Les arbres échangent du dioxyde carbone entre eux

Il est bien connu que les plantes captent le dioxyde de carbone de l’air sous l’effet de la photosynthèse. Le dioxyde de carbone est alors converti en sucre qui sert à fabriquer la cellulose, la lignine (constituant fondamental du bois), les protéines et les glucides, c’est-à-dire les composantes de base des plantes. Pendant la croissance de l’arbre, ce sucre est acheminé des feuilles vers les emplacements de croissance: branches, troncs, racines et champignons mycorhiziens liés à ceux-ci.

Des arbres gazés au dioxyde de carbone

Selon le Dr Tamir Kleinund et le Prof. Christian Körner, de l’université de Bâle, le transport du sucre s’effectue bien plus loin que supposé jusqu’à présent. Dans une parcelle de forêt près de Bâle, ils ont utilisé une grue et un réseau de fins tuyaux afin de gazer avec du dioxyde de carbone marqué les couronnes de grands épicéas de près de 120 ans d’âge et de 40 mètres de haut.

Pour ce faire, ils ont exploité une caractéristique du dioxyde de carbone, à savoir que son atome de carbone existe en deux versions – ou isotopes – différentes: sous sa forme courante ¹²C ou sous une forme très rare et un peu plus lourde, ¹³C. Dans le dioxyde de carbone avec lequel les chercheurs ont gazé les arbres, la proportion de ¹³C était plus faible que naturellement dans l’air. Le Dr Rolf Siegwolf, responsable du groupe de recherche Flux de matières et isotopes stables à l’Institut Paul Scherrer, a analysé en continu les conditions particulières des isotopes du carbone dans l’air et dans le gaz pulvérisé. Pour les arbres, le type de carbone reçu n’a aucune importance. Les chercheurs peuvent toutefois mesurer le rapport des deux isotopes à divers emplacements dans les arbres et ainsi, déterminer le carbone capté par photosynthèse par les arbres, de leurs cimes à leurs racines.

Les chercheurs ont suivi la trace du carbone à l’aide d’un spectromètre de masse utilisé par le groupe de recherche Siegwolf. Pour effectuer les analyses, ils ont prélevé des échantillons à différents moments à différents emplacements de l’arbre et d’autres plantes environnantes, puis ils ont déterminé en laboratoire le rapport des concentrations entre ¹²C et ¹³C. Ils ont ainsi découvert que le dioxyde de carbone marqué n’apparaissait pas uniquement dans les nouvelles racines des épicéas traités. Les racines des arbres voisins, qui n’avaient pas été marqués, acheminaient le même signal – également lorsqu’il s’agissait d’espèces d’arbre différentes.

La forêt, plus qu’une simple somme d’arbres

La seule voie par laquelle le dioxyde de carbone des épicéas pouvait atteindre les hêtres, les pins sylvestres ou les mélèzes – ou inversement – était celle des fins filaments de leurs champignons mycorhiziens communs. Les plantes du sous-bois étaient restées totalement exemptes de marques car elles ont d’autres champignons mycorhiziens partenaires que les arbres. Le groupe de chercheurs caractérise comme très surprenante cette découverte du transport réciproque d’importantes quantités de dioxyde de carbone entre les espèces d’arbre adultes, sans lien de parenté, d’une forêt mixte naturelle.

Selon les botanistes, cette découverte pose la question de l’individualité de l’arbre quant à son budget carbone. Le résultat de l’étude financée par le Fonds national suisse est également important car le dioxyde de carbone stocké dans les arbres représente le constituant le plus important de la biosphère. Il donne en outre de nouvelles dimensions au rôle des champignons mycorhiziens dans la forêt: La forêt est assurément plus que la simple somme d’arbres, commente le Prof. Christian Körner.

Texte: Sur la base d’un communiqué de presse de l’université de Bâle, avec ajouts de l’Institut Paul Scherrer

Historique: Rapports de concentrations des isotopes stables

Parmi les nombreux éléments chimiques présents en grandes quantités dans notre environnement, l’oxygène (symbole chimique O) ou le carbone (C), par exemple, existent en deux versions stables – ils possèdent des isotopes stables, dont les atomes ont des masses légèrement différentes. En déterminant les rapports quantitatifs des isotopes d’un élément présent dans une plante, les chercheurs peuvent étudier l’interaction entre l’environnement (climat, lieu, influences anthropiques) et la végétation. C’est dans ce type d’études que se sont spécialisés les chercheurs du groupe de recherche Flux de matières et isotopes stables de l’Institut Paul Scherrer PSI.

Les recherches se focalisent sur les effets du réchauffement climatique (élévation de la température et modification du bilan hydrique), de l’augmentation de la concentration de CO₂ et des effets des polluants atmosphériques (ozone, oxyde d’azote, SO₂) sur la végétation. Durant le processus métabolique, les isotopes légers ¹²C sont davantage absorbés par les plantes que les isotopes lourds contrairement à l'oxygène, où les plus lourds isotopes ¹⁸O sont préférés. La modification des rapports isotopiques comme ¹³C/¹²C sont très spécifiques du métabolisme et permettent de déduire comment les conditions environnementales influent sur les plantes (par ex. sécheresse, pollution, variations de température ou éclairages ambiants).

Comme le montrent les travaux de recherche en commun avec l’université de Bâle, l’étude des rapports des isotopes stables se prête également très bien au suivi du transport de matières dans les plantes et dans tout l’écosystème. Ainsi, les résultats de recherche présentés plus haut n’auraient pas été possibles sans l’analyse des isotopes stables.

Les rapports isotopiques se déterminent très précisément à l’aide d’un spectromètre de masse. Le PSI dispose de cinq spectromètres de masse et des installations de préparation nécessaires dans lesquelles sont préparés les échantillons (par ex. des prélèvements de parties de plantes) pour être analysés.