La forêt amazonienne et le temps de résidence du carbone : les orages convectifs accélèrent le renouvellement

La forêt amazonienne renferme une part immense du carbone contenu dans la végétation mondiale. Mais la durée pendant laquelle ce carbone reste immobilisé dans les arbres vivants dépend d’un facteur encore trop peu étudié.

Des chercheurs ont donc voulu mesurer la vitesse de « renouvellement » de la forêt - des arbres qui meurent, tombent, puis sont remplacés.

Leur constat est clair : ce renouvellement s’accélère, le carbone circule aujourd’hui plus vite qu’auparavant à travers l’Amazonie, et la cause principale n’est pas la sécheresse. Ce sont les tempêtes.

L’étude a été conduite par des chercheurs du South China Botanical Garden (SCBG) de l’Académie chinoise des sciences, en collaboration avec l’université Cornell et plusieurs autres institutions internationales.

Pourquoi le temps de résidence du carbone compte

Les forêts tropicales concentrent plus de 60 % de la biomasse végétale mondiale. À ce titre, elles constituent l’un des systèmes de stockage du carbone les plus importants de la planète.

Elles prélèvent du CO2 dans l’atmosphère et le fixent dans le bois, les racines et les feuilles pendant des années, voire des décennies.

Mais ce stockage n’a rien de permanent, ni de garanti. Il dépend de la durée pendant laquelle le carbone demeure effectivement dans le système avant de retourner dans l’atmosphère lorsque les arbres meurent et se décomposent.

C’est ce que les chercheurs appellent le « temps de résidence du carbone », un indicateur directement lié au renouvellement de la biomasse - autrement dit, au rythme auquel la végétation est remplacée via la croissance et la mortalité.

Mortalité des arbres et renouvellement du carbone

Dans une forêt où les arbres vivent plusieurs siècles et où les chutes sont rares, le carbone reste stocké longtemps.

À l’inverse, lorsque les arbres meurent plus jeunes et plus fréquemment, le carbone est renvoyé plus rapidement vers l’atmosphère, ce qui affaiblit le rôle de la forêt comme tampon climatique de long terme.

Jusqu’ici, une grande partie des travaux sur les puits de carbone des forêts tropicales s’est surtout intéressée à la productivité - la vitesse à laquelle les arbres croissent et captent du carbone.

La mortalité des arbres et la rapidité du renouvellement du carbone ont, elles, suscité bien moins d’attention. Cette étude s’est précisément attachée à cette dimension négligée.

Nouvelle approche pour cartographier l’Amazonie

L’un des obstacles majeurs à la compréhension des dynamiques du carbone à l’échelle de toute l’Amazonie tient à la question de l’échelle. La forêt est immense, écologiquement complexe, et très variable d’un endroit à l’autre.

Des placettes de terrain dispersées dans la région apportent des informations précieuses sur des sites particuliers, mais elles ne suffisent pas à décrire des tendances de grande ampleur sur des millions de kilomètres carrés de forêt.

« Compte tenu de la grande complexité et de l’hétérogénéité spatiale des écosystèmes de forêts tropicales, des placettes de terrain limitées ne peuvent pas saisir pleinement les schémas spatiaux à grande échelle et les facteurs environnementaux du renouvellement du carbone de la biomasse », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Donghai Wu, de Cornell.

Pour dépasser cette limite, l’équipe a combiné des données de télédétection satellitaire et des observations de longue durée issues de placettes forestières afin d’estimer les taux de mortalité des arbres sur l’ensemble de l’Amazonie.

Les chercheurs ont ensuite produit une carte spatiale détaillée du temps de renouvellement du carbone de la biomasse, puis ont utilisé des modèles d’apprentissage automatique interprétables pour déterminer quels facteurs environnementaux expliquaient les motifs observés.

De meilleures estimations du stockage de carbone

Les résultats ont mis en évidence un élément inattendu, qui bouscule plusieurs hypothèses courantes dans le domaine.

Les orages convectifs - ces épisodes de météo extrême marqués par des pluies intenses de courte durée et des vents violents - se révèlent être un moteur plus déterminant du renouvellement du carbone de la biomasse que les indicateurs de stress liés à la sécheresse.

Ces tempêtes endommagent physiquement les arbres et en tuent une partie, ce qui accélère le transfert du carbone hors du réservoir de végétation vers l’atmosphère.

À mesure que l’atmosphère s’assèche et que l’activité des orages convectifs augmente (deux tendances associées au changement climatique), le temps de résidence du carbone en Amazonie se raccourcit.

La forêt perd du carbone non seulement parce que les arbres croissent plus lentement sous contrainte, mais aussi parce que les tempêtes les font tomber plus vite. Cette différence est cruciale pour la manière dont nous modélisons l’avenir de l’Amazonie.

Si l’attention a été principalement portée sur la sécheresse alors que les tempêtes constituent en réalité le levier majeur, les projections qui ne représentent pas correctement la dynamique des tempêtes risquent de sous-estimer la vitesse à laquelle la capacité de stockage de carbone de l’Amazonie pourrait diminuer.

Ce que montrent les projections

L’équipe a simulé l’évolution future du temps de renouvellement du carbone de la biomasse selon différents scénarios d’émissions.

Dans une trajectoire à faibles émissions, ce temps devrait diminuer d’environ 3 % en moyenne d’ici la fin du siècle. Dans un scénario à fortes émissions, la baisse pourrait atteindre jusqu’à 15 %.

Une réduction de 15 % de la durée pendant laquelle le carbone reste immobilisé dans la végétation amazonienne - à l’échelle d’une forêt qui contient plus de 60 % de la biomasse végétale mondiale - n’a rien d’un simple ajustement.

Cela correspond à un affaiblissement notable de l’un des tampons naturels de carbone les plus importants dont dispose la planète.

La répartition spatiale n’est pas homogène. Le temps de renouvellement du carbone de la biomasse varie fortement à travers l’Amazonie, et les réponses aux facteurs environnementaux sont très non linéaires.

Autrement dit, de faibles changements de conditions peuvent provoquer, dans certaines zones, des variations de renouvellement disproportionnellement importantes, tandis que d’autres secteurs restent relativement stables.

Mettre en évidence les parties de la forêt les plus vulnérables fait partie des apports de l’étude.

Implications plus larges de l’étude

L’intérêt plus général de ces travaux est de modifier notre façon de considérer l’Amazonie en tant que puits de carbone.

Il ne suffit pas de suivre la quantité de carbone absorbée par la forêt : il faut aussi connaître la durée pendant laquelle ce carbone y demeure.

Une forêt qui capte rapidement du carbone mais le perd tout aussi vite - via les dégâts causés par les tempêtes, une mortalité accélérée, une décomposition plus rapide - constitue un tampon climatique moins fiable que ne le laisseraient penser les seuls chiffres de productivité.

Une comptabilité correcte est essentielle pour les modèles du système Terre, qui sous-représentent aujourd’hui les processus de renouvellement du carbone de la biomasse.

Une meilleure prise en compte de ces dynamiques permettrait d’obtenir des projections plus justes de la régulation climatique que l’Amazonie peut réellement assurer selon différents futurs possibles, ainsi que du moment où cette régulation commence à défaillir.

L’étude a été publiée dans la revue Nature Climate Change.