Les climatologues n'ont pas correctement pris en compte ce que les plantes font la nuit, et cela, il s'avère, est une erreur. Une nouvelle étude du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du ministère de l'Énergie a révélé que l'absorption de nutriments végétaux en l'absence de photosynthèse affecte les émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère.

Dans une étude publiée aujourd'hui dans Nature Changement Climatique , l'auteur principal William Riley montre comment améliorer les modèles climatiques pour représenter plus précisément la dynamique biogéochimique des terres. À l'aide d'un nouveau modèle terrestre mondial, ils ont développé et intégré dans le modèle du système terrestre à l'échelle énergétique exascale (E3SM) du DOE, Riley et son équipe ont découvert que les plantes peuvent absorber plus de dioxyde de carbone et que les sols perdent moins d'oxyde nitreux qu'on ne le pensait auparavant. Leurs simulations globales impliquent des rétroactions des écosystèmes terrestres avec l'atmosphère plus faibles que ne le prévoient les modèles actuels.

"C'est une bonne nouvelle, par rapport à ce qui se trouve actuellement dans les modèles climatiques, " dit Riley, un scientifique du domaine des sciences de la terre et de l'environnement du Berkeley Lab. "Mais ce ne sont pas de bonnes nouvelles en général, cela ne résoudra pas le problème. Quoi qu'il en soit, les plantes ne suivront pas les émissions anthropiques de dioxyde de carbone ; c'est juste qu'ils pourraient faire mieux que les modèles actuels ne le suggèrent."

Les humains ont émis un record de 34 gigatonnes de CO 2 par an, moyenne au cours de la dernière décennie. Environ la moitié reste dans l'atmosphère, tandis que le reste est absorbé par les océans et les terres (par photosynthèse) ; ce dernier montant, appelé puits de carbone terrestre, varie d'une année à l'autre en fonction de facteurs tels que les incendies, la sécheresse, l'utilisation des terres, et météo.

Les scientifiques tentent de comprendre comment l'augmentation des émissions mondiales de dioxyde de carbone affectera le puits de carbone terrestre, qui est actuellement estimée entre 0 et 11 gigatonnes de CO 2 par an, y compris le changement d'affectation des terres, avec une grande variabilité interannuelle. Une autre complication concerne le protoxyde d'azote terrestre, qui est un puissant gaz à effet de serre émis naturellement par les terres et par les activités agricoles et industrielles. En d'autres termes, dans quelle mesure les plantes pourront-elles atténuer l'augmentation des émissions anthropiques de dioxyde de carbone ?

La nouvelle étude de Berkeley Lab a révélé qu'en ne tenant pas compte correctement de ce que les plantes font la nuit et pendant la saison de non-croissance, les modèles climatiques peuvent sous-estimer le puits de carbone terrestre et surestimer la libération d'oxyde nitreux, ce dernier par 2,4 gigatonnes de CO 2 -équivalent par an. « Ce nombre est substantiel par rapport au puits de carbone terrestre actuel, " Riley a dit, allant d'environ un quart à plus de 100 %, selon l'année.

Compétition plante-microbe pour les nutriments

La capacité des plantes à absorber le dioxyde de carbone est limitée par la disponibilité des éléments nutritifs du sol, en particulier l'azote et le phosphore. Les nutriments les plus abondants sont, plus les plantes peuvent profiter de l'augmentation du dioxyde de carbone atmosphérique. Les microbes dans le sol sont également un facteur car ils rivalisent avec les plantes pour les nutriments.

Microbes, En réalité, jouer un rôle important dans le cycle du carbone, et les interactions entre les plantes, sol, et les microbes sont complexes, un défi pour les climatologues. La plupart des modèles climatiques supposent que les plantes rivalisent pour les nutriments dans le sol uniquement lorsqu'elles en demandent pour la photosynthèse, et pas, par exemple, la nuit ou en dehors des saisons de croissance.

"Ce que la plupart des modèles climatiques ont ignoré, c'est cette littérature d'observation assez robuste montrant que les plantes acquièrent de l'azote du sol même lorsqu'elles ne font pas de photosynthèse, " dit Riley.

Berkeley Lab s'est concentré sur le sujet des interactions plante-sol-microbe à travers son initiative Microbes to Biomes, et ce sera un thème central du Centre d'intégration des programmes biologiques et environnementaux, ou BioEPIC, une installation proposée qui abriterait des capacités expérimentales uniques pour faire avancer les objectifs de la mission du DOE dans les sciences de l'énergie et de l'environnement. L'un des objectifs est de représenter et d'étudier ces processus à grande échelle et de manière contrôlée.

"Cette étude démontre des progrès dans la représentation plus mécaniste des processus terrestres qui sont importants pour le climat et seront importants pour BioEPIC, " dit Riley.

Moins d'émissions d'oxyde nitreux

Dans cette étude, Qing Zhu, chercheur au Berkeley Lab, un co-auteur de l'article, a mené une méta-analyse de 120 expériences d'absorption d'azote à court terme par les plantes pour tester leur nouveau modèle terrestre mondial, nommé ELMv1. "Nous avons également comparé les observations de l'absorption des nutriments la nuit par rapport au jour et au cours des saisons de non-croissance, " a déclaré Riley. " Nous sommes assez confiants que les mécanismes de base du modèle sont corrects et cette méta-analyse et les observations de sites individuels le confirment. "

Ils ont découvert qu'une partie importante de l'absorption des nutriments a lieu en l'absence de photosynthèse, car les plantes et les microbes sont en compétition pour les nutriments. « Les montants varient beaucoup selon la latitude, mais dans les hautes latitudes, comme l'Arctique, environ 20 pour cent de l'absorption annuelle d'azote par les plantes se produit en dehors de la saison de croissance. Cela va jusqu'à 55% pour l'absorption nocturne sous les tropiques, " Il a dit. " C'est une affaire énorme pour les plantes et facilitera l'absorption du carbone atmosphérique, et il est actuellement complètement ignoré dans la plupart des modèles climatiques."

"Ce type d'amélioration du modèle nous aidera à mieux comprendre les implications des futures émissions de CO 2 émissions, " dit Riley.

Un co-auteur supplémentaire de l'article, "Rétroaction terres-climat plus faibles de l'absorption des nutriments pendant les périodes d'inactivité de la photosynthèse, " était Jinyun Tang, scientifique au Berkeley Lab. L'étude a été financée par le Bureau des sciences du DOE.