Nos forêts peuvent-elles s’adapter à un climat futur plus chaud et plus sec ? Les températures devraient augmenter jusqu’à 5 °C par rapport à l’époque préindustrielle. La gestion forestière doit s’adapter à ces conditions, ce qui nécessite une meilleure compréhension de l’impact de la chaleur et de la sécheresse sur les arbres. Une nouvelle étude menée par une équipe de l’Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL) et de l’EPFL montre que le réchauffement, en soi, n’est pas le principal problème pour les arbres.

Sur le site du WSL à Birmensdorf (ZH), de jeunes hêtres et chênes pubescents poussent depuis plus de 5 ans dans des chambres climatiques. Dans ces serres miniatures (Modoek), les chercheurs ont soumis les arbres à différents niveaux d’humidité du sol et de température de l’air. Alors que certains arbres ont subi une sécheresse en continu, d’autres ont poussé à une température élevée de 5 °C, afin de simuler les conditions futures, ou ont dû endurer à la fois la chaleur et la sécheresse.

Les chercheurs ont utilisé le hêtre et le chêne pubescent car ces espèces sont importantes pour l’économie et les écosystèmes forestiers d’Europe centrale. « Le chêne pubescent pousse principalement dans les régions méditerranéennes, mais on le trouve également en Suisse. Nous voulions comparer sa stratégie d’utilisation de l’eau à celle du hêtre, un arbre plus sensible à la sécheresse, en particulier au stade de jeune plant », explique Alyssa Therese Kullberg, physiologiste végétale au Laboratoire de recherche en écologie végétale de l’EPFL-WSL, qui a mené ces recherches.

Coup de soleil et brûlure

Dans le cadre de l'expérience, les chercheurs ont étudié la thermorégulation des arbres en mesurant la température des feuilles et les changements de couleur liés aux dommages. Sous la lumière directe du soleil, la surface des feuilles peut atteindre des températures de 40 à 45 °C. Même sous cette chaleur intense, leur mécanisme de refroidissement semble fonctionner sans problème. « On peut observer de légers coups de soleil sur les feuilles, accompagnés de dommages mineurs au système photosynthétique, mais ces dommages sont généralement temporaires », explique Kullberg.

Mais lorsqu’ils sont soumis aux mêmes températures combinées à un sol sec, il n’y a pas assez d’eau pour la transpiration et les pores des feuilles se ferment pour préserver l’eau. Les feuilles se déshydratent et se surchauffent. Chez les hêtres, cela entraîne des brûlures visibles sous la forme de taches brunes sur le tissu foliaire endommagé. Les chênes, cependant, sont différents : « Nous n’avons pas observé beaucoup de brûlures sur les feuilles de chêne, même si leurs marges de sécurité thermique ont été dépassées à peu près aussi souvent que celles des feuilles de hêtre », explique M. Kullberg. « En d’autres termes, les deux espèces ont atteint des températures critiques aussi souvent l’une que l’autre, mais le chêne semblait mieux à même de tolérer ces conditions. Cela a été une surprise – et cela ne peut pas s’expliquer entièrement par les mécanismes que nous avons mesurés dans notre étude. »

Cette étude est la première à démontrer, à l'aide de données expérimentales, que lorsque les feuilles des arbres dépassent leur marge de sécurité thermique – c'est-à-dire que la température atteint des niveaux critiques –, cela entraîne des dommages irréversibles sous forme de brûlures, en particulier en période de sécheresse. « C’est pourquoi cette découverte nous enthousiasme tant », explique M. Kullberg.

Les arbres de l’expérience continueront de croître dans ces conditions expérimentales pendant encore deux ans. Grâce à ces données supplémentaires, les chercheurs pourront approfondir leurs recherches afin de déterminer si les arbres ayant déjà connu une pénurie d’eau seront plus résistants à la chaleur et à la sécheresse, car ils s’adaptent à des conditions difficiles. Avec le changement climatique, la cooccurrence d’événements météorologiques extrêmes, tels que les vagues de chaleur et les sécheresses, devient de plus en plus fréquente. Même si les précipitations restent stables, la hausse des températures accroîtra à l’avenir la « force d’attraction » de l’évaporation, car l’air plus chaud absorbe davantage d’humidité. Cela asséchera les sols plus rapidement qu’aujourd’hui, ce qui entraînera des problèmes pour les arbres, en particulier les hêtres. Lors des sécheresses estivales de 2018 et 2022 en Suisse, par exemple, de nombreux hêtres plantés sur des sols secs ont présenté des brûlures foliaires.