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Le VPD dans l'équation climatique et son impact sur la végétation

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Le VPD (Vapor Pressure Deficit, déficit de pression de vapeur) est l’une des principales forces qui gouvernent la transpiration des plantes. C’est donc un élément majeur du cycle de l’eau et indirectement de celui du carbone. Si ce principe de géophysique est connu depuis longtemps, son augmentation récente attire l’attention des écophysiologistes.

 

Le VPD est défini comme la différence entre la quantité d’eau présente dans l’atmosphère (ou « pression de vapeur réelle ») et la quantité d’eau que l’atmosphère pourrait contenir à saturation (100 % d’humidité, ou « pression de vapeur saturante »).

À une température donnée, l’atmosphère ne peut contenir qu’une certaine quantité de vapeur d’eau. Avec le réchauffement global des dernières décennies, la limite supérieure de la quantité de vapeur d’eau que l’atmosphère peut retenir a augmenté – plus l’air est chaud, plus il peut contenir de vapeur d’eau.

La quantité de vapeur d’eau réellement présente dans l’atmosphère n’a, elle, pas augmenté au même rythme, notamment parce que l’évaporation des océans diminue depuis une vingtaine d’années pour des raisons encore mal comprises. L’écart entre ces deux pressions de vapeur, c’est-à-dire le VPD, s’est donc creusé.

 

Pourquoi s’intéresser au VPD?

De nombreuses études ont été consacrées aux réactions des plantes aux températures élevées, aux épisodes de sécheresse et à l’élévation des concentrations de CO2, mais les effets indépendants d'un VPD élevé sur la dynamique de la végétation sont encore méconnus. Or, l’augmentation du VPD affecte la physiologie des plantes indépendamment des autres facteurs associés au changement climatique.

 

Quelles sont les conséquences d’un VPD élevé?

Un VPD élevé pousse généralement les plantes à fermer leurs stomates  pour minimiser les pertes en eau et éviter un dysfonctionnement hydraulique (cavitation). Ceci se fait toutefois au prix d'une réduction de l’acquisition de carbone au cours de la photosynthèse. Simultanément, la transpiration augmente jusqu’à un certain seuil, au-delà duquel elle reste élevée ou commence à diminuer, ce qui peut renforcer encore le stress hydrique des plantes.

Les répercussions d’un VDP élevé pour les végétaux ont également été mises en évidence par les épisodes récents de dépérissement des forêts dans tous les continents boisés. Par exemple, la rapide mortalité des conifères dans de vastes régions du sud-ouest des États-Unis a été plus fortement corrélée avec le VPD qu’avec des anomalies de température ou de précipitations.

Outre son impact direct sur la physiologie végétale, un VPD élevé accélère l’évaporation des sols humides, entraînant le cercle vicieux de l’assèchement du sol, du réchauffement des surfaces terrestres, et du stress hydrique des plantes.

Tous ces mécanismes font du VPD un facteur majeur des ressources mondiales en eau et du stress hydrique de la végétation.

 

Perspectives

À l’échelle globale, le VPD a augmenté au cours des dernières décennies, une tendance qui devrait se prolonger à l’avenir. Bien que ses impacts sur la végétation varient selon les biomes et les types de végétaux, et qu’ils puissent être atténués en partie sur le long terme par l’augmentation des concentrations de CO2, ils entraîneront probablement une réduction de la productivité primaire et une amplification de la mortalité des plantes dans le monde entier.

Une partie de l’incertitude quant à l'impact du VPD sur la végétation est liée à la difficulté de faire la part des choses entre ses effets et ceux de la température, du rayonnement solaire et d’autres facteurs climatiques.

Pour une meilleure prévision à l’échelle locale et mondiale, il est indispensable d’examiner en profondeur les principaux processus qui déterminent les réactions des plantes au VPD. Par exemple, il n’existe actuellement pas de consensus sur les mécanismes qui déclenchent la fermeture des stomates face à l’augmentation du VPD, ni sur la question de savoir si ces mécanismes réagissent différemment aux changements de VPD liés à la température ou à l’humidité.

 

La ligne en gras représente la pression de vapeur saturante (es) en fonction de la température (c'est-à-dire 100 % d'humidité à une température donnée). Le déficit de pression de vapeur d’eau (VPD, kPa) représente la différence entre es (c'est-à-dire la ligne en gras) et la pression de vapeur réelle à une température donnée (ligne pointillée rouge).

La figure (a) montre les variations du VPD pour un scénario avec des augmentations de température typiques lors de vagues de chaleur extrêmes : l'humidité relative reste constante à 20 % (ligne pointillée rouge) mais la température augmente de 10 C, ce qui entraîne une augmentation du VPD de 2,0 kPa (flèches rouges).

La figure (b) montre les variations du VPD correspondant aux changements de température et d'humidité prévus à long terme dans un scénario de statu quo : l'humidité relative reste constante à 20 % (ligne pointillée rouge) et la température de l'air augmente de 5◦C, ce qui entraîne une augmentation du VPD de 0,9 kPa (flèches rouges).

Ces deux figures montrent qu'avec la hausse des températures, il faut s'attendre à une augmentation simultanée du VPD, à la fois lors d’événements extrêmes (a) et à long terme (b).

 
 

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