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Captation carbone des végétaux

Les espèces végétales sont des organismes qualifiés d’autotrophes, c’est-à-dire qu’elles sont capables de produire de la matière organique à partir de matière minérale. Le processus métabolique lié à cette capacité est la photosynthèse. Ce processus se déroule dans les organites (composants des cellules) que l’on appelle chloroplastes, principalement situés dans les feuilles et contenants de la chlorophylle, principale molécule impliquée dans la photosynthèse.

Au travers d’un cycle de réactions chimiques complexes (cycle de Calvin), le CO2 et l’H2O vont être transformée en glucose et en O2 selon l’équation suivante :

lumière
6CO2 + 6H20       →         C6H12O6 + 6O2

En détail, il faut 6 molécules de CO2 et 6 molécules de d’H2O en présence de lumière pour obtenir une molécule de glucose et 6 molécules d’O2. Le glucose produit sera alors pris en charge par un autre cycle (cycle de Krebs), responsable de la respiration, et permettant de générer l’énergie nécessaire au bon fonctionnement cellulaire. L’ensemble de ces processus sont décrits grâce à la physiologie végétale.

C’est donc à travers la photosynthèse (et les processus qui en découlent) que les espèces végétales sont capables de capter du CO2, de produire de la biomasse et de croître. Le CO2 va entrer dans les feuilles via les stomates, pores de la feuille. L’ouverture des stomates et la photosynthèse sont contrôlées par les conditions environnementales et ainsi que les caractéristiques de l’espèce considérée (Austin 1989). 

arbres treeseve

Contrôle de la physiologie lié à l’environnement

Concernant le contrôle environnemental de la photosynthèse et de l’ouverture des stomates, ces deux paramètres vont, tout d’abord, suivre un cycle journalier, la photosynthèse ne se déroulant que lorsque qu’il y a de la lumière. Ensuite, l’ouverture des stomates et la photosynthèse vont suivre un cycle saisonnier.

  • Par exemple, Saunier et al. (2017) ont mis en évidence une photosynthèse environ égale à faible, moyenne et forte chez le chêne pubescent (Quercus pubescens) en automne, au printemps et en été respectivement. La captation CO2 va donc être la plus importante au printemps/été et la plus faible en automne/hiver, voire absente concernant les espèces perdant leurs feuilles comme pour les feuillus et quelques conifères comme le melèze (Larix decidua).

De manière plus ponctuelle, la photosynthèse et l’ouverture des stomates vont également être modifiées par des facteurs environnementaux limitant tels que l’eau, la lumière ou encore les nutriments (Kaiser et al. 2014).

 

  • Par exemple, il a été démontré que le stress hydrique entrainaît une diminution de 36 % de la photosynthèse chez le chêne pubescent (Quercus pubescens, Saunier et al. 2018) ou encore une faible nutrition en azote peut faire diminuer la photosynthèse de 55 % chez l’olivier (Olea europaea, Boussadia et al. 2010).
    Les effets des stress environnementaux sont très fluctuants d’une espèce à l’autre, mais ils sont aussi dépendants de l’intensité du stress (Niinemets 2010) et de sa durée (Saunier et al. 2018).

En résumé

La captation carbone d’une forêt est fortement dépendante des conditions environnementales et des optimum écologiques des espèces implantées.

C’est pourquoi, il est important de choisir des espèces végétales les plus adaptées aux conditions environnementales du site d’implémentation pour éviter au maximum toute restriction de la captation CO2 et par conséquent, de la croissance.

Contrôle de la physiologie intrinsèque à l’espèce

D’un point de vue physiologique, la photosynthèse va être modifiée par l’âge des individus avec des effets observés différents en fonction des espèces. Il a été démontré que la photosynthèse de l’érable négondo (Acer negundo) est plus importante chez les individus matures comparés aux juvéniles tandis que l’inverse a été observé pour le cerisier noir (Prunus serotina, Bond 2000).

Néanmoins, d’un point de vue global, des individus vieillissants vont généralement présenter une photosynthèse plus faible et donc une productivité plus faible que des individus jeunes (Kutsch et al. 2009). 

De plus, des paramètres intrinsèques à l’espèce vont modifier les paramètres de croissance et, par conséquent, la productivité. Les paramètres morphologiques tels que la hauteur et le diamètre à hauteur de poitrine vont engendrer des capacités de séquestration carbone différentes.

  • Par exemple, un chêne pédonculé (Quercus robur), espèce pouvant atteindre jusqu’à 40 m de hauteur et 2 m de diamètre (ONF), va permettre une séquestration carbone plus importante qu’un noisetier (Corylus avellana), arbuste atteignant 5 m de hauteur au maximum (Flore Forestière Française). L’espérance de vie de l’espèce est aussi un paramètre à prendre en compte dans l’estimation de la captation CO2.

 

Premières modélisations à Treeseve

Au sein de Treeseve, nous avons commencé à modéliser la croissance dans le temps des espèces utilisées dans nos plantations. Les paramètres modélisés sont la hauteur et le diamètre à hauteur de poitrine, qui nous permet de calculer le volume (m3) par arbre pour un âge donné (Deuleuze et al. 2015).
Ces modélisations sont réalisées à partir des données de l’Inventaire Forestier National.

Une fois le volume de bois obtenu, il est possible de calculer la quantité de carbone contenu dans cette biomasse puis d’en déduire la quantité de CO2 séquestré. Ainsi, nous sommes déjà capables de prédire la croissance des grands et petits arbres (toutes espèces confondues), en prenant en compte les différences morphologiques en termes de hauteur (classification basée sur la Flore Forestière Française).

Nous sommes également en train de développer des modèles de croissance par espèce. Cela nous permet d’estimer la captation carbone de nos plantations sur une période de 30 ans (de T0 à T30).

À l’heure actuelle, seul le volume de bois est pris en compte dans la quantification. Par la suite, nous allons également inclure les biomasses foliaires et racinaires afin d’avoir une estimation de la captation CO2 la plus exhaustive possible. De plus, le caractère dense et varié de nos plantations n’est pas encore pris en compte dans ces modélisations.

À terme, les parcelles de suivi scientifique, implantées sur chacune de nos plantations, vont nous permettre de prendre en compte l’effet de la biodiversité et de la densité sur la productivité et, par conséquent, sur la captation CO2.

arbres captation carbone treeseve
En référence
  • Austin 1989. Genetic variation in photosynthesis.
  • Saunier et al.Effect of mid-term drought on Q. pubescens BVOC’s emissions seasonality and their dependency on light and/or temperatures.
  • Kaiser et al. 2014. Dynamic photosynthesis in different environmental conditions.
  • Saunier et al. 2018. Resistance of native oak to recurrent drought conditions simulating predicted climatic changes in the mediterranean region.
  • Boussadia et al. 2010. Effects of nitrogen deficiency on leaf photosynthesis, carbohydrate status and biomass production on two olive ciltuvars « Meski » and « Koroneiki» .
  • Ninnemets 2010. Mild versus severe stress and BVOC : thresholds, priming and consequences
  • Bond 2000. Age-related changes in photosynthesis of woody plants.
  • Kutsch et al. 2009. Ecophysiological characteristics of mature tree and stands – consequences for old-growth forest productivity.
  • Deuleuze et al. 2015. Estimer le volume total d’un arbre, quelles que soient l’essence, la taille, la sylviculture, la station.
Amélie Saunier

Amélie Saunier

Chargée de recherche & de développement