Les plus vieux arbres de la forêt boréale d’Amérique du Nord utilisent plus efficacement l’eau dont ils disposent, mais cela ne se traduit pas par une stimulation notable de la croissance de leur tronc, contrairement à ce que la plupart des modèles de végétation prédisent. Ce sont les conclusions étonnantes d’une étude qui vient de paraître dans la prestigieuse revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) et dont la première auteure est Claudie Giguère-Croteau (M.Sc. Biologie, 2017).
C’est dans le cadre de sa maîtrise sous la direction des professeurs Yves Bergeron (sciences biologiques) et Étienne Boucher (géographie), également signataires de l’article, que Claudie Giguère-Croteau, récipiendaire 2018 de la Médaille académique du Gouverneur général, s’est intéressée à la réponse physiologique des plus vieux arbres de la forêt boréale nord-américaine à l’augmentation de concentrations atmosphériques de CO2 et à la variabilité climatique. Les professeurs associés Martin Girardin (sciences biologiques) et Jean-François Hélie (sciences de la Terre et de l’atmosphère), ainsi que la professeure Michelle Garneau (géographie), figurent également parmi les coauteurs de cet article, de même qu’Igor Drobyshev (UQAT) et Lucas Silva (Université de l’Oregon).
Depuis le début de l’ère industrielle, au milieu du 19e siècle, on observe une hausse des concentrations atmosphériques de CO2. Cette augmentation rapide et soutenue entraîne des changements notables dans les échanges gazeux (H2O et CO2) entre les arbres et l’atmosphère. Pour mettre en évidence ce processus d’acclimatation, Claudie Giguère-Croteau a étudié les rapports isotopiques du carbone et de l’oxygène de la cellulose du bois au cours des 700 dernières années. Sa recherche a porté sur une population de vieux thuyas (Thuja occidentalis, communément appelés cèdres) dans la Forêt d’enseignement et de recherche du Lac Duparquet, en Abitibi, gérée conjointement par l’UQAM et l’UQAT.
«On appelle cette technique la dendrochronologie, explique la chercheuse. Il s’agit de dater chaque cerne des échantillons d’arbres que nous avons recueillis. J’ai mesuré la largeur de chaque cerne et sa composition isotopique. Cela m’a permis d’évaluer l’efficacité d’utilisation de l’eau. En résumé, il s’agit de calculer les gains en carbone de l’arbre par rapport à la perte d’eau à travers ses stomates – les petits trous sur les feuilles par lesquels s’effectuent les échanges gazeux.»
Les résultats obtenus par la chercheuse démontrent que les vieux cèdres utilisent plus efficacement l’eau dont ils disposent, c’est-à-dire que pour chaque unité de carbone assimilé pour la photosynthèse et la croissance, la quantité d’eau évapotranspirée ne cesse de diminuer depuis le début de l’ère industrielle. Paradoxalement, cette augmentation spectaculaire dans l’efficacité de l’utilisation de l’eau ne se traduit pas par une stimulation notable de la croissance du tronc des arbres au cours des 150 dernières années.
Claudie Giguère-Croteau précise qu’il faudra mener d’autres recherches pour comprendre les raisons expliquant ce phénomène, mais elle avance néanmoins trois hypothèses. «Les cèdres de cette forêt vivent sur des caps rocheux extrêmement secs et pauvres en nutriments et en eau, ce qui limiterait les gains en carbone et donc la croissance. Une deuxième hypothèse voudrait que la densité des stomates ait changé au fil des ans en fonction de la concentration de CO2 dans l’atmosphère – si un arbre a moins de stomates, l’efficacité d’utilisation de l’eau par stomate est plus grande, mais au total l’arbre ne fait pas de gains en carbone. Enfin, le carbone a peut-être été assimilé par l’arbre, mais il ne s’est pas fixé dans le tronc, mais plutôt sous la surface du sol, dans les racines, ce que nous n’avons pas mesuré.»
Selon Étienne Boucher, cette étude met en évidence la complexité des liens qui existent entre le cycle de l’eau et le cycle du carbone, et le rôle clé que joue la végétation dans la régulation des échanges gazeux entre la biosphère et l’atmosphère. Le professeur poursuit des études pour mieux comprendre le phénomène.
«Ces vieux arbres ont peut-être atteint leur point de saturation photosynthétique, et, en définitive, on a peut-être surestimé leur capacité à fixer le carbone atmosphérique. Mais ce n’est pas une raison pour arrêter d’en planter de nouveaux!», conclut en riant Claudie Giguère-Croteau.