La forêt amazonienne stocke environ la moitié du carbone des forêts tropicales mondiales et représente environ un quart de l'absorption de carbone de l'atmosphère par les forêts mondiales chaque année. Par conséquent, de grandes pertes de couvert forestier amazonien pourraient aggraver le changement climatique mondial.

Autrefois, les chercheurs ont découvert qu'une grande partie de la forêt amazonienne est susceptible de basculer. Le signe révélateur est constitué de données satellitaires montrant des zones de savane et de forêt tropicale coexistant dans les mêmes conditions environnementales. Les théories de la dynamique non linéaire suggéreraient alors que les deux états sont des résultats stables alternatifs. Cette soi-disant bistabilité signifie que des chocs tels que le défrichement des forêts ou la sécheresse pourraient entraîner une augmentation spectaculaire des incendies et faire basculer une zone de forêt tropicale dans la savane. Les zones qui ont connu cette transition resteraient alors enfermées dans cet état de savane jusqu'à ce que des augmentations suffisamment importantes des précipitations et le relâchement des pressions humaines permettent aux forêts de repousser plus rapidement qu'elles ne sont perdues par les incendies intermittents.

Bert Wuyts, un doctorant de quatrième année au Bristol Centre for Complexity Sciences et auteur principal de l'article, a déclaré:"J'ai décidé de jeter un nouveau regard sur les données et une image très différente est apparue lorsque j'ai contrôlé la saisonnalité et retiré tous les points de données des images satellites qui représentaient des emplacements qui avaient été soumis à l'influence humaine. Soudain, la propriété de la bistabilité disparu presque complètement."

Bert, qui a fait cette découverte en première année de doctorat, pensait que cela semblait le plus déroutant, alors il a fait équipe avec le professeur Alan Champneys, un théoricien au département de mathématiques de l'ingénieur, et Dr Jo House, un expert sur le changement d'affectation des terres de l'École des sciences géographiques. Au cours des deux dernières années, ils ont examiné ces résultats avec rigueur.

Alain Champneys, Professeur de Mathématiques Non-linéaires Appliquées, a ajouté : « Quand j'ai accepté pour la première fois de co-encadrer le doctorat de Bert, Je craignais de n'avoir aucune expertise en mathématiques nécessaires pour étudier les effets observés dans les données satellitaires. Heureusement, Bert est un étudiant superbement indépendant et Jo était sur place en tant qu'expert sur le terrain.

"Cependant, je ne me rendais pas compte que la clé pour comprendre les observations de Bert était la même théorie de formation de modèles que j'ai beaucoup utilisée auparavant. Pour moi, cela montre le pouvoir de la collaboration interdisciplinaire et aussi l'omniprésence des mathématiques et de la science des données pour expliquer des phénomènes apparemment sans rapport. "

Les recherches antérieures semblent avoir échoué à prendre en compte l'interaction spatiale et les effets de bord entre les zones voisines, généralement par les incendies de forêt naturels. La prise en compte de ces termes conduit à la théorie de la réaction-diffusion, largement utilisé pour prédire la formation de modèles spatiaux en physique et en chimie. Selon la théorie, il devrait y avoir une frontière distincte entre la forêt et la savane prévisible à partir du climat et des sols.

La clé était de reconnaître que la proximité des cultures humaines agit comme un troisième facteur déterminant. Les forêts plus proches des cultures humaines sont sujettes à l'exploitation forestière et à l'érosion par les incendies provenant des zones cultivées ouvertes. Cela provoque un déplacement de la frontière forêt-savane vers des zones plus humides.

La bonne nouvelle, c'est que tant qu'il reste de la forêt, la déforestation ne verrouillera pas les zones actuellement boisées dans un état de savane. Cela signifie que la récupération de la forêt dans les zones déboisées devrait avoir lieu dès que ces zones seront libérées des pressions humaines. Néanmoins, il existe un deuxième mécanisme qui pourrait conduire à une bistabilité du couvert forestier amazonien, qui n'a pas été pris en compte dans cette recherche.

Des recherches antérieures ont montré via des simulations que la forêt amazonienne peut avoir un effet positif sur les précipitations régionales. Grâce à ce mécanisme, la perte de forêt peut entraîner une diminution des précipitations entraînant une nouvelle perte de forêt. Que le changement climatique ou la déforestation puissent encore transformer définitivement la forêt amazonienne en savane dépend de l'importance de ce second mécanisme et fait l'objet de recherches plus approfondies.