Émissions de composés organiques volatils biogéniques par les écosystèmes gérés - Nouvelles références sur grandes cultures et forêts françaises et effets des pratiques agricoles
Résumé
Volatile organic compounds (VOCs) are essential compounds for atmospheric chemistry that contribute
to the production of pollutants that are harmful to human health and the environment: ozone (O3) and
secondary organic aerosols (SOA). The fluxes of most VOCs, 90 % of which are biogenic (BVOCs), are
not fully quantified. Managed ecosystems, which represent about 50 % of the land area in Europe, are
the largest potential VOC source. Today, it is estimated that forests account for 55 % of the total,
agricultural cover 27 %, and grasslands, wetlands and shrubs for 18 % (Karl, 2009). Furthermore, these
estimates do not adequately take into account the effects of agricultural practices due to a lack of reliable
data, especially regarding manure spreading, decomposition of litter and crop residues, pesticide
application.
In this project COV3ER, we have acquired new VOC fluxes references by a direct method on maize,
wheat and rapeseed and on holm oak forest. Within this project we developed a direct method for
measuring VOC fluxes by Eddy Covariance (EC) and validated the ambient measurement of VOC by
directly measuring the reactivity of these VOCs with the OH radical.
Ecosystem-scale measurements have confirmed that BVOC emissions from crops are lower than in
forests and that they are dominated by methanol, which accounted for between 55 % and 85 % of the
BVOC fluxes in these Dimethyl sulphide (DMS) fluxes were also measured flows at the ecosystem level.
OH reactivity measurements generally showed lower reactivity than in ecosystems with high terpenoides
emissions, although the measured OH reactivity showed peaks of up to 80 s-1. However, a comparison
of the calculated reactivity with the measured reactivity shows that about 50 % of the reactivity is not
explained by known compounds. This project also highlighted that there are different chemotypes of oak.
We indeed observed a "myrcene" type, an « --pinene – sabinene » type, and a « limonene – ocimene »
type.
Finally, measurements of VOC emissions from organic waste products and litter have highlighted a large
number of emitted compounds, including more reactive terpenoid compounds present in urban waste but
not in slurry.
This project COV3ER provides new results and databases especially for rapeseed, for which
BVOC emissions had not previously been reported.
Les composés organiques volatils (COV) constituent un élément essentiel de la chimie de l’atmosphère
qui participe à la production de polluants dangereux pour la santé humaine et l’environnement tels que
l’ozone (O3) et les aérosols organiques secondaires (SOA). Les flux de la plupart des COV, dont 90 %
sont d’origine biologique (COVB), ne sont pas quantifiés de façon exhaustive. Les écosystèmes gérés,
qui représentent environ 50 % des surfaces terrestres en Europe, constituent le potentiel le plus important
d’émissions de COVB. On estime aujourd’hui à 55 % la part des forêts, 27 % celle des couverts agricoles,
et 18 % les prairies, zones humides et arbustes (Karl, 2009). Ces estimations ne tiennent pas compte de
façon satisfaisante des effets des pratiques agricoles par manque de données fiables concernant les
épandages de lisiers, la décomposition des litières et les résidus de cultures ou encore l’application de
pesticides.
De nouvelles références de flux des COVB ont été acquises pour le maïs, le blé et le colza et sur forêt
de chêne vert. Le projet COV3ER a permis de mettre au point une méthode directe de mesure des flux
de COVB par « Eddy Covariance (EC) » et de valider la mesure ambiante de COVB par une mesure
directe de la réactivité de ces COVB avec le radical OH.
Ces mesures ont confirmé à l’échelle de l’écosystème que les émissions de COVB des couverts agricoles
sont plus faibles par comparaison aux émissions de COVB en forêt et qu’elles sont dominées par le
méthanol qui représente entre 55 % et 85 % des flux agricoles de COVB. À noter que des flux de sulfure
de diméthyle (DMS) à l’échelle de l’écosystème ont également été mesurés pour les cultures étudiées
maïs, blé et colza. Les mesures de réactivité OH sur ces types de cultures montrent dans l’ensemble une
réactivité plus faible comparé aux mesures OH réalisées dans des écosystèmes fortement émetteurs de
monoterpènes (par le chêne vert « Quercus ilex ») ou d’isoprène (par du buis en sous-bois) tel qu’observé
en milieu forestier de chêne vert à Puéchabon. La réactivité OH mesurée présente tout de même des
pics allant jusqu’à 80 s-1. Néanmoins, la comparaison des réactivités calculées avec celles mesurées
montre que 50 % environ de la réactivité n’est pas expliqué par les composés connus. Par ailleurs, le
projet COV3ER a mis en évidence des chémotypes différents pour le chêne vert avec des profils
d’émissions observés de type « myrcène », de type « -b-pinène-sabinène » et de type « limonène –
ocimène ».
Enfin, d’après des résultats obtenus au laboratoire, une grande diversité de composés organiques volatils
(COVB) sont émis par les lisiers (produits résiduaires organiques PRO et litières), tandis que les déchets
verts urbains émettent surtout des composés terpénoides plus réactifs.
Ces travaux de recherche sont novateurs pour certains couverts comme le colza dont les émissions de
COVB n’avaient pas été mesurées jusqu’alors.