Comment les arbres meurent à grande échelle dans le monde

Des forêts autrefois considérées comme résistantes subissent des dépérissements surprenants. Pour prédire le sort des forêts de la planète face au changement climatique, les chercheurs doivent comprendre comment les arbres meurent. Les scientifiques forestiers du monde entier s’inquiètent en effet de voir les sécheresses, souvent exacerbées par les incendies et les infestations de parasites, abattre des arbres à des échelles qu’ils n’avaient jamais vues auparavant. Reportage au plus près des arbres, de la canopée aux extrémités des racines.

Alors que nous sommes suspendus loin au-dessus du sol par une journée ensoleillée d’octobre, il est facile de se concentrer sur les crêtes bleues des collines et des petites villes nichées entre elles. Mais Richard Peters, qui se trouve avec moi à l’intérieur d’une nacelle métallique montée sur le bras manœuvrable d’une grue, m’indique plutôt la canopée des arbres en contrebas, qui se pare des teintes dorées et cuivrées de l’automne. « Ce type est certainement sur le point de mourir« , dit-il à propos d’un arbre.

Nous survolons les branches dénudées et sans feuilles d’un hêtre qui a perdu sa couronne à cause de la sécheresse, un épicéa dont la pointe est dépouillée de ses aiguilles et, au loin, nous apercevons les squelettes chauves de conifères ravagés par les scolytes.

Peters crie des instructions et l’opérateur de la grue dirige le bras de 50 mètres de long en cercle, permettant à la nacelle de glisser sur le toit de la forêt tandis qu’une brise chatouille doucement les feuilles. C’est une façon surréaliste d’observer la canopée de la forêt, et pour Peters et les autres scientifiques qui travaillent ici, c’est bien plus que cela. Ils se rendent régulièrement dans ce bosquet de la région suisse du Hölstein, dans les montagnes du Jura, pour prendre des mesures méticuleuses sur environ 80 des 480 arbres, directement dans la zone où ils respirent.

Quelque 14 espèces d’arbres européens, principalement des hêtres et des épicéas, poussent ici, faisant l’objet d’une étude à long terme dirigée par l’écologiste et physiologiste des plantes Ansgar Kahmen, de l’université de Bâle. Lorsque le projet a été lancé en 2018, l’objectif était de simuler les effets de la sécheresse en construisant des toits juste au-dessus du sol de la forêt pour intercepter la pluie. Mais cet été-là et au début de l’automne, c’est la météo elle-même qui a mis en place l’expérience, avec des précipitations réduites de près de moitié et des températures de trois degrés supérieures à la normale, dans le cadre de la pire sécheresse qui ait frappé l’Europe centrale depuis 250 ans.

De nombreux arbres ont été décimés ; dix épicéas ont succombé sur le site de deux hectares. D’innombrables autres arbres ont été testés jusqu’à leurs limites cette année-là et les années suivantes.

Les scientifiques forestiers du monde entier s’inquiètent de voir les sécheresses, souvent exacerbées par les incendies et les infestations de scolytes, abattre des arbres à des échelles qu’ils n’avaient jamais vues auparavant, qu’il s’agisse de vastes étendues de forêts américaines, de forêts sèches d’Australie où les racines peuvent descendre jusqu’à 50 mètres, de régions tempérées ou de forêts tropicales humides où de tels événements ont longtemps été considérés comme impensables. « Même les personnes qui connaissent bien le sujet et qui ont beaucoup d’expérience sur le terrain ont été surprises de voir à quelle vitesse ces forêts disparaissaient« , relate Henrik Hartmann, écophysiologiste au Centre fédéral de recherche sur les plantes cultivées de l’Institut Julius Kühn, en Allemagne, et auteur principal d’une étude sur le dépérissement des forêts publiée dans l’Annual Review of Plant Biology (2022).

Des sécheresses ont déjà frappé bon nombre de ces écosystèmes. Mais ce qui est différent aujourd’hui, ce sont les « sécheresses chaudes » provoquées par les températures élevées. Selon M. Hartmann et ses collègues, le dépérissement des forêts s’annonce encore plus dramatique. Il est essentiel de déterminer le nombre et le lieu de ces abattages, car les forêts sont des foyers vitaux pour la vie terrestre et agissent comme des climatiseurs planétaires en absorbant jusqu’à un tiers des émissions de combustibles fossiles qui réchauffent la planète et que l’humanité produit chaque année. Certains experts prévoient que si le dépérissement des arbres s’accélère et expulse davantage de carbone dans l’air, les forêts pourraient devenir des producteurs nets de dioxyde de carbone, ce qui accélérerait le changement climatique.

Mais prévoir l’avenir est un défi colossal, à tel point que les principales prévisions climatiques du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) risquent de sous-estimer fortement le dépérissement des arbres dû à la sécheresse. Les scientifiques ne savent même pas combien d’arbres meurent aujourd’hui ; ils n’enregistrent généralement les décès que sur des sites bien étudiés, de sorte que beaucoup d’arbres meurent probablement sans que l’on s’en aperçoive.

Et surtout, la plupart des connaissances scientifiques sur la manière dont les arbres réagissent à la sécheresse sont dépassées et reposent sur une prise en compte incomplète de la physiologie des arbres, ce qui rend difficile l’élaboration de modèles précis. Pour prédire l’avenir, il faut démêler les processus silencieux qui se déroulent à l’intérieur du corps des arbres alors qu’ils souffrent d’un climat de plus en plus chaud et sec et, en fin de compte, comprendre comment les arbres meurent.

Observer les effets de la sécheresse en action

Il peut sembler étrange que les scientifiques ne sachent toujours pas exactement comment les sécheresses tuent les arbres. En effet, il peut s’écouler des années, voire des décennies, avant qu’un arbre ne succombe, et nombre d’entre eux se rapprochent de plus en plus du bord du gouffre sans que l’on s’en aperçoive.

C’est en partie ce qui rend le site de surveillance de Hölstein si précieux. Si un arbre meurt dans cette forêt, les scientifiques l’entendront haut et fort.

Après avoir emprunté une route venteuse près de Bâle, j’arrive avant l’aube sur le site clôturé un jeudi de la mi-octobre, en compagnie de Richard Peters, physiologiste des arbres à l’université de Bâle, et de David Steger, qui prépare un doctorat dans la même institution sur les réactions souterraines à la sécheresse. Nous enfilons des casques, en partie pour nous protéger des chutes de branches de hêtre endommagées par la sécheresse, et les scientifiques entrent en action. Steger recherche les conifères à inspecter aujourd’hui et dirige une lampe de poche vers leurs troncs afin que l’écophysiologiste Günter Hoch, qui se trouve dans la nacelle, puisse manœuvrer vers les houppiers pour prélever des échantillons de rameaux.

En plissant les yeux dans l’obscurité, je vois des instruments connectés aux arbres pour surveiller régulièrement leurs signes vitaux : le rétrécissement et le gonflement des tissus de l’écorce lorsque les arbres boivent, le mouvement de la sève des racines vers les feuilles, la circonférence générale du tronc. Ces arbres munis d’appareils donnent l’impression d’être une grande unité de soins intensifs en plein air.

Hoch dépose un sac rempli de brindilles, et Peters et moi nous dirigeons vers une petite cabane pour y prendre une mesure clé : le potentiel hydrique des feuilles, un indicateur du degré de stress d’un arbre. Les feuilles sont parsemées de petites valves appelées stomates, par lesquelles les arbres font passer le dioxyde de carbone et l’oxygène et permettent à l’eau de s’échapper. Lorsque l’eau sort, elle génère une pression négative qui aspire davantage d’eau dans le xylème – les canaux d’évacuation de l’eau à l’intérieur du tronc et des branches d’un arbre – vers les feuilles. Nous mesurons cette pression négative, également appelée tension.

Les potentiels hydriques des feuilles sont généralement négatifs, mais moins ils le sont, mieux c’est. Lorsqu’ils sont mesurés avant l’aube, ils indiquent si les arbres ont pu se réhydrater pendant la nuit, reconstituant ainsi l’eau qu’ils ont perdue la veille. C’est pourquoi je suis ici à 5 heures du matin, à regarder Peters évaluer l’état des rameaux d’épicéa commun (Picea abies), de sapin blanc (Abies alba) et de pin sylvestre (Pinus sylvestris). Il introduit chaque rameau dans une chambre hermétique et laisse lentement entrer de l’air sous pression jusqu’à ce que des bulles de sève jaillissent de l’extrémité coupée du rameau. La pression nécessaire pour que cela se produise est égale à la tension de l’eau que subissait le rameau.

Peters semble satisfait de constater que les valeurs du potentiel hydrique des rameaux sont relativement élevées, de l’ordre de -0,6 à -0,7 mégapascal. Grâce aux pluies récentes, les arbres se sont remis de l’été rigoureux de l’année, au cours duquel le potentiel hydrique des feuilles a chuté à -2 mégapascals en raison de la déshydratation des arbres. « Ce sont des arbres très heureux« , explique Richard Peters.

Au cours de l’été et de l’automne brutaux de 2018, les scientifiques ont observé que les potentiels hydriques diurnes des branches de 10 épicéas qu’ils suivaient dans la forêt tombaient en dessous de -2,3 mégapascals. De toute évidence, la sécheresse, accompagnée d’une vague de chaleur, avait poussé les arbres à leurs limites. L’air chaud peut contenir exponentiellement plus d’eau que l’air froid, ce qui conduit à une situation où, degré par degré, plus d’humidité est extraite des stomates et de l’arbre dans son ensemble. Les arbres peuvent fermer leurs stomates pour freiner cette perte d’eau, mais une partie de l’eau s’échappe toujours.

Selon l’équipe, une fois que les racines ont manqué d’eau, les épicéas ont commencé à se déshydrater en épuisant leurs réserves d’eau internes et en perdant de l’eau par leurs aiguilles. La pression exercée sur les colonnes d’eau des arbres est devenue si forte que l’eau liquide s’est évaporée, créant des poches d’air appelées embolies qui ont obstrué le xylème. Si un arbre a trop d’embolies, l’ensemble du système de transport de l’eau ne parviendra pas à fournir de l’eau à la canopée lorsque l’humidité du sol redeviendra disponible, explique Kahmen – c’est ce qui est arrivé à cinq épicéas dont le potentiel hydrique était descendu en dessous de -7 mégapascals. Ils sont morts de défaillance hydraulique, c’est-à-dire de soif. « Les processus que nous avons observés chez l’épicéa de Norvège sont tout à fait remarquables et inédits« , explique M. Kahmen. « Il est rare de montrer que la défaillance hydraulique est vraiment le seul mécanisme de mortalité. »

Les résultats, publiés en 2021, suggèrent que l’épicéa commun est beaucoup plus vulnérable à la sécheresse qu’on ne le pensait jusqu’à présent, ce qui pose un problème puisque cet arbre est planté dans une grande partie de l’Europe pour le bois d’œuvre. Ces travaux ont également alimenté un débat animé sur la manière dont la sécheresse tue les arbres. Bien que l’on pense souvent que l’insuffisance hydraulique est le coup fatal – et ce fut certainement le cas pour l’épicéa commun – certains scientifiques affirment que la sécheresse peut d’abord provoquer la famine chez les arbres. Les arbres brûlent leurs réserves d’énergie plus rapidement lorsque les températures sont plus élevées, car leur métabolisme s’accélère. Et s’ils ont fermé leurs stomates pour se protéger de la perte d’eau, ils ne peuvent pas se refroidir ou absorber autant de dioxyde de carbone dont ils ont besoin pour la photosynthèse et la fabrication de sucres pour des fonctions essentielles comme le métabolisme, l’absorption d’eau et la réparation des embolies. Il s’agit d’un cercle vicieux qui, à son tour, les rend plus vulnérables aux défaillances hydrauliques.

Dans quelle mesure cela se résume-t-il à la famine ou à la déshydratation ? Ou cela dépend-il de l’espèce ? Selon Alana Chin, écophysiologiste spécialiste des arbres à l’ETH Zürich, obtenir une réponse n’est pas sans rappeler le décryptage de la cause ultime de la mort chez les personnes souffrant de multiples problèmes de santé qui s’entremêlent. « C’est en partie la raison pour laquelle nous sommes surpris par ces événements de mortalité des arbres, car nous ne sommes pas totalement sûrs de leur fonctionnement. »

Astuces de survie

La mort est la fin de la route. Mais une question tout aussi importante est de savoir ce qui rend les arbres sensibles à la sécheresse. De nombreux arbres ont des astuces pour éviter les niveaux dangereux de déshydratation et d’embolie. Le pin sylvestre, un conifère à l’allure chétive et à la croissance lente, ferme rapidement ses stomates, du moins par rapport à l’épicéa. Ses aiguilles coriaces empêchent l’eau de s’échapper ; ses canaux de xylème souvent légèrement plus minces peuvent rendre plus difficile le développement d’embolies ; et l’eau stockée dans les tissus de son écorce l’aide à persévérer pendant les périodes de sécheresse. « Il s’agit essentiellement d’une espèce qui retient son souffle« , explique M. Peters.

L’épicéa commun, en revanche, privilégie la photosynthèse et la croissance rapide au détriment de la sécurité ; il est plus paresseux dans la fermeture de ses stomates et sa capacité de stockage de l’eau dans le tronc est moindre.

Le hêtre européen, une espèce à croissance relativement rapide, est également sensible à la sécheresse, mais il peut perdre ses feuilles pour éviter de perdre de l’eau par ses stomates et, en cas de sécheresse grave, il peut perdre des branches entières.

Ainsi, l’épicéa commun, une espèce compétitive à croissance relativement rapide qui privilégie la croissance à l’économie d’eau, est très sensible à la sécheresse. En revanche, le pin sylvestre et le chêne sont assez bien adaptés à la sécheresse, mais utilisent des stratégies nettement différentes pour y faire face : le premier économise l’eau autant que possible, tandis que le second s’efforce de reconstituer rapidement ses réserves d’eau.

Mais les stomates et le xylème n’expliquent pas tout. Lors de la sécheresse de 2018, Kahmen et ses collègues ont remarqué que certaines espèces s’en sortaient remarquablement bien alors qu’elles laissaient leurs stomates grands ouverts. Il s’agit notamment des chênes et de ce que Peters appelle fièrement le « super arbre » du site de Bâle : Sorbus torminalis, également connu sous le nom d’Alisier des bois. L’équipe pense que le secret de ces arbres réside dans leurs longues racines qui transportent l’eau des couches profondes du sol que les espèces comme le hêtre et l’épicéa ne peuvent pas atteindre, ce qui permet de maintenir le potentiel hydrique et la photosynthèse. Tant que les arbres ont une goutte d’eau, ils se portent bien, affirme M. Hoch.

D’autres facteurs, parfois méconnus, influencent également le sort d’un arbre en cas de sécheresse. Les hêtres européens, par exemple, souffrent à Hölstein, mais Steger a l’impression qu’ils se portent mieux dans une région plus sèche près de Berlin, peut-être parce qu’ils y sont plus profondément enracinés. Ces pins sylvestres robustes se portent bien dans les sols argileux du Hölstein, mais la sécheresse les a tués en masse dans d’autres parties de la Suisse, sur des terrains plus sablonneux et à drainage plus rapide.

C’est un phénomène choquant, explique M. Chin : « Voir des pins sylvestres, entre autres, mourir à cause d’un stress hydrique apparent et à grande échelle… c’est vraiment quelque chose que l’on n’a jamais vu auparavant« .

Diagnostiquer le dépérissement des forêts

Partout dans le monde, les scientifiques ont également été pris au dépourvu par les effets des sécheresses plus chaudes sur des forêts que l’on croyait résistantes.

En 2015, une saison des pluies tardive et maigre a provoqué la mort de centaines d’arbres dans une forêt de Guanacaste, dans le nord-ouest du Costa Rica, qui alterne périodiquement les saisons humides et sèches. Là encore, les espèces les plus gravement touchées étaient les plus vulnérables à la défaillance hydraulique, par exemple parce qu’elles laissent leurs stomates ouverts le plus longtemps possible, ou parce qu’elles ont un xylème sujet à l’embolie, ou encore des racines peu profondes. « De nombreuses espèces que l’on trouve ici peuvent supporter cinq mois sans pluie« , explique Jennifer Powers, écologiste forestière à l’université du Minnesota. « Mais lorsqu’elles sont privées de pluie pendant sept mois, peu importe s’il pleut deux mètres pendant la saison des pluies. »

L’un des épisodes les plus surprenants s’est déroulé en 2011 lorsque, après une grave période de sécheresse et une série de vagues de chaleur, les scientifiques ont remarqué que de nombreux arbres perdaient leurs feuilles dans la forêt de Northern Jarrah, dans le sud-ouest de l’Australie. Les eucalyptus de cette forêt – principalement l’Eucalyptus marginata – repoussent avidement après les incendies et supportent jusqu’à sept mois de sécheresse chaque année, aspirant l’eau souterraine par des racines qui peuvent s’étendre jusqu’à 50 mètres de profondeur. Selon l’écologiste Joe Fontaine, de l’université Murdoch à Perth, la sagesse populaire voulait que cette forêt soit à l’abri des bombes. Mais cette année-là, de nombreux arbres ont entièrement perdu leur couronne et ont repoussé à partir du tronc, avant d’abandonner le tronc et de repousser à partir de la base pour finalement mourir – « presque comme les répliques d’un tremblement de terre », se souvient-il.

Bien que de nombreux experts aient été surpris, ils n’auraient peut-être pas dû l’être, explique le physiologiste des plantes Tim Brodribb, de l’université de Tasmanie. Ces arbres à croissance rapide ferment tardivement leurs stomates, leur xylème évacue l’eau rapidement mais est susceptible de s’emboliser, et ils boivent de l’eau avec voracité jusqu’à ce qu’elle s’épuise, comme ce fut probablement le cas dans la forêt de Jarrah en raison d’années de baisse des précipitations.

Le dilemme fondamental est que les arbres doivent souvent faire des compromis : Ils peuvent consacrer leur carbone à une croissance rapide ou à la construction d’un système hydraulique solide, mais ils ne peuvent généralement pas se permettre de faire les deux. Les eucalyptus ont opté pour la première solution, ce qui leur a permis de dominer de manière écrasante la majorité des forêts australiennes, mais cela leur vaut aujourd’hui de mourir en masse lors des sécheresses. En revanche, Callitris, un conifère de la famille des cyprès présent dans d’autres forêts de ce continent, a choisi d’investir dans son système hydraulique, sacrifiant ainsi sa capacité à repousser rapidement et à rivaliser dans un paysage sujet aux incendies.

Le xylème de Callitris est si robuste que lorsque Brodribb a demandé à un collègue d’en faire tourner un morceau dans une centrifugeuse pour déterminer à quel moment il atteindrait des niveaux d’embolie dangereux, ils ont dû le faire tourner à des vitesses si élevées que la centrifugeuse s’est cassée.

Le problème, c’est que de nombreuses espèces d’arbres ont opté pour une stratégie qui pourrait s’avérer trop risquée dans le contexte actuel de réchauffement climatique. Dans une étude réalisée en 2012, Brodribb et ses collaborateurs ont rassemblé des informations sur 226 espèces d’arbres provenant de 81 sites du monde entier. Ils ont recueilli des données sur les potentiels hydriques auxquels les embolies dangereuses se produisent et sur les potentiels hydriques moyens auxquels les espèces sont normalement exposées dans la nature. Ils ont constaté que 70 % des espèces étaient très proches de ce seuil dangereux. Par exemple, parce qu’elles étaient lentes à fermer leurs stomates, qu’elles avaient un xylème faible ou qu’elles devaient faire plus d’efforts pour se réhydrater en raison d’un système racinaire peu profond.

En cas de sécheresse sévère, la pression exercée sur le système hydrique d’une plante devient si forte que des bulles d’air appelées embolies sont aspirées dans le flux de transport de l’eau, ce qui entraîne une défaillance hydraulique, comme le montre ici la feuille d’une tomate mutante incapable de fermer ses stomates en réponse à la déshydratation. Dans cette expérience, une feuille est exposée à de l’air chaud et sec, et la feuille perd progressivement de l’humidité. L’air humide est ensuite réapprovisionné. Le point rouge indique un site en aval d’une embolie, tandis que le point bleu représente un endroit de la feuille où l’embolie ne s’est pas développée. L’axe des y décrit la teneur en eau de la feuille. Comme l’indiquent les lignes rouges et bleues, le transport de l’eau dans la parcelle affectée par l’embolie ne se rétablit pas après l’épisode de déshydratation, alors qu’il se rétablit dans le site sans embolie. CRÉDIT : T. BRODRIBB ET AL / NEW PHYTOLOGIST 2021

Fait remarquable, ce phénomène s’est vérifié dans tous les types de forêts examinés. De la forêt sèche à la forêt tempérée en passant par la forêt tropicale, de nombreuses espèces d’arbres acceptent d’être au bord de la rupture hydraulique parce que cela leur permet d’être plus compétitives que les autres arbres.

Mais si cette stratégie fonctionnait bien avant le changement climatique causé par l’homme, les sécheresses plus extrêmes provoquées par la hausse actuelle des températures sont trop lourdes à supporter pour les arbres. « La sécheresse est différente en Amazonie et en Arizona« , explique Craig Allen, écologiste des paysages et des forêts à l’université du Nouveau-Mexique, mais dans chaque région, les arbres sont adaptés à des conditions locales que le changement climatique a bouleversées, de sorte qu’ils se heurtent à des seuils de tolérance.

Les températures plus élevées ne poussent pas seulement les arbres à la limite de l’hydraulique. Les sécheresses qu’elles entraînent renforcent d’autres facteurs de stress, tels que les incendies : une sécheresse printanière a probablement contribué à la saison record des incendies de forêt au Canada en 2023, par exemple. Même à la périphérie de la forêt amazonienne, la sécheresse permet aux populations de brûler plus facilement des zones pour en faire des plantations et aux incendies de se propager plus loin, bien que l’intérieur humide de la forêt semble encore relativement résistant, explique Adriane Esquivel-Muelbert, écologiste à l’université de Birmingham.

À l’échelle mondiale, certaines études estiment que les incendies brûlent aujourd’hui environ deux fois plus de forêts qu’en 2001. En 2021, année particulièrement mauvaise, les incendies ont consumé 9,3 millions d’hectares, soit une superficie équivalente à celle du Portugal. En 2023, le chiffre sera largement supérieur : pour le seul Canada, au huitième mois de l’année, 14 millions d’hectares ont déjà brûlé.

Une tempête parfaite

Pour la plupart des arbres qui meurent pendant les sécheresses, les maladies ou les insectes comme les scolytes sont généralement le coup fatal. C’est le cas des épicéas européens, mais aussi d’espèces exceptionnellement résistantes comme les pins de Bristlecone et les séquoias géants de la Sierra Nevada, aux États-Unis.

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Entre 2014 et 2020, l’écologiste forestier Nathan Stephenson a constaté la mort de 33 séquoias géants. Il soupçonne qu’une combinaison d’incendies et de sécheresse a interrompu le flux d’eau vers les couronnes des arbres, les rendant incapables de produire des résines défensives contre les coléoptères. Une espèce de coléoptère qui n’avait jamais tué de séquoias a alors envahi la forêt à partir de la couronne. « Ce qui a finalement eu raison d’eux, c’est un scolyte indigène qui était trop faible pour les tuer dans des conditions normales, mais qui pouvait finalement les tuer dans des conditions extrêmes« , explique Stephenson, scientifique émérite de l’US Geological Survey.

Cette constellation de crises est également présente dans les régions montagneuses du nord du Nouveau-Mexique, où Allen a documenté les impacts d’une méga-sécheresse régionale qui a débuté en 2000. Des sécheresses régulières avaient déjà frappé la région auparavant. Mais cette fois-ci, un siècle de déforestation due aux incendies et une accumulation massive de végétation dense au cours d’une période humide antérieure – ainsi que des températures plus chaudes qui se sont installées avec la sécheresse – ont provoqué un véritable déchaînement, selon M. Allen.

Les populations de scolytes ont explosé sous l’effet de la chaleur, un plus grand nombre de larves ayant survécu à l’hiver, ce qui a permis d’augmenter le nombre de générations au cours d’une saison. Entre 2002 et 2004, ils ont dévoré plus d’un million d’hectares de pin de piñon (Pinus edulis) et de pin ponderosa (Pinus ponderosa) dans le sud-ouest. Les arbres n’ont probablement pas pu rassembler suffisamment de carbone ou d’eau pour produire la résine qui les protégerait normalement. Les incendies se sont régalés de la végétation dense.

À plusieurs reprises, les peuplements de conifères épais et vigoureux qu’Allen connaissait depuis des décennies se sont transformés en arbustes et en prairies, avec si peu d’arbres par endroits qu’il peut aujourd’hui apercevoir les chaînes de montagnes voisines, à des dizaines de kilomètres de là. « Beaucoup de mes arbres et forêts préférés des années 80 et 90 ne sont plus en vie« , déclare-t-il. « Je sais que les écosystèmes sont dynamiques – je le sais intellectuellement. Mais c’est une chose de savoir et c’en est une autre de vivre l’ampleur des transformations qui se sont produites dans ce paysage« .

Un avenir incertain

Jusqu’à récemment, de nombreux scientifiques pensaient que l’augmentation des émissions de carbone serait globalement une bonne nouvelle pour les forêts, pour la simple raison que les plantes ont besoin de dioxyde de carbone pour croître. S’il y en a davantage dans l’air, elles obtiennent plus de dioxyde de carbone pour chaque molécule d’eau qu’elles perdent, ce qui leur permet de construire des tissus plus rapidement et d’utiliser l’eau plus efficacement.

C’est pourquoi les premiers modèles informatiques de croissance de la végétation dans le cadre du changement climatique ont montré un verdissement généralisé de la planète – et, en effet, des études satellitaires récentes montrent qu’il y a eu une expansion de la végétation mondiale au cours des années 1980 et 1990.

Mais il est de plus en plus évident que ces avantages pourraient être contrebalancés par les effets de réchauffement des émissions de carbone. Selon une étude réalisée en 2019, le verdissement de la planète s’est arrêté il y a plus de 20 ans et la végétation est en déclin depuis lors, tout cela en raison des effets du réchauffement qui amplifient la sécheresse.

Plus l’atmosphère se réchauffe, plus elle est assoiffée, et cette relation est exponentielle, de sorte que pour chaque degré Celsius de réchauffement, l’atmosphère peut contenir 7 % d’eau en plus. Le dioxyde de carbone supplémentaire n’est guère utile aux arbres qui ferment leurs stomates pour se protéger de la perte d’eau ou qui meurent carrément en raison de sécheresses extrêmes.

Certaines études suggèrent que les arbres ne peuvent pas créer de bois en cas de stress dû à la sécheresse, même s’ils font de la photosynthèse ; au lieu de cela, ils peuvent expulser le carbone par leurs racines. Au lieu de se régaler de dioxyde de carbone et de contribuer à lutter contre le changement climatique, les forêts pourraient donc souffrir de l’augmentation des émissions. Et lorsqu’elles pourriront ou brûleront, elles rejetteront du carbone dans l’air, amplifiant ainsi le réchauffement de la planète.

Le trio nocif de la sécheresse, des insectes et des incendies « pourrait faire la différence et faire passer la surface terrestre d’un puits de carbone à une source de carbone« , explique Anna Trugman, écologiste spécialiste du changement climatique à l’université de Californie, à Santa Barbara.

Un dépérissement forestier d’ampleur non calculable

Les scientifiques de Hölstein sont bien conscients de ces questions. Avant de quitter le site, Peters et moi grimpons sur une série d’échelles à l’intérieur de l’échafaudage de la grue et observons Steger, dans la nacelle, utiliser un appareil pour mesurer les feuilles des conifères afin de déterminer leur taux de photosynthèse.

De cette hauteur – à laquelle Peters se sent manifestement très à l’aise même si mes genoux commencent à vaciller – nous avons une bonne vue des toits de pluie en plastique, posés comme des serres au-dessus du sol de la forêt. Peters explique que si des sécheresses plus extrêmes se produisent, ils hésiteront à utiliser les toits de peur que certains arbres ne meurent complètement.

À l’heure actuelle, les scientifiques ne savent pas combien d’arbres succomberont à la sécheresse. En effet, malgré les histoires dramatiques de forêts ravagées, certains chercheurs hésitent à affirmer avec certitude que le dépérissement dû à la sécheresse est une tendance qui s’aggrave, simplement parce qu’il n’y a pas assez de données sur les pertes d’arbres au niveau mondial pour le savoir.

Depuis 2010, M. Allen et d’autres chercheurs ont constitué une base de données sur les dépérissements forestiers dus à la chaleur et à la sécheresse dans le monde entier. Cette base de données, qui comptait au départ 88 épisodes, en recense aujourd’hui plus de 1 300. Mais il ne s’agit pas d’un tableau complet de ce qui se passe dans les forêts du monde, explique Hartmann. Certaines des plus grandes forêts de la planète – les forêts boréales et tropicales – ne sont pas suffisamment étudiées.

Il est également très difficile de prédire l’ampleur que pourraient prendre les dépérissements à l’avenir, car les simulations mathématiques utilisées pour prévoir les réactions de la végétation reposent sur des hypothèses dépassées concernant la manière dont les arbres réagissent à la sécheresse, explique M. Hartmann. Lorsque ses collègues et lui ont récemment utilisé un « modèle dynamique de végétation mondiale » pour voir s’il pouvait prédire l’un ou l’autre des étonnants dépérissements survenus dans des endroits comme l’Allemagne, l’Australie et le sud-ouest des États-Unis, il n’a pas réussi à prédire de manière fiable l’historique du dépérissement d’un seul d’entre eux.

La plupart des modèles de végétation n’intègrent pas les processus hydrauliques dont Kahmen et d’autres chercheurs apprennent aujourd’hui qu’ils sont essentiels à la survie d’un arbre, car ils sont complexes et encore mal compris. Ils se concentrent plutôt sur les processus qui se produisent dans les feuilles, comme la photosynthèse. Lorsque les arbres meurent dans ces modèles, ils meurent généralement de faim lorsque leurs stomates sont fermés et qu’ils ne peuvent pas obtenir suffisamment de carbone – et de nombreux chercheurs, y compris Hartmann, pensent qu’il est peu probable que ce soit la seule cause de décès pendant la sécheresse.

Selon Mme Trugman, les modélisateurs comprennent peu à peu et ont commencé à intégrer des paramètres qui reflètent le stress hydrique d’un arbre, comme la rapidité avec laquelle un arbre perd sa capacité à transporter de l’eau. Elle cite un modèle décrit dans une étude de 2018 qui a correctement prédit le moment où des arbres individuels dans un jardin de recherche atteindraient une défaillance hydraulique. Mais il s’est avéré difficile de le faire sur de plus grandes échelles spatiales. L’une des grandes inconnues est le monde vaste et dynamique des eaux souterraines, la quantité disponible pour les forêts et les types d’arbres dont les racines sont capables de les atteindre.

Il faudra des années, ajoute M. Trugman, avant que les processus hydrauliques soient suffisamment bien compris et modélisés pour être correctement représentés dans les prévisions de dépérissement des grandes projections du GIEC sur le changement climatique, qui sont destinées à orienter les politiques gouvernementales.

Un autre mystère réside dans l’ampleur des facteurs de stress aggravants, tels que les incendies de forêt et les infestations d’insectes, qui ne sont pas non plus pris en compte dans les modèles du GIEC. Il existe de nombreuses espèces de scolytes, et les chercheurs savent peu de choses sur la façon dont chacune d’entre elles réagira aux changements environnementaux. « Nous allons assister à de nouvelles interactions que nous n’avons jamais vues auparavant« , explique M. Stephenson. « Dans certains cas, il sera impossible de les prévoir à l’avance. »

Enfin, il est extrêmement difficile de prévoir ce qui se passera après le carnage de la sécheresse. Allen ne s’inquiète pas de voir la végétation ligneuse disparaître de la planète. Il s’inquiète surtout de la disparition des structures forestières anciennes et historiques, en particulier des grands arbres anciens qui sont souvent les plus vulnérables à la sécheresse.

Il s’attend à ce que de nombreuses forêts deviennent plus jeunes et plus courtes, et ne retiennent plus autant de carbone. Certaines se contracteront, comme au Nouveau-Mexique, où certaines espèces sont repoussées vers les sommets des montagnes alors que les basses altitudes deviennent moins tolérables. D’autres, sous les tropiques, subiront des changements à mesure que les arbres morts seront remplacés par des arbres plus résistants à la sécheresse, ce qui rendra peut-être ces forêts plus résistantes dans l’ensemble. Aussi cataclysmique et choquante que puisse être la mort d’un arbre, elle fait finalement partie d’un processus nécessaire d’adaptation en temps réel des forêts aux pressions qui s’exercent sur elles. « Les écosystèmes se réorganisent comme ils le doivent« , explique M. Allen.

Personne ne sait avec certitude à quoi ressembleront ces forêts du futur. Alors que le monde a besoin de prévisions, les scientifiques doivent attendre les réponses que seuls les arbres peuvent leur donner.

Katarina Zimmer, journaliste spécialisée dans les sciences et l’environnement, actuellement basée en Allemagne.
Ses travaux ont été publiés notamment dans National Geographic, Scientific American, BBC Future, The Atlantic. www.katarinazimmer.com.

Cet article a été publié la première fois par Knowable, une initiative journalistique indépendante issue de Annual Reviews

Image d’en-tête : © Hélène Schmitz « Turnings of Fire« . Voir dans UP’ Livres : Les Magiciennes de la Terre, Editions Ulmer