Le 20 septembre, 2017, L'ouragan Maria a déferlé sur Porto Rico avec des vents allant jusqu'à 250 km/h et une pluie battante qui a inondé les villes, détruit les réseaux de communication et détruit le réseau électrique. Dans les montagnes centrales accidentées et le nord-est luxuriant, Maria déchaîna sa fureur alors que des vents violents défoliaient complètement les forêts tropicales et cassaient et déracinaient les arbres. De fortes pluies ont déclenché des milliers de glissements de terrain qui ont fauché des pans de montagnes escarpées.

En avril, une équipe de scientifiques de la NASA s'est rendue à Porto Rico avec des instruments aéroportés pour évaluer les dommages causés par l'ouragan Maria aux forêts de l'île.

"De l'air, l'étendue des dégâts de l'ouragan était surprenante, " a déclaré le scientifique de la Terre de la NASA Bruce Cook, qui a mené la campagne. « Le dense, les auvents imbriqués qui recouvraient l'île avant la tempête ont été réduits à un enchevêtrement d'arbres abattus et de survivants isolés, dépouillés de leurs branches."

Les satellites d'observation de la Terre de la NASA surveillent les forêts du monde pour détecter les changements saisonniers de la couverture végétale ou les pertes forestières abruptes dues à la déforestation, mais à des échelles spatiales et temporelles trop grossières pour voir des changements. Pour avoir un aperçu plus détaillé, La NASA a fait voler un instrument aéroporté appelé Goddard's Lidar, Imageur hyperspectral et thermique, ou G-LiHT. Du ventre d'un petit avion volant à mille pieds au-dessus des arbres, G-LiHT a collecté plusieurs mesures des forêts de l'île, y compris des photographies haute résolution, les températures de surface et les hauteurs et la structure de la végétation.

Le Service des forêts des États-Unis, le Fish and Wildlife Service des États-Unis, l'Agence fédérale de gestion des urgences et la NASA ont financé la campagne aéroportée.

L'équipe a volé plusieurs des mêmes pistes avec G-LiHT qu'au printemps 2017, mois avant que l'ouragan Maria n'atteigne terre, dans le cadre d'une étude sur la repousse des forêts tropicales sur des terres agricoles abandonnées. La comparaison avant-après montre que les forêts de l'île sont encore sous le choc de l'impact de l'ouragan.

En utilisant le lidar, un système de télémétrie qui tire 600, 000 impulsions laser par seconde, l'équipe a mesuré les changements dans la hauteur et la structure des forêts portoricaines. Les dégâts sont palpables. Les forêts près de la ville d'Arecibo au nord de l'île poussent sur des collines calcaires avec peu de sol pour stabiliser les arbres. Par conséquent, l'ouragan a cassé ou déraciné 60 pour cent des arbres là-bas. Au nord-est, sur les pentes de la forêt nationale d'El Yunque, l'ouragan a coupé les forêts, réduisant leur taille moyenne d'un tiers.

Les données de G-LiHT ne sont pas seulement utilisées pour capturer l'état des forêts de l'île; il s'agit d'un outil de recherche important pour les scientifiques qui suivent l'évolution des forêts à mesure qu'elles se remettent d'un événement aussi majeur.

"[L'ouragan] Maria a appuyé sur le bouton de réinitialisation sur de nombreux processus différents qui développent les forêts au fil du temps, " dit Doug Morton, un scientifique de la Terre au Goddard Spaceflight Center de la NASA et co-investigateur G-LiHT. "Maintenant, nous observons beaucoup de ces processus à des vitesses d'avance rapide alors que de vastes zones de l'île se rétablissent, avec des arbres survivants et de nouveaux semis se prélassant en plein soleil."

Parmi les zones que l'équipe a beaucoup survolées se trouvait la forêt nationale d'El Yunque, que l'ouragan Maria a frappé de plein fouet. Le Service des forêts des États-Unis gère El Yunque, une forêt tropicale humide, ainsi que ses parcelles de recherche désignées, qui ont été créés à la fin des années 1930. Les scientifiques universitaires et gouvernementaux effectuent toutes sortes de recherches, y compris la mesure des arbres individuels pour suivre leur croissance, compter les fleurs et les graines pour surveiller la reproduction, et l'analyse d'échantillons de sol pour suivre les nutriments nécessaires à la croissance des plantes.

Une évaluation importante de la santé d'un arbre est sa couronne, qui comprend la forme générale d'une cime d'arbre, avec ses branches, tiges et feuilles. Les vents d'ouragan peuvent fortement endommager les cimes des arbres et réduire considérablement le nombre de feuilles pour créer de l'énergie grâce à la photosynthèse.

"Sept mois seulement après la tempête, les arbres survivants chassent de nouvelles feuilles et repoussent des branches afin de retrouver leur capacité à récolter la lumière du soleil grâce à la photosynthèse, " Morton a dit, tout en notant également que la survie des arbres endommagés dans les années à venir est une question ouverte.

Bien qu'il soit difficile d'évaluer les cimes des arbres en détail à partir du sol, de l'air, l'instrument lidar de G-LiHT peut dériver la forme et la structure de tous les arbres sur sa trajectoire de vol. La campagne aéroportée au-dessus de Porto Rico était suffisamment étendue pour fournir des informations sur la structure et la composition de la canopée forestière globale, ouvrant un éventail de possibilités de recherche.

"De violentes tempêtes comme Maria favoriseront certaines espèces et en détruiront d'autres, " dit Maria Uriarte, un écologiste de l'Université Columbia qui a étudié la forêt nationale d'El Yunque pendant 15 ans et travaille avec l'équipe de la NASA pour valider les données de vol avec des observations au sol. "Les études au niveau de la parcelle nous disent comment cela se passe dans une petite zone, mais les dommages à un endroit particulier dépendent de la proximité de la trajectoire de la tempête, topographie, sols et les caractéristiques de chaque parcelle de forêt. Cela rend difficile la généralisation à d'autres forêts de l'île. »

Mais avec les données G-LiHT, les scientifiques peuvent étudier les impacts des tempêtes sur une zone beaucoup plus vaste, Uriarte continua. "Ce qui est vraiment excitant, c'est que nous pouvons poser un ensemble de questions complètement différent, " dit-elle. " Pourquoi une zone a-t-elle plus de dégâts que d'autres ? Quelles espèces sont les plus touchées sur l'île ? »

Comprendre l'état de la canopée forestière a également des implications de grande envergure pour le reste de l'écosystème, car le couvert arboré est essentiel à la survie de nombreuses espèces. Par exemple, des oiseaux tels que le perroquet Iguaca indigène utilisent la canopée pour se cacher des faucons prédateurs. La verrière crée également une glacière, milieu humide propice à la croissance des semis d'arbres et des lézards et grenouilles qui peuplent le sol forestier. Les ruisseaux refroidis par l'ombre dense les rendent également habitables pour une grande diversité d'autres organismes.

Pourtant, du même coup, d'autres plantes et animaux qui étaient autrefois désavantagés bénéficient maintenant des changements apportés par la perte de la canopée.

"Certains lézards vivent dans la canopée, où ils prospèrent au sec, conditions plus ensoleillées, " a déclaré l'herpétologue Neftali Ríos-López, professeur agrégé au campus de l'Université de Porto Rico-Humacao. "En raison de l'ouragan, ces conditions plus sèches qui étaient autrefois exclusives à la canopée se sont maintenant étendues jusqu'au sol de la forêt. En conséquence, ces animaux sont mieux adaptés à ces conditions et ont commencé à déplacer et à substituer des animaux adaptés aux conditions autrefois plus fraîches. »

"Qui sont les gagnants et les perdants dans ce nouvel environnement ? C'est une question importante dans tout ça, " a déclaré Doug Morton de la NASA. Au cours de la campagne aéroportée, il a passé plusieurs jours dans les parcelles de recherche d'El Yunque à prendre des images tridimensionnelles du sol forestier pour compléter les données de G-LiHT. Il a dit qu'il est clair que les paumes, qui a mieux résisté aux vents de l'ouragan que les autres feuillus, sont parmi les bénéficiaires actuels de la forêt désormais inondée de soleil. Et ce n'est pas une mauvaise chose.

"Les palmiers vont former une composante majeure de la canopée de cette forêt pour la prochaine décennie ou plus, et d'une certaine manière, ils aideront à faciliter la récupération du reste de cette forêt, " a déclaré Morton. " Les palmiers fournissent un peu d'ombre et de protection pour la flore et la faune qui recolonisent la région. C'est encourageant."

Les implications de cette recherche s'étendent au-delà de l'écosystème forestier, à la fois dans le temps et dans l'espace, dit Grizelle Gonzalez, un écologiste de recherche avec le Service des forêts des États-Unis et chef de projet pour les parcelles de recherche à El Yunque. Par exemple, elle a souligné que l'ouragan avait inondé les ruisseaux de montagne et les avait remplis de sédiments qui se sont finalement déversés dans l'océan. Les sédiments peuvent avoir un impact négatif sur la qualité de l'eau potable ainsi que sur les communautés coralliennes dont dépendent les pêcheries pour leur subsistance et leur commerce.

"C'est beau de voir qu'autant d'agences fédérales se sont réunies pour collaborer sur ce travail important parce que les forêts jouent un rôle clé dans tout, de la biodiversité et de l'économie à la santé publique, ", a déclaré Gonzalez.

Les données G-LiHT ont également des implications mondiales. En juillet, l'équipe se rend en Alaska pour continuer à arpenter les vastes forêts de l'intérieur de l'État afin de mieux comprendre les impacts du réchauffement accéléré de l'Arctique sur les forêts boréales, lequel, à son tour, jouent un rôle clé dans le refroidissement du climat de la Terre en séquestrant le carbone de l'atmosphère. "G-LiHT nous permet de collecter des données de recherche à l'échelle d'arbres individuels dans de vastes paysages, " Morton a déclaré. "Les forêts de l'Alaska à Porto Rico sont en constante évolution en réponse au réchauffement climatique et aux perturbations telles que les incendies et les ouragans."