Vulnérabilité des arbres à la sécheresse - et d'abord à la pénurie en CO2

[Jacques]

Confirmation : le CO₂ est absolument indispensable à la végétation, et encore actuellement en pénurie.
Jacques Durant à recueilli ceci :

17 Juin 2013 : 1) Les bienfaits du CO2 : L'augmentation du taux de CO2 provoque un verdissement net des zones chaudes et sèches de la planète.
2) Températures de la troposphère tropicale : Divergence croissante entre les modèles et les observations.

Ce billet est divisé en deux parties distinctes. Toutes deux constituent de sérieuses remises en question des "certitudes" que l'on entend répéter sans cesse ici ou là dans les médias et parfois aussi, dans certaines sphères scientifiques et gouvernementales.

1) L'effet fertilisant du CO2 :

Comme chacun le sait, le dioxyde de carbone qui est en réalité un gaz invisible, inodore, passablement inerte, totalement inoffensif (du moins aux faibles concentrations qui nous concernent) et qui est le vecteur N°1 du cycle du carbone indispensable à toute vie organique sur notre planète, a été constamment vilipendé, et même diabolisé, au cours des deux décennies précédentes, au motif qu'il serait responsable de la hausse des températures que nous avons connue durant la période 1975-1997. D'autres disciplines que la climatologie (notamment la biologie) se sont emparées du sujet, ce qui a généré une extraordinaire collection d'articles plus ou moins apocalyptiques parfois cocasses et souvent contradictoires, sur des sujets extrêmement divers. La totalité de ces articles, résultant le plus souvent de modélisations informatiques, envisagent les conséquences "dramatiques" de l'augmentation du taux de CO2 dont la concentration a pourtant connu des variations considérables (x10, ou plus) au cours de l'histoire de la vie organique sur notre planète.

Le summum de la diabolisation du CO2 a été atteint lorsque l'EPA (Environmental Protection Agency US) américaine a décidé, le 7 Déc. 2009, de qualifier officiellement le CO2 de "polluant" au prétexte que l'augmentation de la concentration de ce gaz "serait néfaste à la santé humaine" (des Américains, dit le texte officiel). Depuis lors, il n'est pas rare de lire, sous la plume de nos journalistes francophones, que "le CO2 est un polluant" ce qui, sans aucun doute, représente une extrapolation extrême de ce qu'on peut dire de ce composé qui, de fait, apparaît plutôt comme bénéfique, comme nous allons le voir.

L'utilisation de puissants moyens d'observation à bord des nombreux satellites qui orbitent autour de notre planète depuis une trentaine d'années, a permis aux scientifiques d'observer, de manière répétitive, non pas une tendance à la désertification progressive des zones sensibles, comme certains l'avaient prévu (du fait du réchauffement), mais bien au contraire, à un verdissement de la planète, mesuré par l'augmentation nette de l'indice NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) qui mesure l' augmentation de la couverture foliaire de la Terre. Les dernières mesures rendues publiques (Matt Ridley dans le Wall Street Journal, Vidéo, conférence du Dr. Ranga Myneni de la Boston University), "confirment que le verdissement de la Terre se poursuit de manière continue depuis trente ans. Entre 1982 et 2011, 20.5% de la végétation de la planète a verdi tandis que seulement 3% a bruni. Le reste étant inchangé."

Comme on s'en doute, il ne suffit pas de constater le verdissement persistant de la planète pour en tirer des conclusions sur les causes de cet accroissement de la couverture foliaire. En effet, ces causes peuvent être multiples. On sait, en particulier, que l'influence de l'hygrométrie est essentielle, surtout dans les zones arides et semi-arides, de même que la présence renouvelée des nutriments indispensables à la croissance des plantes. Depuis quelques années, les chercheurs s'efforçaient de discerner parmi les diverses causes possibles de ce verdissement, sans parvenir à en séparer les contributions respectives.

Une équipe du CSIRO et d'une université australienne semble y être parvenue. Selon leurs travaux qui s'avèrent convaincants, l'augmentation du CO2 atmosphérique serait responsable d'une augmentation de la couverture foliaire de 11% des zones chauds et sèches de 1982 à 2010. Les observations sont en accord avec leurs prévisions théoriques.
Ces observations ne devraient pas surprendre les agriculteurs qui savent, par expérience, que l'on améliore notablement le rendement de la production des serres horticoles en enrichissant leur atmosphère de quelques 1000 ppm de CO2.

Voici la bande annonce de cet article qui est disponible et actuellement sous presse aux Geophysical Research Letters. Cet article est intitulé :

"La fertilisation par le CO2 a accru la couverture foliaire maximale dans les zones chaudes et arides du globe."

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1 CSIRO Land and Water, GPO Box 1666, Canberra, ACT, 2601, Australia.
2 Research School of Biology, The Australian National University, Canberra, ACT, 0200, Australia.
3 Research School of Earth Sciences, The Australian National University, Canberra, ACT, 0200, Australia.
4 Australian Research Council Centre of Excellence for Climate System Science.

Les points clefs : (NdT : Rappel : C'est un guide très commode pour une lecture rapide du contenu d'un article)

Nous examinons, pour des pluviométries données, la couverture foliaire observée par satellite.
Dans les endroits chauds et secs, la couverture foliaire a augmentée de 11% pour le globe (1982-2010)
Nous montrons un lien biophysique et quantitatif entre cette augmentation et la fertilisation par le CO2.

Voici les résumés en anglais et en français :

Abstract Satellite observations reveal a greening of the globe over recent decades. The role in this greening of the ‘CO2 fertilization’ effect – the enhancement of photosynthesis due to rising CO2 levels – is yet to be established. The direct CO2 effect on vegetation should be most clearly expressed in warm, arid environments where water is the dominant limit to vegetation growth. Using gas exchange theory, we predict that the 14% increase in atmospheric CO2 (1982–2010) led to a 5 to 10% increase in green foliage cover in warm, arid environments. Satellite observations, analysed to remove the effect of variations in rainfall, show that cover across these environments has increased by 11%.
Our results confirm that the anticipated CO2 fertilization effect is occurring alongside ongoing anthropogenic perturbations to the carbon cycle and that the fertilisation effect is now a significant land surface process.
Résumé : Les observations satellitaires montrent un verdissement du globe durant les dernières décennies. Le rôle que joue dans ce verdissement l'effet "fertilisant du CO2" - l'augmentation de la photosynthèse due à l'augmentation du taux de CO2 - reste encore à établir. L'effet direct du CO2 sur la végétation devrait être plus facilement observable dans les environnements chauds et arides où l'eau est le facteur limitant principal pour la croissance de la végétation. A partir de la théorie des échanges gazeux, nous prédisons qu'une augmentation de 14% du taux de CO2 dans l'atmosphère (1982-2010) a provoqué une augmentation de 5 à 10% de la couverture foliaire verte dans les environnements chauds et arides. Les observations satellitaires confirment le fait attendu que l'effet fertilisant du CO2 se produit en parallèle avec les perturbations anthropiques actuelles du cycle du carbone et que l'effet de fertilisation est maintenant un processus significatif à la surface des continents.

Voici la figure maîtresse de cet article dans laquelle les zones marquée en rouge ont subi une augmentation du feuillage vert liée, selon les auteurs de l'article, à l'augmentation du CO2. Malheureusement cette image n'est pas très bonne du point de vue des contrastes. Cela résulte sans doute du fait que la version de l'article, actuellement disponible sur le site des Geophysical Research Letters, est encore en attente d'édition pour l'impression.

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"Figure 2.

Etendue de l'analyse et distribution spatiale de la bordure du Fx (NdT : F est la fraction de la surface du sol couverte par le feuillage vert, Fx désigne la limite (la bordure) de l'extension du feuillage vert. C'est le paramètre essentiel).
L'étendue de l'analyse pour laquelle nous avons déterminé la fraction Fx annuelle est montrée par les cellules en grisé. Les cellules impliquant une variation comprise entre ±5% de la bordure pour au moins une des moyennes des trois années sont indiquées en rouge (NdT : Elles indiquent les zones où l'extension du feuillage vert peut être attribuée à l'augmentation du CO2 atmosphérique)".

 

Les lecteurs(trices) tireront sans doute bénéfice de quelques extraits du communiqué de presse de l'AGU relatifs à cet article (Les caractères engraissés sont le fait de l'auteur de PU).

[...] L'équipe de chercheurs a recherché les indices d'une fertilisation par le CO2 dans les zones arides. Donohue a déclaré que "les satellites sont très bons pour détecter les changements de la couverture foliaire et c'est dans les zones chaudes et sèches que l'on s'attend à ce que l'effet du CO2 ait le plus d'influence sur la couverture foliaire". La couverture foliaire est un élément clef, a-t-il ajouté , parce qu'une feuille peut prélever plus de carbone de l'air durant la photosynthèse, ou perdre de l'eau durant la photosynthèse, ou les deux, ceci résultant d'un taux élevé de CO2". C'est l'effet fertilisant du CO2.

Mais la couverture foliaire dans des zones telles que les forêts tropicales est déjà aussi étendue qu'elle peut l'être et il est peu probable qu'elle augmente avec des concentrations de CO2 supérieures. Dans les zones chaudes et sèches, en revanche, la couverture foliaire est moins complète de telle manière que les plantes qui s'y trouvent y feront plus de feuilles si il y assez d'eau pour le faire. "Si des taux élevés de CO2 provoquent une baisse de consommation d'eau par les feuilles, les plantes répondront en augmentant le nombre total de leurs feuilles et ceci devrait être mesurable par les satellites"1 a expliqué Donohue.

Pour parvenir à distinguer l'effet de fertilisation du CO2 des autres facteurs environnementaux dans ces régions, les chercheurs ont tout d'abord moyenné la verdeur en chaque endroit pendant des périodes de 3 années afin de prendre en compte les changements de l'humidité des sols. Puis ils ont regroupé ces données de verdeur obtenues pour les différentes zones en fonction de leurs quantités de précipitation. Les chercheurs ont ensuite évalué la quantité maximale de feuillage que chaque groupe pouvait atteindre pour une précipitation donnée et ils ont suivi les variations du feuillage maximal durant une période de 20 ans. Ces techniques ont permis aux chercheurs d'éliminer l'influence des précipitations et d'autres variations climatiques et d'identifier la tendance au verdissement à long terme.

Outre un verdissement des régions sèches, l'effet fertilisant du CO2 pourrait provoquer un changement des types de végétations qui dominent dans ces régions. "Les arbres sont en train de ré-envahir les terres herbeuses et ceci pourrait tout à fait provenir de l'effet du CO2" dit Donahue. "Les plantes ligneuses de longue durée de vie sont profondément enracinées et elles sont donc susceptibles de bénéficier d'une augmentation du CO2 plus que les herbes. "

"L'effet d'un taux plus élevé en dioxyde de carbone sur le fonctionnement des plantes est un processus important qui mérite une plus grande attention", dit Donohue, " Même si rien d'autre ne change dans le climat du fait d'une hausse du taux global de CO2, nous verrons toujours un changement environnemental significatif à cause de l'effet fertilisant du CO2." [...]

1 Note : En réalité, il est bien connu que les échanges foliaires avec l'atmosphère se font au niveau des stomates qui présentent de petits orifices, appelés ostioles, situés à la stomatesurface des feuilles et dont l'ouverture variable régule aussi bien l'absorption du CO2 que les pertes hydriques. Ainsi si le taux de CO2 dans l'environnement augmente, l'ouverture des stomates est réduite d'autant ce qui limite les pertes en eau. En bref, l'augmentation du taux de CO2 améliore l'utilisation de l'eau disponible en limitant l'évapotranspiration. Si la quantité d'eau disponible reste constante, la croissance de la plante est améliorée comme cela est couramment observé dans les serres horticoles*. Ci-contre, stomate de feuille de Bégonia. A noter que la mesure de la taille des ostioles des végétaux fossilisés permet d'avoir une idée du taux de CO2 régnant à l'époque de la fossilisation. C'est un "proxy" fréquemment utilisé.


La Nature a plus d'un tour dans son sac lorsqu'il s'agit de réguler les échanges de la biomasse avec l'environnement (voir, par ex. le billet sur la pruine de choux, raisins, lotus etc.)

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Compléments :

Ci-contre, une analyse détaillée accompagnée d'une liste de références sur les effets bénéfiques du CO2 sur la croissance des plantes ligneuses (en anglais).
Une vidéo remarquable du Dr. Matt Ridley (Vicomte, membre de la chambre des Lords UK) au sujet du verdissement observé de la planète (en anglais).
Une vidéo réalisée par C. et S. Idso (CO2 Science) qui montre les effets de la fertilisation par le CO2 d'une plante durant sa croissance.
Une base de donnée détaillée montrant les effets de la fertilisation par le CO2 mesurés par le bilan des échanges en CO2 pour toute une collection de plantes.
*Une analyse détaillée des effets de l'enrichissement de l'atmosphère en CO2 (typiquement 1000ppm) des serres destinées à la culture. Document édité par le Ministère Canadien de l'agriculture et de la nourriture.
http://scienceandpublicpolicy.org/images/stories/papers/originals/woody_plant_growth.pdf