Résonance scientifique

Les sécheresses fulgurantes, où la disponibilité en eau diminue brusquement en quelques semaines ou même en quelques jours, sont imprévisibles et dévastatrices. Elles posent de sérieux défis à l’agriculture mondiale et à la gestion des ressources en eau. Face à ces menaces, les scientifiques du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA utilisent des observations satellitaires pour détecter les changements dans l’activité photosynthétique des plantes, signalant une potentielle pénurie d’eau avant qu’elle ne devienne critique. Ce système de détection précoce pourrait révolutionner la manière dont agriculteurs et gestionnaires de ressources réagissent face aux crises imminentes, minimisant ainsi les impacts économiques et environnementaux.

Le phénomène de la fluorescence solaire induite

Lors de la photosynthèse, processus vital par lequel les plantes convertissent la lumière solaire en énergie chimique, une partie de la lumière absorbée est émise sous forme de fluorescence solaire induite (SIF). Cette émission lumineuse, bien qu’invisible à l’œil nu, peut être mesurée et est directement liée à l’efficacité de la photosynthèse. Ainsi, la SIF sert d’indicateur fiable de l’activité photosynthétique des plantes et de leur santé et des conditions environnementales prévalant dans leur écosystème.

En effet, la photosynthèse est directement affectée par des facteurs environnementaux tels que la disponibilité de l’eau et la température.

• Disponibilité de l’eau : La photosynthèse nécessite de l’eau pour se dérouler efficacement. Lorsque l’eau est abondante, les plantes peuvent ouvrir leurs stomates (petites ouvertures sur les feuilles) pour échanger des gaz avec l’environnement, facilitant ainsi la photosynthèse. Si l’eau est rare, les stomates se ferment pour conserver l’eau, réduisant ainsi l’échange gazeux et par conséquent, l’intensité de la photosynthèse diminue. Une baisse de la SIF peut indiquer une réduction de l’activité photosynthétique due à un manque d’eau.
• Stress thermiques : Les températures élevées peuvent également influencer la photosynthèse. Un excès de chaleur peut endommager les composants cellulaires impliqués dans la photosynthèse, comme les chloroplastes où celle-ci se déroule. Cela peut réduire l’efficacité avec laquelle les plantes convertissent la lumière en énergie chimique, impactant ainsi la SIF observée.

Prédiction des sécheresses fulgurantes

Les satellites équipés de capteurs spécialisés, comme l’Orbiting Carbon Observatory-2 (OCO-2) de la NASA, lancé en 2014, sont capables de détecter cette fluorescence à l’échelle globale. Cette surveillance a permis aux chercheurs de découvrir un indicateur précoce de sécheresses fulgurantes.

En effet, les chercheurs de la NASA ont analysé plusieurs années de données de fluorescence solaire induite (SIF) et les ont comparées avec un historique des sécheresses éclair survenues aux États-Unis entre mai et juillet de 2015 à 2020. Ils ont observé un effet domino notable : dans les semaines et les mois précédant une sécheresse éclair, la végétation prospérait sous l’effet de conditions devenues chaudes et sèches. Cette prospérité se manifestait par une émission de fluorescence particulièrement intense, atypique pour la période de l’année, signalant une augmentation de l’activité photosynthétique des plantes.

Cependant, cette prospérité avait un coût caché. En absorbant l’eau du sol plus intensément, les plantes réduisaient progressivement les réserves hydriques du sol. Elles augmentaient ainsi le risque de sécheresse. Lorsque des températures extrêmes survinrent, les niveaux d’humidité du sol, déjà diminués, chutaient brusquement, déclenchant une sécheresse fulgurante en quelques jours.

Parallèlement, les mesures de fluorescence étaient corrélées aux données d’humidité du sol fournies par le satellite SMAP (Soil Moisture Active Passive) de la NASA. Ce dernier détecte les changements d’humidité en mesurant les émissions de micro-ondes naturelles de la surface terrestre. Cette corrélation a révélé un schéma constant de perte d’humidité précédant immédiatement les sécheresses, observable dans divers écosystèmes, des forêts tempérées de l’Est américain aux plaines et zones arbustives de l’Ouest.

Implications agricoles et environnementales

Grâce à la détection précoce par la fluorescence solaire induite (SIF), les acteurs du secteur agricole peuvent prendre des mesures proactives pour ajuster leurs pratiques en prévision des séchresses. Ils peuvent optimiser leurs stratégies d’irrigation pour économiser l’eau en prévision des périodes de sécheresse annoncées, choisir des variétés de cultures plus résistantes à la sécheresse, ou modifier les calendriers de plantation pour s’adapter aux prévisions climatiques. Cette gestion préventive permet de réduire les pertes de récoltes potentielles et de maximiser l’utilisation efficace de l’eau, deux aspects essentiels à la survie économique des agriculteurs dans un contexte de fréquence accrue et d’intensité croissante des phénomènes climatiques extrêmes dues au changement climatique.

Par ailleurs, l’étude de la NASA souligne également les implications des sécheresses éclair sur le cycle du carbone. Lors de périodes de stress hydrique et thermique, les plantes réduisent leur capacité à absorber le dioxyde de carbone atmosphérique, un élément clé de la photosynthèse. Cette réduction de l’absorption de CO2 peut conduire à une augmentation des niveaux de carbone atmosphérique, exacerbant ainsi l’effet de serre.

Toutefois, les données recueillies par le satellite OCO-2 montrent que, dans les phases précédant immédiatement les sécheresses éclair, il y a souvent une absorption accrue de CO2 par les plantes, probablement en réponse à des conditions de lumière et de température initialement favorables. Ce phénomène pourrait temporairement contrebalancer la baisse de la séquestration de carbone pendant la sécheresse, mettant en lumière un aspect complexe et dynamique du cycle du carbone qui nécessite une observation continue pour mieux comprendre et gérer les interactions entre la végétation, le climat et le carbone atmosphérique.

Source : Parazoo, N., Osman, M., Pascolini-Campbell, M., & Byrne, B. (2024). “Antecedent conditions mitigate carbon loss during flash drought events”. Geophysical Research Letters, 51, e2024GL108310. https://doi.org/10.1029/2024GL108310