L’Amazonie est la plus grande forêt tropicale de la planète, elle héberge une grande biodiversité, et une diversité de cultures. L’Amazonie est aussi devenue récemment le sujet de débats passionnés concernant son futur. Soumis au réchauffement climatique, continuera-t-elle à jouer un rôle de puits de carbone, en fixant le CO2 atmosphérique ? De nombreux chercheurs, notamment au sein du Labex Ceba en Guyane, étudient les tendances actuelles et scénarios pour la forêt amazonienne.

En 2003, une tribune du Monde titrait, « Les forêts tropicales, c’est fichu », et certains chercheurs prédisaient que les forêts tropicales ne couvriraient plus que 5 % de leur surface potentielle en 2050(1). L’une des craintes du début des années 2000 a été matérialisée par un scénario prédisant un dépérissement total de la forêt amazonienne à la fin de notre siècle(2). Selon ce modèle, les températures plus élevées prévues pour la fin du siècle navigueraient l’écosystème forestier hors de ses limites de viabilité. Empressons-nous de signaler que ce “ scénario catastrophe ” a été réfuté depuis(3). Aujourd’hui on peut observer les forêts quasiment en temps réel, et mieux attribuer les causes de changement du couvert forestier. Cette connaissance ne peut être interprétée que grâce à une compréhension fine de la dynamique des écosystèmes, mais aussi des dynamiques sociales, économiques et politiques sur la région. Que savons-nous, en 2020, des risques auxquels l’Amazonie est exposée ?

Climat et forêts tropicales

L’essentiel des pluies amazoniennes proviennent de l’Atlantique Nord, et une bonne partie de l’eau de pluie est transpirée de nouveau par les plantes pour former de nouvelles pluies plus à l’ouest, avant de finir leur course sur la cordillère des Andes. L’excès d’eau alimente les rivières et les fleuves. Il arrive que des années soient beaucoup plus sèches que d’autres. Par exemple, on a déjà vécu de fortes sécheresses en certaines régions de l’Amazonie en 2005, 2010 et 2015. Plus de cent ans de données sur la hauteur des rivières permettent d’évaluer la “normalité” des événements actuels, et ces études suggèrent une accélération des fortes sécheresses au cours du siècle passé (4). Les outils modernes de la télédétection permettent désormais de quantifier avec une bonne fiabilité les précipitations à l’échelle globale et à une résolution d’environ 10 km(5). Ainsi, la forêt amazonienne ne peut se maintenir que si les précipitations annuelles dépassent 1500 mm par an et que le déficit en eau durant la saison sèche (précipitations moins transpiration des plantes) n’est pas plus bas que -300 mm par an (6). En deçà de ces valeurs, on rencontre plutôt des milieux ouverts tels que les savanes. Durant les deux dernières décennies en Guyane, le déficit en eau n’a qu’exceptionnellement dépassé les -300 mm.
On sait depuis longtemps que la forêt amazonienne s’adapte au climat, mais le régule aussi. Ainsi, lorsque la forêt est coupée, la transpiration est moins prononcée, ce qui pourrait accélérer les phénomènes de sécheresse (7).
Les conditions actuelles présentent une augmentation du dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère couplée à une augmentation de la température de l’air. Les plantes peuvent répondre de différentes manières à de tels changements. L’enrichissement de l’atmosphère en CO2 est positif pour les plantes car il leur permet un meilleur rendement photosynthétique. En revanche, l’augmentation de la température implique une demande évaporative plus forte pour refroidir les feuilles. Lorsque les plantes transpirent trop, elles réduisent la perte en eau en fermant leurs stomates, ce qui a pour effet de ralentir la photosynthèse (8). Les épisodes de sécheresse augmentent encore ce phénomène, et les plantes en manque d’eau ne survivent que grâce aux ressources en glucides (amidons) qu’elles ont stockés préalablement dans leur organisme. Si la sécheresse dure trop longtemps, la plante peut mourir littéralement “ de faim ”. Par ailleurs, une trop grande sécheresse peut créer une forte tension sur la colonne d’eau dans la plante jusqu’à l’apparition de bulles gazeuses dans la sève, et conduire à une “ embolie ”(9). Pour ces deux raisons, les sécheresses peuvent donc conduire à une surmortalité des arbres.
Il est connu que certaines plantes survivent dans des zones quasi désertiques, et que toutes les plantes n’ont pas la même tolérance à la sécheresse. On peut donc se demander si les arbres amazoniens ne sont pas déjà “préadaptés” à la sécheresse. En effet, si des épisodes de sécheresse répétés ont eu lieu durant les millénaires passés, seules les lignées de plantes capables de survivre dans de telles conditions auraient pu persister. On peut mesurer la tolérance à la sécheresse des arbres avec de nouvelles avancées techniques, et cette approche révèle que certaines essences d’arbres sont très tolérantes à la sécheresse, mais pas toutes (10). Il est donc probable que certaines essences d’arbre de Guyane pourraient disparaître si le climat venait à s’assécher, comme par exemple l’Angélique (Dicorynia guianensis).
Mesurer le diamètre des troncs d’arbres sur le terrain permet de suivre leur croissance durant des décennies. En effectuant ce travail de manière standardisée et répétée dans de nombreuses parcelles de référence, on peut évaluer le bilan entre gain et perte de carbone. Grâce à cette méthode, les forêts amazoniennes matures semblent accumuler du carbone. Cet effet pourrait être dû à une plus grande efficacité de la photosynthèse dans un air enrichi en CO2, une “ fertilisation ” naturelle. Par contre, en suivant ces forêts sur plusieurs décennies, ce puits de carbone semble s’affaiblir dans les années 2010 par rapport aux années 2000. (11) En Guyane française, le dispositif Guyafor (ONF, Cirad, CNRS) permet d’observer les changements de long terme des forêts depuis plusieurs décennies.

Le suivi à haute fréquence des flux de carbone entre la forêt et l’atmosphère est une autre technique pour évaluer le bilan carbone des forêts. Cela implique de pouvoir faire des mesures au-dessus de la canopée, et ce pendant plusieurs années. Le dispositif Guyaflux a été mis en place en 2003 par l’Inra à Paracou, près de Sinnamary. Il consiste en une tour de 55 m, équipée d’un dispositif de mesure très précis. Une analyse des données Guyaflux révèle que durant la période 2004-2015, la forêt de Paracou est restée un puits de carbone, même si l’intensité de ce puits semble avoir varié d’une année à l’autre (12). Ces deux approches, quoique très différentes, suggèrent donc que les forêts tropicales continuent aujourd’hui à contrebalancer les émissions de carbone de nos sociétés industrialisées.

Observation des forêts tropicales par télédétection

L’observation de terrain est irremplaçable, mais elle ne permet que de connaître quelques sites, sur une région immense. Afin d’observer l’Amazonie dans son ensemble, les techniques d’observation de la Terre par satellite sont très utiles. Ainsi, depuis au moins 20 ans, la déforestation est suivie à l’échelle continentale, et même mondiale, à l’aide des satellites Landsat. Landsat opère dans les longueurs d’onde visibles et attribue la couleur verte à la végétation et la couleur marron à l’absence de végétation. Ainsi, on peut évaluer les changements d’utilisation des terres tous les ans (13). Par cette méthode, l’Institut d’études spatiales brésilien, l’INPE, a récemment publié que la déforestation Amazonienne pour l’année 2019 avait atteint 9 166 km2, le double du bilan de 2018 (4 946 km2)(14). Les capteurs infrarouges à bord de différents satellites sont également très utiles pour détecter les feux en quasi-temps réel.
La limite principale des capteurs dans le champ optique est qu’ils ne distinguent pas les forêts perturbées par l’exploitation forestière, ou les différences entre forêts matures et forêts en régénération. Il faut donc faire preuve de créativité. Une solution proposée a été d’utiliser la longueur d’onde en proche infrarouge du satellite MODIS pour quantifier les changements de stock de carbone en forêt tropicale. L’étude en question a beaucoup été relayée, car elle suggère que les forêts tropicales rejettent du CO2 plutôt que de le piéger (15). Cependant, il est difficile avec des données MODIS seules de s’assurer qu’une forêt n’est pas en partie perturbée durant l’étude, expliquant une partie du résultat obtenu. Par ailleurs, cette étude a été critiquée, car il semble peu réaliste que les données en proche infrarouge du satellite MODIS soient assez sensibles pour détecter le signal mesuré. Par exemple, le même instrument a été utilisé pour mesurer comment la couleur de l’Amazonie varie durant l’année. Intuitivement, on s’attendrait à ce que la forêt soit moins verte durant la saison sèche, car une partie des arbres perdent leurs feuilles, mais des publications controversées suggéraient que durant de fortes sécheresses, l’Amazonie devenait plus “ verte ”. La controverse qui s’en est suivie n’a été résolue que récemment. Le résultat du “verdissement de l’Amazonie” était causé par un biais dans les données satellites (16). Comme ailleurs en science, il est essentiel de valider des résultats avec plusieurs sources de données.
Plus récemment, une découverte étonnante a été faite. Le satellite SMOS, lancé en 2010 par l’Agence Spatiale Européenne pour mesurer l’humidité du sol et la salinité océanique, avait depuis longtemps développé des méthodes pour s’affranchir de l’influence de la végétation, à l’aide d’algorithmes complexes. Mais les chercheurs se sont rendu compte que le signal dû à la végétation – c’est-à-dire l’humidité du couvert végétal – pouvait être interprété comme une mesure équivalente du stock de carbone. L’avantage de cette approche est qu’elle offre des informations à l’échelle globale et depuis une décennie. Le désavantage par contre est que les pixels observés font 25 km de côté ce qui ne permet qu’une précision relative. Une analyse récente de ces données (17)  suggère qu’en dépit de la déforestation importante, l’Amérique tropicale est bien un puits de carbone, ce qui est en cohérence avec les observations de terrain.
Les résultats récents en matière d’observation de la forêt tropicale démontrent le grand dynamisme des recherches menées aujourd’hui sur ce sujet. En France, le Cnes joue un rôle important dans le soutien de cette recherche, et l’Observatoire spatial du climat du Cnes en est une manifestation. Il est aussi essentiel de réaliser que détecter des changements dans la structure des forêts par satellite est extrêmement délicat, et les quelques études récentes décrites ici donnent une idée de l’ampleur des controverses possibles.

Histoire climatique de l’Amazonie

Avant de clore ce sujet, projetons-nous dans des échelles de temps bien plus longues. La forêt amazonienne est ancienne. Même si sa physionomie a sans doute bien évolué, elle existe depuis plus de 60 millions d’années, et sa biodiversité extraordinaire a été façonnée par l’adaptation des changements géologiques majeurs que le continent sud-américain a connus. On compte parmi eux la surrection des Andes, et la création d’une voie de drainage des rivières de l’Ouest vers l’Est, et les fluctuations climatiques. L’Amazone, le plus grand fleuve du monde par son débit, existe depuis plus de dix millions d’années (18), mais l’histoire de cette région du monde n’est pas un long fleuve tranquille, et son avenir est incertain.
Dans les années 1960, des biologistes ont proposé que l’Amazonie ait pu disparaître durant le Dernier Maximum Glaciaire (il y a 18 000 ans) et persister uniquement dans quelques poches de forêt reliques, ou “ refuges ”, isolées dans un continent couvert par des savanes. Cette théorie des refuges avait l’avantage d’expliquer pourquoi certaines régions de l’Amazonie, les refuges suspectés, semblaient plus riches en biodiversité que d’autres. On sait depuis que ces régions étaient plus riches en espèces à l’époque simplement parce qu’elles avaient été mieux échantillonnées (19). Des données de pollen collectées au large de l’Amazone ne suggèrent pas une disparition complète de la forêt tropicale (20). Ces deux observations contredisent donc la vision selon laquelle la forêt amazonienne aurait pu presque totalement disparaître à la suite d’un événement climatique sec, puis se réinstaller en quelques centaines d’années.
Les concrétions calcaires dans les grottes offrent des informations précieuses du climat passé en Amazonie. Elles sont un équivalent des carottes de glace : le climat y est enregistré sous forme de marqueurs isotopiques, et des dates précises peuvent être obtenues grâce à des datations uranium/thorium. Ainsi, des échantillons de stalagmites extraites de la grotte de Paraíso en Amazonie brésilienne ont permis de mettre en évidence les fluctuations climatiques sur les 45 000 ans passés (21). Ces résultats ont prouvé que des fluctuations de température et de précipitations significatives sont probables pour l’Amazonie au Dernier Maximum Glaciaire, avec une chute des précipitations de près de 50 %, mais aussi une baisse des températures. Dans un air plus froid, la demande évaporative est plus faible, et la sécheresse est donc perçue comme moins intense pour les plantes. Cela suggère que l’Amazonie a occupé une large proportion des plus de 5 millions de kilomètres carrés actuels dans les dernières dizaines de millénaires, mais avec sans doute des conséquences sur la distribution de la faune et de la flore (22). Notons que durant les 6 000 ans passés des feux de forêts ont été détectés épisodiquement mais un peu partout en Amazonie (23).
Les forêts amazoniennes ont donc certainement été exposées à d’autres épisodes climatiques intenses, et il est probable que leur répartition actuelle ne soit pas exactement comparable à celle des milliers d’années passées. Cependant, si l’Amazonie a été résiliente aux changements climatiques des vingt derniers millénaires, la déforestation actuelle est une expérience humaine qui n’a pas eu d’équivalent par le passé et dont les conséquences en termes de climat, de biodiversité, et de bien-être des populations ne peuvent pas être évaluées en se référant au passé.

Texte de Jérôme Chave, Unité EDB, CNRS, Université Paul Sabatier, IRD, Toulouse & Labex CEBA. Photos 97PX P-O Jay, Guillaume Feuillet-PAG, Bernard Gissinger.

1- Dirzo, R., & Raven, P. H. (2003). Global state of biodiversity and loss. Annual Review of Environment and Resources, 28(1), 137-167.

2- Cox, P. M. et al. (2000). Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climate model. Nature, 408(6809), 184.

3- Huntingford, C. et al. (2013). Simulated resilience of tropical rainforests to CO2-induced climate change. Nature Geoscience, 6(4), 268.

4- Marengo, J. A., & Espinoza, J. C. (2016). Extreme seasonal droughts and floods in Amazonia: causes, trends and impacts. International Journal of Climatology, 36(3), 1033-1050.

5 - Hou, A. Y. et al. (2014). The global precipitation measurement mission. Bulletin of the American Meteorological Society, 95(5), 701-722.

6-  Malhi, Y. et al. (2009). Exploring the likelihood and mechanism of a climate-change-induced dieback of the Amazon rainforest. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(49), 20610-20615.

7- Nobre, C. A., Sellers, P. J., & Shukla, J. (1991). Amazonian deforestation and regional climate change. Journal of climate, 4 (10), 957-988.l

8- Lloyd, J., & Farquhar, G. D. (2008). Effects of rising temperatures and [CO2] on the physiology of tropical forest trees. Philosophical Transactions of the Royal Society B : Biological Sciences, 363(1498), 1811-1817.

9 – Choat, B. et al. (2012). Global convergence in the vulnerability of forests to drought. Nature, 491 (7426), 52.

10 - Maréchaux, I. et al. (2015). Drought tolerance as predicted by leaf water potential at turgor loss point varies strongly across species within an Amazonian forest. Functional Ecology, 29(10), 1268-1277.

11 - Brienen, R. J. et al. (2015). Long-term decline of the Amazon carbon sink. Nature, 519(7543), 344.

12 -  Aguilos, M. et al. (2018). What drives long-term variations in carbon flux and balance in a tropical rainforest in French Guiana? Agricultural and forest meteorology, 253, 114-123.

13 - Consulter par exemple https://www.globalforestwatch.org

14  -  Suivi DETER de l’INPE, consulté le 15 janvier 2020 sur le site http://terrabrasilis.dpi.inpe.br

15 -  Baccini, A. et al. (2017). Tropical forests are a net carbon source based on aboveground measurements of gain and loss. Science, 358 (6360), 230-234.

16 -  Morton, D. C. et al. (2014). Amazon forests maintain consistent canopy structure and greenness during the dry season. Nature,

17 -  Fan, L. et al. (2019). Satellite-observed pantropical carbon dynamics. Nature plants, 5(9), 944-951.

18 -  Hoorn, C. et al. (2017). The Amazon at sea: onset and stages of the Amazon River from a marine record, with special reference to Neogene plant turnover in the drainage basin. Global and Planetary Change, 153, 51-65.

19 -  Nelson, B. W. et al. (1990). Endemism centres, refugia and botanical collection density in Brazilian Amazonia. Nature, 345(6277), 714

20 -  Anhuf, D. et al. (2006). Paleo-environmental change in Amazonian and African rainforest during the LGM. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 239(3-4), 510-527

21 -  Wang, X. et al. (2017). Hydroclimate changes across the Amazon lowlands over the past 45,000 years. Nature,541(7636), 204

22-  Pinaya, J. L. et al. (2019). Brazilian montane rainforest expansion induced by Heinrich Stadial 1 event. Scientific reports, 9(1), 1-14.

23 -  Goulart, A. C. et al. (2017). Charcoal chronology of the Amazon forest: a record of biodiversity preserved by ancient fires. Quaternary Geochronology, 41, 180-186.