Tourbière à sphaignes

Enjeux des tourbières

Les tourbières sont des écosystèmes fragiles qui stockent de grandes quantités de carbone (C) sous forme de tourbe, par une assimilation de C atmosphérique (photosynthèse) plus importante que ses pertes par les processus de respiration des plantes, et respiration des micro-organismes dégradant la matière organique du sol. Les tourbières pourraient être fortement impactées par les futurs changements globaux naturels et anthropiques. Un effet direct de ces changements pourrait être la modification de leur fonctionnement et de la distribution des espèces qui s’y développent, altérant ainsi le rôle de ces écosystèmes dans la séquestration du C et dans le processus d’échanges des espèces carbonées (Gaz à Effet de Serre-GES, Composés Organiques Volatils Biogéniques-COVB, Carbone Inorganique Dissous-CID, Carbone Organique Dissous et Particulaire -COD et COP) et leur transfert dans les bassins versant des tourbières. Les rétroactions induites sur l’atmosphère pourraient affecter significativement l’évolution du climat futur selon les rapports successifs du GIECC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat)

 

Objectifs  des recherches autour des tourbières au sein du LPC2E et de l’OSUC

L’objectif de nos études au sein des laboratoires de l’OSUC (Observatoire des Sciences de l’Univers en Région Centre) est de comprendre le fonctionnement biogéochimique des tourbières à sphaignes et d’évaluer l’évolution de leur biodiversité et du bilan Carbone (C) dans un contexte de changements globaux (climat, pollution, exploitation des ressources) et, les conséquences induites en termes de rétroaction sur l’atmosphère et impact sur le climat futur.

 

Activités actuelles et futures

Nous avons initié depuis une dizaine d’année une observation sur le long-terme des flux de CO₂ et de CH₄ et des paramètres (a)biotiques du sol dans une tourbière tempérée (la Guette -Sologne, labelisée ICOS-Ecosystèmes France-Europe), profondément affectée par les changements climatiques (abaissement du niveau de nappe et invasion par les végétaux vasculaires), ainsi que sur d’autres tourbières du Service National d’Observation Tourbières (SNOT). Les flux de GES ont été tout d’abord suivis au moyen de chambre manuelle mobile posée sur embase fixe disposée dans le sol où les concentrations de GES sont mesurés au moyen de capteurs IR transportables (Vaisala© pour CO₂ , LGR© pour CH₄).

Ces études sont réalisées un contexte de réchauffement climatique artificiel (PEATWARM) puis de restauration végétale de la tourbière de La Guette par étrépage et réensemencement des parcelles par la végétation d’origine « la sphaigne » à différentes échelles, de l’ordre du m² (projets CARBIODIV et CAREX) puis de l’are (projet CAREPEAT). Depuis 2017, les flux de CO₂ et CH₄ sont suivis de manière automatique sur toute l’année à haute fréquence (30 min) à l’échelle de la tourbière : (1ha – 1km²) par Eddy Corrélation Turbulente au moyen d’une tour équipée de « spectromètre IR » et « instruments micro météo » très haute fréquence (instrumentation LICOR©).

Les principaux objectifs sont (i) d’évaluer la variabilité saisonnière et interannuelle des flux, (ii) d’identifier les facteurs biotiques et abiotiques et les processus biogéochimiques qui contrôlent les flux puis (iii) de déterminer le bilan carbone (C) de l’écosystème. Pour obtenir ce bilan C à partir des données discrètes de flux de C, on génère des données continues simulées (gap filling) selon les méthodes de Bortoluzzi et al. (2006) et Kandel et al. (2013) après calibration des paramètres environnementaux empiriques les plus influant. Dans le cadre du projet JUNON (jumeau numérique) on s’appuiera sur l’Intelligence Artificielle pour établir un jumeau numérique de la tourbière de La Guette pour optimiser la détermination et la prédiction du bilan C de cette tourbière en Région Centre Val de Loire, dans un but d’en exporter la méthode pour d’autres types d’écosystèmes similaires.

Notre champ d’Etude a été amélioré par l’installation d’une « station dite ex situ » dans la cour de  l’OSUC, composée de mésocosmes de tourbes extraites du site de La Guette disposés en milieu contrôlé (végétation, niveau de nappe, apport de nutriments, ensoleillement…) avec la mise en place d’une station météo et récemment de chambres automatiques de mesure des flux de CO₂.

Le site de La Guette et cette station ex situ font parties de la « Plateforme sur les Echanges Sol-Atmosphère -Tourbière – PESAt » des projets PIVOTS et du LABEX VOLTAIRE I et II portés par l’OSUC. Des études en laboratoire sont aussi effectuées à partir d’échantillons de tourbe prélevés à La Guette. En particulier, l’influence de différents facteurs (végétation, humidité, pH) sur les processus de dégradation de la matière organique sont étudiés grâce à l’analyse de activités enzymatiques des décomposeurs du sol effectuée dans le cadre d’une collaboration avec l’ISTO.

 

La plateforme analytique PESAt permettra à terme :

• de fournir des métadonnées pour simuler le jumeau numérique de La Guette du WP “interface sol-atmosphere” dans le cadre de ARD CVL – JUNON (2022-27)
• de mieux comprendre l’effet de la restauration végétale des tourbières à sphaigne sur leur fonctionnement et leur bilan C à travers du site de La Guette et sur le réseau de tourbières de l’Europe de L’ouest, par l’amélioration des modèles co développés par le BRGM et les partenaires du projet Interreg North West Europe CARE-PEAT (European regional development funds) (2020-23)
• d’améliorer le modèle d’émission de surface ORCHIDEE (Référencé GIECC) en intégrant un module émissions de GES par les tourbières à Sphaigne (Coll LSCE-IPSL), en coll avec ex post doc LPC2E – E. Salmon, pour mieux comprendre l’impact des changements globaux et des processus de restauration végétale sur le fonctionnement des tourbières, et les conséquences induites sur le climat.

L’acquisition mi 2023 sur cette plateforme PESAt d’un nouvel instrument de Spectroscopie IR isotopique à haute résolution spectrale (technique IRIS) pour l’analyse¹³C/¹²C du CO₂ et CH₄ (CPER 2021-27 Région Centre CONEX) permettra d’améliorer nettement l’étude des processus de formation, de transfert et d’émissions de GES.

 

 

Résultats scientifiques

En termes de résultats fondamentaux, les flux de CO₂ et CH₄ et bilan C de la  tourbière de la guette sur site ou mésocosmes témoignent de son état de dégradation lié aux changements climatiques, tout comme que pour d’autres tourbières à « sphaigne » majoritairement présentes en zones tempérées et boréales. Des améliorations du  bilan C sont timidement observés en cours de restauration des tourbières, bien que nos études doivent être poursuivi sur un plan grand nombre de variable d’étude et sur du plus long terme.

 

Personnel impliqué

Les personnels de l’UMR LPC2E-CNRS Univ Orléans (Christophe Guimbaud -PRU, Line Jourdain MCF, Fabrice Jégou -CR, Rima Bou-Melhem -Doctorant, et équipe IT du LPC2E) se focalise plus particulièrement sur l’aspect gaz en interaction avec les modèles d’émission orchidée et les processus biogéochimiques de production et transport de GES en Coll principale avec l’UMR ISTO-BRGM porteur du SNOT (Jean-Sébastien Moquet-MCF, Laurent André CR, Juanita Mora Gomez Post Doctorant, Juliette Mazeron CDD-IE) et l’OSUR de l’Université de Rennes (Sébastien Gogo – CNAP) et -E. Salmon et al. (LSCE-IPSL)

 

Contrats financés associées aux projets tourbières :

        Ces axes de recherche à l’OSUC s’appuient sur différents services   d’observation, infrastructures de recherche et Pôle de compétitivité,

– La Tourbière de la Guette : localisée à Neuvy sur Barangeon dans le département du Cher (Sologne) est certifiée ICOS (Integrated Carbon Observation System) – Ecosystèmes Europe. Cette tourbière est également incluse dans la Zone Atelier Loire et dans le Pôle de Compétitivité Écotechnologies, en Région Centre Val de Loire : DREAM : Durabilité de la Ressource en Eau Associée aux Milieux :

-Le Service National d’Observation Tourbières (SNO Tourbières est labellisé par le CNRS/INSU (depuis 2011) et porté par l’OSUC. Il est constitué d’un réseau de 4 tourbières (La Guette en Sologne, Le Forbonnet dans le Jura ; Landemarais en Bretagne ; Bernadouze dans les Pyrénées, http://www.sno-tourbieres.cnrs.fr/). Ce site fait partie de l’infrastructure de recherche (IR) ICOS France ainsi qu’à l’IR OZCAR France (Observatoires de la Zone Critique : Application et Recherche).

        et des projets et programmes d’investissements financés futurs suivant: 

• ARD CVL – JUNON  « Simuler numériquement la réalité terrain » (2022-27) ,
• CPER Region Centre  CONEX (CONnecter l’Expérimentation (2021-27),
• ANR Investissements d’Avenir – LABEX VOLTAIRE « VOLatils – Terre Atmosphère Interactions – Ressources et Environnement » :  I  (2011-2019) et II (2020-24)
• Interreg North West Europe (the European regional development funds) CARE-PEAT : Carbon loss reduction from peatlands: an integrated approach (2019-22) Partenaires internationaux : Belgique : Natuurpunt (porteur de projet) ;    Pays-Bas : Vereniging Natuurmonumenten, Eurosite ;   Royaume-Uni : Lancashire Wildlife Trust, Manchester Metropolitan University ; Irlande : National University of Ireland Galway, France : BRGM, Université d’Orléans, CNRS
• APR IR (région Centre) et FEDER – POI Loire (Europe)  CAREX : Restauration des tourbières, CARbone du sol & biodiversité: indicateurs issus de l’Expérimentation (Oct. 2017 – Mars. 2022),
• ARD2020 : Region Centre, CPER, FEDER  –  PIVOTS  « Plateformes d’Innovation, de Valorisation et d’Optimisation Technologique environnementaleS » (2016-21), ayant institutionalisé l’existence de la Plateforme analytique PESAt « Plateforme sur les Echanges Sol-Atmosphère -Tourbière » pour le site de la Guette
• ANR VMCS (Vulnérabilité : Milieux, Climat, Sociétés) PEATWARM : Effect of moderate warming on the functioning of Sphagnum peatlands and their function as carbon sink (2008-2011)
• FEDER–EU, Région Centre, CG18 CARBIODIV : Restauration hydrologique de la tourbière de la Guette en Sologne: effets sur le stockage du carbone et la biodiversité (2013-2016)

 

 

Publications LPC2E associées au SNO Tourbières

• Salmon, E., Jégou, F., Guenet, B., Jourdain, L., Qiu, C., Bastrikov, V., Guimbaud, C., Zhu, D., Ciais, P., Peylin, P., Gogo, S., Laggoun-Défarge, F., Aurela, M., Bret-Harte, M. S., Chen, J., Chojnicki, B. H., Chu, H., Edgar, C. W., Euskirchen, E. S., Flanagan, L. B., Fortuniak, K., Holl, D., Klatt, J., Kolle, O., Kowalska, N., Kutzbach, L., Lohila, A., Merbold, L., Pawlak, W., Sachs, T., and Ziemblińska, K., 2021. Assessing methane emissions for northern peatlands in ORCHIDEE-PEAT revision 7020, Geosci. Model Dev., Geosci. Model Dev., 15, 2813–2838, 2022. https://doi.org/10.5194/gmd-15-2813-2022;
  ttps://gmd.copernicus.org/articles/15/2813/2022/gmd-15-2813-2022.pdf
• Gogo S., J.B. Paroissien, F. Laggoun-Défarge, J.M. Antoine, L. Bernard-Jannin, G. Bertrand, P. Binet, S. Binet, G. Bouger, Y Brossard, T. Camboulive, J.P. Caudal, S. Chevrier, G. Chiapiuso, B. D’Angelo, P. Durantez, C. Fléchard, A.J. Francez, D. Galop, L. Gandois, D. Gilbert, C. Guimbaud, L. Hinault, A. Jacotot, F. Le Moing, E. Lerigoleur, G. Le Roux, F. Leroy, A. Lhosmot, Q. Li, E. Machado Da Silva, J.S. Moquet, J.Mora-Gomez,, L. Perdereau, T. Rosset, M.L. Toussaint, The information system of the French Peatland Observatory Service: “Service National d’Observation Tourbières” – a valuable tool to assess the impact of global changes on hydrology and biogeochemistry of temperate peatlands through long term monitoring, 35(6):1-8, Hydrological Processes, June 2021, https://doi.org/10.1002/hyp.14244. URL https://hal.inrae.fr/hal-03253867
• Li Q, S. Gogo, F. Leroy, C. Guimbaud, F.-Laggoun-Défarge, Response of Peatland CO₂ and CH₄ Fluxes to Experimental Warming and the Carbon Balance. Frontiers in Earth Science, 9, June 2021, https://doi.org/10.3389/feart.2021.631368.
• D’Angelo B., F. Leroy, C. Guimbaud, A. Jacotot, R. Zocatelli, S. Gogo, F. Laggoun-Défarge, Carbon balance and spatial variability of CO₂ and CH₄ fluxes in a Sphagnum-dominated peatland in temperate climate, Wetlands, 41(5), February 2021, https://doi.org/10.1007/s13157-021-01411-y
• Li Q., F. Leroy, R. Zocatelli, S. Gogo, A. Jacotot, C. Guimbaud, F. Laggoun, Abiotic and biotic drivers of carbon production and its sensitivity to temperature,  153, Soil Biology and Biochemistry, February 2021, https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.108077
• Leroy F., S. Gogo, C. Guimbaud, L. Bernard-Jannin, X. Yin, G. Belot, S. Wang, F. Laggoun-Défarge, CO₂ and CH₄ budgets and global warming potential modifications in Sphagnum-dominated peat mesocosms invaded by Molinia caerulea, Biogeosciences, 16, 4085–4095, October 2019b, https://doi.org/10.5194/bg-16-4085-2019
• Leroy F., S. Gogo, C. Guimbaud, A.J. Francez, R. Zocatelli, C. Défarge, L. Bernard-Jannin, Z. Hu, F. Laggoun-Défarge, Response of C and N cycles to N fertilization in Sphagnum and Molinia-dominated peat mesocosms, Journal of Environmental Sciences, 177:, March 2019a, https://doi.org/10.1016/j.jes.2018.08.003
• Catoire V., C. Robert, M. Chartier, P. Jacquet, C. Guimbaud, G. Krysztofiak, The SPIRIT airborne instrument: a three-channel infrared absorption spectrometer with quantum cascade lasers for in-situ atmospheric trace-gas measurements, Applied Physics B-Lasers and Optics123:244,1-12, August 2017, http://rdcu.be/vA92/DOI 10.1007/s00340-017-6820-x
• Leroy F., S. Gogo, C. Guimbaud, L. Bernard-Jannin, Z. Hu, F. Laggoun-Défarge, Vegetation composition controls temperature sensitivity of CO₂ and CH₄ emissions and DOC concentration in peatlands, Soil Biology and Biochemistry, 107, 164–167, April 2017. http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2017.01.005
• D’Angelo B., S.Gogo, F.Laggoun-Défarge, F.Le Moing, F. Jégou, C. Guimbaud, Soil Temperature Synchronisation improves representation of diel variability of Ecosystem Respiration in Sphagnum Peatlands. Agricultural and Forestry Meteorology, 223, 95-102, 2016.        http://dx.doi.org/10.1016/j.agrformet.2016.03.021