Les forêts tropicales du monde entier jouent un rôle clé dans le cycle mondial du carbone et abritent plus de la moitié des espèces dans le monde. Cependant, l'augmentation de l'utilisation des terres au cours des dernières décennies a causé des pertes sans précédent de forêts tropicales. Des scientifiques du Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ) ont adapté une méthode de la physique pour décrire mathématiquement la fragmentation des forêts tropicales. Dans la revue scientifique La nature , ils expliquent comment cela leur permet de modéliser et de comprendre la fragmentation des forêts à l'échelle mondiale. Ils ont découvert que la fragmentation des forêts sur les trois continents est proche d'un point critique au-delà duquel le nombre de fragments augmentera fortement. Cela aura de graves conséquences sur la biodiversité et le stockage du carbone.

Afin d'analyser les schémas mondiaux de fragmentation des forêts, un groupe de recherche UFZ dirigé par le professeur Andreas Huth a utilisé des données de télédétection quantifiant la couverture forestière sous les tropiques dans une résolution extrêmement élevée de 30 mètres, résultant en plus de 130 millions de fragments de forêt. A leur grande surprise, ils ont constaté que les tailles des fragments sur les trois continents ont des distributions de fréquences similaires. Par exemple, le nombre de fragments de forêt inférieur à 10, 000 hectares est similaire dans les trois régions - 11,2 pour cent en Amérique centrale et du Sud, 9,9 % en Afrique et 9,2 % en Asie du Sud-Est. "C'est surprenant, parce que l'utilisation des terres diffère sensiblement d'un continent à l'autre, " dit le Dr Franziska Taubert, mathématicien dans l'équipe de Huth et premier auteur de l'étude. Par exemple, de très grandes zones forestières sont transformées en terres agricoles dans la région amazonienne. Par contre, dans les forêts d'Asie du Sud-Est, les espèces d'arbres économiquement attrayantes sont souvent prélevées dans la forêt.

Lors de la recherche d'explications pour les modèles de fragmentation identiques, les modélisateurs UFZ ont trouvé leur réponse dans la physique. "La distribution de la taille des fragments suit une loi de puissance avec des exposants presque identiques sur les trois continents, " dit le biophysicien Andreas Huth. De telles lois de puissance sont connues d'autres phénomènes naturels tels que les incendies de forêt, glissements de terrain et tremblements de terre. La percée de leur étude est la capacité de dériver les lois de puissance observées de la théorie de la percolation. "Cette théorie affirme que dans une certaine phase de déforestation, le paysage forestier présente des fractales, structures auto-similaires, c'est-à-dire des structures que l'on retrouve encore et encore à différents niveaux, " explique Huth. " En physique, ceci est également appelé point critique ou transition de phase, qui par exemple se produit également lors du passage de l'eau de l'état liquide à l'état gazeux, " a ajouté le co-auteur, le Dr Thorsten Wiegand de l'UFZ. Un aspect particulièrement fascinant de la théorie de la percolation est que cette distribution de taille universelle est, au point critique, indépendant des mécanismes à petite échelle qui ont conduit à la fragmentation. Cela explique pourquoi les trois continents présentent des schémas de fragmentation à grande échelle similaires.

L'équipe UFZ a comparé les données de télédétection des trois régions topiques avec plusieurs prédictions de la théorie de la percolation. À l'appui de leur hypothèse, ils ont trouvé un accord non seulement pour la distribution de la taille des fragments, mais aussi pour deux autres indicateurs importants :la dimension fractale et la distribution de longueur des bords des fragments. « Cette théorie physique permet de décrire les processus de déforestation sous les tropiques, " conclut le Dr Rico Fischer, co-auteur de l'étude. Cette approche peut également être utilisée pour prédire comment la fragmentation des forêts tropicales va progresser au cours des prochaines décennies. "Particulièrement près du point critique, des effets dramatiques sont à prévoir même dans le cas d'une déforestation relativement mineure, " ajoute Taubert.

En utilisant des scénarios qui supposent des taux de défrichement et de reboisement différents, les scientifiques ont modélisé combien de fragments de forêt peuvent être attendus d'ici 2050. Par exemple, si la déforestation se poursuit dans les tropiques d'Amérique centrale et du Sud au rythme actuel, le nombre de fragments sera multiplié par 33, et leur taille moyenne passera de 17 ha à 0,25 ha. La tendance à la fragmentation ne peut être stoppée qu'en ralentissant la déforestation et en reboisant plus de zones que la déforestation, actuellement une option peu probable. Futures missions satellitaires, tels que Tandem-L, sont d'une grande importance pour la détection rapide et fiable de ces tendances.

La fragmentation avancée des forêts tropicales aura de graves conséquences pour la biodiversité et le stockage du carbone. La biodiversité souffre parce que de nombreuses espèces animales rares dépendent de grandes parcelles forestières. Par exemple, le jaguar a besoin d'environ 10, 000 hectares de forêt contiguë pour survivre.

La fragmentation croissante des forêts a également un impact négatif sur le climat. Une équipe UFZ dirigée par Andreas Huth précédemment décrite dans Communication Nature que la fragmentation de zones forestières tropicales autrefois connectées pourrait augmenter les émissions de carbone dans le monde d'un autre tiers, autant d'arbres meurent et moins de dioxyde de carbone est stocké à la lisière des fragments de forêt.