Pour comprendre le changement climatique de la Terre, les scientifiques se tournent souvent vers des simulations informatiques scientifiques. Les chercheurs s’efforcent de rendre ces modèles du système terrestre aussi précis que possible. Des facteurs tels que les courants de vent, la qualité de l’air et les conditions météorologiques jouent tous un rôle. Mais la modélisation actuelle a souvent négligé une activité importante : l’agriculture.
Maintenant, les recherches du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) publiées dans Journal of Geophysical Research: Biogéosciences a constaté qu’une représentation plus réaliste de l’effet des cultures agricoles dans un modèle du système terrestre peut augmenter la compétence du modèle de 40 %.
« Les différences entre les observations et les résultats des modèles précédents étaient assez importantes », a déclaré Ben Bond-Lamberty, scientifique de la Terre du PNNL. « Notre nouvelle approche aide à éliminer les biais et les erreurs du modèle. Cela signifie qu’il devrait être plus facile de voir l’empreinte digitale du changement climatique dans les flux de carbone de ces zones. »
Il est bien entendu que l’agriculture joue un rôle important dans le cycle du carbone. Grâce à la photosynthèse, les plantes prélèvent le dioxyde de carbone de l’air et l’utilisent pour se nourrir et, éventuellement, nous nourrir. Bien que toutes les cultures contribuent au cycle du carbone, la modification des processus agricoles peut affecter de manière significative la quantité de carbone absorbée. En effet, une voie potentielle pour atténuer le changement climatique consiste à utiliser l’agriculture pour piéger davantage de dioxyde de carbone.
« L’agriculture a un impact à la fois sur le climat local et régional », a déclaré Eva Sinha, scientifique de la Terre au PNNL et auteur principal de l’étude. « Cela en fait une partie importante des modèles climatiques. Mieux nous pouvons représenter la réalité de l’agriculture, du type de cultures aux pratiques de gestion des terres, plus nos projections climatiques seront précises. »
La modélisation compte
La modélisation est un outil essentiel pour l’étude du climat. Les modèles météorologiques historiques aident les chercheurs à revenir sur les modèles climatiques passés, mais pour comprendre l’avenir, il faut prévoir différents résultats possibles. Les modèles du système terrestre sont le seul moyen de projeter différents futurs climatiques possibles à haute résolution à travers le monde. Plus ils reflètent les conditions du monde réel, mieux ils peuvent faire des prédictions. L’équipe dirigée par le PNNL a introduit la rotation des cultures dans la composante terrestre du modèle de système terrestre Exascale énergétique du ministère de l’Énergie. Les chercheurs utilisent ce modèle pour étudier le climat mondial, y compris son interaction avec les sciences liées à l’énergie.
Auparavant, les simulations traitaient toutes les terres cultivées de la même manière tout au long de l’année. La nouvelle représentation a permis à l’équipe de refléter différents types d’utilisation des terres, en particulier les rotations de cultures maïs-soja souvent plantées dans le Midwest américain. Lorsque l’équipe de recherche a exécuté le modèle avec la rotation des cultures représentée, les résultats pour le carbone échangé entre les cultures et l’air étaient nettement plus proches des valeurs observées.
Les valeurs observées jouent un rôle important dans l’évaluation des résultats du modèle. Un modèle précis devrait produire des résultats relativement proches des observations, avec les bonnes entrées. Étant donné que l’incorporation de différentes représentations des cultures a considérablement rapproché les résultats du modèle des valeurs observées, le modèle donnera probablement des représentations plus précises du futur cycle du carbone.
« Nous pensions qu’une représentation plus précise des cultures améliorerait le modèle », a déclaré Sinha. « Mais nous ne nous attendions pas à ce que ce soit tellement mieux. »
Gérer les cultures, gérer le carbone
Alors que les chercheurs cherchent à prédire le climat pour le 21e siècle et au-delà, ils se concentrent sur les incertitudes qui subsistent. De nombreuses façons dont le comportement humain affecte le climat sont à la fois mal comprises et difficiles à modéliser. La gestion agricole relève des deux catégories.
L’augmentation de la précision du modèle pourrait avoir des implications importantes pour comprendre comment le cycle du carbone terrestre change dans différents futurs climatiques. Les cultures peuvent agir comme un puits de carbone naturel. Comprendre comment différentes cultures et pratiques agricoles affectent le cycle du carbone peut aider les chercheurs à mieux identifier les changements du cycle du carbone dus au changement climatique et les changements pouvant résulter de différentes pratiques agricoles.
L’équipe prévoit d’étudier comment les choix agricoles affectent la quantité de carbone dans l’atmosphère – passé, présent et futur. « Nous voulons comprendre ce qui se passe si nous intégrons les cultures à la solution », a déclaré Bond-Lamberty. « La modélisation peut nous aider à comprendre quels choix auront les impacts les plus importants. »
Plus d’information:
Eva Sinha et al, L’impact de la rotation des cultures et des paramètres de culture variables dans l’espace dans le modèle terrestre E3SM (ELMv2), Journal of Geophysical Research: Biogéosciences (2023). DOI : 10.1029/2022JG007187