Première estimation du bilan de l’azote atmosphérique en Afrique de l’Ouest

Une équipe internationale de chercheurs français du Laboratoire d’aérologie (LA/OMP, CNRS / UPS) et de chercheurs africains en provenance de différents pays (Mali, Niger, Côte d’Ivoire, Bénin) a réussi à établir pour la première fois un bilan de l’azote atmosphérique (émission et dépôt) pour les écosystèmes d’Afrique de l’Ouest. Ce résultat a pu être obtenu grâce aux mesures de concentrations de composés azotés réalisées sur de longues périodes par le service d’observation IDAF labélisé par l’INSU-CNRS. Ce travail a permis de mettre en évidence que cette région était le siège de fortes émissions et de forts dépôts de ces composés.
 
 L’azote atmosphérique est pratiquement inerte. Il existe cependant des formes réactives de cet élément (nitrate, ammonium, azote organique, oxydes d’azote…) qui sont en outre extrêmement mobiles dans l’environnement et que l’on retrouve donc dans tous les compartiments terrestres (atmosphère, océan, biosphère…). L’introduction massive de ces composés dans l’atmosphère par l’activité humaine est à l’origine de problèmes environnementaux (comme l’acidification des pluies) et sanitaires (les oxydes d’azote par exemple sont de puissants irritants pulmonaires). Mais cette pollution peut également avoir une origine naturelle.
 
 En Afrique, loin des grandes mégapoles, les composés azotés réactifs proviennent de sources telles que :
 –    le sol, qui émet naturellement du monoxyde d’azote (NO) lorsque le sol sec s’humidifie au démarrage de la saison des pluies ;
 –    les excréments d’animaux, à l’origine de la volatilisation d’ammoniac (NH3) ;
 –    les feux de végétation et les feux domestiques, sources d’oxydes d’azote (NOx = NO+NO2) et de NH3.
 Une fois émis, ces composés se transforment( 1) et se déposent ensuite sur les sols nus ou la végétation. En outre, les oxydes d’azote participent à la formation d’ozone dans la basse atmosphère, lequel peut s’élever par convection et être ensuite transporté loin du continent.
 
 

Dépôt humide à Agoufou, Banizoumbou et Katibougou (savanes sèches du Mali et Niger). À gauche, pluviométrie (en mm/ par mois, traits pointillés) et concentrations dans la pluie (VWM en µeq.L-1 par mois). À droite, dépôt humide (WD en kgN.ha-1.yr-1) et pourcentage cumulé du dépôt (trait pointillé pour l’ammonium, et trait rouge pour le nitrate, 100 % du dépôt est atteint en fin de saison humide).

Dépôt humide à Agoufou, Banizoumbou et Katibougou (savanes sèches du Mali et Niger). À gauche, pluviométrie (en mm/ par mois, traits pointillés) et concentrations dans la pluie (VWM en µeq.L-1 par mois). À droite, dépôt humide (WD en kgN.ha-1.yr-1) et pourcentage cumulé du dépôt (trait pointillé pour l’ammonium, et trait rouge pour le nitrate, 100 % du dépôt est atteint en fin de saison humide).

Afin d’étudier ces phénomènes, une équipe internationale, composée de chercheurs français du Laboratoire d’aérologie et de chercheurs africains issus de différents pays (Mali, Niger, Côte d’Ivoire, Bénin), a analysé les données de concentrations atmosphériques de ces composés azotés acquises par le service d’observation pérenne IDAF. Ce service effectue des mesures depuis 1998 dans des zones éloignées et peu étudiées d’Afrique de l’Ouest, sur un transect latitudinal de 15°N à 6°N choisi afin de représenter différents types d’écosystèmes, depuis la savane sèche sahélienne jusqu’à la savane humide guinéenne. Les données analysées par les chercheurs portent sur une dizaine d’années.
 Les chercheurs ont par ailleurs calculé les émissions de ces mêmes composés à l’aide de données satellitaires et de modélisations numériques et ont ainsi pu établir pour la première fois un bilan de l’azote atmosphérique (émission – dépôt) dans cette région.
 
 

Bilan annuel d’azote atmosphérique avec répartition des sources et puits, en savanes sèche et humide, en kgN.ha-1.yr-1. BB = combustion de biomasse, BF = feux domestiques, bio = biogénique par les sols, vol = volatilisation, wd = dépôt humide, dd = dépôt sec gazeux.

Bilan annuel d’azote atmosphérique avec répartition des sources et puits, en savanes sèche et humide, en kgN.ha-1.yr-1. BB = combustion de biomasse, BF = feux domestiques, bio = biogénique par les sols, vol = volatilisation, wd = dépôt humide, dd = dépôt sec gazeux.

Globalement, les émissions naturelles en Afrique de l’Ouest atteignent 5 % des émissions mondiales, sources naturelles et anthropiques confondues. Cette région contribue donc de manière significative à l’émission de polluants vers l’atmosphère. Quant aux dépôts atmosphériques (5-15 kgN/hectare et par an), ils sont du même ordre de grandeur que ceux des pays industrialisés, comme les États-Unis ou l’Europe (10 -25 kgN/hectare et par an), une situation intéressante pour les populations locales en terme de fertilisation des sols.
 Quel que soit le type d’écosystème, le bilan d’azote estimé est équilibré.
 Cependant, si les composés azotés principaux (cités précédemment) participent tous à ce bilan, un composé domine, en savane sèche comme en savane humide : l’ammoniac. Ceci est probablement dû à l’importance de la végétation et donc des feux en savane humide et à l’abondance du bétail en savane sèche (volatilisation plus grande d’ammoniac par les excréments).
 En outre, la répartition des sources (émission) et des puits (dépôt) de chaque composé est significativement différente d’un écosystème à l’autre. Ainsi, en ce qui concerne les NOx, ce sont ceux émis par les feux de végétation qui sont prédominants en savane humide, à cause probablement du taux élevé des précipitations qui conduit à plus de végétation et donc à plus de probabilité de feux. En revanche, ce sont les NOx biogéniques émis par les sols qui sont prédominants en savane sèche au Mali et au Niger, sans doute en raison du fonctionnement atypique de cet écosystème soumis à une longue saison sèche (courte saison des pluies de 4 mois entre juin et septembre). Ainsi, sur les sols très secs, lorsque la saison humide se met en place, les pluies provoquent des « pics » d’émissions intenses de NOx.

 Ces études ont montré le grand intérêt qu’il y a à disposer de mesures faites sur de longues durées, dans des régions où les données restent encore éparses. De plus, ces travaux ont permis de mettre en évidence l’existence de sources naturelles de pollution par les composés azotés en Afrique de l’Ouest.

Note: 

  1. Le monoxyde d’azote s’oxyde par voie photochimique en dioxyde d’azote (NO2) puis en acide nitrique (HNO3) et l’ammoniac se transforme en milieu aqueux en ion ammonium (NH4+)

Pour en savoir plus: 

 

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