Appel à propositions de recherche

Résultats

Dans son fonctionnement ce projet est structuré en trois volets dont l’activité dont l’activité de chacun est coordonnée par deux animateurs :

(1) « Biologie-Ecophysiologie » (P. Dizengremel (EEF) et J-F Castell (EGC) )

(2) « Echanges végétation-atmosphère »  (E. Lamaud (BC) et B. Loubet (EGC) )

(3) « Spatialisation » (D. Serça (LA) et E. Personne (EGC) )

L’essentiel des résultats acquis à ce jour l’ont été sur les volets (1) Biologie-Ecophysiologie et (2) Echanges végétation-atmosphère. Le travail sur le volet (3) n’en est qu’à ses prémices.

Le volet (1) est presque achevé. Nous avons pu mettre en évidence l’effet d’une augmentation de la teneur en ozone sur les teneurs en pigments photosynthétiques et les activités de la RubisCO et de la PEPc sur des plantes annuelles de type C3 (blé) ou C4 (maïs) et sur une plante ligneuse (peuplier). Nous avons mis un accent particulier sur l’étude de l’impact de l’ozone sur une plante C4 car ce type de plante avait été très peu étudié auparavant (de plus, le maïs est en phase de végétation active au moment des risques maximaux de pics d’ozone). Les résultats expérimentaux ont permis d’obtenir des estimations quantitatives des effets de l’ozone sur ces différentes plantes-modèles comparables aux données publiées, et de comparer les effets sur les plantes C3 et C4 sur les enzymes à l’origine des processus photosynthétiques (Rubisco et PEPc).

L’étude de l’impact sur la photosynthèse a adopté une démarche analytique, décomposant le processus en différentes variables (Jmax, Vcmax, conductance stomatique, …) et étudiant l’impact d’une augmentation de la teneur en ozone sur chacune. Cette démarche présente un caractère générique en ceci qu’elle permet de bien identifier à quel niveau le polluant agit et suivant quelles modalités. Elle devrait pouvoir être adaptée à d’autres polluants. De même, l’effort de modélisation de la conductance stomatique et de sa réponse à l’ozone fournit des concepts et outils d’analyse de l’impact. Une partie de ces résultats a pu être intégrée dans un modèle de fonctionnement de culture (CERES) pour expliquer l’impact de l’ozone sur la production d’une culture. Ces différents travaux se sont appuyés sur (et ont été permis par) l’utilisation de dispositifs expérimentaux existants (chambres phytotroniques et chambres à ciel ouvert, méthodes d’analyse), mais il faut également souligner que ce projet a conduit à la mise au point de plusieurs dispositifs et méthodes d’étude qui sont des acquis pour l’avenir de ce type de thématique : les chambre et rampe de fumigation. Ces dernières ont permis d’exposer des cultures à des teneurs élevées (mais réalistes) en ozone en conditions agronomiques et microclimatiques réelles, et donc d’obtenir des résultats représentatifs de la pratique agronomique. Il reste maintenant à conforter les résultats obtenus dans ces différentes actions et à les extrapoler à d’autres situations. Nous avons évalué les impacts spatialisés de l’ozone sur les cultures, en couplant les modèles développés à des données de teneurs en ozone observées ou calculées sur la région parisienne (données AirParif et Prev’Air). Dans un deuxième temps ces mêmes modèle seront couplés avec un modèle de chimie atmosphérique permettant d’étudier les rétroactions entre les cultures et l’atmosphère sur des scénarios (modèle MésoNH-C).

Concernant le volet (2), le travail s’est organisé autour de l’analyse et de la conception de modèles d’échanges utilisant le concept de résistance (ou son inverse, la conductance) pour formaliser, expliciter et quantifier les émissions et dépôts. Notre schéma fédérateur est celui d’un modèle à deux couches, qui permet de séparer les processus se déroulant au niveau du sol de ceux qui se déroulent au niveau de la végétation. Ces schémas sont bien établis car ils se basent sur de nombreux travaux conduits sur les flux de vapeur d’eau et de CO₂. Leur adaptation aux polluants a demandé, d’une part un couplage fort avec un modèle de microclimat en raison de la sensibilité des émissions et dépôts à la température et l’humidité, d’autre part un travail de paramétrisation/modélisation des résistances de surface et du point de compensation. Ce modèle a tout d’abord été validé pour l’ammoniac et il a été ensuite adapté à l’ozone en s’appuyant notamment sur un travail de paramétrisation du dépôt non stomatique en fonction de variables micro-météorologiques. Ce travail est établi sur la base des mesures de flux et variables météorologiques mesurées dans le cadre de BioPollAtm. pour des couverts agricoles et forestiers. Il a eu pour résultat des formulations qui devraient permettre d’améliorer le calcul des vitesses de dépôt dans les modèles atmosphériques. Une autre voie d’amélioration est la prise en compte de réactions chimiques entre les oxydes d’azote et l’ozone au sein du couvert végétal. Ce travail est rendu nécessaire par les implications qu’il a au niveau de la qualité de l’air (équilibre NO/NO₂, teneur en ozone) et de son impact sur les écosystèmes (évaluation du dépôt réel d’ozone, absorption de NO₂ par la végétation). Enfin, nous avons débuté en 2004 la démarche d’intégration des nouveaux schémas de surface dans un modèle de chimie atmosphérique. La première phase consiste à évaluer jusqu’où il est nécessaire d’aller dans une telle opération en comparant un modèle mono-couche (ISBA, interface surface-atmosphère actuellement implantée dans MésoNH-C) à un modèle bi-couche. Cette action de recherche initiera le travail du volet 3 (Spatialisation), qui démarrera réellement dès la fin 2005. Au delà de ce travail de comparaison de modèles, les directions prises seront d’une part la définition de scénarios d’utilisation des sols et de conditions atmosphériques (météo, pollution) et l’utilisation de MésoNH-C comme outil d’intégration. Ce travail sera conduit par un post-doc qui sera recruté début 2006.

En terme d’infrastructures, il faut également souligner que BioPollAtm a été la base de l’installation de plusieurs sites de mesures continues des dépôts d’ozone. Ces sites actuellement implantés sur cultures (Grignon) et forêt de résineux (Bordeaux) devraient à court terme être complétés par des sites sur prairies (Lusignan) et forêts de feuillus (Nancy ou Fontainebleau) et par des mesures d’émissions ou de teneur en oxydes d’azote, dans le cadre d’autres projets dans le prolongement de BioPollAtm.