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Les plantes pérennes cultivées à des fins de bioénergie peuvent rapporter autant d’eau qu’elles en consomment !

Une étude menée par des chercheurs français et chinois, parmi lesquels Philippe Ciais, et publiée en 2023 dans la revue Nature, met en lumière l’existence d’un phénomène de rétroaction climatique en lien avec certaines cultures bioénergétiques.

Promue notamment par le GIEC, la bioénergie avec capture et stockage du carbone (BECCS) remplit en théorie une double fonction d’élimination du CO2 et d’approvisionnement en bioénergie. Sans porter de jugement sur cette technologie, ce qui nous intéresse ici est qu’elle repose sur la culture de plantes pérennes, arbres ou herbacées, et pas sur des plantes annuelles.

Si leur irrigation implique une certaine consommation d’eau, ces plantes pérennes la redistribuent abondamment, en la drainant dans le sol par les racines et en l“évapotranspirant dans l’atmosphère. La plantation massive de ce type de végétaux pourrait donc avoir un impact direct sur le cycle global de l’eau. L’étude aborde frontalement cette problématique en proposant un modèle pour prédire les effets que pourrait générer le déploiement à grande échelle de la technologie BECCS.

En l’occurrence, les chercheurs ont tenté d’obtenir des « représentations explicites » des impacts sur le cycle de l’eau de deux types distincts de monocultures bioénergétiques : d’une part des plantes ligneuses à forte transpiration (eucalyptus) et d’autre part des plantes herbacées à plus faible transpiration (panic raide ou switchgrass).

Dans les deux cas, les résultats obtenus indiquent un effet positif sur le recyclage de l’eau dans l’atmosphère. Les simulations réalisées dans le cadre de cette étude montrent en effet que « les précipitations terrestres mondiales augmentent dans les scénarios BECCS, en raison de l’évapotranspiration accrue et de l’advection (déplacement horizontal) d’humidité intérieure ».

Les auteurs concluent que « l’augmentation des précipitations terrestres à l’échelle mondiale, due aux rétroactions atmosphériques des cultures bioénergétiques à grande échelle, pourrait compenser partiellement la consommation d’eau de ces cultures bioénergétiques pluviales à l’échelle mondiale » et recommandent « une évaluation plus complète, incluant les effets biophysiques de la culture de la bioénergie ».

Cette étude illustre en tout cas de manière éclatante le rôle crucial joué par les espèces végétales dans le cycle de l’eau. Loin d’être négligeable, ce dernier est tout simplement moteur dans le recyclage des ressources hydriques à l’échelle de la planète. Ce constat est un argument de plus en faveur des projets d’intensification végétale, comme celui que nous promouvons entre les Pyrénées et le Massif Central.

Un grand merci à Philippe Ciais pour nous avoir orienté vers ces travaux !

Les bioaérosols et la pluie

de joris

Connaissez-vous les bactéries déclencheuses de pluie ?

L’image provient d’une « rencontre avec Pierre Amato«

Les interactions entre les composés organiques volatiles émis par les plantes et les arbres et l’ennuagement et le déclenchement des pluies sont de mieux en mieux documentées.

Les nuages se forment lorsque des gouttelettes d’eau se condensent autour de minuscules particules, les noyaux de condensation. Les arbres et végétaux émettent dans l’air des sesquiterpènes et des spores qui agissent comme noyaux de condensation. Ils permettent donc aux gouttelettes d’eau de se former et grossir, avant de précipiter.

Les bioaérosols sont importants pour la formation des nuages. En effet, les émissions de soufre et d’autres substances polluantes diminuent, ce qui est positif.Toutefois, elles sont un vecteur d’ennuagement. Une meilleure compréhension du rôle des agents organiques d’ensemencement est donc essentielle pour affiner les modèles climatiques et soutenir le régime des pluies. A contrario, les fragments de certains pollens (ambroisie et ivraie) conduisent à la formation d’un type de nuage ne produisant pas de pluies.

Parmi les promoteurs de l’agroécologie et des solutions fondées sur la nature, le lien entre végétation, composés organiques volatiles et pluie est notamment connu grâce aux travaux de Cindy Morris, directrice de Recherche à l’INRAE [1], [2], autour de la bactérie pseudomonas syringae. Ce “chancre bactérien” infecte arbres et plantes. En étudiant ses effets pathogènes, la chercheuse s’est aperçue de son importance dans le déclenchement des pluies et donc sur le cycle de l’eau.

En effet, cette bactérie a une propriété glaçogène. En été, elle catalyse la pluie malgré une température élevée, et provoque donc des précipitations. Cette bactérie abaisse le point de nucléation, donc l’altitude à laquelle l’eau à besoin de monter pour refroidir et précipiter, de façon très significative. Cindy Morris parle de “plancton aérien”.

Pour décrire ce phénomène, le terme de “bioprécipitation” a été inventé dans les années 1980. Les physiciens étaient initialement hostiles à cette approche, mais le facteur biologique est désormais accepté, même s’il est insuffisamment pris en compte.

Actuellement, la présence de cette bactérie dans l’eau est étudiée. Cindy Morris participe également à l’évaluation de la dissémination de la bactérie à longue distance. Toutefois, il est compliqué de quantifier la quantité de particules microbiennes dans les flux d’air.

Malgré les difficultés pour prendre en compte ces facteurs dans l’aménagement du territoire et du paysage, c’est un axe très prometteur. L’aménagement du territoire, et les choix végétaux liés, ont des impacts climatiques bien plus importants que ce qui est communément admis. Il est temps de porter ce sujet dans la sphère publique, afin que tout aménagement territorial, grand ou petit, prenne en compte ces impacts climatiques.

Enfin, l’éradication de ce chancre bactérien, pour préserver les cultures, pourrait diminuer la pluviométrie.

Le rôle des forêts comme source d’humidité face aux vagues de chaleur

de joris

Les forêts permettent-elles d’atténuer les épisodes caniculaires en Europe ? Alors qu’un rapport sur la déforestation dans le monde démontre que cette dynamique n’est pas enrayée, il est utile de souligner les bienfaits des écosystèmes naturels.

De plus en plus de scientifiques objectivent les services écosystémiques fournis par la végétation et les proposent comme stratégies concrètes d’adaptation. C’est le cas de l’étude Moisture recycling and the potential role of forests as moisture source during European heatwaves, publiée en 2021 par Agnès Pranindita, Lan Wang-Erlandsson, Ingo Fetzer, chercheurs au Stockholm Resilience Center, et Adriaan J.Teuling, hydrologue au Wageningen University & Research.

Le modèle de suivi de l’humidité atmosphérique WAM-2layers a été utilisé. Il permet de déterminer d’où les précipitations se sont initialement évaporées et où cette humidité finit par aboutir. Les données de vagues de chaleur datant de 1979 à 2018 ont été analysées.

Plusieurs faits saillants ressortent de l’étude :

🔸Les vagues de chaleur peuvent s’auto-amplifier à cause d’une rétroaction climatique interne qui réduit les précipitations locales.

🔸 En Europe du Nord et de l’Ouest, l’apport d’humidité de l’Atlantique Nord est réduit pendant les vagues de chaleur, tandis que l’apport d’humidité terrestre augmente. Environ 10% de l’approvisionnement en humidité des sources océaniques serait remplacé par des sources terrestres (de l’est du continent euro-asiatique et de l’intérieur des régions en question).

🔸En Europe du Sud, les sources locales d’humidité sont limitées, ce qui entraîne “une diminution spectaculaire du recyclage de l’humidité”. Ceci souligne l’urgence de la situation du pourtour méditerrannéen, que nous explorons dans plusieurs posts ([3], [4] et [5]).

🔸 Surtout, les forêts fournissent uniformément une humidité supplémentaire à toutes les régions pendant les vagues de chaleur et contribuent ainsi à amortir les impacts locaux.

Ce n’est pas un scoop, mais sans l’importante couverture forestière de l’Europe ces vagues de chaleur auraient un impact bien plus ravageur. Cela doit inciter à envisager l’aménagement du territoire de manière systémique.

On le voit, les solutions fondées sur la nature sont vitales pour l’adaptation de nos territoires. Grâce à l’agroforesterie, le développement de corridors d’humidité pourrait soulager la fonction de réservoirs d’humidité des forêts “naturelles” (voir le concept de Targeted rainfall enhancement ). Maillons la France et l’Europe d’autoroutes de la pluie !

En plus de soutenir les forêts existantes, il serait judicieux de repenser la gestion des zones humides, mais aussi de recréer un maillage dense de mares à travers le territoire, pour multiplier les réserves d’humidité. Cela permettrait également d’atténuer les risques d’érosion et d’inondation.

Pour une hydrologie régénérative

de joris

Connaissez-vous l’hydrologie régénérative qui vise à hydrater nos territoires ?

Le collectif de l’Autoroute de la Pluie adhère pleinement à cette approche qui vise à :

Ralentir, répartir, infiltrer et stocker toutes les eaux de pluie et de ruissellement

Densifier la végétation multifonctionnelle, cultivée ou non

L’énoncé de ces principes provient du site de l’association française Pour une Hydrologie Régénérative, créée en 2022.

Pour comprendre ces enjeux, Ananda Fitzsimmons revient dans son livre “Hydrater la terre” (commande disponible sur le site des éditions La Butineuse) sur le rôle oublié de l’eau dans la crise climatique. L’environnementaliste et promotrice de pratiques agroécologiques canadienne revient sur les risques liés à la désertification des territoires et les possibilités de régénérer le cycle de l’eau. Elle évoque plusieurs exemples d’application de l’hydrologie régénérative. Ainsi, en Arabie Saoudite des bédouins travaillent à contrer la désertification au moyen d’ingénieux dispositifs visant à ralentir le flux des rares précipitations, relançant ainsi l’activité photosynthétique [voir ce post très instructif].

En Australie, l’ingénieur et agriculteur PA Yeomans [version électronique du livre “The Keyline plan” de PA Yeoman] a dans les années 1950 inventé et appliqué le keyline design [définition du keyline design sur le site de Neayi – triple performance], un des piliers de l’hydrologie régénérative. Cette technique d’aménagement vise à maximiser les ressources en eau. En étudiant la topographie du territoire, il est possible d’y intégrer des keylines, qui suivent les courbes de niveau, pour y stocker et infiltrer les pluies. Les résultats en milieu semi aride ayant été probants, ces principes ont commencé à essaimer.

En France, Simon Ricard est un des praticiens de l’hydrologie régénérative (avec Perma Lab). Il accompagne des agriculteurs pour renforcer la résilience, hydrique notamment, de leurs exploitations. Alain Malard aide plus spécifiquement les viticulteurs. Tous deux partagent régulièrement sur LinkedIn des informations sur leurs activités.

Citons également Samuel Bonvoisin, conférencier et consultant en agroécologie, qui contribue à diffuser ces bonnes pratiques. Enfin, Charlène Descollonges, hydrologue de formation, auteure et conférencière, a acquis une notoriété qui permet de diffuser largement ces idées novatrices et porteuses d’espoir. La liste n’est pas exhaustive, cette association rassemblant de nombreux praticiens soucieux d’hydrater durablement les territoires.

Cette association travaille actuellement à mettre en place des “Plans territoriaux de régénération des cycles de l’eau “ afin que l’hydrologie régénérative passe à l’échelle en France. On le voit, hydrologie et pratiques agricoles et forestières sont étroitement imbriquées. Les convergences avec l’autoroute de la pluie sont évidentes.

Il est plus que jamais nécessaire de revoir notre manière de penser le territoire et d’y intégrer les notions d’hydrologie régénérative, d’agroforesterie à grande échelle et d’agroécologie. Cela ne pourra que renforcer les territoires et contribuer à atténuer la crise climatique.

Déployer la pompe biotique

de joris

Comment mettre en œuvre la pompe biotique à l’échelle territoriale pour augmenter la pluviométrie de votre région ?

Dans la leçon inaugurale de Nathalie De Noblet à l’Ecole supérieure des agricultures, la bioclimatologiste décrypte les rétroactions entre occupation des sols et climat. La chercheuse française montre comment ensemencer la pluie grâce à la végétation, afin qu’elle précipite plus loin et génère un système vertueux.

Elle cite un exemple documenté en Californie. L’objectif était de reverdir une colline en plantant des arbres irrigués dans une vallée. Les vents dominants allant de la vallée vers la colline, l’évapotranspiration accrue de ces nouveaux arbres s’est alors dirigée vers la colline avant de s’y condenser et de précipiter. Cela a permis à la végétation de croître sur la colline. Une partie de cette pluie supplémentaire a ruisselé vers la vallée, diminuant ainsi l’irrigation.

Les conditions pour utiliser cette approche de manière méthodique sont :

la première zone végétalisée est située à côté de flux d’humidité conséquents

la seconde zone, où l’on souhaite améliorer les flux d’humidité, doit se trouver sous le vent de la première

ainsi, les vents dominants se chargent d’humidité dans la première zone et les précipitations augmentent dans la seconde

Nathalie De Noblet, co-auteure du rapport sur l’état des sols du GIEC de 2019, insiste sur le caractère non local de cette action. Un projet déployé dans un lieu donné bénéficie à un territoire plus vaste. Notre projet s’inscrit dans la même démarche : mailler les territoires d’autoroutes de la pluie. L’aménagement du territoire pensé de manière systémique permet d’en améliorer la résilience à plusieurs échelles.

Ces considérations font écho à l’approche décrite dans notre post sur l’amélioration ciblée des précipitations (“targeted rainfall enhancement”, TRE), qui devrait guider la réflexion de tous projets de reforestation, et plus généralement de toute évolution sensible de l’usage des sols.

On le voit, il n’est pas nécessaire de disposer d’un potentiel d’évapotranspiration tel que celui de l’Amazonie pour impacter positivement le climat. Déployer ce type de démarche permettrait d’atténuer la tendance à la désertification du pourtour méditerannéen,. A condition de miser sur des solutions fondées sur la nature plutôt que sur le techno-solutionnisme (voir notre post sur les services rendus par les zones humides littorales et leur coût comparé à celui du dessalement de l’eau de mer).

Le passage sur l’augmentation localisée et volontaire de la pluviométrie est accessible à la 45ème minute de la conférence de Nathalie De Noblet.

Les images illustrant ce post et la vidéo proviennent de l’étude “Induced precipitation recycling (IPR): A proposed concept for increasing precipitation through natural vegetation feedback mechanisms “, publiée en 2016. Cette étude aborde le rôle potentiel des forêts et du couvert végétal comme outil d’adaptation.

La pluie ne connait pas les frontières politiques

de joris

La pluie en Chine dépend-elle de la façade Atlantique française ?

Les écosystèmes sont interdépendants. La pluie n’a que faire de nos frontières politiques.

Ainsi, l’étude “Origin and fate of atmospheric moisture”, de Rudi J. van der Ent et al., parue en 2010, examine les dynamiques de l’humidité atmosphérique afin de comprendre dans quelle mesure les précipitations continentales dépendent du recyclage de l’humidité.

Ainsi, “l’humidité qui s’évapore du continent eurasien est responsable de 80 % des ressources en eau de la Chine. En Amérique du Sud, le bassin du Río de la Plata dépend de l’évaporation de la forêt amazonienne pour 70 % de ses ressources en eau. La principale source de précipitations dans le bassin du Congo est l’humidité évaporée sur l’Afrique de l’Est, en particulier dans la région des Grands Lacs. Le bassin du Congo, à son tour, constitue une source majeure d’humidité pour les précipitations au Sahel.”

On le voit, les interdépendances sont multiples à l’échelle globale et le cycle de l’eau dépend étroitement du recyclage des précipitations continentales. Compte-tenu de l’importance de la végétation dans le processus de recyclage des précipitations, on comprend aisément que les projets de boisement et de restauration écologique dans une région donnée vont impacter directement la pluviométrie de zones plus ou moins proches. Et a contrario, modifier massivement l’usage du sol (c-a-d raser des forêts, retourner des prairies permanentes ou drainer des zones humides) aura des impacts critiques dans des zones situées sous le vent.

La carte illustrant ce post, issue de l’étude, démontre ce caractère critique pour une grande partie de l’Amérique du Sud, mais surtout pour l’est de l’Eurasie. Ainsi, la Mongolie, pays fortement enclavé, dépend presque entièrement du recyclage des précipitations.

Peut-être serait-il temps que les États se saisissent de ce sujet de manière transnationale. Plusieurs grandes agences de l’ONU sont déjà sensibilisées à ces interdépendances, mais il est souhaitable qu’une agence dédiée soit créée pour gérer cette thématique, où considérations locales et globales sont en étroite dépendance.

L’Autoroute de la Pluie s’affaire à médiatiser ce sujet, à marteler l’importance de la photosynthèse pour éviter les sécheresses. Nous souhaitons participer à déployer des corridors végétaux à large échelle pour renforcer les réseaux de recyclage de l’humidité atmosphérique.

Pour cela, nous avons besoin de toutes les forces vives. Pensez-vous qu’une telle approche, profondément proactive et positive, peut voir le jour rapidement ?

Amélioration de la disponibilité en eau grâce au boisement

de joris

Une étude parue en janvier 2024 s’intéresse à la manière dont le boisement permettrait de soutenir la dynamique des pluies.

Les scientifiques prennent de plus en plus en compte l’impact de la végétation sur la disponibilité en eau et l’étude “Targeted rainfall enhancement as an objective of forestation” dresse un panorama de ces recherches.

Les auteurs, Arie Staa, Jolanda Theeuwen, @Nico Wunderling, @Lan Wang-Erlandsson et Stefan Dekker, sont pour la plupart en poste aux Pays-Bas, un pays en pointe dans la compréhension des interactions entre végétation et précipitations. Ces capacités néerlandaises en génie écologique s’expliquent probablement par l’histoire de ce pays qui s’est construit largement sur la mer.

Les chercheurs développent le concept prometteur de “TRE” pour “targeted rainfall enhancement” (“amélioration ciblée des précipitations”), précisant qu’ils vont “plus loin que la littérature existante en arguant que – en plus d’autres considérations telles que les effets sur la biodiversité – il commence à devenir possible de prendre délibérément en compte les effets non locaux, spatialement explicites, du reboisement sur les précipitations dans la priorisation holistique du reboisement. et les évaluations de la vulnérabilité au changement climatique à l’échelle mondiale.”

Cette position fait écho à notre approche. Nous espérons d’ailleurs faire caisse de résonance sur ce sujet, pour que décideurs politiques et économiques prennent en compte la biosphère et cessent de penser qu’on peut compenser à court terme en plantant ici ce qu’on rase par là.

Plusieurs grands enseignements ressortent de cette étude exhaustive.

Un suivi des réseaux de recyclage de l’humidité est nécessaire pour comprendre la complexité du cycle de l’eau, notamment la condensation. Il est rendu possible par les améliorations récentes du suivi de l’humidité atmosphérique à des échelles fines.

La plantation d’arbres peut être utilisée pour améliorer les précipitations locales, en plus de son impact à l’échelle non locale

Des corrélations positives ont été mises en lumière entre l’indice de surface foliaire cumulé (LAI) et précipitations

Le verdissement récent constaté sur la surface terrestre a déjà entraîné une légère augmentation annuelle de l’apport en eau (voir l’étude)

L’augmentation massive des forêts ne doit pas se faire au détriment des écosystèmes indigènes qui fonctionnent, tels que les prairies naturelles et les zones humides

Enfin, et surtout, un ciblage des régions du globe les plus propices à ce type de projet est proposé : le sud et l’ouest de l’Amazonie, le Mexique, l’est de la Chine et l’Europe méditerranéenne.

La zone que cible prioritairement l’Autoroute de la Pluie se situe à la confluence de deux réservoirs importants d’humidité, l’océan Atlantique et la mer Méditerranée. Elle offre donc un potentiel important pour renforcer les réseaux de recyclage de l’humidité atmosphérique. Cela constitue donc une base stratégique avant d’étendre lesdits réseaux en Europe et sur la rive Sud de la Méditerranée.

Comment le boisement génère des nuages

de joris

L’augmentation du boisement augmenterait sensiblement la couverture nuageuse de basse altitude, ce qui pourrait aider à refroidir la planète.

Selon les résultats d’une étude, “pour 67 % des zones échantillonnées à travers le monde, le reboisement augmenterait la couverture nuageuse de basse altitude”, ce qui aurait des conséquences positives sur le cycle hydrologique et le climat.

Parue en 2021, l’étude “Revealing the widespread potential of forests to increase low level cloud cover” menée par Grégory Duveiller, Federico Filipponi, Andrej Ceglar et al. se base sur des observations de télédétection par satellite. Cette méthode vient compléter utilement les modèles climatiques, qui ne parviennent pas toujours à restituer la complexité des interactions terre-atmosphère, notamment pour comprendre la formation des nuages.

Selon les chercheurs, “les recherches suggèrent que, grâce à une rétroaction entre la génération des nuages et son effet ultérieur sur le rayonnement entrant, les forêts ont tendance à favoriser l’établissement d’un équilibre entre les tendances de la température et de l’humidité, garantissant ainsi la pérennité de ces conditions de formation des nuages.”

Dit autrement, les espaces forestiers créent et auto-entretiennent les conditions favorables à un ennuagement conséquent (voir notamment pour le lien entre climat et nuage notre post sur la répartition des nuages sur terre).
D’autres résultats de l’étude sont particulièrement instructifs :

Les boisements ont tendance à augmenter davantage la couverture nuageuse d’une région durant sa période la plus chaude. Compte tenu des conditions extrêmes que nous vivons désormais l’été, ceci doit retenir l’attention de tous.

Moins intuitif: certains types de forêts de conifères auraient des effets plus importants sur la formation de nuage de basse altitude, ce qui viendrait contrebalancer une évapotranspiration plus faible que celle des feuillus. Les recherches sur ce sujet continuent et promettent des résultats passionnants.

Adoptant une attitude volontariste, les chercheurs appellent à ce que ces résultats soient utilisés par les décideurs politiques afin de concevoir et déployer d’ambitieuses politiques d’atténuation grâce à des solutions fondées sur la nature.

Ce dernier point fait tout particulièrement écho au projet de l’Autoroute de la Pluie. En effet, il est urgent de déployer partout où cela est possible des projets basés sur les services écosystémiques. Et comme il est nécessaire de conserver des terres cultivées, le déploiement à grande échelle de l’agroforesterie est vital pour protéger les sols et atténuer les extrêmes climatiques.

On a coutume de dire que le climat fait la plante mais ne devons-nous pas prendre l’habitude de dire que la plante fait le climat?

Le mystère de la disparition des tempêtes de Méditerranée

de joris