Une augmentation de 50 % du niveau de dioxyde de carbone (CO 2 ) dans l'atmosphère pourrait réduire les précipitations en Amazonie autant, voire plus, que la substitution de l'ensemble de la forêt par des pâturages. La hausse du CO 2 réduirait la quantité de vapeur d'eau émise par la forêt, entraînant une baisse annuelle de 12 % du volume des précipitations, tandis que la déforestation totale réduirait les précipitations de 9%.

Ces estimations sont présentées dans une étude publiée dans Biogéosciences par des scientifiques affiliés à l'Institut national de recherche spatiale (INPE), l'Université de São Paulo (USP) et l'Université de Campinas (UNICAMP) au Brésil, et avec l'Université technique de Munich (TUM) en Allemagne.

"CO 2 est un intrant de base pour la photosynthèse, alors quand il augmente dans l'atmosphère, la physiologie des plantes est affectée et cela peut avoir un effet en cascade sur le transfert d'humidité des arbres vers l'atmosphère [transpiration], la formation de pluie dans la région, biomasse forestière, et plusieurs autres procédés, " a déclaré David Monténégro Lapola, dernier auteur de l'article.

Lapola est professeur au Centre de recherche météorologique et climatique appliquée à l'agriculture (CEPAGRI) de l'UNICAMP et chercheur principal pour un projet financé via le programme de recherche FAPESP sur le changement climatique mondial (RPGCC). L'étude faisait également partie d'un projet thématique financé par la FAPESP et soutenu par une bourse postdoctorale attribuée à l'avant-dernier auteur.

Les chercheurs ont entrepris d'étudier comment les effets physiologiques de l'augmentation du CO atmosphérique 2 sur les plantes influencent le régime des précipitations. Les plantes transpirent moins car l'apport de CO 2 augmente, émettant moins d'humidité dans l'atmosphère et donc générant moins de pluie.

Normalement, cependant, prédictions concernant l'augmentation du CO atmosphérique 2 ne pas dissocier ses effets physiologiques de ses effets sur le bilan radiatif de l'atmosphère. Dans le dernier cas, le gaz empêche une partie de l'énergie réfléchie du Soleil de s'échapper de l'atmosphère, provoquant le phénomène de réchauffement connu sous le nom d'effet de serre.

Projections présentées dans le dernier rapport du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), en tenant compte de l'évolution du bilan radiatif atmosphérique ainsi que des effets physiologiques sur les plantes, avait déjà prévu une réduction possible jusqu'à 20 % des précipitations annuelles en Amazonie et montré qu'une grande partie du changement du régime des précipitations de la région sera contrôlée par la façon dont la forêt réagit physiologiquement à l'augmentation du CO 2 .

Pour l'étude récemment publiée, les chercheurs ont effectué des simulations sur le supercalculateur du Centre de prévision météorologique et d'études climatiques (CPTEC) de l'INPE à Cachoeira Paulista, État de São Paulo. Ils ont projeté des scénarios dans lesquels le niveau atmosphérique de CO 2 a augmenté de 50 % et la forêt a été entièrement remplacée par des pâturages pour découvrir comment ces changements ont affecté la physiologie de la forêt sur une période de 100 ans.

"À notre surprise, seul l'effet physiologique sur les feuilles de la forêt générerait une baisse annuelle de 12% de la quantité de pluie [252 millimètres de moins par an], alors que la déforestation totale entraînerait une baisse de 9 % [183 mm]. Ces chiffres sont bien supérieurs à la variation naturelle des précipitations d'une année à l'autre, qui est de 5%, " dit Lapola.

Les résultats attirent l'attention sur la nécessité d'une action locale pour réduire la déforestation dans les neuf pays qui partagent le bassin amazonien et d'une action mondiale pour réduire le CO 2 émissions dans l'atmosphère par les usines, véhicules et centrales électriques, par exemple.

Lapola est l'un des coordinateurs de l'expérience AmazonFACE. L'acronyme signifie Free-Air Carbon dioxyde Enrichment. Installé non loin au nord de Manaus, l'expérience augmentera le niveau de CO 2 sur de petites étendues de forêt tropicale et analyser les changements résultants de la physiologie des plantes et de l'atmosphère. L'expérience pourrait anticiper le scénario de changement climatique prévu pour ce siècle.

Transpiration en forêt et pâturage

Les scénarios projetés par les simulations informatiques ont montré que la diminution des précipitations était causée par une réduction d'environ 20 % de la transpiration des feuilles. Les raisons de la réduction sont différentes dans chaque situation, toutefois.

Les stomates sont des portes microscopiques dans les feuilles des plantes qui contrôlent les échanges gazeux pour la photosynthèse. Ils s'ouvrent pour capter le CO 2 et en même temps émettre de la vapeur d'eau. Dans le scénario avec plus de CO 2 dans l'air, les stomates restent ouverts moins longtemps et émettent moins de vapeur d'eau, réduire la formation de nuages ​​et les précipitations.

Le rétrécissement total de la surface foliaire est une autre raison. Si toute la forêt était remplacée par des pâturages, la surface foliaire diminuerait de 66%. C'est parce que la forêt contient plusieurs couches de feuilles superposées dans les arbres, de sorte que la surface foliaire par mètre carré soit jusqu'à six fois supérieure à ce qu'elle est au sol. Dernièrement, les deux niveaux de CO en hausse 2 et la déforestation influencent également le vent et le mouvement des masses d'air, which play a key role in the precipitation regime.

"The forest canopy has a complex surface made up of the tops of tall trees, low trees, leaves and branches. This is called canopy surface roughness. The wind produces turbulence, with eddies and vortices that in turn produce the instability that gives rise to the convection responsible for heavy equatorial rainfall, " Lapola said. "Pasture has a smooth surface over which the wind always flows forward, and without forest doesn't produce vortices. The wind intensifies as a result, bearing away most of the precipitation westward, while much of eastern and central Amazonia, the Brazilian part, has less rain."

The decrease in transpiration caused by rising levels of CO 2 leads to a temperature increase of up to two degrees because there are fewer water droplets to mitigate the heat. This factor triggers a cascade of phenomena that result in less rain owing to inhibition of so-called deep convection (very tall rain clouds heavy with water vapor).

"A next step would be to test other computational models and compare the results with our findings, " Lapola said. "Another important initiative would consist of more experiments like FACE, as only these can supply data to verify and refine modeling simulations like the ones we performed."