Comment mettre en œuvre la pompe biotique à l’échelle territoriale pour augmenter la pluviométrie d’une région ?🌳🌧️
Dans la leçon inaugurale [1] de Nathalie de Noblet à l’Ecole supérieure des agricultures, la bioclimatologiste décrypte les rétroactions entre occupation des sols et climat. La chercheuse française montre comment ensemencer la pluie grâce à la végétation, afin qu’elle précipite plus loin et génère un système vertueux.
Elle cite un exemple documenté en Californie. L’objectif était de reverdir une colline en plantant des arbres irrigués dans une vallée. Les vents dominants allant de la vallée vers la colline, l’évapotranspiration accrue de ces nouveaux arbres s’est dirigée vers la colline avant de s’y condenser et de précipiter. Cela a permis à la végétation de croître sur la colline. Une partie de cette pluie supplémentaire a ruisselé vers la vallée, diminuant ainsi l’irrigation.
Les conditions pour utiliser cette approche de manière méthodique sont :
☁️ la première zone végétalisée est située à côté de flux d’humidité conséquents 🌬️ la seconde zone doit se trouver sous le vent de la première 🌧️ ainsi, les vents dominants se chargent d’humidité dans la première zone et les précipitations augmentent dans la seconde
Nathalie De Noblet, co-auteure du rapport sur l’état des sols du GIEC de 2019, insiste sur le caractère non local de cette action. Un projet déployé dans un lieu donné bénéficie à un territoire plus vaste. Notre projet s’inscrit dans la même démarche : mailler les territoires d’autoroutes de la pluie. L’aménagement du territoire pensé de manière systémique permet d’en améliorer la résilience à plusieurs échelles.
Ces considérations font écho à l’approche décrite dans notre post sur l’amélioration ciblée des précipitations , qui devrait guider la réflexion de tous projets de reforestation, et plus généralement de toute évolution sensible de l’usage des sols.
On le voit, il n’est pas nécessaire de disposer d’un potentiel d’évapotranspiration tel que celui de l’Amazonie pour impacter positivement le climat. Déployer ce type de démarche permettrait d’atténuer la tendance à la désertification du pourtour méditerranéen,. A condition de miser sur des solutions fondées sur la nature plutôt que sur le techno-solutionnisme (voir notre post sur les services rendus par les zones humides littorales et leur coût comparé à celui du dessalement de l’eau de mer [3]).
Le passage sur l’augmentation localisée et volontaire de la pluviométrie est accessible à la 45ème minute de la conférence de Nathalie De Noblet.
Les images illustrant ce post et la vidéo proviennent de l’étude “Induced precipitation recycling (IPR): A proposed concept for increasing precipitation through natural vegetation feedback mechanisms “, publiée en 2016. Cette étude aborde le rôle potentiel des forêts et du couvert végétal comme outil d’adaptation.
Inverser le massacre de la végétation et retrouver rapidement la compétence de la photosynthèse …..!!
Même si l’érosion peut parfois être d’origine naturelle , l’homme ne doit pas provoquer par ses erreurs de gestion des sols des phénomènes érosifs accentués par le travail même minimum du sol
De retour chez vous, vous avez probablement constaté que le climat change. L’augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes et les changements dans la saison de croissance ont placé les communautés rurales des États-Unis en première ligne. De plus en plus de consommateurs souhaitent s’approvisionner en aliments et en ingrédients de manière durable, mais suivre la demande et les changements climatiques peut donner l’impression d’être coincé entre le marteau et l’enclume.
Heureusement, il existe plusieurs façons d’atténuer les changements qui se produisent et d’améliorer en même temps vos résultats. Une solution consiste à planter des cultures de couverture.
Contrairement aux cultures de rente, les cultures de couverture sont plantées pour protéger et enrichir le sol. Leur ajout aux rotations de cultures améliore la santé des sols en reconstruisant la matière organique et en soutenant une forte communauté microbienne.
Les rotations de cultures efficaces intègrent des cultures de couverture pour maximiser la productivité du sol sans intrants chimiques. Les cultures de couverture aident également le sol à tenir ensemble, empêchant l’érosion et le ruissellement tout en créant davantage de voies d’accès aux éléments nutritifs. Ils encouragent le sol à retenir plus d’eau, de sorte que les plantes résistent mieux aux sécheresses et sont plus résistantes aux ravageurs et aux maladies.
Les agriculteurs choisissent parfois de planter différentes cultures de couverture en fonction de leurs structures racinaires : les cultures de couverture avec des racines plus larges – comme le colza et les fèves – aident à prévenir le ruissellement et l’érosion du sol, tandis que celles avec des structures racinaires plus étroites et plus longues – comme l’avoine et le radis – aident à prévenir le ruissellement et l’érosion du sol. aération. Les cultures de couverture avec des structures racinaires plus denses – comme le blé et le seigle – sont utilisées pour favoriser le compactage du sol, tandis que les cultures de couverture avec des racines plus légères – comme le pois de mal et d’hiver – aident à filtrer l’eau.
L’orge, l’avoine, le seigle, le triticale, le blé, le sarrasin, la moutarde, les crucifères et les radis appartiennent également à un groupe unique de cultures de couverture connues sous le nom de charognards de nutriments. Ces plantes aident à collecter les nutriments à la fin de la saison de croissance, réduisant ainsi le lessivage des nutriments – le mouvement vers le bas des nutriments dissous – jusqu’à 48 % ! Ils soutiennent également les microbes qui recyclent le phosphore, le potassium, le calcium, le magnésium et le soufre présents dans le sol.
Depuis plus de 40 ans, l’essai des systèmes agricoles (FST) du Rodale Institute constitue la plus longue comparaison côte à côte des systèmes biologiques et conventionnels en Amérique du Nord. Nous collectons des données mesurant les différences en matière de santé des sols, de rendements des cultures, d’efficacité énergétique, d’utilisation de l’eau, de contamination et de densité nutritionnelle des cultures gérées avec différents niveaux de labour. Au cours de ce processus, nous avons également appris que les sols cultivés en couverture accumulent davantage de matière organique, notamment des niveaux totaux de carbone et d’azote plus élevés – un indicateur important de la santé du sol – ainsi qu’une plus grande stabilité des agrégats, une meilleure aération et une érosion réduite. L’utilisation de cultures de couverture peut contribuer à modérer le ruissellement des centres agricoles, atténuant ainsi des phénomènes tels que la zone morte hypoxique annuelle qui apparaît chaque année dans le nord du golfe du Mexique.
Les cultures de couverture sont également un outil important dans la lutte contre les mauvaises herbes et la lutte antiparasitaire . Certains paillis sont excellents pour supplanter et étouffer les mauvaises herbes ou pour avoir un impact sur le microclimat du sol, de sorte qu’il est plus difficile pour les mauvaises herbes de survivre. D’autres peuvent libérer des biofumigants – des produits chimiques présents dans les tissus végétaux qui tuent ou suppriment les nématodes et les agents pathogènes du sol – comme médicaments pour votre champ. Les crucifères, le souci, le sudagrass, le seigle, le blé, la vesce velue, l’orge et le triticale sont des exemples bien connus de plantes qui libèrent des biofumigants.
La possibilité de séquestrer le carbone est un autre avantage très vanté des cultures de couverture. Les couvertures peuvent séquestrer environ 60 millions de tonnes de carbone par an lorsqu’elles sont plantées sur 20 millions d’acres (8,1 millions d’hectares), avec la capacité de compenser les émissions d’environ 12,8 millions de véhicules de tourisme. La clé pour créer un environnement réduisant le carbone réside dans le résultat des microbes présents dans le sol qui agissent comme décomposeurs, recycleurs de nutriments, arracheurs de racines, aérateurs et stabilisants du sol. Les composés complexes des feuilles et des racines ainsi que les composés végétaux simples donnent aux microbes ce dont ils ont besoin pour créer un réservoir de carbone stable composé de matière végétale partiellement décomposée, de métabolites extracellulaires et de nécromasse microbienne qui fixe le carbone dans le sol, là où il appartient .
À bien des égards, les cultures de couverture peuvent sembler être une pratique réservée aux agriculteurs à grande échelle et très avancés ; Cependant, même si cela peut être intimidant au début, n’importe qui peut utiliser des cultures de couverture pour améliorer ses cultures et ses rotations. Vous serez surpris de voir tout ce que vous apprendrez au fur et à mesure !
Le matériel technique de cet article a été fourni par le Dr Kristie Wendelberger, directrice de recherche au Southeast Organic Center du Rodale Institute . Pour plus d’informations sur le travail effectué en Géorgie, visitez la page du Southeast Organic Center ou assistez à un événement local !
À PROPOS DE L’AUTEUR
Max Fern est stagiaire en contenu et relations publiques au Rodale Institute.
Un atlas des systèmes racinaires a été sauvé de l’oubli et mis gratuitement en ligne
Très légères et fragiles, les racines n’en assurent pas moins deux fonctions vitales de la plante : l’ancrage dans le sol et le captage de l’eau et des minéraux qui complètent les sucres produits par la photosynthèse.
Rassemblés dans une collection unique en son genre, les systèmes racinaires de plus de 1 000 plantes peuvent désormais être consultés en ligne. La réapparition de ce recueil exceptionnel témoigne de l’engouement nouveau que suscitent les racines, longtemps méconnues, dans les études agronomiques.
A la découverte de 1002 plantes
À la croisée de l’art et de la botanique, le Wurzelatlas est le fruit d’un travail de recherche et de figuration titanesque. Pendant près de quarante ans, à partir des années 1960, quatre chercheurs autrichiens dirigés par la naturaliste Lore Kutschera (1917-2008) ont excavé et dessiné le système racinaire de 1 002 plantes différentes.
Cultivées ou sauvages, aromatiques ou du genre « mauvaises herbes », poussant dans les prairies, les marécages, les forêts, les sous-bois, de la famille des caryophyllaceae, des chénopodiacées, ou plus simplement de celle des betteraves, ces mille plantes ont été choisies pour leur partie invisible et restituent une à une l’immense et multiforme génie souterrain de la nature.
Sans relâche, même pendant leurs vacances, les quatre botanistes ont soigneusement dégagé et reconstitué, comme des archéologues, les dizaines, parfois centaines de ramifications très fragiles de chaque plante, pour ensuite les coucher à la plume et à l’encre sur le papier.
Allant de l’Acanthosicyos horridus, un melon sauvage qui pousse dans des régions désertiques de Namibie, jusqu’au Zygophyllum xanthoxylon, un petit arbuste succulent de Mongolie, le Wurzelatlas forme ainsi une synthèse des systèmes racinaires des plantes européennes communes, auxquelles ont été adjointes certaines espèces exotiques remarquables.
En plongeant dans l’extrême diversité des racines, ces grandes oubliées de la botanique, les curieux pourront découvrir des systèmes aussi différents que celui de la Carline acaule, un curieux chardon dont la plante ne mesure que quelques centimètres, mais dont les racines s’étendent jusqu’à 1 mètre 20 sous la terre ; ou celui de la ronce des tourbières (Rubus chamaemorus), qui colonise le sol par grosses arborescences horizontales, creusant elles-mêmes à la verticale…
Redécouverte et publication
Les mille fiches de l’atlas des systèmes racinaires ont été redécouvertes en 2006 par Klaas Metselaar, spécialiste de la physique des sols et chercheur à l’université de Wageningen, aux Pays-Bas, alors que tout laissait croire qu’elles allaient tomber dans l’oubli.
« Quand j’ai découvert cet atlas, j’ai eu le souffle coupé, a expliqué le scientifique néerlandais au journal
Le Monde.
Les dessins originaux m’ont émerveillé, plus encore quand j’ai réalisé le travail qu’ils ont représenté. »
L’atlas sommeillait dans un institut de botanique à Klagenfurt, une ville de 100 000 habitants au sud de l’Autriche, non loin de la frontière avec la Slovénie. Après la découverte, des écologistes et des physiciens des sols ont trouvé les financements nécessaires à la numérisation de l’ensemble des dessins en haute qualité.
Scannés à Vienne, ceux-ci sont désormais hébergés par le site de l’université de Wageningen. Chacun dispose d’une légende codée par Klaas Metselaar.
Depuis une dizaine d’années, les systèmes racinaires suscitent un engouement croissant dans les études agronomiques, qui ont multiplié les découvertes.
Très légères et fragiles, les racines n’en assurent pas moins deux fonctions vitales de la plante : l’ancrage dans le sol et le captage de l’eau et des minéraux qui complètent les sucres produits par la photosynthèse.
Extrêmement plastiques, elles sont aussi capables d’adapter leur croissance en suivant les évolutions de leur environnement. Les quantités d’eau, de nutriments, de bactéries, la présence de plantes concurrentes, la nature du sol et des roches, dure ou poreuse, sont autant d’éléments qui influeront sur l’architecture des racines.
Un stress hydrique, par exemple, entraînera souvent un développement plus important des racines à la verticale et une réduction des élans latéraux.
Autre réaction naturelle : en 2017, une équipe de chercheurs du CEA, du CNRS et du Leibniz Institute of Plant Biochemistry (Allemagne) ont découvert qu’une carence en phosphate dans le sol inhibe le développement de la racine principale des plantes, tout en stimulant celui de leurs racines latérales.
Ce mécanisme permet aux végétaux d’explorer davantage les couches superficielles du sol, là où se concentre le phosphate, l’un des trois éléments, avec l’azote et le potassium, indispensables à leur croissance. Une telle découverte pourrait aider les agronomes à sélectionner des plantes adaptées à des sols pauvres en phosphate, afin de limiter les épandages d’engrais de synthèse.
Ainsi, dans un environnement riche en azote, potassium et phosphore, les plantes développent peu leurs racines, tandis que dans un environnement pauvre, elles ont tendance à les étendre. Dans un environnement non uniforme, enfin, les végétaux sont capables de percevoir les disparités en nutriments et de projeter une distribution racinaire inégale, c’est-à-dire ciblée, intelligente.
Mais comment se comportent les systèmes racinaires quand ils sont confrontés à la concurrence d’autres plantes convoitant les mêmes ressources ? C’est la question à laquelle ont essayé de répondre des scientifiques de plusieurs institutions américaines, brésiliennes et espagnoles dans une étude qui a fait la une du magazine Science en décembre 2020.
Menés par Ciro Cabal, de l’université de Princeton aux États-Unis, les chercheurs ont révélé que plus les plantes sont proches, plus elles évitent de confronter ou de superposer leur système racinaire avec celui de leurs voisines : face à la concurrence, elles vont concentrer leurs racines autour de la tige, mais créer un réseau plus dense que si elles étaient seules.
Selon les auteurs de l’étude, cette « ségrégation opportuniste » repose sur le coût que représente le développement d’une racine en fonction de la distance qui la sépare de la tige. Cela veut dire que les plantes ne vont pas étendre leurs réseaux sous-terrains si ceux-ci ne rapportent pas un minimum de nutriments, qui compenseront l’énergie dépensée.
Il en résulte une forme de coopération entre les végétaux concurrents, une coopération naturelle si l’on peut dire, car elle s’effectue sans communication directe, à priori.
Racines et champignons, l’alliance à l’origine de la vie
Il y a 450 à 500 millions d’années de cela, les premières plantes ayant colonisé l’espace terrestre n’avaient pas de systèmes racinaires, mais des sortes de tiges rampantes qui croissaient en surface, à même le sol.
Dès leur apparition, ces racines « émergées » ont accueilli des champignons dits « mycorhiziens », qui les ont aidées à capter les nutriments ou l’eau et ont accompagné leur conquête progressive des sous-sols.
Aujourd’hui, maillons essentiels du vivant, les mycorhiziens sont présents sur les racines de 90 à 95 % des espèces végétales. Comme l’écrit Florence Rosier, journaliste au Monde qui a consacré un long article sur ce sujet à la fin du mois de mai dernier :
« les filaments fongiques pénètrent dans la racine. Dans le cas des arbres, ils se faufilent entre les cellules des racines. Dans le cas des autres plantes, ils vont jusqu’à pénétrer dans ces cellules. »
De cette alliance, les végétaux et les champignons tirent un bénéfice propre. En accomplissant la photosynthèse, la plante expédie vers ses racines des sucres, dont une bonne partie est captée par les champignons.
En échange de cette précieuse alimentation, ceux-ci absorbent des minéraux et les restituent à la plante, ou s’insinuent « dans de minuscules anfractuosités pour y puiser de l’eau », également partagée, ou encore engendrent « des enzymes qui dégradent les produits organiques du sol », fournissant une nouvelle source de nutriments pour la plante.
Bref, les bénéfices de cette alliance aussi ancienne que la végétation sont inestimables. Sa compréhension montre que le système racinaire des plantes, qui constitue un tiers de la biomasse terrestre, ne pourrait exister sans son association intrinsèque avec les champignons, dont on ramasse parfois les organes sexuels, sans se douter de leur importance…
Les défenseurs du climat souffrent d’une vision tunnel !
Au sein d’une partie de la communauté scientifique, des climatologues et des activistes de l’environnement, une nouvelle inquiétude grandit. Plusieurs d’entre eux alertent sur un mal bien trop répandu chez la plupart de ceux qui défendent le climat et tentent de lutter contre le réchauffement climatique : la carbon tunnel vision ! Il s’agit d’une tendance généralisée à se concentrer uniquement sur la réduction des gaz à effet de serre, en particulier du dioxyde de carbone, en omettant complètement le fait qu’œuvrer pour le climat ne dépend pas que d’un seul facteur.
La carbon tunnel vision est un terme défini par le Dr Jan Konietzko, professeur en économie circulaire et durable et régénération à l’Université de Maastricht aux Pays-Bas. Les défenseurs du climat n’ont bien souvent qu’un seul paramètre dans leurs préoccupations, et occultent le reste des causes, et donc des solutions. Ce sont au total une vingtaine de causes et d’axes de travail qui doivent être prises en compte dans la lutte contre le réchauffement climatique.
Préserver et restaurer le monde vivant est une nécessité pour lutter contre le réchauffement climatique
Comme toutes les catastrophes majeures, la crise climatique n’est pas liée qu’à une seule cause, mais à une multitude de facteurs. Avouons-le, certains sont « tendance » et font régulièrement la Une des actualités, alors que d’autres n’intéressent personne ou presque. Il est de bon ton d’œuvrer pour la limitation des gaz à effet de serre liée au secteur des transports, le principal émetteur dans le monde, ou encore d’inciter les entreprises à faire des efforts sur leurs émissions de carbone. Mais le système climatique dépend aussi de la nature qui nous entoure : l’importance de la biodiversité commence à peine à faire surface dans les consciences, comme dans les médias, et est encore bien loin de concerner les politiques.
“L’importance de la biodiversité commence à peine à faire surface dans les consciences, comme dans les médias, et est encore bien loin de concerner les politiques”
La faune et la flore ont bien sûr le droit d’exister pour elles-mêmes, mais le monde vivant est indissociable de la lutte contre le changement climatique. Il est impensable de vouloir réduire les émissions de gaz à effet de serre responsables du réchauffement climatique sans faire de la protection de la biodiversité une priorité. Le végétal (arbres, prairies, parmi lesquelles les tristement nommées « mauvaises herbes ») permet de séquestrer le dioxyde de carbone dans le sol. Mais pour espérer avoir une végétation et un sol en bonne santé, il faut préserver la faune : insectes pollinisateurs bien-sûr, oiseaux, mais aussi mammifères, permettent, par leurs actions, de favoriser le développement des plantes. Voilà pourquoi des organismes comme l’ONU militent pour le développement massif des solutions fondées sur la nature, qui permettent de limiter le réchauffement climatique et d’atténuer l’impact des catastrophes météo.
La déforestation a fait beaucoup parler d’elle il y a quelques dizaines d’années, mais a dorénavant été relayée au second plan, si ce n’est plus. Or, l’impact des forêts sur les conditions météo et l’évolution climatique est sans cesse revu à la hausse à chaque nouvelle étude sur le sujet : la déforestation peut détraquer le climat sur des milliers de kilomètres car il est désormais prouvé que les forêts provoquent les précipitations. Selon l’Université des Pays-Bas, un tiers de l’eau qui tombe sur la forêt amazonienne provient de la transpiration des arbres. Et cette pluie circule dans l’atmosphère, en Argentine, dans les Caraïbes et jusqu’au Midwest des États-Unis : la déforestation de la forêt amazonienne aggrave donc le risque de sécheresse aussi loin que dans le centre des États-Unis !
Urbanisation, consommation, économie, population et pollution sont aussi à prendre en compte
La disparition de la biodiversité est clairement une cause majeure qui demande un renouvellement total de la vision que l’Homme a de la nature : une alliée pour sa survie, et non pas une ressource à piller et écraser. Mais d’autres facteurs sont trop souvent omis : l’urbanisation grandissante et l’artificialisation des sols, la surconsommation des pays les plus développés en matière de textiles, de nourriture, ou d’électronique, l’expansion de la population humaine (en nombre, comme en étalement sur l’ensemble des territoires de Planète), les inégalités et la pauvreté de certains pays du monde qui contraint les habitants à des pratiques destructrices envers l’environnement, mais aussi la pollution des sols par des produits toxiques, la pollution de l’eau, la pollution de l’air ou encore les zoonoses qui fragilisent le monde vivant.
Le problème du réchauffement climatique est immense, et ne peut être réglé qu’avec une solution : réduire les émissions de dioxyde de carbone issus des activités humaines est une évidence, mais ce n’est qu’une partie d’un défi bien plus global.
Surtout ne restons pas seul , nous avons besoin de ces millions d’organismes autour de nous qui sont pour la plupart très sympatiques et essentielles à notre avenir …..!!
Si l’homme est vraiment intelligent, ….il manque un sujet primordial dans le débat sur l’environnement écologique …….C’est le cycle de retour des matières organiques humaines « PROPRES » dans les sols en production ….Le cycle des matières organiques des animaux d’élevage animales étant à peu près en place correctement ……Le sol, celui qui fonctionne bien, le sol « vivant » a besoin de nourriture pour continuer sa production et la matière organique est sa principale nourriture (faut-il encore qu’elle soit SAINE ) L’homme a complètement raté cette aspect primordial de la gestion des effluents humains , la gestion par des STEP, (quand il y en a) est une catastrophe écologique grave (qui est prêt à publier un rapport honnête du bilan environnemental de nos STEP aujourd’hui)…..Si on est donc intelligent et que l’on veut assurer un peu d’avenir durable à nos sols agricoles, cette aberration est a reconsidérée rapidement ……Toute la production de matières fécales humaines doit absolument retourner aux sols agricoles PROPRES ( = exempt de tout produits chimiques néfastes à la vie du sol) en cycles continus ……Les grands messages de la Nature = PAS DE DÉCHETS et PHOTOSYNTHÈSE MAXIMUM
Ce site web : Les plantes et l’eau présente des connaissances classiquement abordées d’une part en physiologie végétale et en écophysiologie, d’autre part en agronomie, pour tout ce qui a trait aux relations de dépendance de la production végétale à l’eau, mais aussi à l’incidence de cette production sur la ressource en eau.
Ce site a pour objectif principal de fournir les « outils » et concepts fondamentaux ainsi que les connaissances les plus marquantes. Il se veut avant tout un guide pour explorer et se repérer dans ce domaine très étendu. Il s’adresse tout à la fois au lecteur grand public et au spécialiste. Certains chapitres s’ouvrent par un résumé qui en présente rapidement le contenu.
La forêt et l’eau dans le monde.
Dans le monde, la répartition des forêts est calquée sur la carte des précipitations ; ici est indiqué le total des précipitations annuelles en mm (1). On peut voir en particulier que la zone intertropicale, arrosée de plus de 1000 mm/an est très riche en forêts : Amazonie, Afrique ouest centrale, Asie du sud-est. A l’inverse les grandes zones désertiques, qui reçoivent moins de 200 mm/an, comme le Sahara, le sud de l’Asie, la Mongolie ou Australie, sont dépourvues de forêts. Toutefois certaines régions du monde pourtant suffisamment arrosées, telles l’ouest de l’Europe, une partie des USA, de la Chine, portent peu de forêts sous l’effet du développement de l’agriculture.
Enfin, l’extension de la forêt, comme celle des autres types de végétations, est aussi limitée par les basses températures : c’est le cas par exemple des parties nord du Canada et de la Sibérie.
(1) 1 mm = 1 litre d’eau par m2 de sol
L’eau est le seul élément qu’on trouve naturellement sur terre dans ses 3 états : solide, liquide et vapeur. L’eau est en mouvement sur le globe terrestre, selon un cycle perpétuel.
Ce cycle est animé par deux ensembles de phénomènes majeurs :
– les changements d’état de l’eau : la vaporisation, en lien avec la température, donc le rayonnement solaire ; la condensation lorsqu’il y a refroidissement, en altitude notamment dans les nuages ;
– la gravité qui provoque les écoulements, le vent qui déplace les masses d’air humides, les nuages en particulier.
Revenons au cas de la forêt. Si on s’intéresse aux échanges d’eau entre la forêt et son environnement proche, on parle du bilan hydrique. Etablir un bilan hydrique c’est faire comme pour un bilan financier : sur une certaine durée (jour, mois, année…), la différence entre les entrées d’argent et les dépenses, est égale à la variation de trésorerie. Concernant le bilan hydrique, pour une parcelle de forêt, les principaux apports d’eau sont les précipitations. Le sol constitue la réserve d’eau qu’utilisent les arbres, son maximum de stockage est appelé réserve utile. Les sorties d’eau sont multiples : les pertes par drainage, ruissellement et écoulements pour l’eau sous forme liquide, transpiration des feuilles, évaporation de l’eau de pluie à la surface des feuilles (le phénomène d’interception), évaporation à la surface du sol. Lorsque les apports d’eau sont supérieurs aux pertes, le sol se recharge, et dans le cas contraire il se dessèche. Dans la suite de cette présentation, nous détaillerons tous ces phénomènes.
Un des mouvements d’eau les plus importants pour les surfaces végétales, la forêt en particulier, est la transpiration.
La transpiration et la photosynthèse sont deux processus vitaux pour les végétaux supérieurs. Par la photosynthèse, les arbres, en utilisant la lumière comme source d’énergie, élaborent leur nourriture à partir du dioxyde de carbone (CO2) contenu dans l’atmosphère, de l’eau et des éléments minéraux du sol. La transpiration permet ainsi d’alimenter les feuilles, où se produit la photosynthèse, en eau et en éléments minéraux. La plus grande partie de cette eau est évaporée, ce qui permet en périodes chaudes d’assurer le refroidissement des feuilles.
Pour les végétaux, l’eau est ainsi au centre de leurs processus vitaux. Par la photosynthèse les végétaux fabriquent des sucres, de l’amidon et du bois, chez les arbres, constitué lui-même de cellulose et de lignine.
Dans le processus de transpiration, contrairement à certaines idées reçues, ce ne sont pas les racines qui poussent l’eau vers les feuilles. C’est bien le contraire : sous l’effet combiné du rayonnement solaire, du vent, et ceci d’autant plus que l’air est sec, l’eau s’évapore au niveau des feuilles. Cette évaporation a lieu au niveau des stomates, qui sont une multitude de minuscules ouvertures, situées sur la face inférieure des feuilles. Ce mécanisme provoque une aspiration d’eau intense qui se transmet via les nervures des feuilles, et en cascade par la multitude des vaisseaux des branches, du tronc et des racines. Ainsi, les racines se trouvent dans un état de dépression, permettant l’aspiration de l’eau du sol.
On peut construire un schéma simplifié du processus de transpiration : une fine lame d’eau s’évapore sur une surface (la feuille) connectée à des fins capillaires (les vaisseaux de la sève) allant jusqu’aux particules qui composent le sol. L’eau est aspirée dans ces capillaires et c’est à leur extrémité inférieure (dans les racines fines) que se produit l’aspiration de l’eau du sol. Tant que le sol est suffisamment humide, il s’établit ainsi un mouvement d’eau, c’est la transpiration. L’eau qui circule dans le végétal est appelée la sève brute ; elle contient certains éléments minéraux solubles provenant du sol. Mais si le sol devient trop sec, les racines ne sont plus en mesure d’extraire l’eau du sol. Dans ces conditions, les tensions dans les vaisseaux deviennent de plus en plus fortes et à un certain niveau de tension, il y a rupture des colonnes d’eau : c’est la cavitation, suivie rapidement par l’embolie, un état où les vaisseaux se retrouvent remplis d’air, rendant impossible la circulation de la sève brute. Lors des très fortes sécheresses, on peut voir en été des arbres dont les feuilles ont jauni ou roussi. Certains arbres peuvent ainsi mourir de dessèchement.
La sève brute circule donc dans la plupart des organes vivants d’un arbre. Dans le tronc, la zone de circulation a souvent la forme d’un anneau de plus ou moins grande épaisseur, qu’on peut voir sur les troncs ou les grosses branches coupés par les bûcherons, notamment chez le chêne : c’est le bois d’aubier. Le bois de cœur, qui constitue la partie centrale du tronc, est une zone morte, qui prend souvent une teinte plus sombre que celle du bois d’aubier. Plus à l’extérieur du bois d’aubier, se trouvent d’autres tissus, essentiels pour la vie de l’arbre : 1) le cambium, responsable de la croissance en diamètre, puis 2) le liber (dont le terme scientifique est le phloème), qui permet la distribution des éléments nutritifs générés par la photosynthèse des feuilles vers tous les organes vivants de l’arbre et enfin 3) l’ écorce, qui assure la protection du bois contre les agressions du milieu extérieur.
Sur certaines espèces comme le hêtre, le peuplier, le frêne, le bois d’aubier ne peut être distingué du bois de cœur, tous deux ayant la même couleur pâle. Les chercheurs utilisent alors, pour les visualiser, des colorants, injectés à la base du tronc, qui sont transportés vers le haut dans la sève brute et qui colorent le bois d’aubier.
L’observation du bois d’aubier à un fort grossissement fait apparaître un tissu complexe, poreux, constitué d’une multitude de petits éléments en forme de tuyaux dans lesquels circule la sève brute.
On distingue trois grands types de bois selon l’organisation et la dimension de ces éléments : 1) les conifères, dont le bois est très régulier, avec des éléments conducteurs de petit diamètre qui s’appellent les trachéides ; 2) les espèces à pores diffus dont les éléments conduisant la sève brute sont les vaisseaux du bois. Ces vaisseaux sont de plus gros diamètre que les trachéides des conifères et sont bien répartis dans tout le bois. Ils sont entourés d’éléments plus fins ; 3) les espèces à zone poreuse, qui montrent une structure complexe, avec de très gros vaisseaux, souvent alignés sur la circonférence, visibles à l’œil nu chez certaines espèces (le chêne par exemple). Dans ces espèces, il existe aussi des vaisseaux de plus petit diamètre et tout un ensemble d’autres éléments.
Dans le bilan hydrique d’une forêt, l’interception des précipitations, surtout des pluies, constitue un flux d’eau qui repart du couvert végétal sous forme de vapeur d’eau vers l’atmosphère. Cette eau est donc perdue pour le peuplement forestier.
L’interception correspond à l’eau qui est stockée sur les feuilles et les branches pendant une pluie, eau qui est rapidement évaporée, sans pénétrer dans la feuille. Cette évaporation peut d’ailleurs même intervenir pendant la pluie, car l’air n’est pas toujours saturé en humidité. De plus, le vent accélère cette évaporation.
L’évaluation de l’interception est relativement simple. On l’obtient en faisant la différence entre la quantité de pluie qui tombe sur la forêt, et celle qui atteint la surface du sol. La pluie incidente est en général mesurée à proximité, souvent dans une clairière. Sur certains sites, un pluviomètre est installé sur un pylône qui dépasse la hauteur des arbres. La pluie qui atteint le sol est mesurée avec un nombre important de pluviomètres disposés au sol dans la forêt. Mais, une partie de l’eau de pluie s’écoule aussi vers le sol le long des troncs : des dispositifs spécifiques en spirale sont placés autour du tronc des arbres réalisent cette mesure.
Les quantités d’eau perdues par interception sont le plus souvent très importantes, comme le montrent ces mesures réalisées en France dans des forêts de différentes espèces. Annuellement, entre 20 et 40% de l’eau est interceptée, avec des variations entre les espèces considérées. En effet, l’interception des pluies est en général plus importante pour les forêts de conifères que pour les forêts décidues (hêtre, chêne, frêne par exemple), en particulier parce que ces dernières sont dépourvues de feuilles une partie de l’année.
Les arbres utilisent l’eau du réservoir constitué par le sol pour assurer leur transpiration. Une des questions souvent posées à la recherche est : « quelle quantité d’eau transpire un arbre ou un hectare de forêt ? »
Tout d’abord, il y a plusieurs méthodes pour mesurer la transpiration des arbres. Une des plus utilisées est la mesure du débit de sève brute qui circule dans le tronc. En effet, toute l’eau de la transpiration passe dans cette partie de l’arbre. Des capteurs de mesure spécifiques et non traumatisants pour l’arbre permettent de réaliser ces mesures. Ici le capteur est constitué de deux petites sondes insérées dans le bois d’aubier d’un jeune charme en forêt. Ce capteur mesure la dissipation de la chaleur apportée par une petite résistance chauffante contenue dans une des deux sondes, cette dissipation de chaleur étant directement sous l’influence du débit de la sève. En recherche, ce type de mesure est souvent réalisé sur une population d’arbres représentatifs du peuplement étudié.
Dans cette expérience, des mesures de débit (ou flux) de sève brute ont été effectuées sur 4 jeunes hêtres dans une forêt située en Moselle lors de deux journées successives en été. Le flux de sève ne circule que la journée et il est nul la nuit. On voit que les 4 courbes sont parallèles mais qu’il existe des différences entre arbres. Certains d’entre eux transpirent plus que d’autres, ici jusqu’à 4 litres par heure. Ce sont les individus les plus gros, les plus hauts et ils ont plus de feuilles. Globalement, ces courbes de variation suivent très bien le rayonnement solaire mesuré dans un poste météorologique situé à proximité de cette forêt. Le creux important que l’on peut observer lors de la deuxième journée est due à une grosse averse orageuse qui fait chuter brusquement le flux de sève, car les feuilles se retrouvent rapidement totalement mouillées, ce qui stoppe la transpiration de tous les arbres. Après évaporation rapide de l’eau, au bout d’une à deux heures, le flux de sève reprend jusqu’au coucher du soleil.
– lors de la vie d’une forêt, la transpiration augmente au début pour atteindre un plateau au bout de 15 à 30 ans, ce qui est jeune par rapport à l’âge final, souvent proche de 100 ans, voire plus.
– pour une belle journée d’été sous un climat tempéré, ce plateau de transpiration est d’environ 4 mm/jour, soit 40 m3 d’eau par hectare.
– au début de ce cycle de vie de la forêt, les arbres sont petits mais très nombreux dans la parcelle, plusieurs milliers par hectare. Progressivement, leur nombre diminue sous l’effet de la mortalité naturelle, ou des éclaircies réalisées par le forestier, pour chuter à 100-200 par hectare.
Mais il faut savoir que la transpiration pour une surface donnée ne change pas. Ainsi, plus les arbres vieillissent, moins ils sont nombreux, et ils transpirent plus. Cette transpiration peut atteindre jusqu’à 250 litres d’eau par jour parfois plus. Des chercheurs ont estimé à plus de 1000 litres la transpiration journalière de très gros sapins de Douglas dans le nord-ouest américain.
Nous allons maintenant comparer la transpiration des forêts avec celle d’autres types de végétation.
Donc, la couverture végétale influence fortement le cycle de l’eau. En conséquence, tout changement d’utilisation des terres, par exemple la colonisation par la forêt des espaces agricoles délaissés, ou le retournement des prairies pour les remplacer par des cultures telles le maïs, ou la diminution de surface de bocages et de haies, se traduira par des modifications du cycle de l’eau, notamment le drainage, ressource en eau qui profite à d’autres activités humaines, comme les besoins des ménages, les activités industrielles ou récréatives. En France métropolitaine, de tels changements d’usage des sols se déroulent depuis des siècles. En particulier, la surface forestière a très fortement augmenté en deux siècles, modifiant profondément l’hydrologie de certaines régions, souvent en moyenne montagne.
Ces statistiques montrent les évolutions récentes de la couverture du sol sur seulement 10 années en France métropolitaine. On voit l’augmentation de surface des forêt, celle du bâti, et la diminution des prairies.
Lorsqu’on s’intéresse aux interactions entre les forêts et l’eau, la sécheresse est un facteur de toute première importance. Les forêts n’étant pas irriguées, contrairement aux cultures, elles sont directement affectées par les sécheresses.
Les sécheresses ainsi que dans une moindre mesure les excès d’eau prolongés, affaiblissent les arbres et peuvent provoquer leur mort. Cet affaiblissement ouvre la porte à tout un cortège de pathogènes et d’agresseurs, tels les maladies fongiques ou les insectes.
Ce graphique représente la gravité des sécheresses en Lorraine, lors de ces dernières décennies. On constate une grande variation d’une année sur l’autre. La majorité des années (le bandeau vert) ne sont pas ou sont seulement faiblement sèches. Mais sur cette durée (le bandeau rouge), on voit que 4 années se distinguent nettement des autres par l’intensité de leur sécheresse, ce sont les années 1976, 1983, 1992 et 2003.
L’année 2003 reste ainsi dans les mémoires comme une des années les plus sèches depuis un siècle en France, cette année-là étant de plus exceptionnellement chaude pendant les mois de juillet et d’août.
On peut voir sur ces statistiques d’inventaires en forêt le pic de mortalité de l’année 2004 : les arbres les plus atteints par la sécheresse de 2003 n’étant en effet déclarés morts que l’année suivante. On voit aussi que les résineux ont été plus touchés que les feuillus, probablement parce qu’ils avaient épuisé plus rapidement les réserves en eau de leurs sols.
Il est difficile d’être optimiste pour l’avenir. En effet, les modèles climatiques prévoient un accroissement progressif de la durée et de l’intensité des sécheresses dans une grande partie de l’Europe. Les questions qui se posent donc aux forestiers sont à la fois de trouver ou de favoriser les espèces qui seront les mieux adaptées à un climat plus aride, et d’adapter au mieux, comme le fera l’agriculteur, leurs pratiques de gestion.
Références
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