Le chêne face aux changements climatiques: sécheresse et adaptation

Cet article est le premier d'une série en trois volets consacrée aux effets des changements climatiques sur le chêne.

• 1re partie: la croissance
• 2^e partie: sécheresse et adaptation
• 3e partie: la physiologie

L’Institut fédéral de recherches WSL a analysé entre 2006 et 2012 le comportement de jeunes chênes sous différentes conditions climatiques. Le but de cette expérimentation de grande envergure fut d’étudier les effets de la sécheresse et d’une augmentation de la température de l’air sur le microclimat, le sol et les arbres. 770 jeunes chênes furent observés et mensurés en chambre d’écosystème modélisé pendant trois ans. Les résultats de ce projet sont présentés dans une série de trois articles.

Dans le premier article, les effets du changement climatique sur la croissance de jeunes chênes ont été présentés. Les résultats ont démontré que l’élévation de la température s’avère moins problématique que la sécheresse. C’est la raison pour laquelle, dans ce deuxième article, les effets de ce stress hydrique sont discutés plus en détail. Sont présentés non seulement le sol en tant que substrat de croissance et réservoir d’eau, mais également la production de biomasse, le transport d’eau dans le bois, le développement de la morphologie des feuilles et les dégâts foliaires.

Les réserves d’eau dans le sol sont déterminantes pour le comportement des arbres pendant une période de sécheresse. Les chambres d’écosystème modélisé du WSL à Birmensdorf sont conçues pour l’étude de telles questions. Elles se composent d’une verrière de 3 m de haut qui repose sur un fondement hexagonal en béton d’une profondeur de 1,5 m. Celui-ci est divisé en deux compartiments étanches (lysimètres) dans lesquels, à l’aide de différents appareils de mesure, le régime hydrique du sol est déterminé (figure 1). Avant que les chênes ne fussent plantés, deux sols de forêts de chêne situés en Suisse ont été choisis pour servir de substrat de croissance dans les chambres d’écosystème modélisé. Un, calcaire, provenant de Brugg (pH 7) et l’autre, acide, d’Eiken (pH 4).

Pendant les périodes de végétation de 2007 à 2009, les plantes ont été arrosées au moyen d’un système sprinkler. Par temps de pluie, les toits en verre étaient fermés automatiquement, ce qui a permis de contrôler avec exactitude l’irrigation de tous les traitements. Pour les traitements contrôle et élévation de la température, l’arrosage correspondait à la précipitation moyenne naturelle de Birmensdorf (728 mm d’avril à octobre). Pour les traitements sécheresse, l’irrigation artificielle a été réduite en 2007 de 60% par rapport à la précipitation naturelle. En 2008 et 2009, le déficit a été limité à 43%.

Afin de tester la capacité de régénération des plantes, celles-ci ont été soumises à des périodes de sécheresse répétées et d’intensité (durée) différente. Ce «programme» de sécheresse a été modifié chaque année (figure 3). En comparaison avec une augmentation de la température plutôt modérée (pendant la journée 1 à 2 °C), la sécheresse décrite ci-dessus s’est avérée très forte. Elle se situait à la limite supérieure d’un scénario défini par des experts climatologues, prévoyant pour 2085 une réduction de la pluviosité de 21–28%. En conséquence, la réduction massive de la production de matière sèche (pousses, feuilles et racines) décrite dans le premier article ne surprend guère.

L’expérimentation Querco montre que les chênes, après une période de sécheresse, se remettent rapidement du stress hydrique subi. La mensuration de l’évapotranspiration, c’est-à-dire, la quantité d’eau qui s’évapore par la végétation (et par le sol aussi), permet d’évaluer l’activité biologique des plantes. En juillet et août 2008, l’irrigation des traitements sécheresse a été stoppée, ce qui a pratiquement réduit à zéro l’évapotranspiration. Après la période de sécheresse, en l’espace de 11 jours, cette dernière a de nouveau atteint le niveau des plantes sous irrigation normale (figure 4). En été 2009, dans les mêmes conditions, un comportement identique a pu être observé. Le fait qu’aucun chêne n’ait dépéri durant les trois ans de l’expérimentation Querco peut être pris comme un indice de la tolérance prononcée du chêne à la sécheresse.
 

Le bon fonctionnement des feuilles est indispensable à de nombreux processus biologiques de la plante. La photosynthèse, la fixation du carbone ainsi que le transport des nutriments et de l’eau en sont quelques exemples. Le maintien de ces fonctions vitales est capital pour la survie d’un arbre sous des conditions climatiques changeantes.

Pendant trois ans, de nombreuses caractéristiques morphologiques ont été analysées afin d’évaluer le développement du feuillage: longueur et largeur de la feuille, longueur du pétiole, poids de la feuille à sec, lobes et nervures secondaires, ainsi que la pilosité de la face inférieure. Sous l’élévation de la température, une tendance générale peut être constatée pour toutes les espèces: augmentation de la longueur de la feuille ainsi que du rapport entre la longueur et la largeur, mais aussi du nombre des lobes et des nervures secondaires. Le traitement sécheresse, par contre, a conduit à une diminution des caractéristiques mentionnées. Pour le traitement combiné élévation de la température et sécheresse, les changements ont été compensés.

Le processus de la photosynthèse et la formation de biomasse requiert de l’eau. Sous condition d’irrigation normale, la croissance sur le sol acide d’Eiken/AG, du fait d’une meilleure disponibilité en nutriments, a été nettement supérieure a celle observée sur le sol calcaire de Brugg/AG (figure 7). Lors de la sécheresse, la différence s’est amenuisée. Ceci s’explique par la simulation d’une très forte sècheresse, résultant à un arrêt presque complet des activités biologiques du chêne – et ce indépendamment du type de sol (figure 4). Alors que, sous condition d’irrigation normale, le type de sol influence la croissance des jeunes chênes, il semble que la température et la sécheresse n’influencent que peu les réactions spécifiques dues au sol. Dans le tableau 1, les constatations importantes concernant le sol et la croissance sont résumées.