Dans un laboratoire forestier suisse, des scientifiques ont suivi la façon dont les feuilles de hêtre et de chêne se refroidissent et ont identifié le moment où la chaleur et la sécheresse les poussent au-delà de leurs limites.
Au printemps et en été, les canopées des forêts de chênes et de hêtres se rassemblent en couches de verdure. Les feuilles scintillent, façonnant le flux de lumière et d’air. L’effet est presque sans effort, un monde ombragé maintenu en équilibre. Mais à mesure que les vagues de chaleur et les sécheresses s’intensifient, cet équilibre commence à se détériorer, et les premiers signes de stress apparaissent souvent d’abord dans les feuilles avant de se propager à des forêts entières.
Les récents étés chauds et secs ont endommagé les forêts à une échelle visible depuis l’espace. Les feuilles ont séché, brûlé, fané et sont même mortes des semaines ou des mois avant la date prévue, et dans une nouvelle étude publiée lundi, les scientifiques ont identifié des seuils climatiques au-delà desquels les feuilles sont irréversiblement endommagées.
Les chercheurs ont examiné de près la façon dont les feuilles individuelles des hêtres et des chênes réagissent au réchauffement. Les résultats suggèrent certaines limites fondamentales à la façon dont certains arbres et feuilles à feuilles caduques font face au stress climatique, a déclaré l’auteur principal Alyssa T. Kullberg, chercheuse postdoctorale au laboratoire de recherche en écologie végétale de l’Institut fédéral suisse de recherche sur les forêts, la neige et le paysage.
De nombreuses espèces d’arbres importantes pourraient être capables de s’adapter au réchauffement supplémentaire de 4 à 5 degrés Fahrenheit attendu d’ici 2100, si elles disposent de suffisamment d’eau. « Mais lorsque la chaleur et la sécheresse se conjuguent, c’est à ce moment-là que le système s’effondre », a déclaré Kullberg.
Zones de croissance
Les chercheurs ont utilisé un laboratoire forestier en plein air près de Zurich, en Suisse, pour faire pousser de jeunes arbres dans des rangées de chambres en verre. Le chêne et le hêtre ont une valeur économique et culturelle en Europe. Les conditions dans certains conteneurs suivaient l’environnement naturel, tandis que d’autres étaient réchauffées d’environ 5 degrés Celsius, l’eau étant régulée pour simuler une sécheresse ou des conditions normales.
Des capteurs et des caméras installés au-dessus des feuilles ont suivi la température des feuilles tout l’été pendant que les scientifiques se déplaçaient d’arbre en arbre, mesurant la façon dont l’eau s’écoule à travers les feuilles et la tension qu’elles pouvaient tolérer. Des caméras sur mesure ont zoomé sur de petites zones de la surface des feuilles pour capturer le moment exact où elles ont « brûlé », lorsque le tissu vert devient soudainement brun.
Kullberg a déclaré que les scientifiques voulaient suivre tous les aspects de la réponse des feuilles au chauffage contrôlé, depuis la façon dont les feuilles se refroidissent jusqu’au point où les dommages visibles commencent. L’un des objectifs était de déterminer si une exposition précoce à une chaleur extrême et à une sécheresse pouvait aider les jeunes arbres à se durcir au fil du temps. Et d’une certaine manière, ils l’ont fait. Le hêtre et le chêne ont ajusté leur physiologie et ont même augmenté les températures maximales auxquelles leurs feuilles pouvaient survivre, a déclaré Kullberg.
« Ils ont augmenté leur tolérance thermique, mais ce n’était toujours pas suffisant », a déclaré Kullberg. La combinaison de chaleur et de sécheresse dans les chambres chauffées a encore poussé les températures des feuilles bien au-delà de ces nouvelles limites, a-t-elle ajouté.
Des plants de hêtre et de chêne poussent sur le sol forestier en Autriche. Crédit : Bob Berwyn/Pacte Climat
L’étude montre que même des pénuries d’eau modérées peuvent déclencher une « spirale descendante » dans la façon dont les feuilles et les arbres réagissent à la chaleur, a déclaré le physiologiste des plantes Kevin Hultine, directeur de recherche au Département de recherche, de conservation et de collections du Jardin botanique du désert de Phoenix. Lorsque la sécheresse et la chaleur coïncident, a-t-il expliqué, les arbres peuvent rapidement perdre leur capacité à réguler la température, réduisant ainsi leur croissance et augmentant le risque de dépérissement.
« Malheureusement, ces résultats nous indiquent qu’à court terme, les écosystèmes forestiers vont probablement se retrouver dans un état altéré avec le changement climatique », a déclaré Hultine, qui n’est pas l’auteur du nouvel article. « Cela entraînera une réduction de la biodiversité, une réduction de la séquestration du carbone et un risque accru de méga-incendies. »
Il a déclaré que les nouvelles recherches sont précieuses car les études expérimentales à long terme sur le stress climatique sont rares. Les impacts des stress chroniques et superposés peuvent prendre des années à se développer, c’est pourquoi l’étude aide à expliquer comment le changement climatique remodèle la fonction des forêts et analyse les modèles qui émergent déjà à plus grande échelle.
Les chocs climatiques menacent les puits de carbone
Les chocs climatiques n’agissent pas de manière isolée ; ils peuvent se propager à travers les systèmes forestiers et s’amplifier les uns les autres, à mesure que les arbres et les feuilles les plus faibles deviennent plus vulnérables aux insectes et aux incendies de forêt. Une étude publiée le mois dernier prévoit que les perturbations dans les forêts européennes pourraient potentiellement doubler d’ici la fin de ce siècle.
Les forêts absorbent actuellement environ 25 à 30 pour cent du dioxyde de carbone émis par les activités humaines chaque année, ce qui en fait l’un des tampons climatiques naturels les plus importants de la planète. Mais les scientifiques avertissent que la chaleur, la sécheresse et la déforestation affaiblissent ce rôle dans de nombreuses régions, car les arbres endommagés poussent plus lentement, meurent ou brûlent.
De nombreuses forêts surchauffées commencent à libérer plus de carbone qu’elles n’en absorbent, et ce changement commence souvent par une interruption du flux d’eau à travers les arbres. À mesure que la sécheresse s’intensifie, la tension qui attire l’eau vers le haut peut devenir si grande que la colonne de liquide se brise, permettant aux bulles d’air de se former et de se propager dans les cellules individuelles de différentes parties des arbres, y compris les feuilles.
Il est essentiel d’étudier la façon dont les feuilles réagissent au réchauffement et à la sécheresse, car le dépérissement des forêts n’est pas un événement isolé. Il s’agit d’une série de petits changements dans les processus vivants qui sont souvent invisibles au début, jusqu’à ce qu’ils franchissent un seuil soudain et physique. Connaître ces limites peut aider à orienter la gestion future des forêts, du choix d’espèces d’arbres plus résilientes à l’amélioration des sols et à une gestion plus prudente de l’eau, a déclaré Hultine.
Kullberg a averti que, puisque l’étude a utilisé de jeunes arbres dans des conditions contrôlées, les résultats pourraient ne pas représenter pleinement la réponse au réchauffement dans l’ensemble des paysages forestiers. Mais elle a déclaré que le réchauffement simulé dans les chambres de croissance correspondait aux projections pour 2100.
« Si les extrêmes de chaleur et de sécheresse du monde réel deviennent aussi intenses que prévu », a-t-elle déclaré, « nous devrons peut-être vraiment commencer à réfléchir à changer les espèces que nous cultivons dans ces régions. »
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