Without water, forests lose their ability to absorb CO₂
The forest covering the slopes of Mont Ventoux, in France’s Vaucluse area, gripped by drought in 2022. Frédéric Jean , Fourni par l'auteur To survive during periods of drought, trees halt photosynthesis, a highly water-intensive process during which, for every molecule of CO₂ absorbed by a tree leaf, an average of around 400 water molecules are released.
Les forêts jouent un rôle clé dans la lutte contre le changement climatique en absorbant environ un quart du CO₂ émis par les activités humaines, soit l’équivalent d’un quart des émissions mondiales. Ce processus, appelé puits de carbone, repose principalement sur la photosynthèse, un mécanisme par lequel les arbres transforment le CO₂ de l’air en sucres pour leur croissance. Cependant, ce mécanisme est extrêmement gourmand en eau : pour chaque molécule de CO₂ absorbée, un arbre libère environ 400 molécules d’eau dans l’atmosphère. Lorsque les ressources en eau deviennent insuffisantes, notamment lors de sécheresses prolongées, les forêts peuvent perdre leur capacité à absorber le CO₂ et même commencer à en émettre davantage qu’elles n’en capturent.
Les stomates sont de minuscules pores situés à la surface des feuilles, qui régulent les échanges gazeux entre l’arbre et l’atmosphère. Ils permettent l’entrée du CO₂ nécessaire à la photosynthèse, mais leur ouverture entraîne aussi une perte d’eau par évaporation, un phénomène appelé transpiration. En période de sécheresse, les arbres doivent choisir entre fermer leurs stomates pour économiser l’eau ou les garder ouverts pour continuer à absorber du CO₂. Les stomates se ferment généralement en cas de stress hydrique extrême, ce qui réduit la photosynthèse et limite la croissance des arbres. Par exemple, lors d’une canicule comme celle de juin 2019 en France, la fermeture des stomates a provoqué une baisse immédiate de la photosynthèse dans les forêts, transformant temporairement ces écosystèmes en sources de CO₂.
Pour acheminer l’eau des racines jusqu’aux feuilles, les arbres utilisent un système hydraulique passif basé sur un principe physique appelé tension-cohésion, découvert par le botaniste irlandais Henry Horatio Dixon à la fin du XIXe siècle. L’évaporation de l’eau au niveau des stomates crée une tension qui « aspire » l’eau vers le haut, comme une paille géante. Ce mécanisme est si puissant qu’il équivaut à pomper de l’eau depuis un puits de plusieurs centaines de mètres de profondeur. Cependant, ce système est fragile : en cas de sécheresse intense, la tension devient si forte que des bulles d’air peuvent se former dans les vaisseaux conducteurs de sève, un phénomène appelé cavitation ou embolie. Ces bulles bloquent la circulation de l’eau et peuvent dessécher irrémédiablement les feuilles et les tissus de l’arbre, entraînant sa mort.
Les arbres font face à un dilemme en période de sécheresse : ouvrir leurs stomates pour absorber du CO₂ et poursuivre leur métabolisme, ou les fermer pour préserver leur réserve d’eau et éviter l’embolie. Les espèces les plus résistantes, comme le chêne vert, peuvent maintenir leurs stomates ouverts plus longtemps que d’autres, comme le bouleau. Cependant, toutes les forêts du monde opèrent à la limite de leur capacité à résister à l’embolie, même dans les régions arides. Avec l’augmentation des sécheresses liées au changement climatique, ce seuil est de plus en plus souvent dépassé, ce qui menace la survie des arbres et leur rôle de puits de carbone. Par exemple, une sécheresse prolongée peut provoquer la chute des feuilles, l’embolie des vaisseaux et le dessèchement des bourgeons, conduisant à la mort de l’arbre.
Les sécheresses ont un double effet sur les forêts : elles réduisent leur capacité à absorber le CO₂ et accélèrent la libération du carbone stocké. Lorsque les arbres meurent de soif, ils libèrent dans l’atmosphère le CO₂ qu’ils avaient accumulé au cours de leur vie. De plus, même après la fermeture des stomates, les feuilles et les tiges continuent de perdre de l’eau par leur cuticule, ce qui aggrave le stress hydrique. Certaines pratiques forestières, comme les coupes rases à grande échelle, peuvent exacerber ces effets en fragilisant davantage les écosystèmes forestiers. Par exemple, en Amazonie, jusqu’à 50 % des précipitations dans l’ouest proviennent de l’eau transpirée par les forêts de l’est, transportée par les vents. Une réduction de la transpiration due à la sécheresse pourrait donc diminuer les pluies et menacer la stabilité de cet écosystème.
L’augmentation du CO₂ dans l’atmosphère pourrait théoriquement favoriser la photosynthèse et la croissance des arbres, un phénomène appelé *effet de fertilisation carbonée*. Cependant, cet effet est contrebalancé par l’intensification des sécheresses liées au changement climatique. De plus, un air plus riche en CO₂ permet aux arbres d’absorber la même quantité de gaz avec des stomates moins ouverts, ce qui réduit leur transpiration. Or, cette transpiration est essentielle pour recycler l’eau et maintenir les pluies locales. Par exemple, dans l’est de l’Amazonie, la fermeture des stomates pourrait diminuer les précipitations dans l’ouest, fragilisant davantage la forêt. Ainsi, le cycle du carbone et celui de l’eau sont étroitement liés, et les perturbations de l’un affectent directement l’autre.
