Sans eau, les forêts arrêtent de capter du CO₂
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La surface des feuilles est en partie couverte de stomates, de minuscules fentes qui peuvent s’ouvrir et se fermer. C’est par ces pores que le #CO2 pénètre dans l’#arbre. Ce déplacement du CO2 ne nécessite pas d’énergie à l’arbre. Il se fait naturellement du milieu où le CO2 est plus abondant – l’atmosphère – vers le milieu où il l’est moins, ici l’intérieur de la feuille.
Mais l’ouverture des stomates ne permet pas seulement au CO2 d’entrer. Elle entraîne aussi une perte en #eau pour l’arbre, car les cellules de l’intérieur des feuilles sont bien plus riches en vapeur d’eau que l’atmosphère, et ce, même dans les régions les plus humides. C’est ce qu’on appelle la #transpiration des arbres. En moyenne, pour chaque molécule de CO2 absorbée par un stomate, environ 400 molécules d’eau s’échappent simultanément.
Cette transpiration est nécessaire à la croissance et au métabolisme des plantes. Elle peut représenter jusqu’à plusieurs centaines de litres d’eau – l’équivalent de plusieurs baignoires – par jour selon la taille de l’arbre en saison de croissance, et plusieurs dizaines de milliers de litres par jour pour un hectare de #forêt. Ces grandes quantités d’eau sont puisées dans le #sol par les racines de l’arbre.
Pour acheminer l’eau des racines jusqu’aux feuilles, les plantes ont besoin d’un système hydraulique performant. Le moteur de ce transport, à contre-courant de la gravité, est l’évaporation de l’eau au niveau des stomates. Celle-ci crée une tension qui « tire » les colonnes d’eau vers le haut, comme une paille géante, grâce à la forte cohésion des molécules d’eau entre elles.
Ce principe a été formulé à la fin du XIXᵉ siècle par le botaniste irlandais Henry Horatio Dixon, et a ainsi été appelé « tension-cohésion ». Il explique comment la transpiration est un mécanisme passif, sans coût énergétique pour l’arbre.
Pourtant, la tension nécessaire pour élever l’eau jusqu’à la cime des arbres est colossale. Imaginez que l’eau est aspirée comme à travers une paille de plusieurs dizaines de mètres, mais que cette paille est remplie d’obstacles : les parois des vaisseaux, les cellules… Résultat ? La force nécessaire pour faire monter l’eau jusqu’au sommet de l’arbre équivaut à celle qu’il faudrait pour pomper de l’eau d’un puits de plusieurs centaines de mètres de profondeur !
Dans ces conditions extrêmes, l’eau se trouve dans un état dit « métastable », c’est-à-dire qu’elle peut brusquement passer à l’état gazeux si la tension augmente encore : si c’est le cas, c’est la #cavitation. Lorsque la cavitation survient, cela génère des bulles d’air dans ce réseau qu’on appelle le système hydraulique de l’arbre. Des embolies gazeuses empêchent alors la circulation de l’eau et le système hydraulique défaille. Les feuilles ainsi que les autres tissus de l’arbre se déshydratent progressivement, jusqu’à se dessécher de manière irréversible.
La cavitation est un phénomène irréversible qui intervient lors des sécheresses extrêmes, souvent liées au manque de pluie combiné aux vagues de chaleur. Dans ces situations, d’une part, l’eau du sol est de plus en plus difficile à extraire au fur et à mesure que celui-ci s’assèche, on parle de sécheresse du sol. D’autre part, lorsque l’atmosphère chauffe, l’air devient plus desséchant et le moteur de l’évaporation au niveau des feuilles s’emballe, ce qui augmente la tension dans la plante et accélère la vidange du sol. On parle de sécheresse atmosphérique.
