Le pouvoir des arbres : comment stockent-ils le carbone et comment le mesurer ?

Les arbres jouent un rôle essentiel dans le cycle mondial du carbone, en absorbant le dioxyde de carbone (CO2) de l'atmosphère par la photosynthèse et en le stockant dans leur biomasse. Il constitue l'un des systèmes naturels de capture et de stockage du carbone les plus efficaces et un élément essentiel de l'atténuation du changement climatique. Il est essentiel de mesurer avec précision la quantité de carbone stockée dans les arbres pour comprendre le bilan carbone global des écosystèmes et éclairer les stratégies d'atténuation du changement climatique.

Les projets carbone axés sur des solutions basées sur la nature (NBS) telles que le boisement, le reboisement, la restauration des zones humides ou la conservation des forêts existantes sont le type de projets carbone le plus répandu dans le monde aujourd'hui. En 2023, plus de 175 projets NBS étaient enregistrés sur le Gold Standard et plus de 1 000 sur le Verified Carbon Standard (VCS). Ce nombre augmente rapidement et reflète la reconnaissance croissante des NBS dans l'atténuation et l'adaptation au changement climatique. Avec un tel potentiel, il est important de comprendre comment les arbres stockent exactement le carbone et comment ce carbone peut être mesuré. Une quantification précise des stocks de carbone dans la biomasse forestière est impérative pour déterminer le potentiel de séquestration des projets NBS et la génération de crédits carbone qui en résulte pendant la durée de vie du projet. Les deux principaux types de structures de projet sont ARR (boisement, reboisement et revégétalisation) et REDD+ (réduction des émissions dues à la déforestation et à la dégradation des forêts) :

En plus d'être conçus comme des projets carbone et de générer des crédits carbone par le biais de standards de certification, les projets forestiers sont également mis en œuvre comme des projets dits "insetting", où les entreprises conçoivent des solutions NBS dans leur propre chaîne d'approvisionnement plutôt que de compenser ailleurs, dans un effort pour réduire leur propre impact et générer une réduction des émissions pour leur comptabilité carbone.

Comment les arbres poussent-ils et stockent-ils le carbone ?

Au cours de leur cycle de vie, les arbres conservent la capacité de stocker le carbone dans leur biomasse, mais la vitesse à laquelle ce carbone séquestré s'accumule dépend du stade de croissance de l'arbre. La croissance des arbres suit généralement une courbe parabolique ou en forme de S, et ce schéma peut être attribué à divers facteurs influençant la croissance de l'arbre et à différents processus métaboliques en cours.

Plusieurs facteurs influencent le schéma spécifique d'absorption du carbone au cours de la vie d'un arbre (2) :

  • Espèces d'arbres : les différentes espèces ont des taux de croissance et des durées de vie variables, ce qui entraîne des modèles différents de piégeage du carbone. Les espèces à croissance rapide peuvent présenter une courbe parabolique plus prononcée, tandis que les espèces à croissance plus lente présenteront une augmentation plus progressive du stockage du carbone.

  • Conditions environnementales : des facteurs tels que la fertilité du sol, la disponibilité de l'eau, l'exposition à la lumière du soleil et la température peuvent avoir un impact significatif sur la croissance des arbres et l'absorption du carbone. Des conditions optimales favorisent généralement une croissance plus rapide et une séquestration plus importante du carbone.

  • Perturbations : les perturbations naturelles ou induites par l'homme, telles que les incendies, les ravageurs ou les maladies, peuvent interrompre le schéma habituel d'accumulation du carbone. Ces perturbations peuvent entraîner des baisses temporaires ou des changements permanents dans la séquestration du carbone.

Cependant, la croissance d'un seul arbre au sein d'un écosystème forestier ne peut être comprise qu'en examinant la dynamique de succession qui influence le développement du peuplement forestier à un moment donné. L'évolution des écosystèmes forestiers au fil du temps est généralement appelée "succession forestière".


La succession forestière peut être divisée en quatre stades de succession :

  1. Pionnier : au début de leur vie, les arbres présentent une croissance rapide car ils investissent de l'énergie dans le développement des racines, des tiges et du feuillage afin de s'établir dans l'environnement. Au cours de cette période, le taux d'absorption du carbone est relativement élevé, les arbres accumulant rapidement de la biomasse.

  2. Jeune/Seral : à mesure que les arbres mûrissent, ils entrent en concurrence pour des ressources limitées et subissent un processus d'auto-élagage appelé phase d'exclusion des tiges. À mesure que la densité du peuplement diminue, la croissance des arbres survivants s'accélère en raison d'une plus grande disponibilité de la lumière du soleil et des nutriments du sol, ce qui entraîne une augmentation rapide de l'accumulation nette de carbone dans l'ensemble du peuplement forestier.

  3. Maturité : lorsque les arbres arrivent à maturité, leur taux de croissance ralentit, mais le stockage du carbone se poursuit. Cette transition se produit lorsque les arbres modifient l'allocation de leur énergie, passant d'une croissance rapide à l'entretien des structures existantes et au lancement des processus de reproduction. Bien que le taux d'absorption du carbone puisse diminuer, la quantité nette de carbone stockée continue d'augmenter en raison de l'accroissement global de la taille et de la biomasse de l'arbre.

  4. État stable : aux derniers stades de leur vie, les arbres peuvent connaître une stagnation de leur croissance. Le concept d'état stable est important pour comprendre le potentiel à long terme du stockage du carbone dans les forêts. À l'apogée de l'état stable, les forêts continuent à séquestrer de grandes quantités de carbone dans leur biomasse désormais importante, empêchant ainsi sa libération dans l'atmosphère. Même morts, les grands chicots (arbres morts) et les débris ligneux en décomposition sur le sol de la forêt continuent de jouer un rôle vital dans le soutien de la biodiversité et le maintien de la fonction hydrologique des sols forestiers, facilitant à leur tour d'importantes accumulations de carbone organique dans les écosystèmes souterrains.

Comprendre la dynamique de l'absorption du carbone au cours de la vie d'un arbre est essentiel pour une comptabilité précise du carbone et pour évaluer le rôle des forêts dans l'atténuation du changement climatique. Savoir quand les arbres atteignent leur potentiel maximal de stockage du carbone permet d'établir des priorités dans les pratiques de gestion forestière pour obtenir des avantages à long terme en matière de séquestration du carbone.

Le rôle des arbres dans le stockage du carbone

Pour comprendre la contribution des arbres au stockage du carbone, il faut évaluer la biomasse aérienne (AGB) et la biomasse souterraine (BGB). L'AGB désigne le carbone stocké dans les composants visibles des arbres, tels que la tige, l'écorce, les branches et le feuillage. La BGB fait référence au réseau de racines des arbres sous la surface du sol et comprend à la fois les grandes racines structurelles et les réseaux de racines fines. L'AGB représente une part importante de la capacité totale de stockage du carbone d'un arbre, mais le rapport entre l'AGB et la BGB varie en fonction de l'âge (2), du type d'essence et de la densité de peuplement, ce qui souligne l'importance des modèles allométriques spécifiques aux essences pour déterminer la biomasse forestière. Les autres réservoirs de carbone forestier comprennent le carbone organique du sol (SOC), les débris ligneux morts et la litière (feuillage non encore décomposé sur le sol de la forêt). Le COS est accumulé par la décomposition et la transformation microbiennes de la litière et du bois mort provenant du sol de la forêt et des racines souterraines (3). Le SOC est également transféré directement des racines dans le sol par le biais des exsudats racinaires (excrétions des extrémités des racines). Dans certains écosystèmes, comme la forêt boréale, le réservoir de carbone du sol dépasse de loin l'accumulation de carbone dans l'AGB et la BGB. Ce n'est qu'en tenant compte de tous les réservoirs de carbone forestier, y compris l'AGB, la BGB, le SOC, la litière et les débris ligneux (voir l'image ci-dessous [3]), que l'on peut obtenir une estimation plus complète du potentiel de stockage du carbone dans les écosystèmes forestiers.

https://bwsr.state.mn.us/carbon-sequestration-forests

Différentes techniques sont employées pour mesurer la biomasse aérienne, notamment des études sur le terrain qui appliquent des équations allométriques, des outils géospatiaux, le LiDAR et l'infrarouge. Dans ce blog, nous allons explorer ces différentes techniques et leur fonctionnement.

Qu'est-ce que l'allométrie et comment est-elle utilisée sur le terrain ?

L'allométrie est l'étude de la relation entre la taille ou la forme d'un organisme et ses différents aspects physiologiques. Dans le contexte du stockage du carbone, les équations allométriques jouent un rôle crucial dans l'estimation du potentiel de stockage du carbone des arbres. Ces équations utilisent les dimensions mesurables des arbres, comme le diamètre à hauteur de poitrine (DBH) ou la hauteur de l'arbre, pour estimer l'AGB (4).

La procédure standard consiste à mesurer le DBH à partir de 1,3 m au-dessus du sol (1). Il s'agit d'une procédure simple pour un arbre relativement droit avec un seul tronc, mais avec des arbres de tailles différentes, poussant à des angles variables, sur des pentes ou avec des racines exposées (comme les mangroves), les techniques de mesure du DBH sont adaptées en conséquence - comme on peut le voir dans les images ci-dessous.

En appliquant les équations allométriques, les chercheurs peuvent rapidement évaluer le potentiel de stockage du carbone de vastes zones forestières et guider la planification et la mise en œuvre de projets liés au carbone. Dans le cadre de l'allométrie, la densité du bois est un paramètre important, car elle mesure la biomasse de bois sec ou le bois par unité de volume, et elle varie d'une espèce à l'autre et d'un arbre à l'autre. Ces équations incluent généralement la densité du bois comme coefficient, ce qui reflète le fait que le bois plus dense contient plus de biomasse par unité de volume(1). À titre d'exemple, la densité moyenne du bois de l'érable est de 0,547 g par cm3, tandis que celle d'un bois plus léger comme l'épicéa est de 0,398 g par cm3.

https://vfcs.org.vn/wp-content/uploads/2022/04/Guidelines-on-plantation-investigation-for-smallholders.pdf

Techniques de mesure de la biomasse souterraine dans les projets carbone

En ce qui concerne la biomasse souterraine, des techniques complémentaires aux équations allométriques, telles que le carottage du sol et le radar, peuvent fournir des estimations supplémentaires du carbone stocké sous la surface. Le carottage du sol est une méthode qui consiste à extraire des échantillons de sol contenant des racines. Il s'agit d'une méthode directe, c'est-à-dire qu'elle consiste à mesurer physiquement la quantité de biomasse racinaire présente dans le sol. Les rapports entre les racines et les pousses sont des paramètres qui peuvent également être utilisés pour estimer la BGB dans les systèmes racinaires des arbres, en convertissant la biomasse aérienne totale calculée à partir d'équations allométriques pour l'espèce d'arbre. Des chiffres normalisés pour les ratios peuvent être trouvés dans les lignes directrices du GIEC dans l'affinement 2019 des lignes directrices 2006 du GIEC pour les inventaires nationaux de gaz à effet de serre (7). Ils sont basés sur les conditions climatiques spécifiques à chaque région et sur les classifications des biomes forestiers qui y sont associées.

L'échantillonnage destructif implique l'abattage de plusieurs arbres individuels, de la même espèce, dans différentes classes d'âge. Ces arbres sont ensuite séparés en fonction de leurs composants (tige, branches, écorce, feuillage et racines) et pesés pour obtenir la biomasse de bois frais. Chaque composant est ensuite séché et pesé à nouveau pour déterminer la biomasse de bois sec (c'est-à-dire la densité du bois en g/cm3 ou en kg/m3). En additionnant le poids total de la biomasse sèche de chaque élément de l'arbre, les biométriciens forestiers sont en mesure de dériver une équation allométrique qui relie les mesures du DBH et de la hauteur de l'arbre à l'AGB attendue. Plus vous disposez d'échantillons destructifs (avec une gamme de classes de diamètre), plus l'estimation de l'AGB sera précise lorsque vous appliquerez l'équation allométrique appropriée.

Les équations allométriques spécifiques aux espèces et les paramètres de densité du bois sont indispensables pour estimer l'AGB des écosystèmes forestiers à l'aide d'enquêtes sur le terrain. En établissant des parcelles d'échantillonnage permanentes et fixes dans une zone de projet, les enquêteurs sont en mesure d'identifier et de mesurer tous les arbres dans des parcelles plus petites afin d'estimer l'AGB total dans le paysage à l'aide des équations allométriques pertinentes. Les études de terrain sont également importantes pour évaluer la santé des forêts, les perturbations et le taux de croissance, ce qui permet ensuite d'informer la gestion forestière.

L'équipe HAMERKOP mesure le diamètre des arbres à Madagascar.

Outils et technologies pertinents

Pour la surveillance au sol et les enquêtes sur le terrain, les équations allométriques restent une forme fiable d'analyse des réservoirs de carbone des arbres. Toutefois, pour mieux comprendre les sites de projet et la séquestration du carbone, il est possible d'utiliser d'autres outils et technologies pour compléter les mesures au sol et évaluer les arbres d'un point de vue différent ; par exemple, des outils peuvent mesurer le stock de carbone en analysant la couverture du couvert végétal. Parmi ces technologies figurent l'imagerie infrarouge, le LiDAR (Light detection and ranging) et le SAR (Synthetic aperture radar). Avec le temps, ces technologies deviennent de plus en plus sophistiquées et permettent d'évaluer le couvert végétal, la perte et la croissance des forêts ainsi que l'accumulation de la biomasse.

Conclusion

Les écosystèmes forestiers du monde entier ont une capacité remarquable à stocker le carbone dans leur biomasse. La gestion et la conservation des forêts existantes et le reboisement des terres dégradées sont des éléments essentiels de l'atténuation du changement climatique. Cependant, l'attention portée au carbone ne doit pas occulter le rôle indispensable des forêts dans le maintien d'écosystèmes vivants et sains, la préservation de la biodiversité de la flore et de la faune, toujours menacée, qu'elles abritent, et la fourniture à l'humanité de services écosystémiques tels que l'eau douce et l'air pur, que nous considérons souvent comme acquis et qui ne sont pas aussi facilement quantifiables qu'une tonne de CO2e.

Néanmoins, la comptabilisation du carbone forestier reste un mécanisme important qui, avec l'attention toujours plus grande portée à la conservation de la biodiversité et au développement socio-économique par les principales normes de certification du carbone sur le marché volontaire du carbone (VCM), représente une opportunité substantielle d'atténuer les émissions anthropiques de CO2e passées, présentes et futures. En comprenant comment le carbone est stocké dans les forêts et les méthodes employées pour le quantifier, nous pouvons maximiser l'efficacité des efforts de reboisement, de boisement et de conservation. La mesure précise de la biomasse aérienne et souterraine, à l'aide de la télédétection, d'enquêtes sur le terrain et d'équations allométriques, est essentielle pour estimer le stockage du carbone et orienter les futurs projets dans ce domaine. Comme il s'agit de l'un des systèmes naturels les plus efficaces de piégeage et de stockage à long terme du carbone, il existe d'immenses possibilités, et une nécessité, de canaliser des financements indispensables pour régénérer et gérer la conservation des écosystèmes forestiers dans un climat qui évolue rapidement. Toutefois, pour garantir la crédibilité et la précision de tout projet de carbone forestier, et donc encourager la croissance des projets basés sur la nature sur le VCM, il est essentiel que les promoteurs de projets développent des méthodologies sophistiquées pour quantifier le changement de la biomasse forestière par le biais d'analyses au sol et de télédétection tout au long du cycle de vie d'un projet. Ces méthodes doivent être transparentes et fiables.

Chez HAMERKOP, notre travail porte sur un éventail de projets NBS à multiples facettes qui comprend les efforts REDD+ et ARR visant à restaurer les écosystèmes ou à créer de nouvelles sources d'alimentation et de revenus pour les communautés locales. Les projets sont menés en collaboration avec les gouvernements locaux des pays de mise en œuvre ainsi qu'avec le secteur privé, en soutenant la conception, la mise en œuvre et la certification carbone des projets à l'aide des standards de certification et méthodologies reconnues. L'équipe a également participé à la formation sur le terrain de développeurs de projets mettant en œuvre des projets ARR à l'échelle mondiale, en veillant à ce que des techniques de mesure et des analyses de sites précises soient effectuées sur le terrain, et que les équations et calculs allométriques corrects soient réalisés à partir des données recueillies. De plus amples informations sur nos projets en cours et nos travaux liés à la foresterie sont disponibles sur notre page LinkedIn. L'équipe peut également être contactée directement pour de plus amples informations.

Références :

  1. Densité du bois, variations de la phytomasse au sein des arbres et entre eux, et équations allométriques dans une forêt tropicale humide d'Afrique (Henry et al., 2010) https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S037811271000424X

  2. Comment les arbres capturent et stockent le carbone : https://carbonneutral.com.au/carbon-jargon-how-trees-capture-and-store-carbon/

  3. Qu'est-ce que REDD+ ? https://unfccc.int/topics/land-use/workstreams/redd/what-is-redd?gclid=EAIaIQobChMI9KfX-pDpgwMVtZBQBh3eBw8JEAAYAiAAEgInCPD_BwE

  4. Densité du bois, variations de la phytomasse au sein et entre les arbres, et équations allométriques dans une forêt tropicale humide d'Afrique (Réjou-Méchain et al., 2014) Lien vers l'article

  5. Centre international de recherche en agroforesterie Méthodes d'échantillonnage des stocks de carbone au-dessus et au-dessous du sol

  6. Séquestration du carbone dans les forêts : https://bwsr.state.mn.us/carbon-sequestration-forests

  7. GIEC, affinement 2019 des lignes directrices 2006 du GIEC pour les inventaires nationaux de gaz à effet de serre. (2019). Disponible à l'adresse suivante : CHAPITRE 1 (iges.or.jp)

L'équipe Hamerkop