Sécheresse 2023-2024 en Amazonie : sesquiterpènes et bêta-eudesmol, les émissions de stress des arbres

L’air au-dessus de l’Amazonie a l’odeur qu’on lui connaît parce que les arbres y relâchent en continu des substances chimiques.

Depuis des années, des équipes suivent ces composés : la combinaison est le plus souvent suffisamment régulière pour que toute variation marquée soit interprétée comme un signal d’alarme.

Pendant la sécheresse exceptionnelle de 2023 et 2024 - puis après - les instruments ont, pourtant, révélé une situation jamais observée sur place.

Des molécules jusque-là absentes des mesures dans l’air de la forêt tropicale sont apparues au-dessus de la canopée, et elles ont continué à se manifester longtemps après le retour des pluies.

Les arbres envoient des signaux de détresse

Les plantes émettent toute une famille de composés volatils. Le plus léger, l’isoprène, contribue à la brume bleutée au-dessus des massifs boisés.

Beaucoup plus lourds et bien plus rares, les sesquiterpènes sont de grandes molécules que les arbres libèrent quand quelque chose ne va pas.

L’un d’eux, le caryophyllène, est aussi responsable de la chaleur aromatique du clou de girofle et du poivre noir. Dans les arbres, les sesquiterpènes servent à la fois de signaux de détresse et de molécules de protection : ils aident à défendre les tissus lorsque la chaleur, la sécheresse ou les ravageurs dépassent un seuil de tolérance.

Ces substances sont difficiles à saisir : elles sont très peu abondantes et se dégradent en quelques minutes. Résultat, les mesures disponibles au-dessus des forêts tropicales restent rares.

Le Dr Joseph Byron, de l’Institut Max-Planck de chimie (MPIC) à Mayence, en Allemagne, a dirigé une équipe décidée à les capter au cours d’un véritable épisode climatique extrême.

Mesurer le « souffle » de l’Amazonie

Les chercheurs travaillent depuis l’Observatoire de la grande tour de l’Amazonie, un site germano-brésilien situé à environ 150 km au nord-est de Manaus, au Brésil.

De hautes structures en acier émergent au-dessus de la canopée et permettent de prélever l’air au plus près de la zone où les arbres relâchent leurs composés.

À environ 23 m de hauteur, juste au-dessus des cimes, un échantillonneur automatique aspirait l’air toutes les 1 h 30 à 3 h.

Les composés étaient piégés sur des cartouches, ensuite envoyées en Allemagne, où le mélange était analysé molécule par molécule.

Au total, l’équipe a mené quatre campagnes sur deux ans, calées sur la chronologie de la sécheresse : avant l’installation d’El Niño, près de son maximum, lors de son atténuation, puis après la phase de rétablissement.

Cette stratégie permet de suivre l’évolution chimique au rythme du climat, au lieu de tirer des conclusions à partir d’une seule photo instantanée.

La chaleur et la sécheresse s’intensifient

En octobre 2023, la forêt était plus chaude et plus sèche que ne l’indiquaient les archives.

La température de la canopée, habituellement autour de 26 °C, est montée vers 31 °C ; une humidité proche de 90 % a chuté vers le bas des 60 %, et les sols se sont asséchés en conséquence.

Malgré ces conditions, l’isoprène et les monoterpènes - des cousins plus légers des sesquiterpènes, émis par de nombreux arbres - ont peu réagi à la sécheresse, oscillant surtout au gré de l’alternance habituelle entre saisons humides et saisons sèches.

Les sesquiterpènes, eux, ont suivi une dynamique tout à fait différente.

Tout au long de l’épisode El Niño, leurs concentrations ont plus que doublé. L’équipe a vérifié qu’il s’agissait d’une hausse réelle, et non d’un simple effet de persistance lié à une moindre présence d’ozone susceptible de les détruire.

Autrement dit, la forêt semblait consacrer un carbone précieux à fabriquer ces molécules précisément au moment où l’eau et l’énergie étaient les plus difficiles à obtenir.

Des signaux de stress qui survivent à la sécheresse

L’essentiel s’est joué après le pic de la sécheresse. La même équipe avait déjà montré dans une étude précédente que la forêt laisse, dans l’air, des traces chimiques de son propre stress.

Cette fois, la signature était inédite. Lorsque les pluies sont revenues au printemps 2024, la forêt a commencé à relâcher des molécules plus lourdes et plus « collantes » qui n’avaient jamais été enregistrées dans son air : un groupe d’alcools sesquiterpéniques dominé par le bêta-eudesmol.

Jusqu’à cette étude, personne n’avait signalé ces composés dans l’air d’une forêt tropicale. Lors des campagnes antérieures, les instruments indiquaient un zéro constant ; désormais, ces molécules apparaissaient à des niveaux comparables à ceux des principaux composés associés au stress.

Plus surprenant encore, leur maximum survenait après la sécheresse, et non pendant, et elles persistaient plusieurs semaines.

Les mesures portent sur l’air ambiant, pas sur l’intérieur des arbres : le mécanisme métabolique exact reste donc une déduction. Néanmoins, ces nouvelles molécules présentent une structure de base commune.

Leurs variations étaient synchrones - un indice qu’une même voie, déclenchée par le stress, s’était activée et avait continué à fonctionner bien au-delà de l’urgence.

Comment les arbres gèrent le stress

La chaleur et le déficit hydrique abîment les arbres en partie parce qu’ils saturent les cellules en espèces réactives de l’oxygène, des molécules instables capables d’endommager les tissus de l’intérieur.

Pour survivre, les plantes doivent les neutraliser, et d’autres travaux suggèrent que les arbres amazoniens coordonnent ce type d’émissions pour tenir face au stress.

Un indice vient de la médecine humaine. Le bêta-eudesmol, la molécule qui s’est mise à être émise par la forêt, est connu dans les huiles essentielles pour ses propriétés anti-inflammatoires et antioxydantes ; dans des cellules humaines, il active des gènes qui contribuent à éliminer ces mêmes molécules destructrices.

Reste à savoir si le bêta-eudesmol joue un rôle comparable dans un arbre : cela demeure une hypothèse.

Les chercheurs soulignent que les cellules végétales et humaines ne gèrent pas de la même manière le stress oxydatif - les dégâts dus à ces molécules instables - et que personne n’a observé ces composés à l’œuvre dans des feuilles amazoniennes.

La sécheresse pourrait remodeler les émissions

Ces molécules réactives peuvent s’agréger en particules minuscules, capables de favoriser la formation des nuages et de diffuser la lumière du soleil. Une modification durable du cocktail émis par la forêt pourrait donc se répercuter sur la météo et le climat de l’ensemble du bassin.

Pour l’instant, entre deux sécheresses, la forêt se rétablit et sa chimie revient à l’état habituel.

Le responsable du projet, Jonathan Williams, chimiste de l’atmosphère à l’institut, s’attend toutefois à ce que cette « remise à zéro » s’affaiblisse à mesure que la planète se réchauffe et que les épisodes El Niño gagnent en intensité.

« Ces émissions pourraient devenir une caractéristique permanente de la région », a déclaré Williams.

Avant ces travaux, les alcools produits par la forêt en situation de stress n’avaient jamais été détectés dans l’air ambiant. Désormais, ils sont identifiés, et leur comportement apparaît nettement.

Les sesquiterpènes associés doublent largement pendant une sécheresse extrême, puis cette chimie défensive se prolonge dans la saison de récupération avant de décroître.

Les scientifiques peuvent donc les suivre comme des marqueurs vivants du stress. Une étude récente considère les sécheresses chaudes du bassin comme un avant-goût d’un futur plus brûlant - dans lequel les émissions des arbres pourraient ne ressembler à rien de ce qui a été mesuré jusqu’ici.