Contexte et objectifs scientifiques
Les écosystèmes terrestres (principalement les forêts) sont la principale source mondiale de composés organiques volatils atmosphériques. Pour prendre en compte ces composés dans les modèles atmosphériques, il est nécessaire d'établir des relations fonctionnelles entre les émissions des écosystèmes et les facteurs d'émission spécifiques des plantes, les paramètres environnementaux et les paramètres physiologiques des plantes.
La meilleure façon d'obtenir ces informations à l'échelle de l'écosystème est de mesurer les flux par covariance de turbulances au‑dessus de la forêt. Pour plusieurs COV importants, la variabilité du flux n'est pas encore bien comprise.
En collaboration avec l'ULiège, nous avons mis en place une infrastructure de mesure sur le site de la forêt mixte, càd constituée à la fois de feuillus et de conifères. de Vielsalm (Ardenne belge), dans le cadre du Système intégré d'observation du carbone (ICOS), afin d'étudier les multiples sources et puits de COV dans le continuum complexe sol-canopée-atmosphère, ainsi que leur impact sur les flux nets de COV au-dessus de la canopée.
Cette recherche est menée en étroite collaboration avec l'ULiège (Gembloux Agro-Bio Tech) dans le cadre de BERTRAC et constitue également une contribution belge majeure au réseau de recherche ACTRIS.
Site de mesure et infrastructure
Une nouvelle cabine de mesure a été installée à proximité de la tour de flux de 51 m de haut à l'observatoire terrestre de l'ICOS. L'air ambiant est prélevé au sommet de la tour et pompé dans des tubes en téflon chauffés et isolés thermiquement vers la cabine.
Cette dernière abrite des instruments in situ de pointe pour mesurer les gaz en trace réactifs dans l'air échantillonné, tels qu'un analyseur de COV par spectrométrie de masse à temps de vol avec transfert de protons (PTR-TOF-MS) et un analyseur d'ozone. L'ensemble du dispositif de mesure peut être utilisé à distance, à l'exception du remplacement des filtres et de la maintenance des instruments.
Alors que les mesures à haute fréquence des concentrations de COV (PTR-TOF-MS) et de la vitesse du vent en 3D (anémomètre sonique au sommet de la tour) donnent des flux nets de COV au-dessus de la canopée, un profil vertical de concentration de COV le long de la tour (7 points d'échantillonnage) devrait fournir des informations sur les sources et les puits de COV entre la surface et le sommet de la tour grâce à la modélisation inverse.
L'analyse des mesures des flux de gaz en trace réactifs bénéficiera clairement des longues séries temporelles de flux de CO2 et de H2O disponibles pour ce site ICOS et du suivi étroit des conditions environnementales et des caractéristiques du sol.
Grâce à la nouvelle instrumentation PTR-TOF-MS, les concentrations de COV peuvent être enregistrées à haute fréquence (10 Hz). En pompant l'air ambiant à la fois au sommet et périodiquement le long de la tour (en 7 points différents), les profils verticaux des concentrations de COV peuvent être déterminés. Les sources et les pertes dans les différentes couches de la forêt peuvent être calculées à partir de ces mesures de profil et des modèles d'inversion.
En combinant les données COV au sommet de la tour avec les vitesses du vent en 3D (mesurées avec un anémomètre sonique), les flux sont déterminés. L'analyse de ces flux fera appel à différents paramètres suivis dans le cadre d'ICOS (flux de CO2 et H2O mais aussi paramètres environnementaux et caractéristiques du sol).
Une première campagne avec la nouvelle infrastructure a eu lieu pendant la saison de croissance 2022 et l'analyse des données est en cours.
