Ces arbres qui meurent en masse dans des forêts qu’on pensait résilientes

Alors que nous sommes suspendus au-dessus du sol par une journée ensoleillée d’octobre, il serait facile de se concentrer sur les crêtes bleues des collines et les petites villes nichées entre les deux. Mais Richard Peters, qui est avec moi à l’intérieur d’une gondole en métal montée sur le bras manœuvrable d’une grue, me montre plutôt la canopée des arbres en contrebas, teintée de nuances dorées et cuivrées de l’automne. "Ce type est définitivement sur le point de mourir", dit-il à propos d'un arbre.

On survole les branches stériles et sans feuilles d'un hêtre qui a perdu sa couronne à cause de la sécheresse, un épicéa dont la pointe est dénudée d'aiguilles et, au loin, on aperçoit les squelettes chauves de conifères ravagés par les scolytes.

Peters crie des instructions et l'homme qui utilise la grue dirige le bras de 50 mètres de long en cercle, permettant à la gondole de glisser sur le toit de la forêt tandis qu'une brise chatouille doucement les feuilles. C’est une façon surréaliste de voir la canopée forestière, et pour Peters et les autres scientifiques qui travaillent ici, c’est bien plus que cela. Ils visitent régulièrement ce bosquet de la région suisse du Hölstein, dans les montagnes du Jura, pour prendre des mesures minutieuses sur environ 80 des 480 arbres, directement dans la zone où ils respirent.

Quelque 14 espèces d'arbres européennes, principalement du hêtre et de l'épicéa, poussent ici, faisant l'objet d'une étude à long terme dirigée par l'écologiste végétal et physiologiste Ansgar Kahmen de l'Université de Bâle. Lorsque le projet a été lancé en 2018, l’objectif était de simuler les effets de la sécheresse en construisant des toits juste au-dessus du sol forestier pour intercepter la pluie. Mais cet été-là et au début de l'automne, c'est la météo elle-même qui a déclenché l'expérience, avec des précipitations réduites de près de moitié et des températures trois degrés plus élevées que d'habitude dans le cadre de la pire sécheresse qu'ait connue l'Europe centrale depuis 250 ans.

De nombreux arbres ont été détruits ; Dix épicéas ont succombé sur le site de deux hectares (environ cinq acres). D’innombrables autres arbres ont été testés jusqu’à leurs limites cette année-là et dans les années qui ont suivi.

Les scientifiques forestiers du monde entier sont alarmés de constater que les sécheresses, souvent exacerbées par les incendies et les infestations de scolytes, entraînent l'abattage d'arbres à des échelles jamais vues auparavant - depuis d'immenses étendues de forêts américaines jusqu'aux forêts sèches d'Australie où les racines peuvent atteindre une cinquantaine de mètres. mètres (plus de 160 pieds), vers les régions tempérées et les forêts tropicales humides où de tels événements ont longtemps été jugés impensables. «Même les personnes très compétentes et expérimentées dans le domaine ont été surprises de voir à quelle vitesse ces forêts disparaissaient», explique Henrik Hartmann, écophysiologiste à l'Institut Julius Kühn, Centre fédéral de recherche sur les plantes cultivées. en Allemagne et auteur principal d'un aperçu de la mortalité forestière dans la Revue annuelle 2022 de biologie végétale.

Des sécheresses ont déjà frappé bon nombre de ces écosystèmes, mais ce qui est différent maintenant, ce sont les « sécheresses plus chaudes » provoquées par des températures torrides. Et des disparitions plus dramatiques des forêts sont en cours, préviennent Hartmann et ses collègues. Il est essentiel de déterminer combien de ces abattages auront lieu et où ; Les forêts sont des foyers vitaux pour la vie terrestre et agissent comme des climatiseurs planétaires en absorbant jusqu'à un tiers des émissions de combustibles fossiles qui contribuent au réchauffement de la planète et que l'humanité produit chaque année. Certains experts prédisent que si la disparition des arbres s’accélère et rejette davantage de carbone dans l’air, les forêts pourraient devenir des productrices nettes de dioxyde de carbone, accélérant ainsi le changement climatique.

Mais prévoir l’avenir constitue un défi de taille – à tel point que les principales prévisions climatiques du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) sous-estiment probablement fortement la mortalité des arbres due à la sécheresse. Les scientifiques ne savent même pas combien d’arbres meurent à l’heure actuelle ; ils n’enregistrent en grande partie que les décès sur des sites bien étudiés, de sorte que beaucoup meurent probablement inaperçus.

Et surtout, une grande partie de la compréhension scientifique de la façon dont les arbres réagissent à la sécheresse est dépassée, basée sur une prise en compte incomplète de la physiologie des arbres, ce qui rend difficile la construction de modèles précis. Prédire ce que l’avenir nous réserve signifie démêler les processus silencieux qui se déroulent à l’intérieur du corps des arbres alors qu’ils souffrent d’un temps plus chaud et plus sec et, en fin de compte, comprendre comment les arbres meurent.

Observer les conséquences de la sécheresse en action

Il peut paraître étrange que les scientifiques ne sachent toujours pas exactement comment les sécheresses tuent les arbres. Là encore, ils ont rarement la chance de suivre la mort d’un arbre du début à la fin, car cela peut prendre des années, voire des décennies, pour qu’un arbre succombe, et plusieurs centimètres se rapprochent de plus en plus du bord inaperçu.

C’est en partie ce qui rend le site de surveillance de Hölstein si précieux. Si un arbre meurt dans cette forêt, les scientifiques l’entendront haut et fort.

Après avoir emprunté une route venteuse à la sortie d'une autoroute près de Bâle, j'arrive avant l'aube sur le site fermé un jeudi de la mi-octobre, en compagnie de Peters, physiologiste des arbres à l'Université de Bâle, et de David Steger, doctorant à l'Université de Bâle. la même institution sur les réponses à la sécheresse souterraine. Nous enfilons des casques, en partie pour nous protéger des chutes de branches de hêtre endommagées par la sécheresse, et les scientifiques passent à l'action. Steger recherche les conifères à inspecter aujourd'hui et éclaire leurs troncs avec une lampe de poche afin que l'écophysiologiste Günter Hoch, au-dessus de la télécabine, puisse se diriger vers la canopée pour collecter des échantillons de brindilles.

En plissant les yeux dans l'obscurité, je vois des instruments connectés aux arbres pour surveiller régulièrement leurs fonctions vitales : le rétrécissement et le gonflement des tissus de l'écorce à mesure que les arbres boivent, le mouvement de la sève des racines aux feuilles, la circonférence globale du tronc. Les arbres chargés d’engins donnent l’impression d’une grande unité de soins intensifs extérieure.

Hoch laisse tomber un sac rempli de brindilles, et Peters et moi nous dirigeons vers une petite cabane pour en prendre une mesure clé : le potentiel hydrique des feuilles, un indicateur du stress d'un arbre. Les feuilles sont parsemées de petites valves appelées stomates, à travers lesquelles les arbres transportent le dioxyde de carbone et l'oxygène et permettent à l'eau de sortir ; tout comme la transpiration, cette perte d’eau refroidit l’arbre. Lorsque l’eau sort, elle génère une pression négative qui aspire davantage d’eau à travers le xylème – les canaux de dérivation d’eau à l’intérieur du tronc et des branches d’un arbre – vers les feuilles. Nous mesurons cette pression négative, également appelée tension.

Les potentiels hydriques des feuilles sont généralement négatifs, mais moins ils le sont, mieux c'est. Lorsqu’ils sont mesurés avant l’aube, ils montrent si les arbres ont pu se réhydrater pendant la nuit, reconstituant ainsi l’eau qu’ils avaient perdue la veille. C'est pourquoi je suis ici à 5 heures du matin, regardant Peters évaluer l'état des brindilles d'épinette de Norvège (Picea abies), de sapin argenté (Abies alba) et de pin sylvestre (Pinus sylvestris). Il enfonce chaque brindille dans une chambre hermétique et laisse entrer lentement de l'air sous pression jusqu'à ce que des bulles de sève jaillissent de l'extrémité coupée de la brindille. La quantité de pression nécessaire pour que cela se produise est égale à la tension de l’eau que subissait la brindille.

Peters semble heureux de constater que les valeurs du potentiel hydrique des rameaux sont relativement élevées, de l’ordre de -0,6 à -0,7 mégapascals. Grâce aux pluies récentes, les arbres s’étaient remis de l’été éprouvant de l’année, où leur potentiel hydrique foliaire avait chuté à -2 mégapascals parce que les arbres étaient déshydratés. « Ce sont des arbres plutôt heureux », dit Peters.

Au cours de l’été et de l’automne 2018, les scientifiques ont observé que le potentiel hydrique diurne des branches de 10 épicéas qu’ils suivaient dans la forêt tombait en dessous de -2,3 mégapascals. Visiblement, la sécheresse, accompagnée d'une canicule, avait poussé les arbres dans leurs retranchements. L’air chaud peut retenir exponentiellement plus d’eau que l’air plus froid, ce qui conduit à une situation où, degré par degré, plus d’humidité est évacuée des stomates et de l’arbre dans son ensemble. Les arbres peuvent fermer leurs stomates pour stopper cette perte d’eau, mais une partie de l’eau s’échappe quand même.

Selon l'équipe, une fois que les racines ont manqué d'eau, l'épicéa a commencé à se déshydrater, car elles ont épuisé leurs réserves d'eau internes et ont perdu de l'eau à travers leurs aiguilles. La pression exercée sur les colonnes d’eau des arbres est devenue si forte que l’eau liquide s’est vaporisée, créant des poches d’air appelées embolies qui ont obstrué le xylème. Si un arbre présente trop d'embolies, l'ensemble du système de transport d'eau ne parviendra pas à fournir de l'eau à la canopée lorsque l'humidité du sol redeviendra disponible, explique Kahmen - ce qui est arrivé à cinq épicéas dont le potentiel hydrique était tombé en dessous de -7 mégapascals. Ils sont morts d’une panne hydraulique – essentiellement de soif. "Les processus que nous avons observés chez l'épicéa de Norvège étaient tout à fait remarquables et inédits", explique Kahmen. "Il est rare de démontrer que la défaillance hydraulique est réellement le seul mécanisme de mortalité."

Les résultats, publiés en 2021, suggèrent que l’épicéa de Norvège est beaucoup plus vulnérable à la sécheresse qu’on ne le pensait auparavant – ce qui pose problème, car cet arbre est planté dans une grande partie de l’Europe pour son bois d’œuvre. Ces travaux ont également alimenté un débat houleux sur la manière exacte dont la sécheresse tue les arbres. Bien que l’on pense souvent que la défaillance hydraulique est le coup fatal – et ce fut certainement le cas pour l’épicéa de Norvège – certains scientifiques affirment que la sécheresse peut d’abord provoquer la famine des arbres. Les arbres brûlent leurs réserves d’énergie plus rapidement à des températures plus chaudes, car leur métabolisme s’accélère. Et s’ils ont fermé leurs stomates pour se protéger de la perte d’eau, ils ne peuvent pas se rafraîchir ou absorber autant de dioxyde de carbone dont ils ont besoin pour la photosynthèse et la fabrication de sucres essentiels comme le métabolisme, l’absorption d’eau et la réparation des embolies. Il s’agit d’un cercle vicieux qui, à son tour, les rend plus sujets aux pannes hydrauliques.

Dans quelle mesure cela se résume-t-il à la famine ou à la déshydratation ? Ou est-ce que cela dépend des espèces ? Obtenir une réponse n'est pas sans rappeler la cause ultime du décès de personnes souffrant de problèmes de santé multiples et étroitement liés, explique Alana Chin, écophysiologiste des arbres à l'ETH Zürich. "C'est en partie pourquoi nous sommes surpris par ces événements de mortalité d'arbres, car nous ne sommes pas totalement sûrs de la façon dont cela fonctionne."

Astuces de survie

La mort et l'agonie sont la fin du chemin. Mais une question tout aussi importante est de savoir ce qui rend les arbres vulnérables à la sécheresse. De nombreux arbres ont des astuces pour éviter des niveaux dangereux de déshydratation et d’embolies. Le pin sylvestre, un conifère d'apparence décousue à croissance lente, ferme ses stomates rapidement, du moins par rapport à l'épicéa. Ses aiguilles résistantes aident à empêcher l’eau de s’échapper ; ses canaux de xylème, souvent légèrement plus fins, peuvent rendre plus difficile le développement d'embolies ; et l’eau stockée dans les tissus de son écorce l’aide à persévérer pendant les périodes de sécheresse. "Il s'agit essentiellement d'une espèce qui retient son souffle", explique Peters.

L’épicéa commun, en revanche, donne la priorité à la photosynthèse et à une croissance rapide au détriment de la sécurité ; il est plus paresseux pour fermer ses stomates et a moins de capacité de stockage d’eau dans son tronc.

Le hêtre européen, une espèce à croissance relativement rapide, est également sensible à la sécheresse, mais il peut perdre ses feuilles pour éviter de perdre de l'eau par ses stomates, et lors de sécheresses graves, il peut perdre des branches entières.

L'épicéa de Norvège, une espèce compétitive à croissance relativement rapide qui donne la priorité à la croissance plutôt qu'à l'économie d'eau, est très sensible à la sécheresse. En revanche, le pin sylvestre et le chêne sont assez bien adaptés à la sécheresse mais utilisent des stratégies nettement différentes pour y faire face ; le premier conserve l’eau autant que possible, tandis que le second se concentre sur la reconstitution rapide de son approvisionnement en eau.

Mais les stomates et le xylème ne représentent pas tout. Lors de la sécheresse de 2018, Kahmen et ses collègues ont remarqué que certaines espèces se portaient remarquablement bien même si elles laissaient leurs stomates grands ouverts. Cela inclut les chênes et ce que Peters appelle fièrement le « super arbre » du site de Bâle : Sorbus torminalis, également connu sous le nom d’arbre de service sauvage. L’équipe soupçonne que le secret de ces arbres réside peut-être dans de longues racines qui transportent l’eau des couches profondes du sol que des espèces comme le hêtre et l’épicéa ne peuvent pas atteindre, maintenant ainsi le potentiel hydrique stable et la photosynthèse. Tant que les arbres ont une paille dans l’eau, tout ira bien, dit Hoch.

D’autres facteurs, dont certains restent méconnus, affectent également le sort d’un arbre en période de sécheresse. Les hêtres européens, par exemple, souffrent à Hölstein, mais Steger a l’impression qu’ils se portent mieux dans une zone plus sèche près de Berlin – peut-être parce qu’ils y sont plus profondément enracinés. Ces pins sylvestres robustes se portent bien dans les sols limoneux du Hölstein, mais la sécheresse les a tués en masse dans d’autres régions de Suisse, sur des terrains plus sablonneux et à drainage plus rapide.

C’est choquant à voir, dit Chin. "Voir le pin sylvestre, entre autres choses, mourir à cause d'un stress hydrique apparent et à très grande échelle... ce n'est vraiment pas quelque chose qui n'a jamais été vu auparavant."

Diagnostiquer la disparition des forêts

Partout dans le monde, les scientifiques ont également été pris au dépourvu par les effets de sécheresses plus chaudes sur des forêts considérées comme résistantes.

En 2015, une saison des pluies retardée et maigre a provoqué la mort de centaines d'arbres dans une forêt de Guanacaste, au nord-ouest du Costa Rica, qui alterne périodiquement entre saisons humides et saisons sèches. Encore une fois, les espèces les plus gravement touchées étaient les plus vulnérables aux défaillances hydrauliques, par exemple parce qu'elles laissent leurs stomates ouverts le plus longtemps possible, ou parce qu'elles ont un xylème sujet aux embolies ou des racines peu profondes. "La plupart des espèces que vous trouvez là-bas peuvent supporter cinq mois sans pluie", explique Jennifer Powers, écologiste forestière à l'Université du Minnesota. « Mais quand on leur donne sept mois sans pluie, peu importe s’il pleut deux mètres pendant la saison des pluies. »

L’un des épisodes les plus surprenants s’est produit en 2011 lorsque, après une grave période de sécheresse et une série de vagues de chaleur, les scientifiques ont remarqué que de nombreux arbres perdaient leurs feuilles dans la forêt du nord de Jarrah, dans le sud-ouest de l’Australie. Les eucalyptus – principalement l’arbre jarrah Eucalyptus marginata – repoussent avec enthousiasme après les incendies de forêt et endurent jusqu’à sept mois de sécheresse chaque année, aspirant les eaux souterraines à travers des racines qui peuvent s’étendre jusqu’à 50 mètres (plus de 150 pieds) de profondeur. L'idée reçue était que cette forêt était à l'épreuve des bombes, explique l'écologiste Joe Fontaine de l'Université Murdoch de Perth. Mais cette année-là, de nombreux arbres ont entièrement perdu leur couronne et ont repoussé à partir du tronc, pour ensuite abandonner le tronc et repousser à partir de la base avant de finalement mourir – « presque comme les répliques d'un tremblement de terre », se souvient Fontaine.

Bien que de nombreux experts aient été surpris, ils n’auraient peut-être pas dû l’être, déclare Tim Brodribb, physiologiste des plantes de l’Université de Tasmanie. Ces arbres à croissance rapide ferment tardivement leurs stomates, leur xylème dérive l'eau rapidement mais est sujet à l'embolisation, et ils boivent de l'eau avec voracité jusqu'à épuisement, comme cela a probablement été le cas dans la forêt de Jarrah en raison d'années de baisse des précipitations. "Tout le monde pense que les eucalyptus sont très résistants, mais en fait, ce ne sont que des pionniers vraiment sordides", explique Brodribb.

Le dilemme fondamental est que les arbres doivent souvent faire des compromis : ils peuvent dépenser leur carbone pour une croissance rapide ou pour construire un système hydraulique solide, mais ils ne peuvent généralement pas se permettre de faire les deux. Les eucalyptus ont opté pour la première solution, ce qui leur a permis de dominer massivement dans la majorité des forêts australiennes, mais les a amenés à mourir en masse lors des sécheresses. En revanche, Callitris, un genre de conifère de la famille des cyprès présent dans d’autres forêts de ce continent, a choisi d’investir dans son système hydraulique, sacrifiant sa capacité à repousser rapidement et à rivaliser dans un paysage sujet aux incendies.

Le xylème de Callitris est si robuste que lorsque Brodribb a demandé à un collègue d'en faire tourner un morceau dans une centrifugeuse pour savoir quand il développerait des niveaux d'embolie dangereux, ils ont dû le faire tourner à des vitesses si élevées que la centrifugeuse s'est cassée.

Le problème est que de nombreuses espèces d’arbres ont opté pour une stratégie risquée, qui s’avère peut-être trop risquée dans le monde actuel qui se réchauffe. Dans une étude réalisée en 2012, Brodribb et ses collaborateurs ont rassemblé des informations sur 226 espèces d'arbres provenant de 81 sites à travers le monde. Ils ont collecté des données sur les potentiels hydriques auxquels se produisent des embolies dangereuses et sur les potentiels hydriques moyens auxquels se trouvent normalement les espèces dans la nature. Ils ont constaté que 70 pour cent des espèces se situaient très près de ce seuil dangereux – parce que, par exemple, elles mettaient du temps à fermer leurs stomates, ou avaient un xylème faible, ou devaient travailler plus fort pour se réhydrater en raison de systèmes racinaires peu profonds.

Dans des conditions de sécheresse sévère, la pression sur le système hydrique d'une plante devient si grande que des bulles d'air appelées embolies sont aspirées dans le flux de transport d'eau, conduisant à une défaillance hydraulique, comme illustré ici dans une feuille d'un mutant de tomate incapable de fermer ses stomates. en réponse à la déshydratation. Dans cette expérience, une feuille est exposée à de l’air chaud et sec et elle perd progressivement de l’humidité. Ensuite, de l’air humide est réapprovisionné. Le point rouge indique un site en aval d'une embolie, tandis que le point bleu représente un endroit de la feuille où aucune embolie ne s'est développée. L'axe y décrit la teneur en eau de la feuille. Comme l'indiquent les lignes rouges et bleues, le transport de l'eau dans la zone affectée par l'embolie ne parvient pas à se remettre de l'épisode de déshydratation, alors que la récupération a lieu au niveau du site exempt d'embolie.

CRÉDIT : T. BRODRIBB ET AL / NOUVEAU PHYTOLOGUE 2021

Étonnamment, cela était vrai pour tous les types de forêts examinés. De la forêt sèche à la forêt tempérée en passant par la forêt tropicale, de nombreuses espèces d'arbres acceptent d'être au bord de la défaillance hydraulique car cela les aide à supplanter les autres arbres.

Mais même si cette stratégie fonctionnait bien avant le changement climatique d’origine humaine, les sécheresses les plus extrêmes provoquées par la hausse des températures d’aujourd’hui sont trop lourdes à gérer pour les arbres. "La sécheresse est différente en Amazonie et en Arizona", explique Craig Allen, écologiste paysagiste et forestier de l'Université du Nouveau-Mexique. Mais dans chaque région, les arbres sont adaptés aux conditions locales bouleversées par le changement climatique. se heurter aux seuils de ce qu’ils peuvent tolérer.

Les températures plus chaudes ne poussent pas seulement les arbres vers la lisière hydraulique. Les sécheresses qu’elles entraînent aggravent d’autres facteurs de stress, comme les incendies : une sécheresse printanière a probablement contribué à la saison des incendies de forêt record de 2023 au Canada, par exemple. Même à la lisière de la forêt amazonienne, la sécheresse permet aux gens de brûler plus facilement des zones pour les plantations et aux incendies de se propager plus loin – bien que l'intérieur humide de la forêt semble encore relativement résilient, explique Adriane Esquivel-Muelbert, écologiste à l'Université de Birmingham. 

Dans le monde entier, certaines études estiment que les incendies brûlent désormais environ deux fois plus de forêt qu’en 2001. En 2021 – une année particulièrement mauvaise – les incendies ont consommé 9,3 millions d’hectares, soit une superficie de la taille du Portugal.

Une tempête parfaite

Pour la plupart des arbres qui meurent pendant les sécheresses, les maladies ou les insectes comme les scolytes sont généralement le coup fatal. C’est vrai pour les épicéas européens ainsi que pour des espèces exceptionnellement rustiques comme les pins bristlecone et les séquoias géants de la Sierra Nevada aux États-Unis. Entre 2014 et 2020, l’écologiste forestier Nathan Stephenson a vu mourir 33 séquoias géants ; il soupçonne qu’une combinaison d’incendies et de sécheresse a interrompu l’écoulement de l’eau vers les cimes des arbres, les laissant incapables d’expulser les résines défensives contre les coléoptères. Une espèce de coléoptère qui n’a jamais été connue pour tuer les séquoias a ensuite envahi la couronne vers le bas. "Ce qui les a finalement éliminés, c'est un scolyte indigène qui était trop faible pour les tuer dans des conditions normales, mais qui pouvait finalement les tuer dans des conditions extrêmes", explique Stephenson, scientifique émérite de l'US Geological Survey.

Cette constellation de crises sévit également dans les régions montagneuses du nord du Nouveau-Mexique, où Allen a documenté les impacts d'une méga-sécheresse régionale qui a commencé en 2000. Des sécheresses régulières avaient déjà frappé la région auparavant. Mais cette fois, un siècle de suppression des incendies et une accumulation massive de végétation dense au cours d’une précédente période humide – ainsi que des températures plus chaudes qui se sont installées avec la sécheresse – ont provoqué le déchaînement de l’enfer, dit Allen.

Les populations de scolytes ont explosé sous la chaleur, un plus grand nombre de larves survivant à l'hiver et regroupant davantage de générations dans une saison. Entre 2002 et 2004, ils ont dévoré plus d'un million d'hectares chacun de pin piñon (Pinus edulis) et de pin ponderosa (Pinus ponderosa) dans le Sud-Ouest. Les arbres ne pouvaient probablement pas rassembler suffisamment de carbone ou d’eau pour produire la résine qui les protégerait normalement. Les incendies se régalaient de la végétation dense.

À maintes reprises, les peuplements de conifères épais et vigoureux qu'Allen connaissait depuis des décennies se sont transformés en arbustes et en prairies, avec si peu d'arbres par endroits qu'il peut aujourd'hui apercevoir les prochaines chaînes de montagnes, à des dizaines de kilomètres de là. « Beaucoup de mes arbres et forêts préférés des années 80 et 90 ne sont plus vivants », dit-il. « Je sais que les écosystèmes sont dynamiques – je le sais intellectuellement. Mais c’est une chose de savoir et c’en est une autre de vivre l’ampleur des transformations qui ont eu lieu dans ce paysage.

Un avenir incertain

Jusqu’à récemment, de nombreux scientifiques pensaient que globalement, l’augmentation des émissions de carbone serait une bonne nouvelle pour les forêts, pour la simple raison que les plantes ont besoin de dioxyde de carbone pour croître. S’il y en a plus dans l’air, ils obtiennent plus de dioxyde de carbone pour chaque molécule d’eau perdue, ce qui leur permet de développer leurs tissus plus rapidement et d’utiliser l’eau plus efficacement.

C’est pourquoi les premiers modèles informatiques de croissance de la végétation dans le contexte du changement climatique ont montré un verdissement généralisé de la planète – et, en effet, des études satellitaires récentes montrent qu’il y a eu une expansion de la végétation mondiale au cours des années 1980 et 1990.

Mais il est de plus en plus évident que ces avantages pourraient être contrebalancés par les effets de réchauffement des émissions de carbone. Selon une étude de 2019, le verdissement mondial s’est arrêté il y a plus de 20 ans et la végétation est en déclin depuis, tout cela à cause des effets du réchauffement qui amplifient la sécheresse.

À mesure que l’atmosphère se réchauffe, la soif augmente, et cette relation est exponentielle, de sorte que pour chaque degré Celsius de réchauffement, l’atmosphère peut contenir 7 % d’eau en plus. Le bonus en dioxyde de carbone est de peu d’utilité pour les arbres qui ferment leurs stomates pour se protéger de la perte d’eau ou qui meurent carrément à cause de sécheresses suralimentées.

Et certaines études suggèrent que les arbres ne peuvent pas créer de bois sous un stress de sécheresse trop important, même lorsqu’ils effectuent la photosynthèse ; au lieu de cela, ils peuvent expulser le carbone par leurs racines. Plutôt que de se régaler du dioxyde de carbone et de contribuer à lutter contre le changement climatique, les forêts pourraient donc largement souffrir des émissions élevées. Et lorsqu’ils pourrissent ou brûlent, ils rejettent du carbone dans l’air, amplifiant ainsi le réchauffement climatique.

Le trio nocif que sont la sécheresse, les insectes et le feu « pourrait faire la différence entre le passage de la surface terrestre d’un puits de carbone à une source de carbone », explique Anna Trugman, écologiste du changement global à l’Université de Californie à Santa Barbara.

Des genoux faibles et un avenir fragile

Les scientifiques de Hölstein sont bien conscients de ces questions. Avant de quitter le site, Peters et moi grimpons sur une série d’échelles à l’intérieur de l’échafaudage de la grue et regardons Steger, dans la télécabine, utiliser un appareil pour mesurer les feuilles des conifères afin de déterminer leur taux de photosynthèse.

De cette hauteur – à laquelle Peters se sent clairement assez à l'aise mais où mes genoux tremblent décidément – nous avons une bonne vue sur les toits anti-pluie en plastique, calés comme des serres au-dessus du sol forestier. Peters dit que si des sécheresses plus extrêmes surviennent, ils hésiteront à utiliser les toits, de peur que certains arbres ne meurent carrément.

À l’heure actuelle, les scientifiques ne savent pas combien d’arbres succomberont à la sécheresse. En effet, malgré les histoires dramatiques de forêts ravagées, certains chercheurs restent réticents à affirmer avec certitude que les mortalités dues à la sécheresse constituent une tendance à l’aggravation, simplement parce qu’il n’existe pas suffisamment de données sur la perte d’arbres à l’échelle mondiale pour le savoir.

Depuis 2010, Allen et d’autres ont compilé une base de données sur la disparition des forêts signalée à cause de la chaleur et de la sécheresse dans le monde entier. La base de données a commencé avec 88 épisodes et en répertorie désormais plus de 1 300. Mais il ne s’agit pas là d’un tableau complet de ce qui se passe dans les forêts du monde, dit Hartmann ; certaines des plus grandes forêts de la planète – les forêts boréales et tropicales – sont sous-étudiées.

Il est également très difficile de prédire l’ampleur des décès possibles à l’avenir, car les simulations mathématiques utilisées pour prédire les réponses de la végétation sont basées sur des hypothèses dépassées sur la façon dont les arbres réagissent à la sécheresse, explique Hartmann. Lorsque lui et ses collègues ont récemment utilisé un « modèle dynamique de végétation globale » pour voir s’il pouvait prédire l’un des événements de mortalité stupéfiants dans des endroits comme l’Allemagne, l’Australie et le sud-ouest des États-Unis, il n’a pas réussi à prédire l’histoire de la mortalité, même de l'un d'eux de manière fiable.

La plupart des modèles de végétation n’intègrent pas les processus hydrauliques dont Kahmen et d’autres apprennent maintenant qu’ils sont essentiels à la survie d’un arbre, car ils sont complexes et encore mal compris. Au lieu de cela, ils se concentrent largement sur les processus qui se produisent dans les feuilles, comme la photosynthèse. Lorsque les arbres meurent dans ces modèles, ils meurent généralement de faim lorsque leurs stomates sont fermés et qu’ils ne peuvent pas obtenir suffisamment de carbone – et de nombreux chercheurs, dont Hartmann, pensent qu’il est peu probable que ce soit la seule cause de décès en cas de sécheresse.

Trugman dit que les modélisateurs commencent lentement à comprendre et ont commencé à intégrer des mesures qui reflètent le stress dans le système hydraulique d'un arbre, comme la rapidité avec laquelle un arbre perd sa capacité à transporter l'eau. Elle cite un modèle décrit dans une étude de 2018 qui prédisait correctement le moment où les arbres individuels d’un jardin expérimental atteindraient une défaillance hydraulique. Mais il s’est avéré difficile d’y parvenir à des échelles spatiales plus grandes. Une grande inconnue concerne le monde vaste et dynamique des eaux souterraines, la quantité disponible pour les forêts et les types d’arbres dotés de racines capables de les atteindre.

Il faudra des années, ajoute Trugman, avant que les processus hydrauliques soient suffisamment bien compris et modélisés pour être correctement représentés dans les prévisions de mortalité des grandes projections du GIEC sur le changement climatique, qui sont destinées à guider les politiques gouvernementales.

Un autre mystère concerne l’ampleur des facteurs de stress aggravés tels que les incendies de forêt et les infestations d’insectes à l’avenir ; ces derniers ne sont pas non plus reflétés dans aucun des modèles du GIEC. Il existe de nombreuses espèces de scolytes, et les chercheurs savent peu de choses sur la manière dont chacune réagira aux changements environnementaux. "Nous allons assister à de nouvelles interactions que nous n'avons jamais vues auparavant", déclare Stephenson. « Dans certains cas, il sera tout simplement impossible de pouvoir les anticiper à l’avance. »

Un dernier élément extrêmement difficile à prévoir est ce qui se passera à la suite du carnage causé par la sécheresse. Allen ne s’inquiète pas de la disparition de la végétation ligneuse de la planète. Sa principale préoccupation est de perdre les structures forestières anciennes et historiques du monde, en particulier les grands et vieux arbres qui sont souvent les plus vulnérables à la sécheresse.

Il s’attend à ce que de nombreuses forêts deviennent plus jeunes et plus courtes, et ne retiennent plus autant de carbone. Certains se contracteront, comme au Nouveau-Mexique, où certaines espèces sont repoussées vers les sommets des montagnes à mesure que les altitudes plus basses deviennent moins tolérables. Certaines, sous les tropiques, connaîtront des changements à mesure que les arbres morts seront remplacés par des arbres plus résistants à la sécheresse, ce qui pourrait rendre ces forêts globalement plus résilientes. Aussi cataclysmique et choquante que puisse être la mort des arbres, elle fait en fin de compte partie d’un processus nécessaire d’adaptation des forêts en temps réel aux pressions qui leur sont imposées. "Les écosystèmes", dit Allen, "se réorganisent comme ils le doivent".

À quoi ressembleront ces forêts du futur, personne ne le sait avec certitude. Même si le monde a besoin de prédictions dès maintenant, les scientifiques doivent attendre des réponses que seuls les arbres peuvent leur apporter.

Traduit et publié avec l'aimable autorisation de Knowable Magazine. L'article original est à retrouver ICI.