Etude des concentrations de gaz atmosphériques et estimation des flux de dépôt sec à l'échelle des principaux écosystèmes africains

This research, conducted as part of IDAF (IGAC/DEBITS/AFrica*) program, is a contribution to the study of atmospheric constituent deposition on the surface of the earth, in tropical Africa. It concerns the study of atmospheric concentrations of nitrogen gases (ammonia, nitrogen dioxide, nitric acid), sulfur dioxide and ozone, and their dry deposition in West and Central Africa. The gases were measured on a monthly basis by the technique of passive samplers over a ten year period (1998-2007) at seven remote sites within the framework of the IDAF network. The sites are located to represent a transect of African ecosystems, i.e., dry savanna-wet savanna - forest. The validation and the analysis of the decadal IDAF database of " IDAF gases " allowed to establish (1) the levels of surface gaseous concentration characteristic of each major ecosystem and (2) to study their monthly, seasonal, annual and interannual mean variations on the transect of ecosystems. Dry deposition fluxes were estimated by the inferential method based on dry deposition velocities (Vd) calculated using the "big leaf" model of Zhang et al. (2003b). In the model of deposition, surface and meteorological conditions specific to IDAF sites have been adapted and validated in order to simulate Vd representative of major African ecosystems. The monthly, seasonal and annual mean variations of gaseous dry deposition fluxes (NO2, HNO3, NH3, O3, and SO2) are analyzed. A budget of total nitrogen atmospheric deposition (dry + wet) is proposed at the African ecosystem scale. The total nitrogen deposition estimated is around 6-9 kgN.ha-1.yr-1, 7-10 kgN.ha-1.yr-1 and 13 kgN.ha-1.yr-1 respectively in dry savannas, wet savannas and forests, with a relative contribution of dry deposition in the gaseous form to the total nitrogen deposition between 46 and 71% for all ecosystems. We have also established an emission-deposition budget of oxidized and reduced nitrogen compounds for each IDAF station. This budget shows that the total emission flux have the same order of magnitude of annual mean nitrogen deposition for the savannas ecosystems but is lower in the forested ecosystem. Finally, a comparative analysis between IDAF measurements of nitrogen deposition and (1) a global multi-model exercise and (2) critical loads of eutrophication is presented over the African tropical ecosystems. *IGAC/DEBITS/AFrica: International Global Atmospheric Chemistry/ Deposition of Biogeochemically Important Trace Species/AFricaCe travail de recherche, réalisé dans le cadre du programme IDAF, est une contribution à l'étude des dépôts des constituants majeurs atmosphériques à la surface de la terre, en Afrique tropicale. Il concerne l'étude des concentrations atmosphériques des gaz azotés (ammoniac, dioxyde d'azote, acide nitrique), du dioxyde de soufre (SO2) et de l'ozone (O3) et leur dépôt sec en Afrique de l'Ouest et Centrale. Les gaz ont été mesurés sur une base mensuelle par la technique des capteurs passifs sur une période de dix ans (1998-2007) dans sept sites IDAF représentatifs d'un transect d'écosystèmes : savanes sèches - savanes humides - forêts. La validation et l'analyse de la base de données décennales des " gaz IDAF " a permis d'établir les niveaux de concentrations caractéristiques de chaque écosystème et d'étudier leurs évolutions moyennes mensuelles, saisonnières, annuelles et interannuelles sur le transect d'écosystèmes. Les flux de dépôt sec ont été estimés par la méthode inférentielle à partir des vitesses de dépôt sec calculées en utilisant le modèle " big-leaf " de Zhang et al. (2003b). Dans le modèle de dépôt, les conditions de surface et météorologiques spécifiques aux sites IDAF ont été adaptées puis validées pour être représentatives de ces sites et ont ainsi permis de simuler les vitesses de dépôt sec représentatives des grands écosystèmes. Les variations moyennes mensuelles, saisonnières et annuelles des flux de dépôt sec des gaz (NO2, HNO3, NH3, O3, et SO2) sont analysées dans l'objectif de réaliser un bilan de dépôt atmosphérique total (sec + humide) d'azote à l'échelle des écosystèmes africains. Le dépôt total d'azote est estimé respectivement à 6-9 kgN.ha-1.an-1, 7-10 kgN.ha-1.an-1 et 13 kgN.ha-1.an-1 en savanes sèches, en savane humides et en forêts, avec une contribution relative du dépôt sec sous forme gazeuse au dépôt total d'azote comprise entre 46 et 71% sur l'ensemble des écosystèmes. Un bilan émission-dépôt des composés azotés oxydés et réduits à l'échelle de chaque écosystème a été réalisé et a montré un flux d'émission totale de même ordre de grandeur que le dépôt moyen annuel d'azote pour les écosystèmes de savanes mais plus faible dans l'écosystème forestier. Enfin une analyse comparative entre les mesures IDAF de dépôt d'azote et, d'une part, le dépôt d'azote simulé par une analyse multi-modèle à l'échelle globale et d'autre part, avec les charges critiques d'eutrophisation existantes dans la littérature a permis une première évaluation de l'impact potentiel du dépôt total d'azote sur les écosystèmes tropicaux africains