Des microbes affamés dans l’écorce des arbres engloutissent du méthane

Mauvaise nouvelle : Les arbres émettent du méthane, un gaz à effet de serre.
Bonne nouvelle : certains abritent des bactéries qui ne s’en lassent pas.

De nombreux géoscientifiques d’aujourd’hui sont des voyeurs du carbone. Sachant que le mépris de l’homme pour le cycle du carbone a perturbé le climat, ils ont gardé un œil attentif sur les variantes les plus chaudes du carbone : le dioxyde de carbone (CO 2) et le méthane. Ces deux gaz emprisonnent la chaleur de la planète par l’effet de serre, et sur une période de 100 ans, le méthane est 28 fois plus puissant que le CO2.

La comptabilisation rigoureuse des flux de gaz à effet de serre est la première étape de l’élaboration de modèles permettant de prévoir le climat futur.

Certains postes du budget du méthane, comme les fuites de pipelines et les pets de vache, sont bien connus. Mais d’autres sont plus flous. « Il y a beaucoup de lacunes et d’incertitudes, en particulier dans les zones humides et les eaux intérieures », explique Luke Jeffrey, chercheur postdoctoral en biogéochimie à la Southern Cross University, en Australie. D’après les chiffres du Global Carbon Project pour 2020, les zones humides émettent entre 20 et 31 % des rejets annuels de méthane de la planète, soit plus que la quantité provenant de la production de combustibles fossiles.

Mais au cours de la dernière décennie, les chercheurs se sont concentrés sur une source peut-être contre-intuitive d’émissions de gaz à effet de serre : les arbres. Les arbres des zones humides d’eau douce, en particulier. Les arbres qui baignent dans un sol humide ou inondé absorbent le méthane et le laissent ensuite s’échapper à travers leur écorce. Dans une étude de 2017, l’écologiste Sunitha Pangala, alors à l’Open University au Royaume-Uni, a constaté que les arbres de l’Amazonie étaient responsables de 200 fois plus de méthane que les arbres des autres forêts humides, représentant 44 à 65 % des émissions totales de la région.

Cela signifie-t-il que les arbres sont mauvais pour la planète ? Bien sûr que non.

Les arbres aspirent le dioxyde de carbone de l’atmosphère.
Dans une étude publiée le 9 avril dans Nature Communications, Jeffrey et son équipe expliquent comment les arbres peuvent également être des puits de méthane, abritant des microbes qui le convertissent en CO2, moins nocif. Son équipe a découvert des méthanotrophes, c’est-à-dire des microbes mangeurs de méthane, dans une espèce d’arbres appelée paperbarks, qui pousse dans les marais de l’est de l’Australie. Ces microbes absorbent le méthane, réduisant ainsi d’environ un tiers les émissions potentielles des arbres. Cette découverte permet de mieux comprendre le rôle des arbres dans l’insaisissable bilan de méthane.

Lorsque j’ai vu cet article, je me suis dit : « Putain, c’est vraiment intéressant », déclare Jeffrey White, professeur émérite à la O’Neill School of Public and Environmental Affairs de l’université de l’Indiana. M. White, qui n’a pas participé à l’étude, étudie le cycle du méthane depuis plus de 30 ans. Il estime que cette étude répond de manière élégante à une intuition que les chercheurs ont eue, mais qu’ils n’ont pas été en mesure de confirmer, à savoir que l’activité des méthanotrophes se produit dans l’écorce des arbres. Il qualifie ces travaux de « profondément importants ».

Les méthanotrophes sont partout, et ce depuis que l’oxygène atmosphérique existe sur Terre, aussi M. White est-il convaincu qu’il ne s’agit pas d’un cas isolé : Il a remarqué un comportement similaire chez les bouleaux du Minnesota.

Les zones humides dégagent plus de méthane dans l’atmosphère que toute autre source naturelle. Mais sans les méthanotrophes, elles en libéreraient entre 50 et 90 % de plus. Ces microbes transforment le méthane en dioxyde de carbone, comme le fait la combustion. Le processus est, presque littéralement, une combustion lente. Mais il empêche la majorité du méthane des zones humides d’atteindre le ciel, faisant du sol une source et un puits. On en sait beaucoup moins sur les festins de méthane qui ont lieu à l’intérieur des arbres.

Jeffrey voulait plus de clarté. Il y a quelques années, son attention s’est portée sur les arbres à papier. « C’est un arbre tellement unique avec des couches d’écorce étonnantes », explique Jeffrey. Ces couches sont humides, sombres et connues pour contenir du méthane. Nous avons pensé que c’était un endroit idéal pour les méthanotrophes », poursuit-il. Il a donc entrepris de prouver que les microbes mangeurs de gaz s’y cachaient. Jeffrey a conçu une série d’expériences qui répondraient à leur appétit. Tout d’abord, il a découpé l’écorce d’arbres dans trois zones humides et a scellé ces bandes dans des bouteilles en verre contenant du méthane. Puis il a attendu. Pendant une semaine, il a mesuré la chute des niveaux de méthane dans les bouteilles. Dans certains échantillons, plus de la moitié du méthane a disparu. Dans les bouteilles témoins qui contenaient soit de l’écorce stérilisée, soit rien du tout, les niveaux de méthane sont restés plats comme du papier.

L’équipe de Jeffrey savait aussi que les méthanotrophes ont un palais difficile. L’atome de carbone du méthane peut exister sous la forme de deux isotopes stables : le classique carbone 12 ou le carbone 13, plus lourd et porteur d’un neutron supplémentaire. Les liaisons du carbone 13 étant plus difficiles à rompre, les méthanotrophes préfèrent se nourrir de l’isotope le plus léger. L’équipe de Jeffrey a constaté que les niveaux relatifs de carbone-13-méthane dans les bouteilles augmentaient avec le temps. Quelque chose dans l’écorce était vivant et mangeait de manière sélective, comme un enfant qui laisse les Starbursts jaunes dans le sac après avoir choisi les roses.

Encouragés par ces traces d’activité, ils ont envoyé l’écorce à l’autre bout de la ville aux microbiologistes de l’université Monash, qui ont procédé à une analyse microbienne de toutes les espèces qui vivaient dans l’écorce. Le verdict : Les échantillons d’écorce de papier contenaient une population unique et dynamique de bactéries que l’on ne trouve pas dans le sol ou les marais environnants, la plupart appartenant au genre Methylomonas, avide de méthane.

Mais tous ces résultats ont été obtenus en laboratoire, et l’équipe de Jeffrey avait besoin de voir comment se comportent de vrais arbres vivants, et plus précisément à quelle vitesse ils laissent échapper le méthane. Ils se sont aventurés dans une forêt humide de Nouvelle-Galles du Sud, ont délicatement fixé des chambres étanches et des spectromètres sur les côtés des arbres à papier et ont mesuré la quantité de méthane émise par seconde par les arbres.

Puis Jeffrey a injecté un gaz appelé difluorométhane dans la chambre. Le difluorométhane est une friandise sournoise pour les méthanotrophes : il inhibe temporairement leur appétit. « Il les empêche en fait de consommer du méthane », explique Jeffrey. Après avoir laissé le gaz se diffuser pendant une heure, Jeffrey a tiré la chasse et réexaminé les émissions. Les microbes ayant cessé de se nourrir, les niveaux de méthane ont augmenté. L’équipe a calculé qu’en moyenne, les microbes avaient éliminé 36 % du méthane qui, autrement, se serait infiltré dans l’atmosphère.

La plupart de ce méthane provient en fait du sol humide, explique Jeffrey. Les microbes digèrent la matière organique dans la terre et libèrent du méthane. Une partie s’échappe du sol ou de l’eau, mais une autre s’écoule à travers les racines des arbres comme s’il s’agissait de pailles, ou s’infiltre dans l’écorce puis se diffuse à travers le bois. (Différents microbes peuvent également produire leur propre méthane dans l’arbre, mais Jeffrey a publié des preuves que les signatures isotopiques du méthane dans l’écorce correspondent à celles du sol).

Grâce aux microbes qui vivent dans les arbres, une moindre quantité de méthane est libérée dans l’atmosphère, car ils le transforment en CO2, moins nocif. « Ce méthane dans le sol va probablement remonter de toute façon d’une zone humide. S’il remonte par les arbres, il doit passer par ce gouffre de bactéries », explique Jeffrey. « Donc cette nouvelle découverte – je suis en quelque sorte en train de considérer les arbres maintenant comme des filtres à méthane. »

« C’est vraiment passionnant pour moi, car c’est une question qui m’intéresse depuis longtemps », déclare Mary Jane Carmichael, écologiste microbienne à l’Université Hollins en Virginie, qui n’a pas participé à l’étude. Carmichael a signalé dans une étude de 2017 que les arbres morts émettent également du méthane. (De même, dans une étude précédente, Jeffrey a montré que les arbres morts émettaient huit fois plus de méthane que les arbres vivants). « Je ne suis jamais vraiment surpris par ce dont les micro-organismes sont capables », déclare Carmichael. « Nous allons probablement voir que c’est un phénomène assez répandu ».

Comprendre comment les arbres ajoutent et soustraient du méthane à l’environnement aidera les scientifiques à ajuster une sorte de calcul du carbone à l’échelle de la planète. Si les données satellitaires permettent de suivre les émissions d’en haut, il est essentiel de disposer de détails plus fins pour chaque source et chaque puits pour pouvoir réellement faire des prévisions, explique Marielle Saunois, spécialiste de l’environnement à l’université de Versailles Saint-Quentin, qui coordonne le budget mondial du méthane.

Mais cette étude ne changera pas tout de suite les modèles climatiques. « Les processus sont importants, mais très locaux », dit-elle. Il est difficile de transposer les effets des microbes de l’écorce à une perspective mondiale ou même régionale. Et si ces travaux permettent de prévoir comment les émissions des zones humides évoluent avec le climat, les modèles mondiaux n’incluent pas encore ces effets de rétroaction. « Idéalement », dit-elle, « il faudrait le faire ».

« Les émissions de méthane dues à la végétation et aux plantes constituent en fait un élément du bilan global du méthane qui n’a pas été suffisamment étudié », convient Mme Carmichael.

Le comportement climatique de la Terre est truffé de boucles de rétroaction : Par exemple, la température, l’humidité et le CO2 influent sur la répartition des espèces d’arbres, ce qui a une incidence sur les émissions de méthane, lesquelles influent sur le climat, et ainsi de suite. Le fait de connaître l’existence de ces microbes – et les études futures qui permettront d’identifier les autres endroits où ils existent – améliorera les prévisions climatiques en rendant les modèles de méthane plus robustes.

« C’est une bonne nouvelle », déclare M. Megonigal. Dans les forêts humides riches en méthane, les microbes atténuent les émissions. Dans les forêts plus sèches des hautes terres qui produisent moins de méthane, dit-il, « ils pourraient en fait éliminer le méthane de l’atmosphère à notre place ».

Jeffrey prévoit ensuite d’examiner comment le filtrage du gaz à effet de serre par les arbres évolue au fil des saisons. Depuis qu’il a publié son étude, les gens lui ont soumis diverses idées sur la façon d’exploiter les méthanotrophes forestiers pour agir sur le climat. Les scientifiques pourraient-ils inoculer ces microbes à d’autres espèces d’arbres afin de créer des forêts où le méthane circule ? Pourrions-nous les cultiver dans de la sciure de bois et les pulvériser sur le sol des forêts ? Pourrions-nous les donner en pâture aux vaches ? « Pour être honnête, je n’en ai aucune idée », déclare Jeffrey. « Et ma préférence personnelle est de ne pas trop bricoler avec la nature ».

Et, fait-il remarquer, l’aide humaine pourrait même ne pas être nécessaire pour répandre les méthanotrophes : « Je suppose – et j’espère – que nous trouverons probablement ces types vivant ailleurs, dans d’autres arbres aussi ».

David SCHMIDT