L’eau’gique #5 : Quand le manque de vapeur d’eau dans l’atmosphère restreint la croissance végétale mondiale… et l’évapotranspiration !

Suite au dernier billet de la série « l’eau’gique », je continue l’exploration de l’interaction hydrologie-végétation en faisant vaciller une vieille légende urbaine : avec le réchauffement climatique, les plantes vont avoir tendance à transpirer davantage et donc à contribuer davantage à l’évaporation des eaux précipités sur les continents. Et bien nous allons voir que ce n’est pas forcément le cas !

Pour illustrer ce sujet débattu et assez complexe, j’ai sélectionné l’article de Wenping Yuan et collaborateurs intitulé « Increased atmospheric vapor pressure deficit reduces global vegetation growth » (en français : L’augmentation du déficit de pression de vapeur réduit la croissance végétale mondiale) paru dans Science Advances en 2019. Il est co-signé par Philippe Ciais, un éminent chercheur français du CEA, académicien des sciences depuis fin 2019 justement.

Les auteurs partent d’un constat, tiré d’études précédentes : à l’échelle planétaire, on observe une diminution nette de l’humidité relative sur les continents depuis les années 2000. Rappelons que l’humidité relative, c’est le rapport entre la pression partielle de vapeur d’eau dans l’atmosphère (PPV) et la pression de vapeur saturante (PVS). Bon, en clair, c’est la place occupée par l’eau sous forme gazeuse dans l’air, ramenée à la place maximale que lui laisse occuper l’air. Si un cinéphile était une molécule d’eau et le cinéma, l’air, alors le taux de remplissage de la salle pendant la projection du film serait l’équivalent de l’humidité relative. Cela signifie qu’en diminuant le taux de remplissage, on augmente l’écart entre le nombre de places maximales et le nombre de places vendues pour une séance. Par analogie, ce déficit pour l’humidité de l’air est appelé « déficit de pression de vapeur » (VPD), et il a une importance certaine pour la physiologie des plantes. Des études en écologie végétale montrent que le VPD contrôle l’ouverture stomatale (les petits trous des feuilles par lesquelles elles transpirent), et cette dernière décroît lorsque le VPD augmente. Ainsi, avec un VPD grandissant, les stomates ont tendances à se fermer, ce qui ralentit la photosynthèse et donc la croissance végétale. Cela peut aller jusqu’à une accentuation du dépérissement des forêts et une réduction des rendements de certaines cultures.

A l’échelle mondiale, un dépérissement de la végétation n’est bien sûr souhaitable d’aucune manière. Pour ne citer que deux raisons parmi des centaines d’autres : 1) les végétaux produisent le dioxygène dont nous avons très légèrement besoin pour rester en vie; 2) les forêts constituent un puits de carbone pouvant nous aider à réparer nos bêtises climatiques, mais ce n’est réellement efficace que si les plantes se portent bien.

Les auteurs estiment à partir de données climatiques globales qu’entre 53% et 64% des surfaces végétalisées ont subi une augmentation du VPD depuis la fin des années 90. Deux mécanismes, appuyés par des observations, sont avancés pour expliquer cette baisse. Le plus important, c’est la stabilisation depuis 1998 de la température de surface et donc de l’évaporation sur trois quarts des océans, qui fournissent 85% de l’humidité atmosphérique sur Terre (et dans le même temps, l’augmentation de la température atmosphérique donne plus de place, en théorie, à la vapeur d’eau dans l’air, ce qui creuse encore le VPD). Le deuxième mécanisme possible, probablement moins significatif, c’est la diminution de la reprise évaporatoire dans les régions subissant des déficits d’apports pluviométriques et dont l’évaporation est ainsi limitée par la quantité d’eau disponible dans les sols.

Les auteurs constatent ensuite à l’aide de données satellites que la végétation mondiale a également accusé un coup de mou dès la fin des années 90. Deux indicateurs tirés de mesures satellites en attestent. Pour faire simple, on regarde généralement deux choses avec les satellites qui prennent des « photos » de notre planète en continu: 1) la couleur de la végétation : plus c’est vert, plus ça pète la forme (Indice NDVI); 2) La taille relative des canopées, ou Leaf Area Index (Indice LAI). Ces deux indices témoignent donc de la vigueur de la végétation, et indirectement de sa propension à capturer le CO2 par photosynthèse. Le travail de Yuan et al. montre que le NDVI stagne depuis 1998 et le LAI baisse significativement sur au moins 62% des surfaces végétalisées. Ainsi, sur 72% des surfaces terrestres, au moins 3 jeux de données différents sur 5 montrent une corrélation négative entre VPD et NDVI/LAI.

En conclusion, le changement climatique a donc une fâcheuse tendance à imprimer des réponses complexes au cycle de l’eau ; complexité particulièrement exacerbée lorsqu’on étudie ses interactions avec la végétation. L’augmentation de la température de l’air donne plus de place à la vapeur d’eau dans l’air, mais cette expansion de la place donnée à la vapeur est plus rapide que son remplissage depuis la fin des années 90. Cela creuse un déficit de pression de vapeur qui joue à son tour sur la fermeture des stomates des plantes, dont la croissance ralentit et la tendance à transpirer diminue. Yuan et al. mettent en lumière des éléments corroborant le rôle prépondérant du VPD dans le dépérissement des forêts observé ces dernières décennies. Et ils finissent par alerter sur le fait que les modèles utilisés actuellement pour étudier le cycle du carbone et prédire son évolution sous changement climatique ne sont pas capables de réagir correctement à une variation positive du VPD…

Référence

Yuan, W., Zheng, Y., Piao, S., Ciais, P., Lombardozzi, D., Wang, Y., Ryu, Y., Chen, G., Dong, W., Hu, Z., Jain, A.K., Jiang, C., Kato, E., Li, S., Lienert, S., Liu, S., Nabel, J.E.M.S., Qin, Z., Quine, T., Sitch, S., Smith, W.K., Wang, F., Wu, C., Xiao, Z., Yang, S., 2019. Increased atmospheric vapor pressure deficit reduces global vegetation growth. Sci. Adv. 5, 1–13. https://doi.org/10.1126/sciadv.aax1396

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