Comment les arbres s'adaptent-ils aux effets du réchauffement climatique ? Des chercheurs de l'EPFL ont étudié comment les hêtres et les épicéas, deux des espèces végétales les plus répandues en Europe, réagissent aux changements de température. Et ils ont découvert que la quantité d'humidité dans l'air joue un rôle décisif.

Températures en hausse, des précipitations de plus en plus intenses et des périodes de sécheresse prolongées sont quelques-uns des effets connus du changement climatique. Mais comment les arbres y réagissent-ils ? Découvrir, une équipe de chercheurs de l'EPFL et de l'Institut Fédéral des Forêts, Snow and Landscape Research (WSL) a étudié deux des espèces végétales les plus répandues en Suisse et dans le reste de l'Europe :le hêtre et l'épicéa. L'étude, qui a été récemment publié dans Biologie du changement global , a révélé que chaque espèce réagit différemment, la quantité d'humidité dans l'air jouant un rôle plus important qu'on ne le pensait auparavant.

"Pour savoir à quoi pourraient ressembler les forêts à l'avenir, nous devons comprendre comment chaque espèce végétale réagira au changement climatique, " explique Constant Signarbieux, le scientifique en charge de l'étude, qui a été réalisée au Laboratoire des systèmes écologiques (ECOS) de l'EPFL.

Les chercheurs ont observé des gaules de cinq à sept ans des deux espèces pendant quatre ans, de 2012 à 2015. Les gaules ont été récoltées au col du Marchairuz dans les montagnes du Jura pendant les mois les plus froids, puis replanté à trois endroits à des altitudes différentes :dans le petit village de St-Georges (au 1, 010 mètres), dans l'Arboretum du Vallon à Aubonne (à 570 mètres), et dans le parc de la Fondation des Bois Chamblard, gérée par l'EPFL, au bord du lac Léman (395 mètres). Un quatrième groupe de gaules a été maintenu à son altitude d'origine de 1, 350 mètres et utilisé comme groupe témoin.

"La transplantation de ces jeunes arbres à des altitudes plus basses nous a permis de simuler l'impact d'une augmentation de température moyenne comprise entre 1 et 6°C, conformément à ce qui est prévu d'ici 2100 sur la base d'un certain nombre de scénarios de changement climatique, " explique Signarbieux.

Hêtre ou pas hêtre ?

En mesurant régulièrement le tronc et les quatre branches principales de chaque arbre, les chercheurs ont pu estimer la biomasse des arbres. Ils ont remarqué que l'augmentation de la température prolongeait la saison de croissance – la période entre l'apparition des premières nouvelles feuilles ou aiguilles au printemps jusqu'à leur jaunissement à l'automne – de manière similaire pour chaque espèce. Cependant, les deux espèces ont montré une croissance de la biomasse très différente. Les hêtres ont bien résisté à la hausse des températures, florissant rapidement et s'acclimatant plus facilement aux températures plus chaudes que les épinettes. "Les épicéas sont une espèce plus conservatrice et s'adaptent peut-être plus lentement, " dit le chercheur. " Cela pourrait avoir un impact immédiat sur nos forêts, car les hêtres sont plus susceptibles d'être prédominants à l'avenir. »

Les chercheurs ne se sont pas arrêtés là. Ils voulaient en savoir plus sur les raisons pour lesquelles les deux espèces se sont développées à des rythmes différents – et la raison a été assez surprenante. Leurs analyses ont révélé que cela n'avait rien à voir avec la photosynthèse ou la quantité d'eau dans le sol. Au lieu, tout était dû au déficit de pression de vapeur (VPD) – la différence entre la quantité d'humidité dans l'air et la quantité maximale d'humidité que l'air peut potentiellement contenir à une température donnée. Cela donne une indication du degré de sécheresse de l'air et de la pression qui en résulte dans le système d'eau de la plante.

Tout est question d'aspiration

Les feuilles d'une plante contiennent des pores microscopiques, appelé stomates, qui régulent la façon dont les gaz se déplacent entre les feuilles et l'atmosphère. "Les plantes utilisent ces stomates pour absorber le CO2 de l'air par diffusion, " explique Signarbieux. " Quand les pores s'ouvrent pour laisser entrer le gaz, l'eau s'échappe des feuilles en même temps. Ce processus est connu sous le nom de transpiration et se produit parce qu'il y a toujours plus d'humidité dans la plante que dans l'air. C'est ce qui crée la succion qui tire l'eau et la sève du sol à travers les racines, le long de la tige et dans les feuilles."

Plus l'air est sec, plus le VPD est élevé et plus l'effet d'aspiration sera important. Lorsqu'il y a plusieurs jours consécutifs avec un VPD élevé - un phénomène de plus en plus régulier en raison du changement climatique - les plantes sont soumises à une pression croissante. Mais différentes plantes réagissent de différentes manières, comme le montrent les deux espèces étudiées. Avant même qu'il n'y ait plus d'eau dans le sol, les épicéas referment leurs stomates pour éviter tout stress hydrique supplémentaire. Hêtres, cependant, sont plus tolérants à ce type de stress et attendent plus longtemps avant de fermer leurs stomates, ce qui leur permet de continuer à absorber du CO2 et donc de continuer à croître. Cela leur donne un avantage concurrentiel sur les épicéas.

Autrefois, Les températures moyennes saisonnières ou annuelles et les précipitations ont été utilisées pour analyser les réponses des plantes à leur environnement. Mais ces facteurs à eux seuls n'expliquent pas pourquoi les hêtres et les épicéas poussent à des rythmes si différents. Ce qui rend cette étude vraiment originale et révolutionnaire, c'est que les chercheurs ont pris en compte une autre variable souvent négligée :le nombre d'heures pendant lesquelles le VPD était au-dessus d'un certain seuil critique, indiquant que l'usine connaissait des conditions exceptionnellement sèches. Les biologistes ont maintenant l'intention d'étendre leurs recherches à d'autres espèces, dans l'espoir de créer une représentation graphique de ce à quoi ressembleront les forêts d'Europe à l'avenir - et de contribuer à garantir qu'elles sont gérées et utilisées de manière durable.