Des observations satellites éclairent les secrets du verdissement des forêts tropicales sèches
Publié par Isabelle le 31/08/2018 à 12:10
Source: INRA
Dans les forêts tropicales sèches, la végétation se gonfle d'eau à la fin de la saison humide puis la stocke pendant la saison la plus sèche de l'année. Cette grande quantité d'eau emmagasinée permet aux arbres de développer des feuilles environ un mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) avant la nouvelle saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau...) des pluies. Ce résultat surprenant est révélé pour la première fois, grâce à des observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très...) satellites, effectuées notamment dans la région africaine du Miombo (environ 4 fois la superficie (L'aire ou la superficie est une mesure d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent cette mesure par le terme « surface » lui-même (par exemple, on...) de la France), par une étude coordonnée par l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission (études supérieures). Aux États-Unis, au moment...) de Copenhague (1) et l'Inra (2), en collaboration avec le CEA, le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).), le CNES et Bordeaux Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que...) Agro (3). Publiés le 13 août 2018 dans la revue Nature Ecology and Evolution, ces travaux permettront d'améliorer les modèles du système Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse...) actuels (qui ne prennent pas suffisamment en compte ces mécanismes hydrauliques de la plante) et les projections du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la météorologie qui désigne...) futur et du cycle de l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) dans ces régions du monde (Le mot monde peut désigner :).


Couplage temporel entre la saisonnalité de l'indice L-VOD et celle de l'indice foliaire (LAI): décalage temporel du L-VOD requis pour obtenir la plus forte corrélation avec le LAI sur les pixels montrant une saisonnalité bien distincte. Le rectangle noir inclut la région forestière du Miombo.
© Université de Copenhague, F. Tian

Quelles sont les relations entre le contenu en eau de la végétation (La végétation est l'ensemble des plantes (la flore) sauvages ou cultivées qui poussent sur une surface donnée de sol, ou dans un milieu aquatique. On...) et le développement des feuilles ? Ces variables sont-elles fortement reliées entre elles dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et l'espace à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure,...) de la Terre ? Ces questions sont essentielles pour améliorer la prise en compte des échanges entre la végétation et l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) dans les modèles du système Terre et prédire la réponse des écosystèmes au changement climatique.

Une découverte dans la forêt tropicale africaine du Miombo

Grâce à des observations satellites, les travaux de l'Université de Copenhague et l'Inra, menés en collaboration avec le CEA, le CNRS, le CNES et Bordeaux Science Agro, ont montré que les variations saisonnières du contenu en eau de la végétation et du développement des feuilles sont fortement synchrones dans les régions boréales et tempérées. En revanche, de manière plus surprenante, ils ont démontré que ces variations sont fortement asynchrones dans les forêts tropicales sèches où l'augmentation du stock d'eau de la plante (Les plantes (Plantae Haeckel, 1866) sont des êtres pluricellulaires à la base de la chaîne alimentaire. Elles forment l'une des subdivisions (ou règne) des Eucaryotes. Elles sont, avec les autres...) précède le verdissement de la végétation ("vegetation greening") de 25 à 180 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons...). Leurs travaux se sont concentrés dans la région forestière du Miombo qui couvre une surface immense - plus de 2,7 millions de km2 au sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) de la forêt Equatoriale en Afrique (D’une superficie de 30 221 532 km2 en incluant les îles, l’Afrique est un continent couvrant 6 % de la surface terrestre et 20,3 % de la surface des terres émergées. Avec une population de...). Dans cette région, les observations satellites montrent clairement que l'indice foliaire (LAI) commence à augmenter plusieurs semaines avant le début des pluies, un signe clair du verdissement "pré-pluie" déjà révélé par de nombreuses études. Les mécanismes impliqués dans ce phénomène ne sont pas encore bien compris mais impliquent probablement des coûts énergétiques importants pour les plantes, qui doivent développer non seulement leur système racinaire pour accéder à l'eau du sol en profondeur mais également leurs branches pour accroître leur capacité de stockage.

La nouveauté vient ici des observations de l'indice L-VOD obtenu grâce au données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) du satellite (Satellite peut faire référence à :) ESA (Agence européenne spatiale)-CNES SMOS (un indicateur précieux de la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) du contenu en eau des plantes) qui montrent que la végétation du Miombo, se gonfle d'eau à la fin de la saison humide (lorsqu'il y a une diminution des pertes d'eau par transpiration), qu'elle stocke dans les tissus ligneux durant la plus grande partie de la saison sèche, jusqu'à l'émergence des nouvelles feuilles, quelques semaines avant les premières pluies de la saison humide. Or, cette émergence précoce des feuilles a des avantages physiologiques et écologiques, réduisant fortement le décalage temporel existant entre le début de la saison des pluies et celui de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) photosynthétique. Ce comportement hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent plusieurs...) étonnant avait déjà été observé dans des expérimentations in situ menées sur quelques arbres dans les forêts tropicales sèches, en particulier au Costa Rica. Mais, cette nouvelle étude est la première démontrant qu'il s'agit en réalité d'un phénomène à très grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle...), visible sur des régions forestières aussi vastes que la forêt du Miombo, ainsi que dans des régions au nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) de l'Afrique équatoriale et dans le Cerrado au Brésil.

De plus, ces processus physiologiques et hydrologiques ne sont toujours pas inclus dans les modèles du système Terre. Aussi, le nouveau jeu de données L-VOD sera essentiel pour améliorer la nouvelle génération de modèles du système Terre, conduisant ainsi à de meilleures projections du climat futur et du cycle de l'eau dans ces régions du monde.

Une panoplie d'observations satellites

Cette étude est basée sur une panoplie d'observations satellitaires visant à caractériser les variations temporelles des paramètres clefs du cycle hydrologique et de la végétation à l'échelle de l'écosystème. Ces travaux ont notamment bénéficié du nouveau jeu de données SMOS-IC de l'indice de végétation L-VOD (L-band vegetation optical depth), issu des observations spatiales du satellite (Satellite peut faire référence à :) ESA-CNES SMOS. Cet indice est très bien relié au contenu en eau de la végétation (kg/m2) de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout »,...) de la strate végétale. Plus précisément, avec le L-VOD, un indicateur du contenu en eau de la végétation, les autres variables considérées dans l'étude sont: l'indice foliaire (leaf area index, LAI), estimé à partir d'observations satellites optiques et qui caractérise la phénologie foliaire ; les anomalies de la réserve d'eau terrestre (TWS) estimées à partir des satellites GRACE ; ainsi que l'humidité (L'humidité est la présence d'eau ou de vapeur d'eau dans l'air ou dans une substance (linge, pain, produit chimique, etc.).) du sol, les précipitations et les flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les domaines suivants :) de transpiration. Les observations de l'humidité du sol considérées ici ont été calculées simultanément à l'indice L-VOD à partir des observations multi-angulaires SMOS.


Variations saisonnières sur la forêt tropicale sèche du Miombo en Afrique (2011-2012) du contenu en eau des plantes (L-VOD), du LAI et des précipitations sur une région de 1°×1° (centrée à 11.5°S, 18.5°E). Les zones grisées indiquent la période sèche.
© Université de Copenhague, F. Tian

Moyenné à l'échelle annuelle, l'indice L-VOD est fortement corrélé à la biomasse ( En écologie, la biomasse est la quantité totale de matière (masse) de toutes les espèces vivantes présentes dans un milieu naturel donné. Dans le domaine de l'énergie, le terme de biomasse regroupe l'ensemble des...) aérienne de la végétation, une caractéristique qui a été utilisée récemment pour quantifier les variations des stocks de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) de la végétation sur le continent (Le mot continent vient du latin continere pour « tenir ensemble », ou continens terra, les « terres continues ». Au sens propre, ce terme désigne une vaste étendue continue...) africain. Plus d'infos: http://presse.inra.fr/Communiques-de-presse/un-nouvel-outil-pour-suivre-le-bilan-carbone-de-la-vegetation

Notes:
(1) Department of Geosciences and Natural (Natural est un langage de programmation semi-compilé, édité par la société allemande Software AG.) Resource Management, University of Copenhagen, Copenhagen, Denmark
(2) Unité "Interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui...) Sol Plante Atmosphère" (Inra, Bordeaux Sciences Agro), centre Inra Nouvelle-Aquitaine ? Bordeaux
(3) Les autres laboratoires français impliqués dans ces travaux: Laboratoire des sciences du climat et de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement...) (CEA-CNRS-UVSQ), Evolution et diversité biologique (CNRS-IRD-UT3 Paul Sabatier-ENFA), Centre d'études spatiales de la biosphère (La notion de biosphère désigne à la fois un espace et un processus auto-entretenu (jusqu'à ce jour et depuis plus de 3 milliards d'années) sur la planète Terre, et qu'on ne connait que sur cette...) (CNES-CNRS-IRD-UT3 Paul Sabatier), Bordeaux Science Agro, (National School of Agricultural Engineering of Bordeaux)


Contact scientifique:
Jean-Pierre Wigneron - Unité Interaction sol plante atmosphère (Inra, Bordeaux Sciences Agro)
Département associé:
Environnement et agronomie, Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques
Centre associé:
Nouvelle-Aquitaine-Bordeaux

Références publication:
F. Tian, J.-P. Wigneron, P. Ciais, J. Chave, J. Ogée, J. Peñuelas, A. Ræbild, J-C Domec, X. Tong, M. Brandt, A. Mialon, N. Rodriguez-Fernandez, T. Tagesson, A. Al-Yaari, Y. Kerr, C. Chen, R. B. Myneni, W. Zhang, J. Ardö, R. Fensholt, Coupling of ecosystem-scale plant water storage and leaf phenology observed by satellite, Nature Ecology & Evolution, 13 août 2018 - https://doi.org/10.1038/s41559-018-0630-3
Page générée en 0.524 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique