Depuis 1958, les deux stations de Mauna Loa, à Hawaï, et du Pôle sud, en Antarctique, mesurent en continu la teneur atmosphérique en CO2. Leur éloignement des zones urbaines garantit qu'il s'agit de valeurs moyennes pour chacun des hémisphères, nord ou sud.
Ces valeurs augmentent continûment en raison des émissions de carbone dues aux activités humaines et sont plus élevées au nord qu'au sud, peu densément peuplé. Cette hausse est modérée par l'absorption du carbone par les océans et par celle des écosystèmes terrestres (végétation et sols). Or les scientifiques appréhendent mal l'évolution à long terme du puits de carbone terrestre.
Pour en savoir plus, les chercheurs ont eu l'idée de mettre en relation les deux « longues » séquences de mesures moyennes de CO2, au nord et au sud, de 1958 à 2013. Plus précisément, ils ont étudié la différence nord-sud, en la rapportant aux émissions de carbone anthropiques, et ils ont recherché la cause de légers déséquilibres nord-sud. Leurs investigations, fondées en particulier sur des modèles de transport atmosphériques de CO2 et sur des mesures d'autres stations à travers le monde, les ont conduits à mettre en évidence le rôle critique du puits terrestre de l'hémisphère nord.
« Jusqu'à présent, la végétation de l'hémisphère nord a continué d'absorber une importante quantité de CO2 et ce puits de carbone a même augmenté dans les années 1990, puis dans les années 2000, commente Philippe Ciais, chercheur au LSCE qui a dirigé l'analyse. Comme les régions cultivées de l'hémisphère nord ne peuvent pas avoir stocké un excédent important de carbone, il reste les forêts. Or les modèles du cycle du carbone, que l'on utilise pour le bilan global du CO2 et les projections dans le futur, ne sont pas capables de simuler l'intensification du puits des années 2000 dans l'hémisphère nord. » Plusieurs hypothèses sont avancées pour expliquer ce désaccord. L'effet fertilisant de l'azote, même à faible dose, sur les forêts chinoise et sibérienne pourrait avoir été sous-estimé. Par ailleurs, le modèle ne prend pas en compte la lumière diffusée par les aérosols, susceptible d'agir sur la photosynthèse en Asie, ou encore les plantations forestières récentes à grande échelle dans la même région.
La reconstitution sur près de soixante ans du bilan CO2 des écosystèmes de l'hémisphère Nord permet aux climatologues de mieux comprendre le cycle du carbone et de définir une référence pour des actions de conservation ou de séquestration du carbone dans les sols et la biomasse pour les prochaines décennies.