Des scientifiques découvrent un nouveau cycle du carbone caché dans le désert le plus aride d’Amérique du Nord
Les sols du désert du Mojave (Californie), par la seule action de la chaleur et des minéraux, participent à la régulation du climat terrestre. De jour comme de nuit, ils échangent du dioxyde de carbone avec l'atmosphère : un cycle qui n'avait jamais été quantifié, suffisamment important pour conforter l'hypothèse selon laquelle les zones arides influent fortement sur le bilan carbone mondial..
Le cycle du carbone désigne les échanges constants de carbone entre quatre grands réservoirs naturels : l’atmosphère, les océans, les sols et la biomasse. Dans les écosystèmes terrestres, les plantes absorbent le dioxyde de carbone (CO₂) présent dans l’air grâce à la photosynthèse, un processus qui transforme ce gaz en matière organique. Une partie de cette matière organique retourne ensuite dans les sols via les racines ou la décomposition des végétaux. Des micro-organismes présents dans le sol dégradent cette matière et libèrent à nouveau du CO₂ dans l’atmosphère, un phénomène appelé respiration du sol. À l’échelle mondiale, cette respiration représente environ dix fois les émissions annuelles liées à la combustion des énergies fossiles, comme le pétrole ou le charbon.
Les déserts, caractérisés par une végétation très clairsemée, étaient considérés comme des zones marginales dans le cycle du carbone. Les modèles climatiques estimaient que les échanges de CO₂ y étaient négligeables, car la faible biomasse végétale limite fortement la photosynthèse et la respiration des micro-organismes. Cependant, dès les années 2000, des chercheurs ont observé des flux de CO₂ anormaux dans certains déserts, notamment en Amérique du Nord et en Chine. Ces flux montraient que les sols absorbaient du CO₂ la nuit, un phénomène inexplicable par les processus biologiques connus, car les organismes vivants émettent généralement du CO₂ plutôt que d’en absorber.
Le désert du Mojave, situé en Californie, est l’un des plus arides d’Amérique du Nord. Une équipe de chercheurs dirigée par Ronald Amundson, professeur à l’Université de Californie à Berkeley, y étudie depuis 2017 les échanges de CO₂ entre les sols et l’atmosphère. En analysant les données recueillies par des capteurs installés à différentes profondeurs, les scientifiques ont constaté une baisse nocturne de la concentration de CO₂ dans les cinq premiers centimètres du sol, indiquant une absorption de ce gaz par le sol. Ce phénomène, inexplicable par la biologie, a poussé l’équipe à explorer une piste minérale.
Le mécanisme identifié par les chercheurs repose sur un processus physique appelé adsorption, distinct de l’absorption. L’adsorption désigne la fixation de molécules de CO₂ à la surface de minéraux présents dans le sol, sans que ces molécules ne pénètrent à l’intérieur des particules. Ce phénomène est favorisé par les variations extrêmes de température caractéristiques du désert du Mojave, où les températures peuvent atteindre 60 °C le jour et chuter sous 20 °C la nuit. La nuit, le refroidissement du sol permet aux minéraux de capturer le CO₂ atmosphérique, tandis que la chaleur diurne le restitue. Ce cycle abiotique, entièrement gouverné par la physique et la chimie, explique les observations des capteurs.
Pour confirmer leur hypothèse, Anna Abramova, doctorante et première autrice de l’étude, a reproduit en laboratoire les conditions thermiques du désert du Mojave sur des échantillons de sol prélevés sur place. En faisant varier la température entre les extrêmes nocturnes et diurnes, elle a mesuré les quantités de CO₂ fixées par les minéraux. Les résultats ont montré que ces minéraux captaient le CO₂ en refroidissant et le libéraient en chauffant, reproduisant ainsi le cycle observé sur le terrain. Cette expérience a permis de valider le mécanisme abiotique et d’estimer son ampleur.
En extrapolant les données recueillies dans le désert du Mojave à l’ensemble des zones désertiques du globe, les chercheurs estiment qu’entre 1 et 3 milliards de tonnes de carbone transiteraient annuellement par les sols désertiques via ce mécanisme abiotique. Ce volume représente entre un dixième et un tiers des émissions humaines annuelles de CO₂, estimées à environ 36 milliards de tonnes. Les auteurs soulignent que cette estimation est probablement sous-évaluée, car elle ne repose que sur un seul désert et pourrait s’appliquer à d’autres régions arides. Ce flux abiotique pourrait ainsi jouer un rôle significatif dans le bilan carbone mondial, au même titre que les processus biologiques.
Cette découverte remet en question les modèles climatiques actuels, qui ne prennent pas en compte ce cycle abiotique dans les zones désertiques. Ronald Amundson, principal auteur de l’étude, suggère que les climatologues pourraient devoir intégrer ce nouveau mécanisme dans leurs projections, si d’autres études confirment son ampleur à l’échelle mondiale. En effet, les flux de CO₂ dans les déserts pourraient être comparables, voire supérieurs, à ceux générés par la respiration des micro-organismes du sol et de la biomasse végétale. Cette avancée ouvre la voie à une réévaluation du rôle des écosystèmes arides dans la régulation du climat.
