La géo-ingénierie, la couleur de la lumière et la croissance des plantes

OBSCURCIR LE SOLEIL

Les climatologues savent depuis longtemps que les éruptions volcaniques provoquent un certain refroidissement de l’atmosphère, ou en tout cas un ralentissement du réchauffement. Les cendres volcaniques en suspension réfléchissent une partie des rayons du soleil avant qu’ils n’atteignent la Terre.  L’éruption actuelle du volcan de la Souffrière pourrait d’ailleurs provoquer une baisse ou une stabilisation des températures cette année, ce serait une bonne nouvelle.

Les scientifiques ont donc eu l’idée de reproduire cet effet en dispersant des petites particules dans l’atmosphère pour filtrer la lumière du soleil. Cette technique de géo-ingénierie s’appelle en anglais SRM (solar radiation management).

Les scientifiques américains appellent à l’étude de cette technologie (lien Nature). Après des tests préliminaires, elle a été délaissée par crainte de conséquences sur le climat et du laxisme au niveau des émissions. Pour le moment, des études tentent de mieux définir les aérosols déjà présents dans l’atmosphère.  L’Université d’Harvard avait prévu de lancer des essais SCoPEx de dispersion de particules mais ceux-ci ont été bloqués par les Samis suédois la semaine passée (lien Reuters), car la réduction des émissions de carbone leur paraît une bien meilleure solution.

Nuage de cendres d’une éruption volcanique naturelle

Je relaye ici un article qui est un appel pressant aux écologistes d’évaluer les conséquences de cette technologie avant de l’utiliser. Selon les auteurs, elle pourrait avoir plusieurs conséquences imprévues sur le climat et sur les écosystèmes terrestres (article).

Les aérosols dispersés dans l’atmosphère diminueraient la quantité de lumière solaire qui atteint la Terre, et par là la température de l’air, sans diminuer le CO2 atmosphérique, la température ni l’acidification des océans.  Les ‘effets secondaires’ pourraient inclure une augmentation ou plutôt la destruction de la couche d’ozone, des sécheresses, et la perte de la mousson asiatique. Cela dit, il me semble que cette dernière s’accroît très vite et cause des inondations de plus en plus graves, ce qui est aussi un problème (lien).  L’intervention pourrait provoquer aussi une déposition de sulfate et changer le spectre de la lumière atteignant la terre.

Un risque inhérent à cette géo-ingénierie est qu’elle devrait continuer tant que la concentration de CO2 ne redescendra pas, un arrêt qui pourrait subvenir lors d’une guerre, une défaillance, ou encore la destruction du centre d’émission provoquerait un saut de température avec des conséquences météorologiques à côté desquelles les intempéries actuelles seraient des bébés.

Si l’intervention est appliquée tôt, elle pourrait être beaucoup plus modérée. Par contre, si plus tard nous devons rapidement faire descendre la température de deux ou trois degrés, la dose d’aérosols serait beaucoup plus massive et ses conséquences pourraient être plus graves.

L’article appelle les écologistes à étudier ses conséquences éventuelles d’urgence. Il existe bien sûr d’autres solutions, la réduction d’émissions, la capture du carbone par des méthodes naturelles ou artificielles, ou encore la reconstitution artificielle de la glace Arctique, ou la fertilisation des océans.

Lien sur l’article et sur le communiqué

Jeunes plantules dont le développement (direction, hauteur, branches, feuilles), dépendra de la lumière

Une feuille à l’ombre d’une autre plante reçoit une lumière filtrée (et le sait).

PLANTES ET ALGUES MARINES

Les plantes utilisent l’énergie du soleil pour fixer le carbone de l’atmosphère.  Elles en sont totalement dépendantes et se sont développées en fonction de la lumière solaire. De nombreux récepteurs à des longueurs d’onde spécifiques influencent leur développement. Chaque étape de sa vie, la germination, l’élongation, la croissance, la formation de bourgeons, la croissance des feuilles, la capture du carbone, la floraison dépendent d’un dosage précis de lumière à différentes longueur d’ondes.

La petite plantule décode le spectre de la lumière. Sa composition provoquera une croissance accrue vers le haut, ou la formation des branches, ou l’agrandissement des feuilles, ou déclenchera la floraison (Huché-Thellier,  Leduc).

La photosynthèse, qui aboutit à la fixation de carbone et à la formation de biomasse, est une réaction chimique alimentée par la lumière. Elle en dépend absolument. Les pigments chlorophylles impliqués, absorbent surtout la lumière rouge (autour de 650 nm) et bleue (env 450 nm).

Les végétaux disposent de nombreux photorécepteurs qui réagissent à la lumière allant de l’UVB au rouge lointain, un spectre plus large que la vision humaine.  Il s’agit de protéines qui reconnaissent un stimulus spécifique et transmettent le signal de sa présence dans la plante. Ils détectent des longueurs d’onde comprises 280 et 780 nm. Ils se trouvent partout dans la plante, il y en a même dans les racines. Ils permettent de réagir à des changements du spectre lumineux, de la direction et de la photopériode.

Les UVB sont généralement nocifs pour les plantes comme pour les humains, et dans certains cas freinent la croissance des végétaux qui investissent leur énergie dans la production de composés de protection anti-UV.  Les plantes qui ont poussé dans un appartement sont très sensibles aux UVs, mais quand elles détectent les UVs à l’extérieur,  elles s’y acclimatent et deviennent plus résistantes.

Les UVA et la lumière bleue sont importants pour la croissance des plantes, pour la photomorphogenèse, et pour l’ouverture des stomates. Ces petites ouvertures à la surface des feuilles permettent au CO2 d’entrer dans la plante, donc la fixation du carbone ainsi que les échanges gazeux en général.

Une molécule spécifique, le phytochrome, reconnait la lumière filtrée par les feuilles des autres plantes, à 730 nm. Elle permet à la plante de savoir si elle est à l’ombre d’autres végétaux ou en plein soleil. Lorsque la lumière qui arrive est tamisée par des feuilles vertes, le récepteur est inactivé, ce qui favorise la croissance rapide d’une plante étiolée vers le haut. Elle investit alors toute son énergie pour pousser  et pour se faire une place au soleil. Quand elle parvient en pleine lumière, le récepteur réagit aux rayons rouges, et la plante forme alors plus de feuilles et s’étale en largeur.

Les océans sont habités par des algues vertes, mais aussi bleues et rouges, déférentes des plantes terrestres. Elles possèdent aussi plusieurs photorécepteurs qui orientent leur développement selon le spectre de la lumière. Pendant la plus grande partie de l’histoire de la terre, la photosynthèse, la fixation de carbone et la libération d’oxygène ont été faites par les algues bleues (les cyanobactéries). Les algues rouges, plus évoluées, se sont répandues au Jurassique. Leur succès pourrait être dû aux périodes d’anoxie des océans. Le phytoplancton a des nombreux pigments qui lui permettent d’absorber la lumière sur une grande partie du spectre visible (revue). 

Bref, un changement du spectre de la lumière pourrait avoir des effets variés, différents selon les latitudes et les espèces de végétaux photosynthétiques. Par exemple, une expérience artistique aux Pays-Bas illumine les plantes la nuit avec de la lumière rouge, bleue, ce qui les fait pousser plus vite et avec des UVs bien dosés qui activent leurs défenses contre les maladies, et permettent une réduction des pesticides (vidéo, page internet).

 

L’effet d’un changement du spectre de la lumière solaire devrait être testé pour toute la vie d’une plante, la germination, la croissance, la floraison et la formation de graines fertiles. Il n’y aura peut-être pas d’effets négatifs. Par exemple, l’éruption du Pinatubo qui a réduit la lumière du soleil a apparemment provoqué une croissance accrue d’environ un quart d’une forêt en Afrique du Nord, elle semble donc avoir eu des effets positifs sur cette forêt, même s’il faudrait vérifier les effets sur une période plus longue.

Le professeur Fankhauser de l’Université de Lausanne, spécialiste des photorécepteurs, m’a fourni une partie de ces renseignements. Je lui ai demandé quelles seraient les conséquences pour les végétaux de la destruction de la couche d’ozone ou d’un changement du spectre de la lumière. Selon lui, la destruction de la couche d’ozone serait catastrophique, car les UVs diminuent la productivité des plantes.

Quant au changement du spectre de la lumière, il estime qu’il pourrait aussi créer des problèmes, car les plantes utilisent une information qui est un équilibre entre les différentes longueurs d’onde, la plante mesure le rapport entre les différents rayons pour orienter son développement.

Les nuages réduisent toutes les longueurs d’onde, et la nature s’est adaptée au spectre existant depuis des millions d’années. Il considère qu’il vaudrait mieux ne pas filtrer une longueur d’onde spécifique,  pour éviter de perturber l’écosystème.

Image de couverture Gerd Altmann

Addendum le 21 avril 2021: Une publication estime qu’une grande éruption volcanique, env. 50x le Pinatubo, libérerait des halogènes qui toucheraient rapidement la couche d’ozone, les UV augmenteraient de 60%, surtout dans la région de l’Antarctique. L’actuelle réduction de la couche d’ozone de 16% réduit la productivité du phytoplancton de 5%, et un peu plus la quantité de poisson. Des dégâts plus graves à la couche d’ozone diminueraient davantage la productivité des plantes, de l’agriculture, du phytoplancton, et donc la capture du carbone par les végétaux.

Une expérience a exposé des arbres, des pins aux UVs comparables à ceux provoqués par les immenses explosions volcaniques du permien. Les pins sont devenus tous devenus stériles, ils n’ont pas pu donner de prochaine génération d’arbres.