Les plantes absorbent du CO2 pour pousser. Ils l’extraient de l’atmosphère et l’utilisent pour fabriquer des composés organiques au moyen 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 en science du climat et revêt une importance politique vitale.
Le système climatique de la Terre comporte de nombreuses boucles de rétroaction. Ce sont des processus déclenchés par le réchauffement climatique qui ont un effet de rétroaction sur le changement climatique et l’amplifient ou le diminuent. Ces boucles de rétroaction du système 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’homme », déclare Sonia Seneviratne, professeur de dynamique terre-climat à l’ETH Zurich.
Jusqu’à présent, la littérature disponible suggérait que les puits de carbone terrestres ne pouvaient être clairement affectés que par une hausse élevée à très élevée du réchauffement climatique, c’est-à-dire au-dessus de 2 à 4 degrés Celsius. Maintenant, une équipe de chercheurs dirigée par Seneviratne a trouvé des preuves que les écosystèmes terrestres pourraient être moins résistants au changement climatique qu’on ne le pensait auparavant.
« Nous avons constaté 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 Seneviratne et premier auteur de l’étude, que les chercheurs ont publiée 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 capturer.
Néanmoins, le changement observé semble être basé sur une boucle de rétroaction connue : dans des conditions chaudes et sèches, les plantes cessent d’absorber du CO2 pour éviter la perte d’eau. De plus, 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.
Déjà en 2018, l’équipe de Seneviratne a démontré à l’échelle mondiale comment les écosystèmes stressés absorbent moins de carbone lors de sécheresses sévères, à savoir comment la concentration de CO2 dans l’atmosphère augmente considérablement les 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 découvrir où les sécheresses se produisaient dans le monde. L’observation par satellite sophistiquée des réservoirs d’eau de la Terre a depuis permis de le déterminer plus précisément.
Les sécheresses sont en corrélation avec le cycle du carbone
Dans cette étude, les chercheurs ont voulu savoir s’il y avait un changement dans la corrélation entre la disponibilité de l’eau et le taux de croissance du CO2 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 sous les tropiques, nous avons pu étudier cette question mondiale en utilisant les données climatiques tropicales des soixante dernières années », explique Liu.
En particulier, les chercheurs ont 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 entre 1989 et 2018 par rapport à la période 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 façonnant le cycle du carbone fluctuant chaque année et ses boucles de rétroaction.
Le recul n’est pas une prévision
Les découvertes préoccupent Seneviratne, car elles mettent en évidence un processus qui pourrait intensifier le réchauffement climatique. Elle veut maintenant découvrir ce qui a causé les sécheresses tropicales de plus en plus sévères et la sensibilité accrue des écosystèmes tropicaux, et pourquoi les modèles climatiques ne capturent pas ces caractéristiques. Une explication possible pourrait être des changements dans les caractéristiques spatiales de l’oscillation australe El Niño (ENSO), comme l’écrivent les chercheurs dans leur étude. Mais il est trop tôt pour apporter des réponses définitives.
Seneviratne exhorte également à la prudence contre les conclusions hâtives. « Notre étude s’est penchée sur des données historiques, pas directement sur des projections. Les résultats ne fournissent aucune prévision », souligne le chercheur en climatologie.
Néanmoins, toute augmentation de l’effet des sécheresses sur le cycle du carbone serait de mauvais augure. « Nous nous attendons à ce que de nombreuses régions à végétation étendue, en particulier l’Amazonie sous les tropiques, soient plus touchées par les sécheresses à mesure que les températures augmentent », ajoute 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 résilience 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 Liu.
Mais les modèles climatiques doivent d’abord pouvoir prendre en compte de manière adéquate les conséquences des sécheresses sur le cycle du carbone. « Ce n’est qu’alors que nous pourrons faire des projections plus précises pour les futurs puits de carbone terrestres », déclare Sonia Seneviratne.
Plus d’information:
Laibao Liu et al, Couplage de plus en plus négatif eau tropicale–taux de croissance interannuelle du CO2, Nature (2023). DOI : 10.1038/s41586-023-06056-x