Près de 25 pour cent de la population mondiale souffrant de malnutrition vit en Afrique subsaharienne, où plus de 300 millions de personnes dépendent du maïs, ou le maïs, comme leur principale source de nourriture. Le maïs est le produit agricole le plus largement récolté en Afrique et est cultivé par de petits agriculteurs qui dépendent fortement de l'eau de pluie plutôt que de l'irrigation. La culture est donc extrêmement sensible à la sécheresse, et depuis 2015, sa production a chuté de façon spectaculaire en raison de conditions de sécheresse record en Afrique australe et orientale.

Maintenant, les scientifiques du MIT ont découvert que le changement climatique aggravera probablement encore les conditions de sécheresse dans certaines parties du continent, refaçonnant considérablement la production de maïs dans toute l'Afrique subsaharienne à mesure que les températures mondiales augmenteront au cours du prochain siècle.

Dans un article publié en ligne cette semaine dans la revue Earth's Future, les chercheurs rapportent que, si les températures moyennes mondiales augmentent de 4 degrés Celsius d'ici 2100, une grande partie de l'Afrique australe et de la région du Sahel, juste au sud du désert du Sahara, régions qui contribuent à une part importante de la production de maïs en Afrique, connaîtra une aridité accrue, ce qui, à son tour, devrait diminuer de plus de 20 pour cent les rendements des cultures de maïs dans certains pays.

« [Le maïs] est une culture relativement sensible à la sécheresse dans une région où la production agricole est principalement pluviale, " dit l'auteur principal Amy Dale, un post-doctorant au Département de la Terre du MIT, Sciences de l'atmosphère et des planètes (EAPS). « Si sous le changement climatique nous avons des changements de température et de précipitations, c'est sans doute l'une des pires régions du monde où nous allons voir des impacts vraiment négatifs sur la production agricole et les populations mal nourries. »

L'analyse des chercheurs montre également que l'impact du changement climatique est moins certain pour les régions les plus arides d'Afrique subsaharienne, y compris les régions semi-arides qui produisent plus de 40 pour cent du maïs d'Afrique subsaharienne.

Kenneth Strzepek, co-auteur de l'article et chercheur dans le programme conjoint du MIT sur la science et la politique du changement global, affirme que les résultats de l'étude fournissent une carte de l'évolution des conditions agricoles au cours du siècle prochain, ainsi que là où l'impact du changement climatique est encore moins clair. Toutes ces informations, il dit, est essentiel pour les planificateurs gouvernementaux qui visent à développer l'économie et les infrastructures de l'Afrique.

"Ils sont confrontés à un grand problème de savoir comment concevoir des politiques de développement face au risque du changement climatique, ", dit Strzepek. "Les gouvernements veulent être audacieux et construire des infrastructures dans certaines régions, mais dans 30 ans pouvons-nous nous permettre de faire échouer [ces structures] ? Le genre de résultats qui sortent de cette étude sont précieux dans la façon dont [le développement] va de l'avant."

Les co-auteurs de Strzepek et Dale incluent Charles Fant, un ancien post-doctorant; Megan Lickley, un étudiant diplômé de l'EAPS; et Susan Salomon, le professeur Lee et Geraldine Martin d'études environnementales à l'EAPS.

Exécuter les nombres

Pour évaluer l'impact du changement climatique sur la production de maïs, les chercheurs ont adopté une approche multimodèle, combinaisons de travail des prévisions du modèle climatique mondial dans un modèle de culture open source qui simule les rendements des cultures au cours des saisons de croissance successives.

Ils ont adapté le modèle de culture pour simuler la production de maïs en Afrique, diviser d'abord le continent en un quadrillage, chaque cellule de la grille mesurant environ 200 kilomètres carrés. Ils ont appliqué le modèle de culture pour simuler la croissance du maïs pour chaque cellule de la grille, alimenter le modèle en différentes entrées pour chaque réseau local, telles que les propriétés du sol et la superficie des cultures récoltées dans une région donnée - toutes les données qu'ils ont obtenues à partir d'ensembles de données accessibles au public.

L'équipe a exécuté le modèle de culture sous 122 scénarios climatiques futurs, ou des projections de température et de précipitations. Des projections médianes ont été calculées pour chacun des cinq « ensembles » de modèles climatiques – des ensembles de simulations qui représentent soit des combinaisons de différents modèles climatiques, soit un seul modèle exécuté plusieurs fois.

La comparaison des résultats pour chaque type d'ensemble met en lumière les principales sources d'incertitude dans les prévisions des modèles. Cette analyse a montré que la nature « chaotique » du système climatique, ou son extrême sensibilité à l'état initial du système climatique supposé dans chaque modèle, était une source majeure d'incertitude.

Un avenir incertain

En combinant les modèles de climat et de culture, l'équipe a simulé les rendements de maïs en Afrique pour les années 2030, 2050, et 2090, dans deux scénarios de changement climatique dans lesquels les températures annuelles moyennes mondiales augmenteraient de 2 ou 4 degrés Celsius d'ici 2100 sous différentes trajectoires de concentration de gaz à effet de serre. Ces scénarios sont décrits dans le cinquième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat, comme « Voie de concentration représentative 4,5 et 8,5 ».

Sur la plus grande partie du continent, les chercheurs ont découvert que la plupart des modèles climatiques s'accordaient sur la direction du changement dans la production de maïs en raison du changement climatique. Dans le pire des cas, dans laquelle les températures mondiales augmenteront de 4 degrés Celsius, ces modèles estiment que le Sahel et l'Afrique australe connaîtront des pertes de rendement généralisées, avec certaines cellules de la grille montrant des pertes allant jusqu'à 50 pour cent. Les simulations les plus pessimistes prévoient une réduction de 30 pour cent de la production de maïs en Afrique australe d'ici 2090, avec des pertes en Zambie atteignant 40 pour cent.

Les modèles s'accordent également sur l'effet du changement climatique dans les sous-régions de l'Afrique de l'Est, prédisant que les hauts plateaux éthiopiens et la Corne de l'Afrique connaîtront des rendements de maïs légèrement plus élevés. La production de maïs en Afrique centrale restera plus ou moins la même, car les forêts tropicales humides y reçoivent des précipitations régulières et sont généralement résilientes au changement climatique.

Dale et ses collègues ont observé que les modèles climatiques produisaient une gamme beaucoup plus large de prévisions - et donc un degré d'incertitude plus élevé - dans les régions les plus arides d'Afrique. Certains modèles prédisaient des changements positifs dans les rendements des cultures, tandis que d'autres ont estimé des effets plus négatifs dans les régions désertiques et de savane.

"Ce que cela implique, c'est nous avons besoin de stratégies de gestion résistantes à l'incertitude, " dit Dale. " Des changements à l'échelle de la ferme comme le changement de cultivars, l'expansion de l'irrigation et de la gestion des nutriments, changements de dates de plantation, et une capacité institutionnelle accrue comme les programmes d'assurance, soutien à la recherche, et l'amélioration du transport des aliments. Nous devons réfléchir à des approches à multiples facettes pour nous adapter au changement climatique. »

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.