Les forêts tropicales ont été appelées les poumons de la planète. Ils absorbent de grandes quantités de dioxyde de carbone, abritent la plus grande diversité de plantes et d'animaux au monde, et emploient des millions de personnes. Et ces écosystèmes chauds, souvent une mosaïque d'arbres et de prairies, sont profondément altérés par l'exploitation forestière et d'autres changements dans l'utilisation des terres.

Maintenant, une équipe de scientifiques a fait une découverte fondamentale sur la façon dont les incendies à la lisière de ces forêts contrôlent leur forme et leur stabilité. Leur étude implique que lorsque des parcelles de forêt tropicale perdent leur forme naturelle, cela pourrait contribuer à la soudaine, même catastrophique, transformation de cette terre des arbres en herbe.

Les nouvelles connaissances pourraient aider à protéger les forêts tropicales et permettre aux gestionnaires des terres de créer de nouveaux outils pour prédire la stabilité à la fois des parcelles forestières individuelles et des forêts plus vastes à l'échelle régionale.

L'étude a été publiée le 26 mars dans la revue Lettres d'écologie .

Loi de la forêt

À l'aide de données satellitaires à haute résolution provenant de forêts protégées de la région de savane du Cerrado brésilien, les scientifiques ont découvert que la forme de ces forêts naturelles suit une relation mathématique prévisible entre le périmètre d'une forêt et sa superficie, indépendamment de sa région climatique ou de sa taille. Ils appellent cela une "loi de puissance 3/4" et cela signifie approximativement que les forêts tendent toutes vers des formes qui ne sont ni minces comme une ligne, ni rond et lisse comme un cercle. « Si une forêt pouvait pousser facilement dans toutes les directions, on s'attendrait à un cercle, " dit Laurent Hébert-Dufresne, un informaticien de l'Université du Vermont qui est l'auteur principal de la nouvelle étude, "mais ce que nous voyons en fait est plus dendritique, un peu comme une pieuvre ou un cercle déformé."

L'équipe de six scientifiques, dont des modélisateurs, écologistes et physiciens de l'UVM, l'Institut de Santa Fe, Stanford, Université de Boston, Princeton, et l'Université de Washington - montrent que la loi des 3/4 est vraie pour de minuscules fragments de forêt pas beaucoup plus gros qu'un terrain de basket jusqu'à de grandes parcelles de forêt couvrant des dizaines de kilomètres carrés.

Les scientifiques ont combiné leur compréhension des données du monde réel avec les résultats d'un nouveau modèle informatique pour expliquer pourquoi cela se produit :incendies, qui brûlent facilement dans les prairies entourant les forêts - et brûlent les lisières humides des forêts - sont en lutte constante avec la croissance expansive des forêts dans les prairies. Ce jeu à la lisière entre herbe et forêt, les scientifiques ont découvert, crée des parcelles de forêt qui convergent vers une forme stable.

Les résultats du modèle des scientifiques correspondaient aux résultats observés dans de vraies forêts au Brésil. Et une expérience que les scientifiques ont menée sur leur modèle montre que le sort des parcelles de forêt au fil du temps, qu'elles s'étendent ou se contractent, est déterminé par leur forme initiale. Ceux aux formes compactes de toutes tailles, heures supplémentaires, convergent vers la relation de mise à l'échelle 3/4-puissance plus semblable à une pieuvre, tandis que ceux avec des formes minces et des ratios périmètre/surface plus importants se sont effondrés, disparaissant dans les prairies ou se fragmentant en très petites parcelles.

Ce qui signifie que cette relation entre le périmètre d'une forêt et sa superficie peut aider à prédire la stabilité des parcelles de forêt individuelles. Les scientifiques sont optimistes quant au fait que l'étude peut conduire à des outils pratiques qui montrent à quel point une parcelle de forêt aménagée s'écarte de cette géométrie naturelle aidera à déterminer sa stabilité dans le temps.

Changement d'état

Et la nouvelle recherche présente des idées à une plus grande échelle, échelle régionale sur le sort possible des forêts du Brésil. "Prendre du recul et considérer l'échelle macro - ne pas regarder la forme de chaque patch, mais, au lieu, à l'état de l'ensemble du système - le modèle suggère que l'effondrement de la forêt à la prairie peut être dramatique, " dit Andrew Berdahl, chercheur au Santa Fe Institute et auteur principal de l'étude. « Ces locaux, les effets à petite échelle—la croissance du périmètre et le brûlage des lisières—peuvent conduire à une transition critique dans toute une région forestière entre un état dominé par la forêt et un état dominé par l'herbe. difficile de récupérer les forêts. "C'est comme descendre d'une falaise, " dit Berdahl. " Vous ne pouvez pas simplement reculer. "

Les écologistes ont historiquement examiné les éléments d'une forêt pour comprendre son état, en se concentrant souvent sur ses plantes et ses animaux, mais il y a eu peu d'exploration de la géométrie des forêts et de son importance. La nouvelle étude montre un rôle puissant pour le feu dans la forme des forêts tropicales du Brésil, « et nous aimerions maintenant voir si ce modèle est vrai dans d'autres parties du monde, " dit Hébert-Dufresne de l'UVM, professeur adjoint au Département d'informatique et membre du Complex Systems Center de l'UVM. "Disons qu'en Afrique, nous constatons que les éléphants poussant sur les arbres change l'équation, ou la sécheresse en Australie - ce serait très intéressant. » Et il aimerait étendre la recherche pour voir si la relation observée dans le nouveau modèle - dérivé des forêts sauvages - est vraie dans les forêts exploitées et autres forêts gérées au Brésil.

« Notre point fondamental est que la forme d'une forêt est très importante, " il dit, "et que sa forme est directement liée à sa stabilité."