Des milliards de tonnes de carbone circulent entre l'atmosphère, les plantes, les océans et le sol. Sara Vicca essaie de faire la bonne facture.
Chaque année, nous émettons environ 10 milliards de tonnes de carbone, soit 36 milliards de tonnes de CO2. Le fait que la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère n'augmente pas rapidement est dû aux océans et aux écosystèmes terrestres, qui éliminent une grande partie de ce CO2 de l'air. Les océans absorbent environ 2 milliards de tonnes de carbone par an, les plantes terrestres 2,5 à 3 milliards de tonnes. Cependant, il existe encore de nombreuses lacunes dans notre connaissance du cycle du carbone, qui doivent être comblées afin que nous puissions prédire l'avenir avec plus de précision avec de meilleurs modèles climatiques.
Jusqu'à récemment, on ne savait pas quels facteurs déterminaient la quantité de carbone que les forêts peuvent stocker. Dans un article paru dans Nature Climate Change plus tôt cette année Sara Vicca (Université d'Anvers) et ses collègues ont montré que la disponibilité des nutriments dans le sol est cruciale. Dans une analyse de 92 forêts, de l'extrême nord aux tropiques, la quantité de nutriments disponibles s'est avérée être le meilleur prédicteur du stockage du carbone. Les modèles climatiques actuels en tiennent peu ou pas compte.
On pense généralement que la quantité de carbone absorbée par les forêts par la photosynthèse détermine la quantité de carbone stockée. Mais ce n'est pas toute l'histoire. "Une partie de ce carbone disparaît", explique Vicca. « D'une part, parce que les plantes respirent, ce qui libère du CO2, et d'autre part, parce qu'elles libèrent du carbone vers les champignons du sol via leurs racines. Ils vivent en symbiose avec les plantes. Les champignons utilisent le carbone pour se développer et en exhalent une partie sous forme de CO2. En échange, ils obtiennent de la nourriture du sol, dont ils transmettent une partie aux plantes.'
Dans les forêts avec beaucoup de nutriments dans le sol, en moyenne environ un tiers du carbone absorbé lors de la photosynthèse est également stocké efficacement. Dans les forêts aux sols pauvres, ce n'est que 6 %. "Je soupçonne que dans les sols plus pauvres, le rôle des champignons devient plus important, de sorte qu'ils décollent avec une proportion plus élevée de carbone", explique Vicca. Elle souhaite maintenant approfondir cette hypothèse en déterminant la quantité de champignons dans des échantillons de sol de diverses forêts et en étudiant l'effet de la fertilisation sur la répartition du carbone entre les plantes et les habitants du sol.
« Si le stockage du carbone dans les forêts est si fortement déterminé par la disponibilité des nutriments, les modèles doivent en tenir compte. Sinon, ils ne pourront pas estimer correctement la capacité de stockage des forêts du monde.'
Temps extrême
Pour ses recherches, Vicca utilise principalement de grands ensembles de données que d'autres scientifiques du monde entier collectent. Mais une fois, elle a elle-même commencé à travailler sur le terrain. Pour sa thèse, elle a étudié l'impact des températures plus élevées et des concentrations de CO2 sur la forêt en les faisant monter dans de petites serres. Une période dont elle se souvient avec des sentiments mitigés en raison de problèmes avec les appareils de mesure et des dommages causés par la tempête aux serres.
Mais les tempêtes et autres phénomènes météorologiques extrêmes jouent toujours un rôle dans ses recherches. Celles-ci sont également une source d'incertitude pour les climatologues. L'année dernière, Vicca et ses collègues ont écrit que les événements météorologiques extrêmes tels que les tempêtes et les sécheresses peuvent réduire la capacité des écosystèmes terrestres à stocker le carbone. Cela accélérerait le réchauffement climatique, augmentant le risque de phénomènes météorologiques extrêmes. Cela crée un mécanisme de rétroaction positive, similaire à la fonte des calottes polaires ; par conséquent, moins de lumière solaire est réfléchie, ce qui entraîne une augmentation de la température et la fonte de plus de glace, etc.
Les dommages causés par les tempêtes semblent être le facteur le plus important dans les forêts européennes. Par exemple, en 1999, le super ouragan Lothar a abattu tellement d'arbres qu'environ 16 millions de tonnes de carbone stocké ont été perdues. Les tempêtes en Amazonie ont également anéanti environ un quart du stockage annuel de carbone en 2005. À l'échelle mondiale, les vagues de chaleur et la sécheresse en particulier font des ravages. Après les sécheresses extrêmes de 2005 et 2010, respectivement 1,6 et 2,2 milliards de tonnes de carbone ont été perdues en Amazonie. « Différents processus jouent un rôle à cet égard », explique Vicca. « Lors d'une sécheresse prolongée, les plantes ferment leurs stomates par lesquels elles échangent des gaz avec l'atmosphère. Du coup, ils perdent moins d'eau, mais ils ne peuvent plus absorber de CO2 et donc plus stocker de carbone.
Cet effet peut se faire sentir bien après la période de sécheresse :il peut facilement s'écouler jusqu'à deux ans avant que tout redevienne normal. Dans le pire des cas, les arbres mourront. De plus, la sécheresse augmente le risque d'incendies de forêt et rend les arbres plus sensibles aux maladies.» L'impact de la sécheresse sur la vie du sol demeure incertain. «Des températures plus élevées rendent les organismes du sol plus actifs, ce qui entraîne davantage d'émissions de CO2. La sécheresse réduit l'activité, mais elle peut augmenter de manière explosive par la suite si les plantes mortes et les organismes du sol sont décomposés.'
Point d'inclinaison
L'impact des conditions météorologiques extrêmes ne se fait pas sentir uniquement dans les forêts. D'énormes stocks de carbone sont stockés dans les tourbières :environ 90 milliards de tonnes sous les tropiques et 500 milliards de tonnes dans l'extrême nord. La sécheresse et les précipitations extrêmes peuvent libérer une partie de ces approvisionnements.
"Il est clair que les événements météorologiques extrêmes deviendront plus fréquents, bien que nous ne puissions pas dire exactement ce que cela signifiera pour des zones spécifiques", déclare Vicca. Il semble que pour nous, cela se résume principalement à des sécheresses plus longues et à des averses de pluie plus fortes.
«La grande question est de savoir dans quelle mesure la capacité des écosystèmes à stocker du carbone diminuera.» Les modèles actuels ne peuvent pas répondre à cette question. Les modèles climatiques se concentrent principalement sur les changements lents et à long terme et ne sont toujours pas très bons pour simuler les extrêmes. C'est pourquoi Vicca et ses collègues ont écrit dans Nature que des recherches plus détaillées sont nécessaires sur la réponse des écosystèmes à la sécheresse, afin de mieux comprendre quand les points de basculement sont franchis.
Selon Vicca, nous ferions bien de maintenir le réchauffement climatique en dessous de deux degrés Celsius. Ce sera difficile, mais en théorie toujours possible. La concentration en dioxyde de carbone dans l'atmosphère serait donc inférieure à 450 ppm. (parties par million) devrait rester, et il est maintenant d'environ 400 ppm. "Il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas, mais nous savons que nous nous dirigeons vers un avenir avec des conditions météorologiques plus extrêmes et que ce ne sera pas agréable."
