioration des modèles globaux de prévision climatique dans lesquels le stock important de C des tourbières n’est jusqu’à présent pas pris en compte.

 

La plateforme PESAt est déployée en grande partie sur le site de La Guette (Neuvy-sur-Barangeon, 18 Cher). Avec une superficie de 23 hectares, La Guette est la tourbière la plus vaste de Sologne. Outre sa situation dans le périmètre de Natura 2000, et de par son patrimoine naturel exceptionnel (nombreuses espèces floristiques et faunistiques protégées), elle a été classée en ZNIEFF (https://inpn.mnhn.fr/zone/znieff/240030831/tab/commentaires) et plus récemment, en ENS (Espace Naturel Sensible) par le Département du Cher (http://nature.cg18.fr/A-la-decouverte-des-tresors-de-l-ENS-Tourbiere-de-la-Guette.html).

 

 

EN BREF

Organisme
UNIVERSITE ORLEANS
CNRS
ISTO
Thème
Agriculture
Métrologie
Atmosphère
Documents
SERVICES PROPOSÉS

 

Les instruments de la plateforme PESAt sont pour la plupart déployés in situ sur le site de la tourbière de La Guette et sont mobilisables dans le cadre de projets collaboratifs.

D’autres outils d’analyse et de suivi ‘mobiles’ peuvent également être mis à disposition dans ce même cadre :

  • un jeu de chambres automatiques munies de sondes de mesure de CO2

  • des sondes multi-paramètres pour la mesure des paramètres physico-chimiques des eaux

  • un préleveur automatique des eaux

  • des détecteurs sonores de niveau d’eau

L’ISTO/OSUC dispose aussi d’un laboratoire d’expérimentation (mésocosmes et phytotron) d’analyses des eaux et de la matière organique des sols, eaux et sédiments. Ces analyses de géochimie (organique et minérale) globale, moléculaire et isotopique peuvent être effectuées dans le cadre de projets collaboratifs.

=> Météorologie (air et sol) avec l’installation d’une station météorologique (température et humidité de l’air, pluviosité, rayonnement…) et d’une station météo-sol munie de capteurs de température du sol, de teneur en eau du sol, de niveau de la nappe d’eau, de flux de chaleur dans le sol et de rayonnement net.

=> Emissions de gaz à effet de serre (CO2 et CH4) dont la mesure s’effectue à la fois par la méthode d’eddy covariance par une tour à flux et par la méthode de chambres statiques (manuelles et automatiques) :

  • Tour à flux permet la mesure à haute fréquence (à 20 Hz) des concentrations en CO2, CH4 et H2O dans l’air et la vitesse de la composante verticale du vent. Elle est munie d’analyseurs de CO2, CH4 et H2O, et d’un anémomètre 3D. La station est complétée d’une pompe pour la circulation de l’air, d’un datalogger, de panneaux solaires et batteries et d’un système de transmission des données.
  • Chambres statiques manuelles et automatiques permettent d’estimer notamment la variabilité spatiale des émissions de GES et d’évaluer l’impact de facteurs biotiques (végétation) et abiotiques (température, teneur en eau du sol, PAR…) sur cette variabilité. Les chambres manuelles sont munies de sondes de mesure de CO2 (sondes Vaisala, et de CH4 (sonde Los Gatos, et sonde SPIRIT : spectromètre infrarouge développé par le laboratoire LPC2E). La température et l’humidité de l’air dans la chambre sont également mesurées par des capteurs adhoc. Les chambres automatiques (en cours de développement) seront déployées à partir de 2018 dans l’empreinte de la tour à flux.

  • Mesure de la respiration du sol par la méthode de gradients : le développement (en cours) de capteurs adhoc permettra la mesure in situ et en profondeur de la concentration en CO2 respiré par le sol. L’application de ces capteurs, couplés à des capteurs de mesure de la température et de la teneur en oxygène et en eau du sol, dans des conditions redox contrastées, permettra de mieux caractériser la production et les émissions de CO2.

=> Hydrologie et hydrochimie : l’instrumentation a été conçue de façon à pouvoir estimer et modéliser le bilan hydrique et les flux de C organique dissous ainsi qu’à caractériser la qualité chimique des eaux.

  • des piézomètres munis de sondes automatiques pour la mesure du niveau de la nappe d’eau sont installés, pour les plus anciens d’entre eux, depuis 2010 dans la tourbière, à ses exutoires et en amont de la tourbière. Les débits d’eau sont régulièrement mesurés à l’exutoire,

  • deux sondes multi-paramètres (Exo2 et GGUN) sont installées à deux exutoires de la tourbière pour y mesurer la fluorescence de la matière organique dissoute dans les eaux et les paramètres physico-chimiques des eaux (conductivité, pH, température, turbidité),

  • l’analyse chimique des eaux (ions (nutriments compris), COD, azote dissous, aromaticité de la MOD, fluorescence 3D) est régulièrement effectuée en laboratoire sur les prélèvements manuels des eaux dans la tourbières et les cours d’eau adjacents. Le pH, la conductivité et la température des eaux sont également mesurés régulièrement sur le terrain grâce à des sondes portatives,

  • un préleveur automatique des eaux est installé à l’exutoire pour le suivi des épisodes de crue.

=> Biodiversité et télédétection : le suivi du couvert végétal est opéré depuis 2012 dans le cadre du projet CARBIODIV dans les placettes de deux stations expérimentales. Le relevé de végétation (6 campagnes par an) s’effectue sur un carré permanent de 50 cm de côté à l’aide d’un quadrat. Des cartes d’habitats sont aussi régulièrement effectuées sur l’ensemble de la tourbière ; la dernière datant de 2012.


Le suivi de la végétation à l’échelle de la tourbière sera effectué par télédétection à partir de 2018 dans le cadre du projet CAREX.

 

VALORISATION SCIENTIFIQUE

 

Pivots

 

  • Publications scientifiques
  • Congrès scientifiques
  • Rapports
  • Brevets
  • Dans la presse
  • Evénements grand public

 

 
VIDÉOS

Fatima LAGGOUN

Responsable de la plateforme PESAt

Directrice de recherche au CNRS

02.38.49.46.63 - fatima.laggoun@univ-orleans.fr

ISTO/OSUC - Université d'Orléans - CNRS - 1A, rue d ela Férollerie, 45071 Orléans Cedex 2

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