Les échanges de CO₂ entre les écosystèmes aquatiques et l'atmosphère est le résultat de la balance entre la respiration et la production primaire du système. Le flux de CO₂ entre l'eau et l'air suit une loi de diffusion à travers une interface : FCO₂ = K (pCO₂eau – pCO₂air). La pCO₂ dans l'eau variant énormément spatialement et temporairement, elle détermine en grande partie la direction et l'intensité du flux FCO₂. La pCO₂ dans les eaux de surface est mesurée en continu (1 mesure par minute) à l'aide d'un équilibrateur, soit au cours de trajets de navires océanographiques, soit en un point fixe au cours de cycles de marée ou diurne. L'équilibrateur consiste en un cylindre rempli de billes de verre à travers lequel l'eau percole de haut en bas et un volume d'air circule de bas en haut (où il s'équilibre en CO₂ avec l'eau) puis vers un analyseur Infra Rouge de CO₂.

équilibrateur pour mesure en continu de pCO2 installé sur un navire océanographique brésilien

exemple de variation diurne de pCO2 dans l'air et dans l'eau (équilibrateur) dans le fleuve Loire

La mesure directe du flux de CO₂ (FCO₂) par eddy covariance est complémentaire de celle de la pCO₂. Elle permet de quantifier le coefficient d'échange gazeux K qui dépend de la turbulence dans la microcouche de surface et donc de facteurs météorologiques et hydrodynamiques spécifique de chaque environnement. Pour mesurer FCO₂ sur le terrain, nous utilisons les techniques de la chambre flottante et de l'eddy-covariance.

La chambre flottante consiste à mesurer au cours du temps (5-10 minutes) l'évolution de la concentration en CO₂ dans un volume d'air emprisonné à la surface de l'eau et qui circule à travers un analyseur Infra Rouge. Les mesures sont faites à partir d'une petite embarcation en dérivant avec les masses d'eau.

chambre flottante pour mesure du flux de CO2

exemple d'évolution de la pCO2 dans l'air d'une chambre flottante déployée 4 fois consécutives

L'eddy covariance est basée sur la mesure simultanée à haute fréquence (20hz) de la vitesse verticale du vent et de la concentration en CO₂ dans l'air à environ 3 mètres au dessus de la surface étudiée. Elle présente l'avantage de permettre des mesures aussi sur des zones qui sont périodiquement exondées (estrans intertidaux ou plaines d'inondation) et de générer des séries temporelles à haute fréquence (une donnée toutes les 10 minutes).

système d'eddy covariance installé dans la lagune d'Arcachon