En 2019, une équipe internationale a privé la forêt tropicale artificielle de Biosphère 2, en Arizona, de pluie pendant neuf semaines et demie, et sa capacité d’absorption du carbone a chuté d’environ 70 %, malgré la résistance de la forêt.

En 2019, une équipe internationale a interrompu l’apport de pluie artificielle dans la forêt tropicale de Biosphère 2, une installation affiliée à l’Université de l’Arizona. Pendant neuf semaines et demie, les chercheurs ont observé comment l’écosystème réagissait à la pénurie d’eau et ont constaté une chute d’environ 70 % de sa capacité à fixer le carbone, d’après le bilan publié par l’université.

L’écosystème s’est montré résistant en partie grâce à la diversité des réponses des plantes et à l’accès à des réserves d’eau profondes. Mais résister avait un coût et rétablir l’arrosage n’a pas effacé immédiatement les effets de la sécheresse.

Les chiffres de l’expérience Biosphère 2

Donnée	Chiffre
Durée de la sécheresse	9,5 semaines (environ 66 jours)
Scientifiques participants	Environ 80
Espèces végétales	Environ 90
Superficie de la forêt	Environ 12 000 m² (sept courts de tennis)
Baisse de l’absorption de carbone	Près de 70 %
Eau profonde utilisée	Jusqu’à 3,3 m
Contribution maximale de l’eau profonde à la transpiration	Entre 21 % et 90 %, selon l’arbre
Premier arrosage après la sécheresse	Environ 45 000 litres (moins de 4 L/m²)

Neuf semaines et demie sans pluie à Biosphère 2

Biosphère 2 offre la possibilité d’observer quelque chose de difficile à réaliser en extérieur. Les chercheurs peuvent décider quand il cesse de pleuvoir et quand l’eau refait son apparition, tout en suivant les évolutions des arbres, du sol et de l’atmosphère à l’intérieur d’une enceinte vitrée.

La campagne B2-WALD a réuni environ 80 scientifiques et ses résultats majeurs ont été publiés dans Science en 2021. L’installation accueillait environ 90 espèces végétales, avec des arbres élevés et des plantes qui prospéraient sous leurs ombrages.

L’équipe a déployé des centaines de points de mesure et a utilisé des isotopes stables pour suivre l’eau et le carbone. Ces variants d’atomes fonctionnent comme une marque qui permet de retracer leur trajet, du sol jusqu’aux feuilles ou de l’atmosphère jusqu’aux racines.

70 % de carbone absorbé en moins, pas 70 % des arbres

Ce chiffre nécessite du contexte. Cela ne signifie pas que 70 % des arbres ont disparu ni que cette proportion du carbone accumulé au fil des années dans les troncs, les racines et le sol ait été perdue.

Ce qui a diminué, c’est l’incorporation de carbone durant l’épisode sec. C’est comparable à déposer moins d’argent sur un compte, sans pour autant effacer d’un seul coup l’épargne déjà existante.

La forêt a continué à fonctionner comme un petit puits de carbone, c’est‑à‑dire qu’elle absorbait encore plus qu’elle ne libérait. La photosynthèse et la respiration de l’écosystème se sont ralenties, d’où l’intérêt d’examiner le bilan global.

L’eau conservée à 3,3 mètres de profondeur

Les arbres les plus sensibles à la sécheresse avaient l’habitude d’utiliser beaucoup d’eau provenant des couches superficielles. Lorsque celles-ci se sont asséchées, leur activité a chuté rapidement, bien que leurs racines puissent atteindre des réserves plus profondes.

Les chercheurs espéraient qu’ils se tourneraient immédiatement vers ces réserves pour maintenir le rythme. Or, l’eau profonde est restée disponible pendant une grande partie de la période sèche et a pris le devant de la scène lorsque les conditions se sont aggravées.

Une étude subséquente, publiée en 2023, a confirmé l’accès à l’eau jusqu’à 3,3 mètres de profondeur. Les contributions maximales de cette source à la transpiration ont varié entre 21 % et 90 % selon les arbres étudiés, bien que le volume total utilisé ait été faible car la circulation de la sève avait diminué.

Les arbres tolérants ont offert de l’ombre au reste

D’autres arbres, plus tolérants à la sécheresse, ont conservé leurs feuilles plus longtemps. Ainsi, ils ont maintenu une ombre sur les plantes plus petites et atténué la déshydratation sous leurs capuchons, une protection qui rappelle la différence entre marcher au soleil et sous l’ombre d’un arbre en été.

La forêt combinait des réponses différentes face au même problème. Certaines plantes ont réduit rapidement leur consommation, tandis que d’autres ont maintenu des fonctions plus longtemps, aidant l’ensemble à supporter la pénurie.

Sous la surface également, des changements ont été observés. L’équipe de l’Université de Göttingen a constaté des réponses variées au niveau des racines, allant d’un accroissement des racines fines à une croissance en profondeur et à des modifications des substances libérées dans le sol.

45.000 litres de pluie qui n’ont pas tout réglé

En décembre 2019, les chercheurs ont réintroduit la pluie artificielle dans l’enceinte. Cette première irrigation a apporté environ 45 000 litres et a ouvert une phase essentielle du travail : vérifier comment le système se rétablissait. Répartis sur l’hectare long qui occupe la forêt, ces 45 000 litres équivalaient à moins de 4 litres par mètre carré, soit une pluie légère.

La réponse n’a pas été uniforme ni immédiate. Certains processus du sol ont réagi rapidement, tandis que certains arbres ont perdu des feuilles et vu leur capacité à transporter l’eau altérée.

L’étude initiale avait détecté des effets de la sécheresse plusieurs mois après sa fin. Par conséquent, voir à nouveau une forêt arrosée ne suffit pas pour conclure que toutes ses fonctions sont revenues à leur point de départ.

Ce qui ne peut pas être transposé à d’autres forêts

L’expérience démontre que disposer de racines profondes aide, mais ne garantit pas le maintien intact de l’activité forestière. Elle indique aussi que les différences entre les plantes influencent la façon dont l’ensemble résiste et la manière dont il réagit lorsque l’humidité revient.

Il convient de se rappeler où l’on a obtenu ce résultat. Une forêt tropicale expérimentale fermée permet de séparer des processus difficiles à observer sur le terrain, mais ses pourcentages ne peuvent pas être directement transposés à toutes les forêts tropicales.

Pour les chercheurs, comprendre ces réponses peut améliorer les modèles qui prédisent comment les échanges d’eau et de carbone évolueront durant les périodes de sécheresse. L’étude de suivi sur les racines profondes a été publiée en 2023 dans Science of the Total Environment.

Image: Biosfera 2 / Université de l’Arizona