En brûlant des combustibles fossiles, les humains font rapidement augmenter les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, ce qui entraîne une hausse des températures mondiales.
Mais tout le CO2 libéré par la combustion du charbon, du pétrole et du gaz ne reste pas dans l’air. Actuellement, environ 25 % des émissions de carbone produites par l’activité humaine sont absorbées par les plantes, et une autre quantité similaire finit dans l’océan.
Pour savoir combien de combustibles fossiles supplémentaires nous pouvons brûler tout en évitant des niveaux dangereux de changement climatique, nous devons savoir comment ces « puits de carbone » pourraient changer à l’avenir. Une nouvelle étude dirigée par le Dr Sun et ses collègues, publiée dans la revue américaine Proceedings of the National Academy of Sciences, montre que les terres pourraient absorber un peu plus de carbone que nous le pensions.
Mais cela ne change pas de manière significative la vitesse à laquelle nous devons diminuer les émissions de carbone pour éviter un changement climatique dangereux.
Les modèles surestiment le CO2
La nouvelle étude estime qu’au cours des 110 dernières années, certains modèles climatiques ont surestimé la quantité de CO2 qui reste dans l’atmosphère, d’environ 16%.
Les modèles ne sont pas conçus pour nous dire ce que fait l’atmosphère : c’est à cela que servent les observations, et elles nous disent que les concentrations de CO2 dans l’atmosphère sont actuellement supérieures à 396 parties par million, soit environ 118 parties par million par rapport à l’époque préindustrielle. Ces observations atmosphériques sont en fait les mesures les plus précises du cycle du carbone.
Mais les modèles, qui sont utilisés pour comprendre les causes des changements et explorer l’avenir, ne correspondent souvent pas parfaitement aux observations. Dans cette nouvelle étude, les auteurs ont peut-être trouvé une raison qui explique pourquoi certains modèles surestiment le CO2 dans l’atmosphère.
Regardons les feuilles
Les plantes absorbent le dioxyde de carbone de l’air, le combinent avec l’eau et la lumière, et fabriquent des hydrates de carbone – le processus connu sous le nom de photosynthèse.
Il est bien établi que lorsque le CO2 dans l’atmosphère augmente, le taux de photosynthèse augmente. C’est ce qu’on appelle l’effet de fertilisation par le CO2.
Mais la nouvelle étude montre que les modèles n’ont peut-être pas tout à fait raison dans leur façon de simuler la photosynthèse. Les raisons se résument à la façon dont le CO2 se déplace à l’intérieur de la feuille d’une plante.
Les modèles utilisent la concentration de CO2 à l’intérieur des cellules des feuilles d’une plante, dans ce qu’on appelle la cavité sub-stomatique, pour piloter la sensibilité de la photosynthèse à des quantités croissantes de CO2. Mais ce n’est pas tout à fait correct.
La nouvelle étude montre que les concentrations de CO2 sont en fait plus faibles à l’intérieur des chloroplastes d’une plante – les minuscules chambres d’une cellule végétale où se produit réellement la photosynthèse. Cela s’explique par le fait que le CO2 doit passer par une série supplémentaire de membranes pour pénétrer dans les chloroplastes.
Cela signifie que la photosynthèse a lieu à un taux de CO2 plus faible que ce que les modèles supposent. Mais de manière contre-intuitive, comme la photosynthèse est plus réactive à l’augmentation des niveaux de CO2 à des concentrations plus faibles, les plantes éliminent plus de CO2 en réponse à l’augmentation des émissions que ne le montrent les modèles.
La photosynthèse augmente lorsque les concentrations de CO2 augmentent, mais seulement jusqu’à un certain point. À un certain point, plus de CO2 n’a aucun effet sur la photosynthèse, qui reste la même. Elle devient alors saturée.
Mais si les concentrations à l’intérieur d’une feuille sont plus faibles, ce point de saturation est retardé, et la croissance de la photosynthèse est plus élevée, ce qui signifie que plus de CO2 est absorbé par la plante.
La nouvelle étude montre que lorsqu’on prend en compte la question de la diffusivité du CO2 dans la feuille, la différence de 16% entre le CO2 modélisé dans l’atmosphère et les observations réelles disparaît.
C’est une grande pièce scientifique soignée, qui relie les subtilités de la structure au niveau des feuilles au fonctionnement du système terrestre. Nous devrons réexaminer la façon dont nous modélisons la photosynthèse dans les modèles climatiques et si une meilleure façon existe à la lumière des nouveaux résultats.
Est-ce que cela change la quantité de CO2 que la terre absorbe ?
Cette étude suggère que certains modèles climatiques sous-simulent la quantité de carbone stockée par les plantes, et par conséquent sur-simulent la quantité de carbone qui va dans l’atmosphère. Le puits terrestre pourrait être un peu plus important – bien que nous ne sachions pas encore de combien.
Si le puits terrestre fait un meilleur travail, cela signifie que pour une stabilisation climatique donnée, nous devrions faire un peu moins d’atténuation du carbone.
Mais la photosynthèse est un long, long chemin avant la création d’un véritable puits de carbone, un puits qui stocke réellement le carbone pendant une longue période.
Environ 50 % de tout le CO2 absorbé par la photosynthèse retourne dans l’atmosphère peu après par la respiration des plantes.
De ce qui reste, plus de 90% retourne également dans l’atmosphère par la décomposition microbienne dans les sols et les perturbations telles que les incendies au cours des mois à des années suivantes – ce qui reste, c’est le puits terrestre.
Bonnes nouvelles, mais pas l’heure de l’autosatisfaction
L’étude est une pièce rare et bienvenue d’éventuelles bonnes nouvelles, mais elles doivent être placées dans leur contexte.
Le puits terrestre comporte de très grandes incertitudes, elles ont été bien quantifiées, et les raisons sont multiples.
Certains modèles suggèrent que la terre continuera à absorber plus de carbone tout au long de ce siècle, d’autres prédisent qu’elle absorbera plus de carbone jusqu’à un certain point, et d’autres encore prédisent que la terre commencera à libérer du carbone – devenant ainsi une source et non un puits.
Les raisons sont multiples et comprennent des informations limitées sur la façon dont le dégel du pergélisol affectera les grands réservoirs de carbone, sur la façon dont le manque de nutriments pourrait limiter la poursuite de l’expansion du puits terrestre, et sur la façon dont les régimes d’incendie pourraient changer dans un monde plus chaud.
Ces incertitudes mises ensemble sont plusieurs fois plus importantes que l’effet possible de la diffusion du CO2 par les feuilles. L’essentiel est que les humains continuent d’avoir le contrôle total de ce qui se passe dans le système climatique au cours des prochains siècles, et ce que nous faisons avec les émissions de gaz à effet de serre déterminera en grande partie sa trajectoire.