Enjeux croisés climat et biodiversité : les interactions

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Troisième temps, on va parler maintenant des rétroactions. Donc, on a commencé à évoquer climat et biodiversité ou crise climatique, crise de la biodiversité, de façon au départ un peu indépendante. On a commencé à dresser un certain nombre de liens entre ces deux crises, des causes communes et puis la crise climatique qui fait partie des causes de la crise de la biodiversité. On va discuter maintenant des rétroactions. Comment est-ce que la crise de la biodiversité elle-même peut rétroagir sur l'évolution du climat et inversement ? Et donc dans les interactions, dans les rétroactions classiques entre climat et biodiversité, on discute toujours, on met toujours au centre de ces interaction le cycle du carbone. Je vais revenir sur le bilan carbone des dernières années et puis vous montrer comment l'écologie, la biodiversité, l'environnement sont des thèmes importants quand on discute du cycle du carbone.

Donc d'abord sur les sources de carbone liées aux activités humaines, j'ai parlé de la combustion des réserves fossiles (charbon, pétrole et gaz) qui est responsable de 90 % de nos émissions d'aujourd'hui, et à peu près 10 % des émissions d'aujourd'hui sont liées au changement d'utilisation des sols. Donc là aussi, une des causes de la crise de la biodiversité. Et au total sur les dernières 10 années, c'est près de 40 milliards ou plus de 40 milliards de tonnes de CO2 qui sont libérées dans l'atmosphère chaque année. Alors, si je parle du bilan carbone, j'ai les sources d'un côté, et j'ai ce que devient ce CO2 une fois qu'il a été émis dans l'atmosphère. Et donc, j'imagine qu'un grand nombre d'entre vous le savent déjà, mais c'est seulement la moitié du CO2 émis dans l'atmosphère qui s'y accumule et qui est responsable de l'augmentation de l'effet de serre, et donc en grande partie du changement climatique. L'autre partie de ce CO2 va être absorbée par ce qu'on appelle les puits naturels, à part à peu près égale entre la biosphère continentale (donc les forêts, les plantes de tout type) et puis l'océan qui absorbe à peu près 26 % de nos émissions chaque année. Et donc ces puits naturels, ils ont une importance capitale. Ils ralentissent la vitesse à laquelle le CO2 augmente en réponse à nos émissions, et donc ils ralentissent la vitesse à laquelle le changement climatique se déroule aujourd'hui. Donc un point qui me semble important, c'est de rappeler les processus de base, les processus d'ordre premier qui sont responsables de l'augmentation de ces puits de carbone. Côté biosphère continentale, on parle de processus biologique évidemment, et donc c'est le fait que la photosynthèse finalement augmente plus vite ou est plus importante que les respirations autotrophes/hétérotrophes qui expliquent pourquoi on a un puits net de carbone dans la biosphère continentale. On rediscutera de ces processus là tout à l'heure.  Je tiens à mentionner le fait que côté océanique, il y a souvent beaucoup de confusion mais le puits de carbone dans l'océan, il est d'abord physico-chimique. C'est la dissolution du CO2 en excès dans l'atmosphère dans l'océan de surface et puis le transport de ce CO2 en profondeur qui permet de maintenir ce puits de carbone dans l'océan. Et donc même si ce puits anthropique dans l'océan, il est d'abord physico-chimique, la biologie océanique, le plancton en particulier a un rôle clé dans le cycle du carbone. Et c'est ce que je mentionne maintenant. Alors, un diagramme un peu compliqué qui vous montre les différentes modalités qui permettent à l'écosystème marin de transporter du carbone de la surface vers le fond de l'océan. Donc ça c'est le fonctionnement naturel du carbone dans l'océan avec un rôle clé pour le plancton qui va produire des particules de matières organiques qui vont plonger en profondeur. C'est ce qu'on appelle la neige marine. Ça a un rôle clé parce que ça permet de soustraire d'un contact avec l'atmosphère une partie importante du carbone qui se trouve en surface. Et puis on découvre de nouveaux « pathways », de nouvelles modalités de transfert du carbone vers la profondeur. J'en mentionne simplement un ici. C'est le fait que chaque jour, chaque nuit, on a des migrations verticales des organismes ou d'un grand nombre d'organismes entre la surface et la profondeur. Et ces organismes qui se nourrissent en surface vont respirer en profondeur et donc vont transférer du carbone de la surface vers les profondeurs :  c’est une autre façon par laquelle l'écosystème transporte du carbone en profondeur. Et donc même si ces processus ils ne sont pas responsables aujourd'hui du puits de carbone dans l'océan, toute modification de l'écosystème océanique pourrait rétroagir sur la capacité de l'océan à absorber du CO2 atmosphérique dans le futur. Donc on voit là aussi qu'il y a un lien très fort entre le fonctionnement de l'écosystème marin et le cycle du carbone et peut-être l'évolution future du puits de carbone dans l'océan.

Alors comme ça a été dit dans le milieu terrestre, on a finalement la même problématique, qui est l'intensité relative du processus de photosynthèse qui transforme du carbone ou du CO2 atmosphérique en carbone organique donc stable, et puis le processus de respiration qui fait le contraire qui « rebrûle » entre guillemets les composés organiques pour réémettre du CO2. Et il se trouve que les forêts, d'une manière générale, ça a été dit, les champs planétaires et les forêts européennes en particulier sont des puits de carbone, parce que le processus de photosynthèse aujourd'hui l'emporte sur le processus de respiration végétale et microbienne confondues. Sauf que on voit que ce puits de carbone à l'échelon continental, il est quand même fragile par rapport à des événements climatiques extrêmes. Et on en a eu une très belle démonstration en 2003, vous vous rappelez la première grande canicule (à laquelle on n’était absolument pas préparé d'ailleurs), où on a eu pendant 3 semaines une température moyenne qui était plus forte de 6°C à peu près, qui venait se rajouter à une période de sécheresse (on avait un déficit pluviométrique sur l'année 2003). Et on a vu une diminution de la productivité, en particulier forestière, qui a été recalculée à l'échelon européen de l'ordre de 30 % sur l'année à cause de ces 3 semaines de canicule. Alors évidemment, on se dit « bon 30 % ça n’a pas l'air énorme ». En réalité ça correspond à peu près au carbone que l'on aurait pu stocker pendant 3 ou 4 ans à travers cette fonction puits de carbone. Donc on voit qu'un écosystème qui est pour l'instant un puits de carbone peut voir une bonne partie de son efficacité diminuée par un événement climatique extrême. Et aujourd'hui, on essaie de prendre de plus en plus en compte ces événements extrêmes par rapport à la prédiction de la réponse des écosystèmes. Certes, le changement de conditions joue, mais on se dit que finalement les événements extrêmes pourraient avoir plus d'impact que le changement de conditions de fond. Alors, pour vous donner une idée sur la diapositive suivante, de quoi on parle en termes de stock ? Finalement, dans les écosystèmes terrestres, c'est assez énorme. Là, vous avez une vision des forêts tempérées de Belgique, donc qui est représentative des forêts… la moitié… une bonne partie de la France, on va dire, donc avec différents compartiments : le compartiment en gris clair, c'est la biomasse vivante, c'est-à-dire les arbres vivants. Donc là, vous avez à peu près 80-90 tonnes de carbone dans la masse vivante. Alors, en CO2, il faut multiplier par 3,7 à peu près. Et puis il y a un autre compartiment qui est en noir là sur le diagramme, c'est la matière organique du sol. Alors, c'est très intéressant ce diagramme. Donc, ça nous dit d'abord que à l'hectare (les mesures là sont à l'hectare), on a un énorme stock de carbone dans les forêts. Dans les arbres, le carbone est fixé le temps que vit l’arbre. Donc, ça va être quelque chose qui tourne autour de 40-50 ans, ça dépend des modalités d'exploitation. Et dans le sol par contre, on a un temps de stockage qui est beaucoup plus fort, qui est de l'ordre de 100 ans à 1000 ans. C'est l'âge moyen qu'on peut obtenir quand on mesure le carbone du sol. Le carbone du sol, c'est l'humus, c'est la matière organique du sol. Et donc ce carbone du sol, il provient de quoi ? Il provient de la mortalité, tout simplement, des arbres principalement. Il y a d'autres processus qui jouent mais à la base c'est un matériel végétal qui va subsister pendant très longtemps.

Alors un point qui est important pour dissiper les malentendus c'est que ce stock il est renouvelé en permanence puisqu’il y a une partie du carbone qui est respirée par la microflore, une partie du carbone qui est apportée, je l'ai dit, par la mortalité végétale et c'est ça en fait qui va alimenter le puits de carbone. Mais pour que le puits de carbone se maintienne, notamment dans la partie aérienne, il faut qu'il y ait exportation. Si vous n’avez pas exploitation du bois, en fait à un moment donné, vous avez une forêt qui n'est plus un puits de carbone, il y a un équilibre entre les entrées et les sorties. Les forêts matures non exploitées ne sont pas des puits de carbone : le bilan est absolument neutre. Donc c'est un peu le paradoxe : si on veut avoir une forêt qui soit un puits de carbone à long terme, et bien il faut être capable de l'exploiter. Et finalement l'enjeu, ça va être le devenir du bois. Donc finalement la fonction puits de carbone des forêts se joue pour une bonne part finalement plus en aval qu'en amont, dans la forêt elle-même.

Voilà. Donc on a on a parlé du carbone, du CO2. Il y a beaucoup d'autres composés chimiques qui ont des rôles climatiques, dont les émissions sont aussi contrôlées par le vivant. On pourrait parler du méthane, on pourrait parler de composés soufrés mais ça me ferait beaucoup. Je mentionne ici simplement d'autres effets, ceux-là biophysiques, par lesquels la forêt ici peut contribuer à affecter le système climatique. Donc à travers les échanges liés à la transpiration des arbres ici, la forêt ou les plantes de façon générale vont affecter le cycle de l'eau et donc la météorologie par exemple, et donc le système climatique, premier effet. Et puis le deuxième effet c'est un effet qui est lié au flux radiatif et à la propriété des surfaces de réfléchir ce flux solaire. On parle d'albédo, et là aussi en fonction du type de couvert végétal, cette fonction d'albédo peut différer de façon assez importante avec des rétroactions potentielles sur le bilan radiatif à l'échelle de la planète, et donc la température du système terre. Et donc on voit bien que quand on commence à réfléchir « solutions » (on va en parler dans un instant), il faut tenir compte de l'ensemble de ces effets en reforestant, en afforestant. J'ai potentiellement un puits de carbone avec une forêt gérée, mais je vais modifier le cycle de l'eau, je vais modifier l'albédo, et donc je vais aussi toucher le système climatique via d'autres effets, ici biophysiques. Et donc on termine peut-être Luc avec ce dernier champ avant de discuter de solutions.

Alors ça c'est quelque chose aujourd'hui dont on parle beaucoup, qui est le rôle de la végétation en milieu urbain. Cette carte qui date là aussi de la première canicule, nous montre qu'entre une zone forestée, donc en l'occurrence là on voit ça très bien sur le bois de Vincennes (à droite sur la carte), par rapport à certains quartiers de Paris, aux heures matinales vers 6h du matin, vous pouvez avoir 8°C de différence de la température de l'air à 2 m (c'est la convention à laquelle on mesure l'air dans lequel baignent les êtres humains) 8°C dans des rues qui sont plantées par rapport à des rues non plantées. Sur les périodes de rayonnement intense, on peut avoir également jusqu'à 10°C de différence. Alors cette différence de température, elle est liée à l'interception évidemment de la lumière qui protège donc les bâtiments et les surfaces de l'échauffement, mais aussi à la transpiration. La transpiration joue un rôle très important de refroidissement de l'air, et joue un rôle que tu as évoqué juste avant, Laurent, qui est aussi de recharger, enfin contribuer au rechargement de l'atmosphère en humidité et donc finalement contribuer aux précipitations qui vont avoir lieu, je ne sais pas, 200 ou 300 km plus loin. Donc on voit bien là que cette histoire de végétalisation des villes en fait, c'est extrêmement important pour atténuer l'intensité des pics de canicule. Moi je dis souvent aujourd'hui que végétaliser les villes en fait, c'est de faire une politique de santé publique, ni plus ni moins.

Bien, merci Luc. Donc on a encore quelques éléments sur les projections climatiques à la fois du système climatique et de la biodiversité. Et puis ensuite une dernière partie assez courte sur les solutions, quelques-unes des solutions envisagées qui permettraient d'aborder à la fois la question de la crise climatique et de la question de la crise de la biodiversité. Donc peut-être de façon assez rapide, on utilise des outils numériques, les modèles climatiques pour projeter l'évolution du système en fonction des différents scénarios d'émission. Et peut-être le point sur lequel j'aimerais insister ici, c'est le fait que dans un monde à 2 degrés, donc dans un monde où les émissions continuent à augmenter, avant finalement de baisser, la distribution de l'augmentation de température ou la distribution des changements de précipitation sont très hétérogènes. Donc évidemment, quand on va discuter de l'impact sur la biodiversité, il faut tenir compte de ces contrastes régionaux très importants. Vous le voyez ici, dans un monde à +2 degrés, vous avez un Arctique qui se réchauffe à 4, 5, 6 ou 7°C. Donc c'est un monde où vraisemblablement les écosystèmes de cette région-là seront très fortement perturbés. Et puis on le voit ici sur les précipitations : dans un monde à +2 degrés, c’est plus de précipitations dans les endroits où il pleut déjà beaucoup aujourd'hui, donc dans la bande équatoriale et aux moyennes et hautes latitudes. Et c'est surtout moins de précipitations dans les zones subtropicales, dans les zones où il pleut déjà peu aujourd'hui. Et donc dans ces modifications à l'échelle annuelle, ici de précipitations, se cachent des modifications des extrêmes. Même dans les zones où on attend moins de précipitations en moyenne annuelle, on aura des événements précipitants plus extrêmes, c'est le cas en particulier sur le pourtour méditerranéen. Et donc tous ces facteurs-là, changement de température, changement de précipitations vont affecter les écosystèmes et la biodiversité de façon importante.

Alors, on a parlé tout à l'heure de la réponse du vivant au changement climatique. J'ai évoqué les mutations, j'ai évoqué la sélection de génotype préexistant, si j'ose dire. Et la troisième solution quand tout ça est épuisé, c'est la mobilité, c'est le déplacement dans l'espace. Alors sur ce schéma qui date du précédent rapport du GIEC, vous avez la représentation avec les lignes pointillées horizontales des différents scénarios climatique (le plus fort étant la ligne du haut), avec les distances donc en gros que vont parcourir ces zones, que vont parcourir les zones climatiques avec le réchauffement. Comme on vient de le voir, il y a une hétérogénéité du réchauffement, et donc ça se traduit par une mobilité entre guillemets des zones de précipitations et de températures, donc vers le nord dans l'hémisphère nord. Et donc on compare sur ce schéma ces vitesses de déplacement des zones climatiques avec la vitesse de déplacement des organismes, ce qu'on appelle les capacités de dispersion des organismes. Et même pour les scénarios les plus faibles, ou le scénario 3°C sur lequel on est actuellement, et bien on s'aperçoit qu'il y a toute une classe d'organismes qui n’avancent pas forcément suffisamment vite, et qu'en particulier les végétaux ne sont pas capables de suivre la vitesse de déplacement des zones climatiques. Donc il y a un vrai problème par rapport à la végétation, au point qu'on parle aujourd'hui de migration assistée. L'idée c'est que, puisque les plantes n’arrivent pas à bouger suffisamment vite, et bien il va falloir nous-même les accompagner. Et on en parle beaucoup évidemment dans le milieu forestier. La question « c'est qu'est-ce que je plante aujourd'hui pour récolter dans 50 ou 60 ans ? Est-ce que je plante maintenant des arbres des zones méditerranéennes par exemple dans la forêt de Fontainebleau ? ». Alors je vous rassure, on ne fait pas ça aujourd'hui, on étudie la question. Mais il y a une petite étude qui est sortie en début d'année, assez intéressante, qui montre que les arbres qui sont compatibles aujourd'hui avec les conditions climatiques d'aujourd'hui de 2020, une partie d'entre eux (aux alentours de 40 %) ne seront plus compatibles en moyenne avec les conditions de 2090 ou 2100, et que à l'inverse, les arbres qui seraient compatibles dans les nouvelles conditions climatiques, et bien une partie d'entre eux (ou également à peu près 40 % en tout cas pour les espèces qu'on envisage) et bien ne tiennent pas le coup aujourd'hui dans les conditions climatiques, par exemple les questions de gel ou des choses comme ça. Donc en fait ça veut dire que, comme les auteurs ont qualifié cette situation, on a une espèce de goulot d'étranglement où finalement on a des difficultés à être extrêmement concret quand on doit répondre à la question « qu'est-ce que je plante pour préparer ma forêt de demain ? ». On a un manque de solutions en termes de nombre d'espèces qui peuvent permettre de survivre dans les conditions actuelles et de survivre dans les conditions futures. Alors, on a dit tout à l'heure que les événements extrêmes étaient quelque chose qui était pris en compte, notamment un phénomène dont on ne parle peut-être pas suffisamment, qui est la combinaison entre les températures fortes et les humidités élevées. Évidemment, la question se pose beaucoup dans les régions intertropicales : quand l'humidité de l'atmosphère est élevée, vous n'arrivez plus à éliminer votre transpiration, c'est à dire en fait le transfert de chaleur depuis votre corps vers l'atmosphère ne se fait plus. Donc vous ne refroidissez plus et vous êtes tout simplement en danger de mort, carrément, si vous ne pouvez pas trouver une source de fraîcheur. Et donc ça évidemment c'est tout à fait valable pour les espèces. Et on attend donc des phases extrêmement difficiles de mise en danger de nombreuses espèces dans les zones intertropicales, pour un scénario à 3 degré combiné donc avec ces périodes de forte humidité. C'est quelque chose qui est assez nouveau finalement dans la prise en compte des effets du climat sur la biodiversité. Et donc en tout cas quand on combine ces effets-là, les effets de la sécheresse etc. etc., l'incapacité à bouger suffisamment vite, on arrive à ce genre de prédiction qui évalue la perte en espèces, cette fois potentielle, pour par exemple un scénario à 3 degrés. Et on voit que dans beaucoup de régions du monde, on peut avoir des des taux de disparition d'espèces qui dépassent facilement les 50 %. Alors attention, il s'agit de disparition locale, c’est pas forcément une disparition définitive de l'espèce, mais on va vers un appauvrissement très fort de la biodiversité locale au minimum et donc éventuellement une remise en cause des équilibres au sein des écosystèmes.