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Résumé
- Les sécheresses et les fluctuations de la disponibilité de l'eau ont eu un impact croissant sur le cycle du carbone dans les tropiques au cours des 60 dernières années.
- La plupart des modèles climatiques ne parviennent pas à reproduire le rôle croissant joué par la disponibilité de l'eau et les sécheresses dans les fluctuations des concentrations de CO2 dans l'atmosphère. Les raisons de ce phénomène ne sont pas encore claires.
- Dans l'ensemble, les résultats indiquent que les écosystèmes terrestres et les forêts tropicales humides pourraient être moins résistants à la sécheresse qu'on ne le pensait auparavant.
Les plantes absorbent du CO2 pour se développer. Elles l'extraient de l'atmosphère et l'utilisent pour fabriquer des composés organiques par le biais de la photosynthèse et de l'eau. Les écosystèmes terrestres ont absorbé en moyenne environ 32% des émissions de CO2 causées par l'activité humaine au cours des six dernières décennies. La question de savoir si et dans quelle mesure la végétation terrestre peut continuer à fonctionner comme un puits de carbone dans un climat changeant est une question clé de la science du climat et est d'une importance politique vitale.
Le système climatique de la Terre comporte de nombreuses boucles de rétroaction. Il s'agit de processus déclenchés par le réchauffement de la planète qui ont un effet de rétroaction sur le changement climatique et qui l'amplifient ou le réduisent. Ces boucles de rétroaction du système du carbone sont difficiles à mesurer et à modéliser, et représentent un facteur d'incertitude majeur dans les projections climatiques. «Il est donc difficile de quantifier exactement comment les puits de carbone terrestres réagiront à un changement climatique supplémentaire induit par l'être humain», explique Sonia Seneviratne, professeure de dynamique du climat terrestre à l'ETH Zurich.
Jusqu'à présent, la littérature disponible suggérait que les puits de carbone terrestres ne seraient clairement affectés que par une augmentation forte à très forte du réchauffement climatique, c'est-à-dire au-delà de 2 à 4 degrés Celsius. Aujourd'hui, une équipe de recherche dirigée par Sonia Seneviratne a découvert que les écosystèmes terrestres pourraient être moins résistants au changement climatique qu'on ne le pensait auparavant.
«Nous avons découvert que les puits de carbone tropicaux deviennent de plus en plus vulnérables à la pénurie d'eau», explique Laibao Liu, chercheur postdoctoral dans le groupe de Sonia Seneviratne et premier auteur de l'étude, que les scientifiques publient dans la revue Nature.
Boucle de rétroaction entre le carbone et le climat
Les résultats suggèrent que les sécheresses ont eu un impact croissant sur le cycle du carbone dans les tropiques au cours des 60 dernières années, la végétation absorbant de moins en moins de CO2 pendant les épisodes de sécheresse - un effet que la plupart des modèles climatiques ne peuvent pas saisir.
Néanmoins, le changement observé semble reposer sur une boucle de rétroaction connue : dans des conditions de chaleur et de sécheresse, les plantes cessent d'absorber du CO2 pour éviter de perdre de l'eau. En outre, il peut également y avoir une augmentation de la mortalité des plantes et des incendies, ce qui entraîne une libération supplémentaire de CO2 dans la biosphère. Si de telles conditions devaient se produire plus souvent, cela pourrait conduire à une réduction du puits terrestre de CO2, et donc à une nouvelle augmentation du réchauffement climatique.
En 2018 déjà, l'équipe de Sonia Seneviratne a démontré à l'échelle mondiale que les écosystèmes stressés absorbent moins de carbone en cas de sécheresse grave, c'est-à-dire que la concentration de CO2 dans l'atmosphère augmente considérablement au cours des années sèches. En fait, le taux de croissance du CO2 atmosphérique varie d'une année à l'autre en fonction de la disponibilité de l'eau terrestre. Le plus grand défi consistait à déterminer où se produisaient les sécheresses dans le monde. L'observation sophistiquée des réservoirs d'eau de la Terre par satellite a permis de le déterminer avec plus de précision.
Les sécheresses sont en corrélation avec le cycle du carbone
Dans cette étude, les chercheurs et chercheuses ont voulu savoir si la corrélation entre la disponibilité de l'eau et le taux de croissance du CO2 évoluait au fil du temps. «Étant donné que les fluctuations annuelles des taux de croissance du CO2 sont clairement dominées par les flux de carbone entre la terre et l'atmosphère dans les tropiques, nous avons pu étudier cette question globale en utilisant les données climatiques tropicales des soixante dernières années», explique Laibao Liu.
Les scientifiques ont notamment pu démontrer que le couplage entre la disponibilité de l'eau tropicale et les taux de croissance du CO2 s'est intensifié au cours de la période de 30 ans comprise entre 1989 et 2018, par rapport à la période allant de 1960 à 1989.
En d'autres termes, l'eau tropicale - ou plus précisément sa rareté - est devenue un facteur de plus en plus limitant qui influence le cycle du carbone qui fluctue chaque année et ses boucles de rétroaction.
Le recul n'est pas une prévision
Sonia Seneviratne trouve ces résultats préoccupants car ils mettent en évidence un processus susceptible d'intensifier le réchauffement de la planète. Elle souhaite à présent déterminer les causes des sécheresses tropicales de plus en plus graves et de la plus grande sensibilité des écosystèmes tropicaux, ainsi que les raisons pour lesquelles les modèles climatiques n'intègrent pas ces caractéristiques. L'une des explications possibles pourrait être la modification des caractéristiques spatiales de l'oscillation australe El Niño (ENSO), comme l'écrivent les scientifiques dans leur étude. Mais il est trop tôt pour apporter des réponses définitives.
Sonia Seneviratne appelle également à la prudence et à ne pas tirer de conclusions hâtives. «Notre étude a porté sur des données historiques et non sur des projections directes. Les résultats ne fournissent pas de prévisions», souligne la chercheuse en climatologie.
Néanmoins, toute augmentation de l'effet des sécheresses sur le cycle du carbone ne serait pas de bon augure. «Nous nous attendons à ce que de nombreuses régions à forte végétation, en particulier l'Amazonie sous les tropiques, soient davantage touchées par les sécheresses à mesure que les températures augmentent», ajoute Sonia Seneviratne.
Le fait que les modèles climatiques ne reflètent pas le rôle accru de la limitation de l'eau pourrait signifier que l'absorption de carbone par les plantes et la résistance de la végétation aux sécheresses ont été surestimées. «Cela affecterait l'évaluation des objectifs et des mesures climatiques et nous obligerait à recalculer le budget carbone mondial pour les émissions restantes», ajoute Laibao Liu.
Toutefois, les modèles climatiques doivent d'abord être en mesure de prendre en compte de manière adéquate les conséquences des sécheresses sur le cycle du carbone. «Ce n'est qu'à cette condition que nous pourrons faire des projections plus précises sur les futurs puits de carbone terrestres», explique Sonia Seneviratne.