Une parcelle de vieux chênes au Royaume-Uni aide les scientifiques à prédire comment les forêts du monde réagiront à des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone, une question cruciale pour notre climat futur
Une forêt dans le Staffordshire, au Royaume-Uni, où une expérience teste comment les arbres réagissent à des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone dans l'air
Niché dans une voie country tranquille dans la région du Royaume-Uni des Midlands du Royaume-Uni se trouve l'une des parcelles de forêt les plus étudiées au monde.
Ce fragment de bois, peuplé principalement par des chênes anglais âgés de 180 ans (Quercus Robur), est au cœur d'un grand projet mondial pour comprendre comment les forêts du monde s'affronteront à mesure que les niveaux de dioxyde de carbone augmentent dans l'atmosphère.
C'est une question cruciale. À l'échelle mondiale, les forêts mondiales absorbent environ 7,6 milliards de tonnes de CO2 par an, une fois que les émissions des incendies de forêt, la déforestation et d'autres perturbations sont comptabilisées. Les forêts tempérées, comme celles du Royaume-Uni, sont responsables de près de la moitié de cette adoption.
Mais pouvons-nous compter sur ce puits de carbone à mesure que la pollution augmente? D'ici 2050, les concentrations atmosphériques de CO2 seront 40% plus élevées que les niveaux d'aujourd'hui si les tendances actuelles se poursuivent, à environ 570 parties par million (ppm). Beaucoup d'arbres d'aujourd'hui seront toujours debout. Comment vont-ils répondre?
Dans la forêt du Staffordshire, les scientifiques ont soumis des groupes de chênes matures à une atmosphère future simulée. Depuis 2017, ils pompent du CO2 autour de ces arbres, augmentant les concentrations locales à 570 ppm.
Rob Mackenzie à l'Université britannique de Birmingham, qui gère le site, a regardé attentivement pour voir comment les arbres réagissent. La biologie de base nous indique qu'avec des niveaux plus élevés de CO2, le taux de photosynthèse augmente. En d'autres termes, les arbres et les plantes réagiront à plus de CO2 dans l'atmosphère en le faisant davantage. Des expériences sur les jeunes arbres ont porté cette théorie. Mais jusqu'à récemment, nous savions peu sur la façon dont les arbres matures réagiraient.
«La façon dont une jeune plante dans une serre ou un champ agricole répondra sur une courte période, c'est assez bien connu», explique Mackenzie. « Mais la façon dont une plante plus âgée assise dans son sol pendant 180 ans répondra à un stimulus similaire est complètement inconnue. »
La réponse est essentielle pour garantir avec précision les modèles climatiques représentent avec précision le rôle des forêts dans l'absorption du CO2 à l'avenir. Si le taux de photosynthèse change et que les arbres absorbent plus de carbone, le taux de rabat du carbone mondial des forêts tempérés augmentera. D'un autre côté, si le taux d'absorption du carbone des arbres ne change pas, le rôle des forêts en tant que solution climatique sera plus petit que nous le pensions. «Nous influencerons la précision des modèles du système terrestre en termes de traitement du puits de carbone terrestre», explique Mackenzie.
Heureusement, les résultats jusqu'à présent sont prometteurs. Après sept ans dans des conditions de CO2 élevées, les chênes matures ont augmenté leur taux de photosynthèse et produisent environ 11% de bois de plus chaque année, par rapport aux arbres à proximité dans les conditions atmosphériques d'aujourd'hui.
«Nous sommes satisfaits des résultats parce qu'ils ne montrent pas une forêt qui va tomber, écologiquement parlant, sous ce genre de stress. Il semble qu'il y ait une capacité adaptative ici », explique Mackenzie. «Il se pourrait que même alors que nous entrons dans une atmosphère à haute corse, le puits de carbone terrestre maintient son rôle actuel en pliant légèrement la courbe (de CO2 atmosphérique).»
Pourtant, une expérience similaire sur une forêt d'eucalyptus mature en Australie, qui a également commencé en 2017, n'a trouvé aucun lien entre le CO2 atmosphérique élevé et la croissance des arbres supplémentaires. Pourquoi cette forêt britannique est-elle différente?
La réponse réside dans la disponibilité de l'azote et du phosphore, des nutriments clés qui permettent aux arbres d'utiliser un excès de CO2. En Australie, la forêt était limitée par un manque de nutriments, mais le site du Staffordshire en a beaucoup – grâce en partie à l'utilisation des engrais sur les terres agricoles à proximité. «Tout sur les résultats que nous avons obtenus jusqu'à présent est vraiment dû au fait que la forêt a suffisamment d'azote pour utiliser le carbone», explique Mackenzie.
Il existe également des preuves émergentes que les chênes matures déploient de nouvelles stratégies pour garantir leurs fournitures d'azote. Ils cultivent de nouveaux réseaux de racines à un rythme rapide pour extraire des réserves de fraîches azotés dans le sol et en conservant leurs fournitures en libérant moins d'azote à travers leurs racines et leurs feuilles, a découvert l'équipe. «Ces stratégies ont permis à cette forêt de ne montrer aucun signe de limitation de l'azote», explique Sami Ullah, également à l'Université de Birmingham.
Il représente un changement remarquable d'activité pour les arbres d'âge moyen, explique Mackenzie. «Ils ont eu 180 ans pour explorer le sol», dit-il. «Vous pourriez bien supposer que le sol est complètement cartographié du point de vue de la plante. Mais il s'avère qu'il y a encore des choses qu'ils peuvent faire si la ressource change. »
D'autres quarts sont en cours dans la forêt. Les arbres dans des conditions de CO2 élevées ont des produits chimiques plus amers dans leurs feuilles, ce que l'équipe de recherche soupçonne pourrait être un signe qu'ils investissent davantage dans leur résistance aux ravageurs et aux maladies. Il y a aussi des signes que ces arbres pourraient se remettre plus rapidement à partir de courtes périodes de stress thermique, reprenant l'activité de la photosynthèse avant les arbres de contrôle.
Mais le maintien du rythme rapide de l'activité dépend de l'azote restant. En Europe occidentale, l'utilisation libérale d'engrais agricoles a laissé des sols surchargés d'azote. Les arbres sous un CO2 élevé abritent cet excès maintenant, mais cela ne dure pas éternellement. Dans des expériences de CO2 élevées précédentes réalisées sur des arbres plus jeunes, l'approvisionnement en azote a finalement diminué, entraînant un effondrement du taux de photosynthèse. «Si les arbres utilisent plus d'azote, ils finiront par épuiser le sol de l'azote», explique Anna Gardner à l'Université de Birmingham. « C'est une histoire positive pour nous jusqu'à présent, mais à long terme, nous ne sommes pas sûrs. »
L'expérience du Staffordshire se déroulera jusqu'en 2030, date à laquelle les chercheurs espèrent ne pas avoir cueillé si la limitation de l'azote est une menace sérieuse pour les forêts tempérées. Une autre expérience élevée de CO2 est en construction dans la forêt amazonienne, pour tester comment les forêts tropicales réagissent.
Pourtant, peaufiner les concentrations de CO2 ne peut que nous en dire autant. Bien que ces essais puissent simuler les niveaux de CO2 atmosphériques futurs, ils ne peuvent pas simuler la météo future. Les changements climatiques progressifs apporteront des vagues de chaleur, des sécheresses et des inondations plus fréquentes et plus intenses. Les chercheurs peuvent étudier la réponse des arbres à ces événements extrêmes lorsqu'ils se produisent dans le monde réel, mais ce ne sera pas un reflet précis des conditions plus sauvages et plus extrêmes auxquelles les forêts seront confrontées d'ici 2050.
Dans tous les cas, le bois n'est également qu'un magasin de carbone temporaire. Même si les arbres survivent aux menaces croissantes des sécheresses, des vagues de chaleur, des inondations, des parasites et des maladies, ils finiront par mourir. Alors que le bois pourrit, le carbone stocké est relâché dans l'atmosphère.
Il serait donc stupide de compter trop sur les forêts en tant que Sauveur climatique, dit Mackenzie, même si leur taux de photosynthèse accru est maintenu. «Ce n'est qu'une aide; Ce n'est pas une solution », dit-il.
