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Ce dispositif permettra la mesure des échanges de carbone, d’eau et d’énergie entre l’écosystème et l’atmosphère afin de répondre à plusieurs questions autour des cycles du carbone, de l’eau et des flux d’énergie. L’ingénieur responsable de la construction du pylône faisait bien sûr partie de la mission afin de valider avec lui la meilleure localisation de la tour à flux.

Le programme FairCarboN pour viser la neutralité carbone

Le programme FairCarboN co-piloté par le CNRS (Centre national de la recherche scientifique) et INRAE (Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement), en partenariat avec le Cirad, entend développer la contribution des écosystèmes continentaux à l’atténuation du changement climatique et à la neutralité carbone. 

Ce programme œuvre pour la compréhension de la dynamique du carbone dans les écosystèmes terrestres, de la quantification des stocks et flux à différentes échelles spatio-temporelles, et des interrelations du cycle du carbone avec les autres cycles biogéochimiques, dont celui de l’eau, le tout dans un contexte de changements globaux.

Il permet un soutien ciblé aux équipements et infrastructures de recherche existants pour densifier et harmoniser le suivi des écosystèmes continentaux avec des instruments de pointe. Le Cirad est impliqué dans ces soutiens ciblés sur les dispositifs de tours à flux et d’expérimentations de mesures de gaz à effet de serre dans les systèmes de cultures.

Bien choisir l’emplacement de la tour à flux

Le choix du site a été fait sur la base de trois critères principaux : sa proximité avec des parcelles du projet CANALLS (Central and Eastern Africa through traNsdisciplinary Agroecology Living LabS) auquel l’IRAD , l’IITA (International Institute of Tropical Agriculture) et le Cirad participent, sa proximité avec Yaoundé permettant une gestion plus aisée et sa proximité avec une station de l’IRAD.

Au-delà de la mesure des échanges de gaz et d’énergie, il est prévu de multiplier les dispositifs de mesures en profitant de l’infrastructure offerte par la tour : mesure du contenu en eau du sol, mesure de la respiration du sol, du profil vertical de température du sol. D’autres mesures écophysiologiques viendront documenter les effets des phénomènes climatiques et quantifier la variabilité induite par l’agroforesterie et son influence sur le fonctionnement du cacao.

Les activités scientifiques prévues

L’installation de la tour à flux sur une parcelle de cacao agroforestier vise à répondre à plusieurs questions autour des cycles de carbone, de l’eau et des flux d’énergie. Les mesures de flux à l’échelle de la parcelle seront utilisées en tant que telles pour étudier la réponse de la transpiration à la sécheresse saisonnière ainsi que la variabilité inter et intra-annuelles des flux de carbone.

Bilan du cycle du carbone dans la parcelle

A l’aide des mesures de la productivité primaire nette de l’écosystème données par la tour, de mesures de la respiration du sol et des inventaires, nous pourrons étudier le cycle du carbone dans la parcelle. Cela nous permettra de savoir s’il y a séquestration de carbone dans ces parcelles anciennes et de la quantifier. Quelles sont les composantes du système qui séquestrent ce carbone ? Quelle est la durée de vie du carbone séquestrée dans ce type de système ?

L’effet de l’environnement sur les flux de carbone permettra de savoir quel influence le climat peut avoir sur la séquestration de carbone par ces agrosystèmes. L’augmentation des températures va-t-elle augmenter ou diminuer la séquestration ? Quelle influence du changement de régime des précipitations ?

Répartition des flux d’eau

La tour à flux va fournir les flux d’eau à l’échelle de la parcelle. Couplées à des mesures complémentaires de flux de sève des cacaoyers, de transpiration et de contenu en eau du sol, ils nous permettront de regarder la répartition des flux d’eau entre cacaoyers et arbres d’ombrage à différentes saisons. Les cacaoyers et les arbres d’ombrage sont-ils en compétition pour l’eau du sol pendant la saison sèche ? La phénologie de certains arbres d’ombrage permet-elle d’éviter la compétition pour l’eau entre cacaoyers et arbres d’ombrage lors de la saison sèche ?

Effets de la sécheresse sur la productivité

L’agroforesterie est parfois présentée comme une réponse aux effets de la sécheresse sur la productivité et la durabilité des agrosystèmes. La longévité espérée de Cacao-For-Flux donnera l’occasion d’étudier à la fois les effets de court-terme de la sécheresse sur la productivité des cacaoyers mais également sur la durabilité de la production dans un climat changeant. Le site instrumenté permettra de suivre finement le microclimat dans la plantation et d’évaluer l’effet des différents arbres d’ombrage sur les conditions biophysiques vécues par les cacaoyers. Quelle influence du microclimat sur le stress hydrique et thermique ?

Développer un modèle écophysiologique de cacao agroforestier

Les données du site instrumenté Cacao-For-Flux serviront de jeu de calibration pour le développement d’un modèle mécaniste écophysiologique de cacao agroforestier (MAESPA) reproduisant les flux d’énergie, d’eau et de carbone dans un environnement représenté en 3D. Ce modèle a servi à simuler une plantation de café agroforestier au Costa-Rica (Vezy et al. 2018). Dans le cadre de ces travaux une tour à flux installée sur une plantation de caféiers a permis de paramétrer le modèle. La modélisation fine de ces systèmes nous permettra de mieux comprendre la réponse du cacao agroforestier au changement climatique et l’intérêt de la conservation des arbres d’ombrage dans ce cadre.                                                     

Pour information, la fin de la construction de cette infrastructure est prévue pour septembre 2024. L’inauguration est prévue en février 2025 lorsque les instruments seront installés à son sommet. Le financement est issu du projet ciblé Rift du PEPR (Projets et Equipements Prioritaires de Recherche) FairCarboN (Écosystèmes continentaux). Ce PEPR vise à étudier le cycle du carbone dans les écosystèmes continentaux et à renforcer ou créer des sites « tour à flux » dans les écosystèmes tropicaux et méditerranéens. Ce financement sur cinq ans, inclut à la fois du matériel et des ressources humaines pour analyser les données produites, aussi, la pérennité du site au-delà est souhaitée.