Sécheresse 2023 en Amazonie : le sol n’absorbe plus l’isoprène

Un phénomène inattendu s’est produit sous la surface pendant la pire sécheresse amazonienne observée de mémoire d’homme.

D’ordinaire, le sol agit comme une éponge : il retire discrètement de l’air un gaz d’origine végétale appelé isoprène. Or, lors de cet épisode extrême, ce mécanisme s’est en grande partie enrayé.

De nouvelles analyses indiquent que la capacité du sol à capter ce gaz est tombée à environ un quart de son niveau habituel lorsque la sécheresse et la chaleur ont poussé l’écosystème dans ses retranchements.

Les effets d’un tel basculement ne se limitent pas à la litière forestière : ils peuvent se répercuter bien au-delà du massif amazonien.

Ces travaux ont été conduits par une équipe de l’Institut Max Planck de chimie, à Mayence. Sur plusieurs saisons, les chercheurs ont suivi les flux d’isoprène entrant dans les sols de forêt tropicale.

L’étude a notamment couvert la saison sèche record de 2023, quand un puissant El Niño a fait chuter les niveaux des rivières à des minima historiques, tout en laissant une végétation visiblement sous stress dans une grande partie de la région.

Les émissions invisibles de l’Amazonie

L’isoprène est produit par les plantes, et les forêts tropicales en libèrent des quantités considérables : plus de 500 mégatonnes par an à l’échelle mondiale, l’Amazonie comptant parmi les sources majeures de la planète.

Le sol joue un rôle important en absorbant l’isoprène présent dans l’atmosphère, contribuant ainsi à maintenir ses concentrations sous contrôle.

Mais la manière dont ce « puits » du sol se comporte en conditions de sécheresse réelle - dans une forêt en fonctionnement, et non en laboratoire - restait difficile à établir.

Une partie de l’explication tient à la logistique : mesurer, saison après saison, les échanges de gaz entre le sol et l’air en Amazonie, et se trouver sur place au moment précis où survient une sécheresse historique, n’est pas un scénario que l’on peut programmer.

Cette fois, l’équipe a eu l’opportunité d’observer le processus au moment même où il se produisait.

La sécheresse a « arrêté » le sol

Le premier auteur de l’étude, Giovanni Pugliese, est chercheur à l’Institut Max Planck.

« Our results show that during the extreme climatic conditions imposed by the 2023 El Niño, soil isoprene uptake abruptly became unresponsive to the increased ambient isoprene concentrations, » a déclaré Pugliese.

« The results are consistent with a physiological constraint of isoprene-degrading soil microbes when the soil moisture falls below 20 percent. »

En pratique, les microbes du sol qui dégradent habituellement l’isoprène semblent buter sur une limite dès que l’humidité descend sous un certain seuil.

À ce stade, la quantité d’isoprène présente dans l’air au-dessus du sol change peu la situation : les microbes ne parviennent tout simplement plus à suivre.

La capacité d’absorption a chuté de plus d’un facteur quatre par rapport à des conditions normales, et la baisse a été nette, sans transition progressive.

Un gaz aux effets considérables

Une fois émis, l’isoprène ne demeure pas indéfiniment dans l’atmosphère. Il est principalement dégradé par les radicaux hydroxyles, considérés comme le principal « agent nettoyant » de l’air, l’ozone n’intervenant qu’à un degré moindre.

Cette chimie entraîne des conséquences en cascade qui dépassent le seul isoprène : elle influence la durée de vie de gaz à effet de serre comme le méthane, et elle pèse aussi sur la vitesse de formation des aérosols organiques secondaires.

En réalité, la concentration d’isoprène dans l’air résulte d’un rapport de forces entre trois paramètres : ce que la canopée émet, la rapidité avec laquelle l’atmosphère le dégrade, et la part que le sol parvient à récupérer.

Dérégler l’un de ces trois éléments - ce qui s’est produit en 2023 - suffit à provoquer des effets d’onde qui ne restent pas cantonnés à la forêt.

Comment les forêts ripostent

Les chercheurs ont observé que, lorsque l’écosystème amazonien subit une sécheresse de courte durée et des extrêmes de chaleur, les niveaux d’isoprène atmosphérique augmentent.

Le mécanisme est double : d’un côté, les émissions de la canopée s’intensifient ; de l’autre, le « puits » du sol s’affaiblit en parallèle.

Ce constat s’accorde avec l’explication généralement retenue sur l’origine de l’isoprène chez les plantes : il s’agit d’un moyen de défense face à la chaleur et au stress oxydatif.

En période de sécheresse, les arbres semblent donc augmenter leur production d’isoprène.

Dans le même temps, la capacité du sol à absorber ce gaz se désorganise, créant un effet « coup double » qui tire encore davantage les concentrations d’isoprène vers le haut.

Une réponse à la sécheresse déjà observée

Ce comportement n’est pas entièrement inédit. Il rappelle une expérience antérieure, menée en forêt tropicale de façon artificielle, qui examinait l’effet de la sécheresse puis du ré-humidification sur les échanges, dans le sol, de composés organiques volatils biogéniques (COV).

Dans cette étude, lorsque l’humidité descendait sous 19 pour cent, le sol ne se contentait pas de moins absorber : il basculait et devenait une source nette de COV, au lieu d’agir comme un puits.

Le parallèle avec les observations faites aujourd’hui en Amazonie réelle est frappant.

Cela suggère qu’il ne s’agit pas d’une particularité propre à la sécheresse de 2023, mais plutôt d’un comportement à seuil que les microbes du sol atteignent de manière assez régulière dès que l’assèchement devient suffisamment prononcé, quel que soit l’endroit.

Une rétroaction climatique discrète

Un mécanisme de rétroaction se dessine en filigrane. Des concentrations d’isoprène plus élevées ne sont pas seulement un symptôme du stress lié à la sécheresse.

Elles diminuent aussi la capacité d’oxydation de l’atmosphère et prolongent la durée de présence du méthane, ce qui ajoute un coût climatique supplémentaire à celui de la sécheresse elle-même.

Reste à savoir si cet effet s’amplifiera à mesure que les sécheresses liées à El Niño deviendront plus fréquentes et plus intenses, ou si les communautés microbiennes du sol finiront par s’adapter à une norme plus chaude et plus sèche : la question demeure ouverte.

Les auteurs estiment enfin que les modèles climatiques globaux doivent considérer l’absorption d’isoprène par les sols comme un facteur réel et variable, au lieu de l’écarter par hypothèse.

Sans cette évolution, ces modèles risquent de ne pas reproduire correctement la manière dont ces rétroactions climatiques se déploient dans l’ensemble des zones tropicales.