Publié le 20 janvier 2023
La production de biomasse par les végétaux chlorophylliens est à la base de la chaîne alimentaire et par conséquent de la vie elle-même. La photosynthèse est donc un service écosystémique fondamental rendu à la société. La quantification de la productivité primaire brute, c'est-à-dire la quantité de CO2 assimilée par photosynthèse par les écosystèmes terrestres, est dès lors d'une importance essentielle et détermine en grande partie la variabilité saisonnière du cycle du carbone terrestre.
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La productivité primaire brute (PPB) est la quantité totale de composés carbonés produits par la photosynthèse des végétaux dans un écosystème pendant une période donnée. La productivité primaire nette (PPN) est la quantité de carbone stockée dans un écosystème (augmentation de la biomasse) ; elle est égale à la différence entre la quantité de carbone produite par la photosynthèse (PPB) et la quantité d'énergie utilisée pour la respiration (R). Source: UN-REDD Glossary |
De nouveaux produits pour appréhender la variabilité
Les modèles de surface terrestre (Land Surface Models) et les produits issus de l’observation de la Terre (OT) se sont avérés être de bons outils pour décrire les profils globaux de PPB, mais ils ont tous deux montré des limites dans l’intégration de l'énorme variabilité qui existe entre différents biomes et au sein de ceux-ci.
Le projet STEREO III ECOPROPHET s’est donné pour objectif d’améliorer les estimations globales de la PPB en élaborant des modèles plus performants. Pour ce faire, l’équipe, composée de chercheurs de l’Université d’Anvers, de l’Institut Royal Météorologique, de l'Université de Pékin et du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (France), a étudié dans quelle mesure la multitude de nouveaux produits d'OT constituent des indicateurs fiables de l'activité photosynthétique des écosystèmes et de la phénologie des feuilles, et a évalué les performances de trois modèles de surface terrestre (ORCHIDEE, SURFEX, LSA-SAF), après reconfiguration de leurs paramètres.
Des indicateurs liés au fonctionnement des plantes
Les résultats du projet ECOPROPHET ont permis de mettre en évidence les points suivants:
- les indices de végétation (IV) dérivés de données Sentinel-2 sont des indicateurs appropriés de la phénologie de l’écosystème. Parmi tous les indices étudiés, les indices sensibles à la chlorophylle (par exemple, l'indice de chlorophylle terrestre) ont montré la meilleure concordance avec la PPB et les paramètres phénologiques des feuilles;
- l'intégration de l'humidité du sol dans les modèles linéaires reliant la PPB et les indices de végétation améliore nettement les estimations de la PPB dans des conditions de sécheresse;
- dans certains modèles de surface terrestre (ISBA et ORCHIDEE), la PPB était trop sensible au stress lié à la sécheresse, comparé aux observations, et les erreurs dans les flux de surface étaient fortement corrélées aux erreurs dans l'indice de surface foliaire (LAI : Leaf Area index);
- les modèles linéaires basés sur les données satellite permettent une simulation précise de la PPB saisonnière moyenne, mais ils ne parviennent pas à rendre compte de la variabilité interannuelle et du moment du cycle saisonnier. En revanche, les modèles de surface terrestre ont démontré leur capacité à saisir les anomalies saisonnières de la PPB, mais ont du mal à simuler la phénologie foliaire associée. L'algorithme LSA-SAF, qui s'appuie sur des informations externes pour l'humidité du sol et l'indice foliaire (LAI), donne d'assez bons résultats par rapport aux modélisations plus sophistiquées ORCHIDEE et SURFEX.
Les recherches menées dans le cadre du projet ECOPROPHET ont permis de cerner une série d’éléments qui sont autant de clés pour affiner les modèles existants.
Ainsi, les recherches futures devraient explorer davantage le rôle des observations satellitaires de l'humidité du sol comme outils potentiels pour mieux comprendre et évaluer l'effet de la sécheresse sur la PPB. Elles devraient également se concentrer sur l'amélioration du mécanisme de rétroaction entre la PPB et l’index foliaire LAI (c'est-à-dire le mécanisme d'allocation de la biomasse) comme élément central pour améliorer le couplage complexe entre l'énergie, l'eau et la végétation dans les modèles.
