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13.01.2022 | Roman Zweifel/Beate Kittl | News WSL
La canicule de 2018 a incité une équipe internationale de scientifiques avec participation suisse à mettre en commun pour la première fois leurs données sur la croissance radiale et le stress hydrique des arbres forestiers à travers l'Europe. Les résultats désormais publiés dans la revue spécialisée Nature Communications montrent que les arbres ont certes subi des déficits hydriques exceptionnels, mais qu'ils ont étonnamment bien poussé. C'est les années suivantes qu'ils ont subi le contrecoup.
Pendant l'été caniculaire de 2018, la température moyenne en Europe s'est située à 1,3 °C au-dessus des valeurs habituelles. En de nombreux endroits, la sécheresse a visiblement mis à mal la végétation. Comment les arbres forestiers font-ils face à des conditions de chaleur et de sécheresse extrêmes? Une équipe internationale de chercheurs, avec la participation de l'Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL) a étudié cette question en mesurant les variations de l'épaisseur des troncs.
L'épaisseur des troncs varie en fonction des conditions environnementales. Pendant la journée, lorsque les arbres perdent de la vapeur d'eau par leurs feuilles, les racines ne peuvent pas fournir assez rapidement de l'eau. La pression devient alors négative dans l'arbre, les vaisseaux le long du tronc se vident, et tous les tissus élastiques se contractent – le tronc rétrécit. La nuit, il se dilate à nouveau lorsque la quantité d'eau absorbée dans le sol est supérieure à celle qui s'évapore au sommet de la couronne et que les tissus du tronc se remplissent à nouveau. C'est aussi la nuit que les arbres poussent. Cependant, lors de longues périodes chaudes et sèches, les réserves d'eau du sol s'épuisent. Le tronc ne peut pas se remplir et se dilater à nouveau complètement, et la croissance de l'arbre s'arrête.
Les fluctuations de l'épaisseur du tronc ne sont que de l'ordre de fractions de millimètre. Elles sont mesurées avec des appareils spéciaux appelés dendromètres (voir encadré). Ceux-ci sont largement utilisés dans les programmes de monitoring des forêts à travers le monde. «Il s'agit d'une méthode de mesure biologique efficace et appropriée pour un phénomène atmosphérique », explique Richard Peters du WSL et de l'Université de Bâle, l'un des deux premiers auteurs de l'étude.
Dans l'étude qui vient d'être publiée, les chercheurs ont rassemblé les données mesurées par des dendromètres sur 21 espèces d'arbres et 53 sites forestiers à travers l'Europe. Au cours de l'été 2018, de nombreux arbres ont présenté un rétrécissement record du tronc. Les arbres ne pouvaient pas reconstituer les réserves d'eau dans leur tronc pendant la nuit et étaient donc soumis à un stress hydrique.
Toutes les espèces d'arbres n'ont pas été affectées de la même manière: les conifères ont été plus sensibles à la canicule de 2018 que les feuillus. En effet, ils peuvent moins rapidement remplir leurs réserves d'eau. «Le bois des conifères conduit généralement moins bien l'eau que celui des feuillus. Les conifères sont également moins capables d'absorber l'eau des sols secs que les chênes, par exemple», explique Roman Zweifel, co-auteur de l'étude et écophysiologue au WSL.
Compte tenu des conditions climatiques extrêmes, la croissance des arbres a été étonnamment peu affectée en 2018, et le cerne de cette année-là a donc été à peine plus étroit. Lorsque le temps est devenu chaud et sec, fin juillet, les arbres avaient déjà achevé leur croissance sur de nombreux sites. En outre, les arbres forestiers ne poussent que pendant une courte période au cours de l'année. Même pendant une sécheresse, quelques nuits humides peuvent suffire pour assurer la croissance cellulaire nécessaire.
Alors que la plupart des arbres supportent une courte période de chaleur isolée, de longues vagues de chaleur répétées sont très problématiques pour certaines essences. La croissance des arbres est fortement influencée par leurs antécédents, par exemple combien ils ont pu investir l'année précédente dans la formation des bourgeons et le stockage de carbone, ou quelle est la taille de leur couronne. Les effets d'un bon été se manifestent l'année suivante. Lorsque des conditions préalables ont un impact sur des processus en cours, on parle d'effet de legs.
Les mauvaises conditions de l'été 2018 ont également eu des conséquences tardives. Des études récentes montrent que l'effet de legs peut affecter la physiologie et la croissance des arbres pendant au moins quatre ans. Ceci s'est confirmé notamment pour l'épicéa, peu résistant à la sécheresse. Après 2018, la croissance de l'épicéa a continué à péricliter. Les arbres affaiblis étaient sensibles aux scolytes et de nombreux épicéas sont morts.
Actuellement, la sécheresse et la chaleur ont surtout des répercussions là où les sols ont une faible capacité de rétention d'eau ou où les essences plantées ne sont pas adaptées aux conditions climatiques ou stationnelles.
Cette étude a été réalisée dans le cadre de l'initiative européenne DenDrought2018. Ses auteurs concluent que les arbres peuvent servir de véritables systèmes d'alerte précoce pour les conséquences écologiques d'événements extrêmes. C'est pourquoi des réseaux sont actuellement mis en place dans toute l'Europe pour mesurer l'épaisseur des troncs. En Suisse, Treenet.info mesure les fluctuations du rayon des troncs de plus de 350 arbres et évalue automatiquement leur stress hydrique actuel et leur croissance. Afin d'être utilisé pour la détection précoce d'éventuels dommages, le réseau utiliser un système central de traitement des données capable de collecter et d'analyser les données presque en temps réel. Depuis l'année dernière, TreeNet publie chaque jour des «nowcasts», un peu comme des bulletins météo pour la vitalité des arbres forestiers en Suisse.
TreeWatch.net et Tree Talker sont deux autres réseaux de dendromètres en Europe. Ils seront encore agrandis, de nouvelles techniques de détection seront développées et davantage d'arbres seront équipés de dendromètres. Ces réseaux nous aideront à mieux comprendre comment les forêts réagissent au changement climatique.
Les dendromètres sont des instruments fixés aux troncs d'arbres afin d'en surveiller les fluctuations d'épaisseur avec une résolution spatiale (micromètres) et temporelle (heures) élevées. Les données sont stockées dans un enregistreur de données ou envoyées directement à un serveur central dans le cloud. Les dendromètres se présentent sous différentes formes et tailles. Les dendromètres à pointe (photo de gauche) n'enregistrent qu'un minuscule point sur le tronc et sont très précis. Les dendromètres à ruban (photo de droite) mesurent la circonférence des troncs, mais sont moins précis et également plus sujets aux artefacts tels que les fluctuations de température. Bien que les mesures avec des dendromètres aient été recueillies par des scientifiques au fil des ans et sur des centaines de sites de recherche, elles ont rarement été combinées dans des réseaux plus vastes, comme cela s'est fait dans cette étude. Le réseau suisse de dendromètres, TreeNet, est géré par le WSL, l'Université de Bâle, l'IAP Witterswil et l'ETH Zurich, et bénéficie du soutien financier de l'OFEV.