Lorsque la fumée des incendies de forêt envahit l’atmosphère, les médecins recommandent de rester à l’intérieur pour éviter d’inhaler des particules et des gaz nocifs. Mais qu’en est-il des arbres et des plantes qui ne peuvent pas fuir cette fumée ?

Il s’avère qu’ils réagissent d’une manière similaire à nous : certains arbres ferment essentiellement leurs pores et retiennent leur respiration.

En tant que scientifiques spécialisés dans l’atmosphère et la chimie, nous étudions la qualité de l’air et les effets écologiques de la fumée des incendies de forêt ainsi que d’autres polluants. Une étude a été lancée presque par accident lorsque la fumée a envahi notre site de recherche dans le Colorado, nous permettant d’observer en temps réel comment les feuilles des pins réagissaient.

Les plantes possèdent des pores sur la surface de leurs feuilles, appelés stomates. Ces pores fonctionnent de manière similaire à nos bouches, sauf que, tandis que nous inhalons de l’oxygène et expirons du dioxyde de carbone, les plantes absorbent le dioxyde de carbone et rejettent de l’oxygène.

Tant les humains que les plantes inhalent d’autres substances chimiques présentes dans l’air et exhalent des composés produits en leur sein – l’haleine de café pour certains, les arômes de pin pour certains arbres.

Contrairement aux humains, les feuilles respirent simultanément, absorbant et relâchant constamment des gaz atmosphériques.

Au début des années 1900, des chercheurs examinant des arbres dans des zones fortement polluées ont découvert que ceux exposés de manière chronique à la pollution due à la combustion du charbon avaient des granules noirs obstruant les pores des feuilles. Ils soupçonnaient que ces granules étaient en partie créés par les arbres, mais en raison du manque d’instruments disponibles à l’époque, la chimie de ces granules n’a jamais été explorée, ni leurs effets sur la photosynthèse des plantes.

La plupart des recherches modernes sur les effets de la fumée des incendies de forêt se sont concentrées sur les cultures, avec des résultats souvent contradictoires.

Par exemple, une étude menée sur plusieurs sites de cultures et de zones humides en Californie a montré que la fumée disperse la lumière d’une manière qui rend les plantes plus efficaces en photosynthèse et en croissance. Cependant, une étude en laboratoire où des plantes étaient exposées à de la fumée artificielle a révélé une baisse de la productivité des plantes pendant et après l’exposition à la fumée, bien que ces plantes aient récupéré après quelques heures.

Il existe d’autres indices suggérant que la fumée des incendies de forêt peut avoir des effets négatifs sur les plantes. Vous en avez peut-être même fait l’expérience : lorsque les raisins sont exposés à la fumée, leur vin peut être altéré.

Lorsque la fumée des incendies de forêt parcourt de longues distances, elle se transforme chimiquement sous l’effet de la lumière du soleil.

La combinaison de composés organiques volatils, d’oxydes d’azote et de lumière solaire génère de l’ozone au niveau du sol, ce qui peut provoquer des problèmes respiratoires chez les humains. Cela peut également nuire aux plantes en dégradant la surface des feuilles, en oxydant les tissus végétaux et en ralentissant la photosynthèse.

Bien que les scientifiques considèrent généralement les zones urbaines comme de grandes sources d’ozone affectant les cultures en aval, la fumée des incendies de forêt devient une préoccupation croissante. D’autres composés, tels que les oxydes d’azote, peuvent également nuire aux plantes et réduire la photosynthèse.

Dans l’ensemble, les études suggèrent que la fumée des incendies de forêt interagit avec les plantes, mais de manière encore mal comprise. Ce manque de recherche est en partie dû à la difficulté d’étudier les effets de la fumée sur les feuilles de plantes vivantes dans la nature : les incendies de forêt sont imprévisibles et il peut être dangereux d’être dans des conditions enfumées.

Nous n’avions pas prévu d’étudier les réponses des plantes à la fumée des incendies de forêt. Nous cherchions plutôt à comprendre comment les plantes émettent des composés organiques volatils – les substances qui donnent aux forêts leur odeur caractéristique, mais qui impactent également la qualité de l’air et peuvent même modifier les nuages.

L’automne 2020 a été une saison difficile pour les incendies de forêt dans l’ouest des États-Unis, et une épaisse fumée a envahi un site de recherche où nous travaillions dans les montagnes Rocheuses du Colorado.

Le premier matin de forte fumée, nous avons effectué notre test habituel pour mesurer la photosynthèse au niveau des feuilles des pins Ponderosa. Nous avons été surpris de découvrir que les pores de l’arbre étaient complètement fermés et que la photosynthèse était presque nulle.

Nous avons également mesuré les émissions de composés organiques volatils des feuilles et constaté des niveaux très bas. Cela signifiait que les feuilles ne « respiraient » pas – elles n’absorbaient pas le dioxyde de carbone nécessaire à leur croissance et n’exhalaient pas les substances qu’elles libèrent habituellement.

Face à ces résultats inattendus, nous avons décidé d’essayer de relancer la photosynthèse et de voir si nous pouvions « défibriller » la feuille pour retrouver son rythme normal. En modifiant la température et l’humidité de la feuille, nous avons dégagé les « voies respiratoires » de la feuille et observé une amélioration soudaine de la photosynthèse ainsi qu’une libération accrue de composés organiques volatils.

Nos mois de données indiquent que certaines plantes réagissent à de fortes concentrations de fumée d’incendie en fermant leur échange avec l’air extérieur. Elles retiennent effectivement leur respiration, mais pas avant d’avoir été exposées à la fumée.

Nous émettons l’hypothèse que plusieurs processus pourraient avoir conduit à la fermeture des pores des feuilles : les particules de fumée pourraient recouvrir les feuilles, créant une couche empêchant l’ouverture des pores. La fumée pourrait également pénétrer dans les feuilles et obstruer leurs pores, les rendant collantes. Ou les feuilles pourraient réagir physiquement aux premiers signes de fumée et fermer leurs pores avant d’être gravement affectées.

Il est probable qu’une combinaison de ces réponses et d’autres soit en jeu.

Il reste encore à déterminer combien de temps durent exactement les effets de la fumée des incendies de forêt et comment des événements répétés de fumée affecteront les plantes – y compris les arbres et les cultures – sur le long terme.