La diversité des arbres contribue à réduire les pics de chaleur dans les forêts

Une forêt présentant une grande diversité d’espèces d’arbres amortit mieux les pics de chaleur en été et les pics de froid en hiver qu’une forêt comportant moins d’espèces d’arbres. Telle est la conclusion d’une étude menée par des chercheurs du Centre allemand de recherche intégrative sur la biodiversité (iDiv), de l’université de Leipzig et de l’université Martin Luther de Halle-Wittenberg (MLU).

L’étude a été réalisée dans le cadre d’une expérience de forêt plantée à grande échelle en Chine et a été publiée dans la revue Ecology Letters. Elle fournit un argument supplémentaire en faveur de la diversification des espèces d’arbres dans les forêts, en particulier dans le contexte du changement climatique en cours.

Les températures augmentent dans de nombreux endroits du monde, en grande partie à cause de l’augmentation des gaz à effet de serre. Ces changements climatiques s’accompagnent d’une modification des températures extrêmes : alors que les pics de froid en hiver diminuent déjà en nombre (c’est-à-dire qu’ils deviennent plus chauds), les pics de chaleur augmentent. On sait depuis longtemps que les arbres atténuent les températures extrêmes, en réduisant les pics de chaleur dans les forêts pendant les chaleurs estivales et les pics de froid pendant l’hiver. Toutefois, on ne savait pas si le nombre d’espèces d’arbres, la « richesse en espèces d’arbres », pouvait augmenter le potentiel des forêts à amortir les pics de chaleur et de froid.

« Des recherches antérieures ont montré que les températures tampons sous la canopée des arbres sont importantes pour la biodiversité des forêts, car elles ralentissent le changement climatique en faveur des espèces qui préfèrent les températures chaudes », explique le Dr Florian Schnabel, de l’université de Fribourg, qui a supervisé cette recherche alors qu’il travaillait à l’iDiv et à l’université de Leipzig, et qui a poursuivi ce travail à Fribourg. « Parallèlement, l’effet de la diversité des arbres, une facette essentielle de la biodiversité des forêts, sur l’effet tampon de la température des forêts reste largement inconnu. »

La plus grande expérience au monde sur la diversité des arbres plantés

Pour répondre à cette question, les chercheurs ont tiré parti de la plus grande expérience de diversité d’arbres plantés au monde, située en Chine subtropicale. Dans le cadre de cette expérience, plusieurs centaines de milliers d’arbres ont été plantés dans des parcelles composées respectivement de 1, 2, 4, 8, 16 ou 24 espèces d’arbres différentes. Depuis la création d’iDiv, le projet BEF-Chine a été l’une des principales plateformes de recherche d’iDiv, ce qui a donné naissance à un groupe international de formation à la recherche sino-allemande qui a effectué les mesures de la température des forêts dans le cadre de cette étude sur une période de six ans (2015-2020).

La diversité des espèces d’arbres atténue les pics de température

Les résultats ont montré que les forêts riches en espèces d’arbres abaissaient davantage les températures sous la canopée lors des pics de chaleur que les forêts comptant moins d’espèces d’arbres. L’effet était le plus fort pendant les chaleurs de midi en été. Le refroidissement était jusqu’à 4,4°C plus fort dans les parcelles expérimentales comportant 24 espèces que dans les parcelles ne comportant qu’une seule espèce.

Les forêts riches en espèces ont également mieux réussi à augmenter les températures pendant les heures froides de la nuit et de l’hiver. Toutefois, en examinant les moyennes mensuelles, les chercheurs n’ont trouvé aucune différence entre les forêts pauvres en espèces et les forêts riches en espèces.

La densité de la canopée et la diversité structurelle expliquent l’effet de la diversité

Les chercheurs ont également trouvé une explication probable à l’influence de la richesse en espèces sur l’effet tampon de la température. Les parcelles expérimentales comportant de nombreuses espèces d’arbres présentaient à la fois une plus grande densité de la canopée (plus de surface foliaire par surface au sol) et une plus grande diversité structurelle (par exemple, une plus grande variété d’arbres plus petits et plus grands). Ces facteurs ont renforcé l’effet tampon des températures, probablement en réduisant le mélange des masses d’air.

« Les effets d’amortissement de la température sont agréables pour les humains qui cherchent à se soulager pendant une vague de chaleur, mais ils affectent également l’écosystème lui-même », explique le Dr Rémy Beugnon, coauteur de l’étude, de l’iDiv, de l’Université de Leipzig et du Centre d’Écologie Fonctionnelle et Évolutive. « Un microclimat tampon crée des conditions plus favorables aux écosystèmes et protège les services qu’ils offrent. Dans un climat tamponné, les forêts sont susceptibles de croître et de se régénérer plus efficacement, tandis que les sols fonctionnent mieux, favorisant une plus grande biodiversité, améliorant les cycles des nutriments et augmentant le stockage du carbone ».

De bonnes raisons de promouvoir la recherche des espèces

La nouvelle étude vient s’ajouter à une liste d’arguments expliquant pourquoi l’augmentation de la richesse en espèces d’arbres peut être bénéfique pour l’homme et la nature. « Bien que les monocultures d’arbres typiques, telles qu’elles sont plantées dans le monde, soient importantes pour la production de bois, elles abritent non seulement moins de biodiversité que les forêts naturelles ou les forêts plantées diversifiées, mais elles fournissent également moins de services que la production de bois », explique l’auteur principal, le professeur Helge Bruelheide, de l’iDiv et de l’Université de Louvain. « Notre étude a clairement montré que l’effet tampon de la richesse en espèces d’arbres sur la température peut atténuer les effets négatifs du réchauffement planétaire et des extrêmes climatiques sur l’ensemble de l’écosystème forestier. »

Les auteurs concluent : « Dans l’ensemble, nos résultats soulignent donc les avantages des forêts plantées diversifiées pour les initiatives de restauration forestière à grande échelle et les forêts urbaines qui visent à réduire le stress thermique dans un monde qui se réchauffe. »

Légende illustration : Sous le couvert forestier, il fait plus frais pendant les vagues de chaleur et plus chaud pendant les vagues de froid que dans la zone environnante. Ce tampon thermique est d’autant plus fort que la forêt compte davantage d’espèces d’arbres. Photo : Florian Schnabel, Université de Leipzig

Article : « La diversité des arbres augmente l’effet tampon des forêts sur la température en améliorant la densité de la canopée et la diversité structurelle. » DOI : 10.1111/ele.70096