Pour survivre en période de sécheresse, les arbres stoppent la photosynthèse, une activité très gourmande en eau au cours de laquelle s’échappent, pour chaque molécule de CO₂ absorbée par une feuille d’arbre, environ 400 molécules d’eau en moyenne. Des forêts entières se retrouvent alors à émettre plus de CO₂ qu’elles n’en capturent.

C’est une réalité révélée par les sécheresses récentes : les forêts peuvent émettre plus de CO₂ qu’elles n’en capturent. Cet état de fait est alarmant quand on sait que les sécheresses sont de plus en plus fréquentes et que les forêts jouent un rôle clé dans les politiques d’atténuation du changement climatique. Même si la quantification du CO₂ capté par les forêts mondiales reste un exercice difficile, on estime qu’elles captent environ un quart du CO₂ émis par les activités humaines.

Mais face au manque d’eau, donc, les forêts peuvent cesser d’être des puits de carbone. Pour comprendre pourquoi, il faut regarder les feuilles des arbres.

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L’eau, monnaie d’échange du CO₂

Les feuilles des arbres constituent le point d’entrée principal du CO₂ dans l’écosystème forestier. Elles agissent comme de véritables usines chimiques en captant l’énergie solaire pour convertir en sucre le CO₂ présent dans l’air : c’est la photosynthèse. Ces sucres alimentent les besoins énergétiques de la plante. Ils permettent aussi aux arbres de grandir et, ainsi, de stocker davantage de CO₂ émis par les activités humaines.

La surface des feuilles est en partie couverte de stomates, de minuscules fentes qui peuvent s’ouvrir et se fermer. C’est par ces pores que le CO₂ pénètre dans l’arbre. Ce déplacement du CO₂ ne nécessite pas d’énergie à l’arbre. Il se fait naturellement du milieu où le CO₂ est plus abondant – l’atmosphère – vers le milieu où il l’est moins, ici l’intérieur de la feuille.

Mais l’ouverture des stomates ne permet pas seulement au CO₂ d’entrer. Elle entraîne aussi une perte en eau pour l’arbre, car les cellules de l’intérieur des feuilles sont bien plus riches en vapeur d’eau que l’atmosphère, et ce, même dans les régions les plus humides. C’est ce qu’on appelle la transpiration des arbres. En moyenne, pour chaque molécule de CO₂ absorbée par un stomate, environ 400 molécules d’eau s’échappent simultanément.

Cette transpiration est nécessaire à la croissance et au métabolisme des plantes. Elle peut représenter jusqu’à plusieurs centaines de litres d’eau – l’équivalent de plusieurs baignoires – par jour selon la taille de l’arbre en saison de croissance, et plusieurs dizaines de milliers de litres par jour pour un hectare de forêt. Ces grandes quantités d’eau sont puisées dans le sol par les racines de l’arbre.

Un fil d’eau fragile qui s’élève contre la gravité

Pour acheminer l’eau des racines jusqu’aux feuilles, les plantes ont besoin d’un système hydraulique performant. Le moteur de ce transport, à contre-courant de la gravité, est l’évaporation de l’eau au niveau des stomates. Celle-ci crée une tension qui « tire » les colonnes d’eau vers le haut, comme une paille géante, grâce à la forte cohésion des molécules d’eau entre elles.

Ce principe a été formulé à la fin du XIXᵉ siècle par le botaniste irlandais Henry Horatio Dixon, et a ainsi été appelé « tension-cohésion ». Il explique comment la transpiration est un mécanisme passif, sans coût énergétique pour l’arbre.

Pourtant, la tension nécessaire pour élever l’eau jusqu’à la cime des arbres est colossale. Imaginez que l’eau est aspirée comme à travers une paille de plusieurs dizaines de mètres, mais que cette paille est remplie d’obstacles : les parois des vaisseaux, les cellules… Résultat ? La force nécessaire pour faire monter l’eau jusqu’au sommet de l’arbre équivaut à celle qu’il faudrait pour pomper de l’eau d’un puits de plusieurs centaines de mètres de profondeur !

Dans ces conditions extrêmes, l’eau se trouve dans un état dit « métastable », c’est-à-dire qu’elle peut brusquement passer à l’état gazeux si la tension augmente encore : si c’est le cas, c’est la cavitation. Lorsque la cavitation survient, cela génère des bulles d’air dans ce réseau qu’on appelle le système hydraulique de l’arbre. Des embolies gazeuses empêchent alors la circulation de l’eau et le système hydraulique défaille. Les feuilles ainsi que les autres tissus de l’arbre se déshydratent progressivement, jusqu’à se dessécher de manière irréversible.

La cavitation est un phénomène irréversible qui intervient lors des sécheresses extrêmes, souvent liées au manque de pluie combiné aux vagues de chaleur. Dans ces situations, d’une part, l’eau du sol est de plus en plus difficile à extraire au fur et à mesure que celui-ci s’assèche, on parle de sécheresse du sol. D’autre part, lorsque l’atmosphère chauffe, l’air devient plus desséchant et le moteur de l’évaporation au niveau des feuilles s’emballe, ce qui augmente la tension dans la plante et accélère la vidange du sol. On parle de sécheresse atmosphérique.

Un dilemme entre la soif ou la faim

En période de sécheresse, les arbres font donc face à un dilemme : ouvrir les stomates pour favoriser la photosynthèse nécessaire au métabolisme et à la croissance de l’arbre ou fermer les stomates pour sauvegarder de l’eau et préserver leur système hydraulique de la rupture irréversible.

L’évolution des arbres au cours des temps géologiques a permis l’émergence d’un comportement qui résout ce dilemme. Les stomates s’ouvrent et se ferment dynamiquement, en quelques minutes, pour minimiser les pertes en eau quand les conditions sont défavorables à la photosynthèse, comme quand la lumière diminue. En situation de sécheresse, toutes les plantes vasculaires ferment leurs stomates.

Les forêts vont, pendant ce temps, continuer à émettre du CO₂. D’abord du CO₂ issu de la consommation des sucres produits par la photosynthèse et nécessaires à leur métabolisme. Ensuite, du CO₂ émis par les arbres qui meurent face à la sécheresse et relarguent ainsi dans l’atmosphère le carbone qu’ils ont stocké de leur vivant. Ces deux réalités peuvent donc amener une forêt à ne plus être un puits mais une source de carbone, une inversion qui peut être amplifiée par certains types d’exploitation forestière, notamment ceux fondés sur un interventionnisme massif.

D’un arbre à l’autre, d’une espèce à l’autre, la résistance à la sécheresse peut toutefois beaucoup varier en fonction de la vulnérabilité de son système hydraulique à l’embolie. La fermeture des stomates a été sélectionnée pour exploiter au maximum l’eau disponible au regard des capacités à résister à l’embolie de l’espèce.

Un arbre avec un système hydraulique plus vulnérable, comme le bouleau, aura tendance à fermer ses stomates plus tôt qu’un arbre avec un système hydraulique plus résistant, comme le chêne vert. En fait, tous les arbres fonctionnent à la limite de l’embolie, même les plus résistants vivant dans des zones très arides. En conséquence, toutes les forêts du monde sont vulnérables à une augmentation des sécheresses causées par le changement climatique.

En effet, lorsque les sécheresses dépassent les conditions de référence auxquelles les arbres sont adaptés, les impacts physiologiques deviennent critiques, car, même après la fermeture des stomates, des pertes d’eau résiduelles se poursuivent à travers la cuticule des feuilles et des tiges. Ce phénomène peut entraîner la chute des feuilles, une embolie au sein du système hydraulique et le dessèchement des bourgeons, menant in fine à la mort de l’arbre.

L’eau contrôle le cycle du carbone et vice versa

Ainsi, pour comprendre et prédire la capacité des forêts à agir comme puits de carbone, il faut comprendre et prédire la variation de l’eau dans le temps et l’espace.

Il a parfois été mis en avant que le changement climatique et l’augmentation de la concentration en CO₂ dans l’atmosphère auraient un effet fertilisant sur la végétation selon une logique en apparence implacable : qui dit plus de CO₂, dit plus de photosynthèse, plus de croissance et plus gros puits de carbone. Mais, c’est oublier que le changement climatique est aussi synonyme de sécheresses plus intenses et plus fréquentes, qui privent les arbres de leur monnaie d’échange.

Et d’ailleurs, quand bien même les arbres auraient assez d’eau : le CO₂ augmente la photosynthèse, mais réduit aussi l’ouverture des stomates, car plus il y a de CO₂ dans l’air, plus celui-ci peut être capté avec une plus faible ouverture des stomates. Cela est bénéfique pour la plante qui sauvegarde de l’eau, mais, à large échelle, cela diminue la transpiration et donc le recyclage des eaux de pluie par les forêts. En effet, l’eau transpirée par les arbres est critique pour la stabilité des conditions climatiques sur les continents.

Par exemple, on estime que jusqu’à 50 % des précipitations à l’ouest de l’Amazonie proviennent de l’eau transpirée par la partie est du bassin amazonien et transportée par les alizés. La fermeture des stomates à l’est peut donc diminuer la pluie à l’ouest. Et ces effets en cascade pourraient mettre en péril la stabilité de ce fameux « poumon vert ».

Nicolas Martin bénéficie de financements de recherche de l’ANR et d’Horizon Europe. Cet article est le fruit de réflexions menées dans le cadre du réseau d’animation PsiHub (psihub.inrae.fr/past-workshops), financé par INRAE-ECODIV. Par ailleurs, il est membre du conseil d’administration de l’association Forêt Méditerranéenne.

Hervé Cochard a reçu des financements de l'Agence nationale de la recherche (ANR), du FAEDER, de fonds Européens H2020, et du Ministère de l'Agriculture et de la Souveraineté alimentaire.

Isabelle Maréchaux a reçu des financements du Labex CEBA (Centre d'étude de la Biodiversité Amazonienne, ANR-10-LABX-25-01) , de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) et du programme de recherche européen Biodiversa +. Cet article est le fruit de réflexions menées dans le cadre du réseau d’animation PsiHub (psihub.inrae.fr/past-workshops), financé par INRAE-ECODIV.

Julien Lamour a reçu des financements du projet "Next Generation Ecosystem Experiments - Tropics", programme de recherche du gouvernement américain qui vise à mieux comprendre le rôle des forêts tropicales sur le climat, et du projet de l'agence nationale de la recherche française "Paysages Amazoniens en transition".

Au-delà du sport, le Tour de France donne aussi l’occasion de (re)découvrir nos paysages et parfois leurs bizarreries géologiques. L’itinéraire de la 17ᵉ étape, le 23 juillet, entre Chambéry en Savoie et Voiron dans l’Isère, fait passer les coureurs par les tours Saint-Jacques, dans le massif des Bauges, en Haute-Savoie. Une curiosité géologique locale à la légende pour le moins insolite.

Pour leur 17ᵉ étape, le 23 juillet, les coureurs du Tour de France entreront dans le massif des Bauges (Haute-Savoie) par une trouée : la vallée du Chéran.

Les paysages de montagnes provoquent souvent une émotion par leur simple esthétique. Lorsque leur compréhension atteste en outre d’un phénomène rare et extraordinaire, l’émerveillement en est décuplé.

Les tours Saint-Jacques font partie de ces lieux : sur le flanc sud-ouest du massif du Semnoz dans les Bauges, dominant le village d’Allèves (Haute-Savoie), ces pitons rocheux baptisés d’après la chapelle d’un ancien prieuré attirent l’attention. Autrefois surnommés les « aiguilles de Racheroche », ces trois monolithes calcaires dont le plus grand mesure 70 mètres de hauteur et culmine à 991 mètres d’altitude, intriguent. De loin, ils évoquent les ruines d’anciennes tours.

Une histoire d’aigle, de loup et d’agneau

Comme beaucoup de lieux inhabituels, ces majestueuses aiguilles ont leur légende locale.

Il est dit que, un jour, un aigle emporta un agneau menacé par un loup afin de lui éviter d’être dévoré. L’agnelet, un peu gros et un peu trop lourd pour être emmené au loin par le volatile aurait été déposé sur l’un des trois pitons, hors d’atteinte du loup. Des années plus tard, un alpiniste y aurait découvert un bélier. Les Aléviens, émerveillés par ce geste inattendu, y auraient vu un signe divin.

L’aigle et l’agneau sont alors devenus symboles de paix et de protection du bourg. Les tours ont ainsi offert, à partir de cette histoire, son identité à Allèves.

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Des sculptures naturelles

Le phénomène géologique de « paquet tassé », par lequel les roches glissent vers l’aval en ne perdant pas entièrement leur structure, est bien visible à travers les tours Saint-Jacques.

En réalité, de tels reliefs sont connus dans les Alpes en différents endroits et généralement appelés des « cheminées de fées ». Les « demoiselles coiffées » de Pontis, à l’est du lac de Serre-Ponçon (Alpes-de-Haute-Provence) sont les plus célèbres. Ces reliefs résultent d’une érosion différentielle qui décape des sédiments tendres (marnes, argiles sableuses, cendres…) sous un chapeau de roche plus résistante (bloc calcaire, bombe volcanique…)

Les tours qui dominent Allèves sont le fruit d’un processus bien plus complexe. La pente d’où s’élèvent ces tours constitue le flanc sud du massif du Semnoz, dont le sommet est composé de calcaires d’âge crétacé (Valanginien, de -140 millions à -136 millions d’années), dits « calcaires de Fontanil » ou encore « marbre bâtard ». Ce massif forme une voûte (un anticlinal) dont la pente plonge vers le sud-ouest.

Cette épaisse couche de calcaires repose sur des marnes et des calcaires marneux un peu plus anciens (Berriasien, de -145 millions à -140 millions d’années). Les marnes, bien plus plastiques que le calcaire, peuvent former une sorte de couche « savon » sur laquelle des blocs détachés de la falaise du haut, tels des icebergs au front d’un glacier, peuvent glisser vers la rivière du Chéran.

Mais certaines inconnues demeurent.

Trois théories à l’épreuve

Trois propositions sont actuellement avancées pour expliquer la situation actuelle.

• La première tiendrait à un simple phénomène érosif. Comme nous sommes sur la retombée d’un bombement, les couches sont inclinées vers le bas, vers la vallée. Elle sont parallèles – ou presque – à la pente. Soumises à l’érosion, des parties disparaissent, mais certains blocs résistent mieux et glissent plus bas. Elles constitueraient ainsi des buttes-témoins : les tours Saint-Jacques.

• La deuxième postule un glissement de terrain en masse. Au front de la dalle calcaire, des blocs peuvent se détacher, un peu à l’image des icebergs qui se séparent de la banquise. Comme la dalle est inclinée, certains éléments reposant sur une couche plastique (les marnes du Berriasien) se mettent à glisser lentement tout en conservant leur position verticale.

• La troisième explication fait appel à une logique plus complexe, associant séparation et glissement. La dalle calcaire du haut se serait fracturée en nombreux panneaux de tailles différentes. Ces éléments se seraient mis à glisser. Certains auraient basculé, d’autres se sont effondrés, auraient été érodés, en bref, certains seraient devenus invisibles dans la topographie au cours du temps. D’autres auraient résisté un peu mieux, se seraient fracturés en sous-blocs, continuant toutefois de glisser sans s’effondrer : les tours Saint-Jacques actuelles.

La deuxième théorie est, à l’heure actuelle, celle qui est privilégiée pour expliquer l’origine de ces structures. C’est aussi la mieux documentée. Les éléments n’auraient pas basculé en s’effondrant, mais en glissant tout doucement le long de la pente. Ils sont maintenant éloignés de plusieurs centaines de mètres de leur « port d’attache », de 700 mètres pour la plus haute et de 960 mètres pour la plus basse et la plus fine.

Et surtout, ils continuent à descendre, à une vitesse variable selon les éléments : de 2,1 cm/an pour la plus haute, de 1,8 cm/an pour le bloc du milieu et jusque 4,6 cm/an pour le plus fin, le plus bas, le plus rapide.

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Patrick De Wever ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.

Au-delà du sport, le Tour de France donne aussi l’occasion de (re)découvrir nos paysages et parfois leurs bizarreries géologiques. L’itinéraire de la quatrième étape, le 7 juillet, entre Carcassone et Foix, fait passer les coureurs par le pic de Bugarach, dans les Corbières. Un lieu dont la curieuse morphologie a, de longue date, suscité toutes sortes de mythes et de légendes – ainsi qu’une certaine fascination contemporaine pour les adeptes du New Age.

Le nom de cette montagne viendrait de l’occitan Pueg – dont est issu le mot puech, qui est parfois utilisé à la place de pic –, lui-même issu du latin podium, c’est-à-dire un site élevé. Le nom de Bugarach, quant à lui, proviendrait du latin bulgarus (boulgres ou bougres, c’est-à-dire hérétiques). C’est le nom que l’on donnait, à l’époque médiévale, aux ancêtres des cathares.

Ce paysage singulier a depuis toujours suscité l’imagination et inspiré de nombreux mythes et légendes. Certains curieux pensent y trouver, pêle-mêle : des trésors cachés, une prétendue base extraterrestre, voire un hangar à ovni, une porte galactique, un lieu d’inversion magnétique, l’entrée d’Agartha, supposé royaume souterrain légendaire, ou encore du sanctuaire de l’Arche d’alliance…

Toutes fantaisistes que soient ces croyances, qui empruntent beaucoup au New Age pour les plus contemporaines, il est instructif d’observer à quel point ce lieu, encore aujourd’hui, déchaîne les imaginaires.

Un promontoire pour protéger la plaine

Commençons par la plus ancienne – et célèbre – de ces légendes, qui renvoie à la mythologie romaine.

Elle raconte que l’Aude aurait autrefois été une plaine immense et fertile sur laquelle veillaient des fées et des lutins, tels Bug et Arach. Soumise aux aléas de Cers – un vent, fils d’Éole le père des vents et tempêtes –, elle obtenait pourtant de piètres récoltes. Les deux lutins auraient alors imploré Jupiter de les aider à calmer les outrances de Cers. En réponse, le dieu aurait dressé ce promontoire protecteur baptisé d’après les lutins, Bugarach, qui rendit à la plaine de Roussillon et au plateau des Corbières leur prospérité.

Plus tard, l’histoire cathare continuera d’alimenter les mythes et les imaginaires autour du pic de Bugarach. Il abriterait un trésor – celui des cathares ? Des Templiers ? Des Wisigoths ? Le Saint-Graal ? Certaines rumeurs vont jusqu’à imaginer qu’il s’agirait de l’Arche d’alliance, renfermant les tables de la loi.

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Les nouveaux mythes New Age, entre base extraterrestre et arche de Noé

Dans les années 1960, mystiques et hippies s’installent dans la région, font revivre les mythes et en alimentent de nouveaux. Certains assurent notamment qu’une base extraterrestre serait cachée dans ses nombreuses cavités, liées au réseau karstique développé depuis une dizaine de millions d’années dans le calcaire de la montagne.

À la clé, la croyance qu’il s’agirait d’un « haut lieu énergétique » qui réunirait « tous les ingrédients permettant de s’ouvrir à d’autres plans de conscience » (sic). Certains avancent même y avoir observé des « distorsions du temps » ou des « trous spatio-temporels ».

Ces croyances ont atteint leur paroxysme en 2012, lorsqu’un canular, attribuant la prédiction à Nostradamus, a annoncé la fin du monde pour le 21 décembre 2012. La prétendue base extraterrestre de Bugarach est alors vue par certains comme un refuge, l’espoir étant que ses occupants supposés puissent sauver quelques « élus » grâce à leur vaisseau, transformé pour l’occasion en nouvelle arche de Noé.

Cette rumeur, si forte, conduisit la préfecture de l’Aude à interdire l’accès au pic et à ses galeries souterraines, de même que le survol de la montagne entre le 19 et le 23 décembre 2012.

Dans les évocations de fin du monde annoncée pour le 21 décembre 2012, ce site était supposé être épargné en sa qualité de « montagne inversée ». En réalité, la montagne n’est pas vraiment inversée : les couches supérieures y sont plus anciennes que les couches inférieures.

Mais nul besoin de convoquer les extraterrestres pour en comprendre les raisons.

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La formation d’une drôle de montagne

Un peu de géologie permet de comprendre la naissance de cet étonnant sommet. Les Pyrénées se sont formées quand la péninsule Ibérique, à savoir l’Espagne et le Portugal, a commencé à se rapprocher de la France, il y a environ 50 millions d’années. Les terrains qui se sont rencontrés et affrontés ont constitué un bourrelet, un relief.

Certaines couches ont alors formé des plis qui se sont couchés. Les niveaux plus plastiques, tels le sel et le gypse déposés au Trias (il y a 250 millions d’années), ont permis que des couches glissent les unes sur les autres. Elles se sont délaminées, comme les pages d’un livre souple que l’on plie. Certains plis se sont étirés et ont chevauché les terrains voisins.

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L’érosion a ensuite fait son œuvre : les éléments les plus hauts ont été les plus sévèrement attaqués, si bien qu’il ne reste parfois que la partie inverse du pli. Certaines parties du pli montrent des couches verticales, les parties dures résistent à l’érosion et forment des pics.

Le relief particulier est lié à la structure de l’ensemble, issue d’un plissement couché. Les couches supérieures sont ainsi plus anciennes (Jurassique, 135 millions d’années) que les couches inférieures (Crétacé, 80 millions d’années), ce qui lui a valu la réputation de « montagne inversée ».

Une géologie à part qui a nourri les mythes

Certains éléments de géologie liés ce phénomène, qui n’ont rien d’extraordinaire en soi mais donnent à ce mont isolé une allure bien particulière, ont contribué à la mythologie du lieu. La montagne a été supposée protectrice, car elle était susceptible de cacher des choses dans son réseau karstique.

L’origine des « couches inversées », au plan géologique, était un peu difficile à comprendre, ce qui a conduit à les interpréter comme « magiques ». Les imaginaires ont fait le reste.

Un autre fait scientifique insolite est associé à cette montagne. Le méridien 0 passe à 2 kilomètres du pic de Bugarach, et surtout, c’est sur cette montagne que Jean-Baptiste Delambre et Pierre Méchain, astronomes et mathématiciens, ont posé l’un des jalons fondateurs du système métrique universel à la fin du XVIIIᵉ siècle. Ils ont ainsi entrepris de mesurer un bout de l’arc terrestre (de Dunkerque à Barcelone, soit le quart d’un méridien). Ces travaux, poursuivis par Arago, ont permis de définir le « mètre étalon », qui correspond à la dix millionième part du quart de la longueur d’un méridien terrestre.

Patrick De Wever ne travaille pas, ne conseille pas, ne possède pas de parts, ne reçoit pas de fonds d'une organisation qui pourrait tirer profit de cet article, et n'a déclaré aucune autre affiliation que son organisme de recherche.