Les incendies de forêt sont une force ancienne qui façonne l’environnement, mais ils ont augmenté en fréquence, en portée et en intensité en réponse au changement climatique. Au laboratoire national d’Oak Ridge du ministère de l’Énergie, les scientifiques travaillent sur plusieurs fronts pour mieux comprendre et prévoir ces événements et ce qu’ils signifient pour le cycle du carbone et la biodiversité.
Deux mois après le début de la haute saison des incendies d’été 2023, de juin à août, les incendies de forêt au Canada avaient brûlé plus de 25 millions d’acres de terres, perturbé la vie de millions de personnes et se sont propagés au-delà des limites traditionnelles de l’ouest du Canada jusqu’à la Nouvelle-Écosse. Le phénomène a attiré une attention renouvelée alors que la fumée dérivait vers les régions fortement peuplées, transformant l’horizon de New York en orange et dérivant à travers l’océan Atlantique vers l’Europe fin juin.
Comprendre les nombreux risques et impacts des incendies de forêt est au cœur de plusieurs projets à l’ORNL. Henriette « Yetta » Jager, une scientifique de l’ORNL dont les recherches se situent à l’intersection de l’énergie et de l’écologie, a étudié comment l’éclaircie sélective des forêts peut à la fois éliminer le carburant des incendies de forêt et fournir du matériel végétal à convertir en biocarburants.
« C’est un sujet complexe », a déclaré Jager. « La science montre que même s’il peut être difficile d’éliminer les sous-bois et les arbres minces dans certaines zones sans route, le simple fait de laisser la forêt ancienne seule peut causer plus de mal que de bien. Pour les espèces à risque telles que les chouettes tachetées, laisser le carburant s’accumuler peut provoquer des incendies plus importants et plus étendus qui peuvent être pires à long terme. »
Jager a travaillé avec des collègues pour construire un cadre qui peut soutenir la prise de décision autour des pratiques d’éclaircie des forêts, des modèles de paysage et même des tactiques spatiales de lutte contre les incendies. Les résultats de leurs travaux pourraient être utilisés pour protéger les espèces terrestres et aquatiques qui ont besoin d’un passage sûr pour s’éloigner des incendies de forêt et revenir plus tard.
« Les perturbations causées par les feux de forêt font partie de la nature et les espèces s’y sont adaptées, mais nous sommes maintenant dans une situation différente avec le changement climatique », a déclaré Jager. « Il va y avoir de grands changements dans le moment où ces incendies se produisent, leur taille et leur gravité, ce qui entraînera de grands changements dans la végétation et de nouveaux impacts sur les espèces animales. En poursuivant nos recherches, nous pouvons aider les aménagistes forestiers à planifier ces changements. »
Déterrer des données dans la toundra arctique riche en carbone
Faire progresser la compréhension des effets des incendies de forêt sur le cycle du carbone est une priorité pour la scientifique de l’ORNL, Fernanda Santos. Elle étudie non seulement des événements uniques, mais également des incendies de forêt répétés au fil des décennies. Elle examine ce que ces incendies présagent de la capacité de la terre à emprisonner le carbone. À l’inverse, son travail évalue également comment les incendies peuvent devenir une source d’émissions de carbone lors d’incendies de forêt et potentiellement intensifier le cycle de réchauffement. Les sols du monde contiennent plus de 3 gigatonnes de carbone, soit le triple de la quantité dans l’atmosphère, et environ 70 % de la couche supérieure de tous les sols a été exposée au feu à un moment donné.
Ses recherches éclairent les changements anticipés à mesure que le terrain évolue en réaction au feu. « Beaucoup de gens pensent que l’évolution est quelque chose qui se produit au fil des siècles », a déclaré Santos. « Mais l’idée d’une évolution rapide, y compris la façon dont les plantes et les microbiomes du sol s’adaptent rapidement à l’augmentation des incendies, est relativement nouvelle. Verrons-nous plus ou moins de biodiversité après des incendies répétés ? En fin de compte, nous voulons savoir comment le feu affecte ces environnements, y compris sous terre. . »
Le feu affecte les traits fonctionnels des plantes ainsi que la diversité et la fonction des microbes et d’autres organismes dans et autour du sol qui peuvent altérer la qualité des plantes et du sol, ont déclaré Fernanda et ses collègues dans un numéro spécial de Écologie fonctionnelle examiner les lacunes dans les connaissances dans l’étude des impacts évolutifs des feux de forêt. Des changements dans les régimes des feux de forêt liés à un climat plus chaud, comme une plus grande récurrence et une plus grande gravité, ont été signalés pour accélérer la transition des écosystèmes dominés par les arbres vers les arbustes, par exemple. L’influence évolutive du feu peut être observée dans la sélection de plantes présentant des caractéristiques telles qu’une écorce plus épaisse et une germination et une repousse rapides et peut entraîner une moindre diversité végétale.
Les scientifiques ont également souligné la nécessité de poursuivre les recherches sur la manière dont le feu peut affecter les interactions plantes-champignons dans les forêts. Des incendies de forêt plus graves et répétés peuvent également avoir un impact sur les signaux sensoriels que les animaux, y compris les insectes, les pollinisateurs et les herbivores, utilisent généralement pour éviter les incendies et entraîner des implications supplémentaires pour la biodiversité dans un climat changeant, ont déclaré les scientifiques.
À l’ORNL, Santos travaille sur des projets tels que DOE Next-Generation Ecosystem Experiments Arctic ou NGEE Arctic, réalisant des expériences et collectant des données d’observation pour mieux comprendre les changements qui se produisent dans les écosystèmes arctiques. Elle se concentre sur l’écologie des perturbations – ce que des événements tels que les incendies de forêt et les épidémies de ravageurs signifient pour l’environnement et les futures rétroactions climatiques. Elle examine la chimie organique et inorganique de la couche arable de l’Arctique, qui aide à isoler la couche de pergélisol riche en carbone de la toundra.
Affiner les simulations climatiques à grande échelle
Santos aide également à affiner les simulations à grande échelle du climat de la Terre, telles que le modèle de système terrestre exascale énergétique du DOE, afin de mieux représenter différentes formes de carbone comme la biomasse carbonisée – la suie et le charbon de bois – qui résultent des incendies de forêt. Le modèle fonctionne sur les superordinateurs les plus rapides au monde, fournissant des simulations très avancées pour mieux prédire les changements environnementaux qui pourraient affecter le secteur de l’énergie.
Tout ce travail dépend de la qualité et de la quantité des données d’observation et expérimentales. Pour améliorer les ensembles de données liés aux incendies de forêt, Santos et son collègue de l’ORNL, Jiafu Mao, ont lancé un réseau de bases de données communautaires Fire encourager les scientifiques et les gestionnaires des terres à soumettre des données environnementales sur les zones brûlées à un référentiel central. Le partage de ces informations peut non seulement améliorer la recherche, mais également éclairer les pratiques de gestion des terres, ont déclaré les scientifiques.
Les incendies de forêt consomment non seulement la biomasse des plantes et des arbres, mais peuvent également entraîner la libération de carbone qui a été stocké dans les sols pendant des années ou des siècles, a déclaré Santos. « Notre travail dans l’Arctique est axé sur une meilleure compréhension de ce qui peut se passer dans ces sols riches en carbone dans des latitudes plus élevées comme l’Alaska et le Canada. Nous modélisons et prédisons le cycle du carbone terrestre, et je me concentre sur la réduction de l’incertitude dans ces modèles avec des données de terrain sur les incendies historiques. »
Plus d’information:
Fernanda Santos et al, Le rôle éco‐évolutif du feu dans la formation des écosystèmes terrestres, Écologie fonctionnelle (2023). DOI : 10.1111/1365-2435.14387