La forêt amazonienne est-elle vraiment « le poumon de la Terre » ?
― La forêt produit de l'oxygène, mais elle en consomme tout autant
« La forêt amazonienne produit 20 % de l'oxygène de la Terre » : cette phrase revient à chaque incendie de forêt dans l'actualité. Pourtant, une forêt arrivée à maturité consomme elle-même presque tout l'oxygène qu'elle produit. Et l'oxygène contenu dans l'air est stocké en quantité si énorme que même si toute la forêt brûlait, cela ne poserait pas de problème. La forêt n'est-elle donc pas importante ? Au contraire : sa véritable importance se trouve ailleurs que dans l'oxygène.
À la télévision, on voit la forêt amazonienne brûler, dégageant de la fumée. En bas de l'écran s'affichent les mots : « le poumon de la Terre est en feu ».
Le spectateur ressent une sorte d'oppression : « Si la forêt continue à disparaître ainsi, n'allons-nous pas manquer d'air à respirer ? »
Pourtant, même après plusieurs jours passés au cœur d'une forêt dense, on ne ressent aucun vertige dû à un excès d'oxygène. Et au beau milieu du désert, on respire tout aussi normalement. La proportion d'oxygène dans l'air est presque identique près d'une forêt et dans un désert. Pourquoi ?
Deux raisons pour lesquelles « poumon de la Terre » est une exagération
Les arbres produisent de l'oxygène le jour, mais ils en consomment aussi par la respiration, de jour comme de nuit. De plus, les champignons et insectes qui décomposent les feuilles mortes et les arbres tombés consomment eux aussi de l'oxygène. Dans une forêt mature, la quantité produite et la quantité consommée s'équilibrent presque parfaitement.
L'air contient environ 21 % d'oxygène, une quantité vertigineuse. Même en brûlant toutes les plantes terrestres, l'oxygène consommé ne représenterait qu'environ 0,1 % de cette épargne.
Le premier point revient à dire : « la forêt est une usine d'oxygène, mais elle n'en exporte pas vers l'extérieur ». Le second : « même si l'usine s'arrêtait, l'entrepôt contient des milliers d'années de stock ». Voyons cela en détail.
L'oxygène de la forêt est entièrement consommé dans la forêt
Les plantes utilisent la lumière pour fabriquer du sucre à partir de dioxyde de carbone et d'eau. Cette réaction libère de l'oxygène : c'est la photosynthèse. Jusqu'ici, rien que l'on n'ait appris à l'école.
Mais les plantes utilisent aussi le sucre qu'elles fabriquent pour vivre. Décomposer ce sucre avec de l'oxygène pour en tirer de l'énergie, c'est la respiration — une réaction exactement inverse de la photosynthèse. On estime que la plante elle-même consomme par respiration environ la moitié du sucre qu'elle produit.
Le sucre restant devient feuilles, tronc et racines. Mais les feuilles finissent par tomber, et l'arbre finit par s'effondrer un jour. Lorsque champignons et insectes les mangent et les décomposent, de l'oxygène est de nouveau consommé. Les forêts tropicales, chaudes et humides, voient cette décomposition se faire très rapidement.
Ainsi, dans une forêt mature, « l'oxygène libéré par la photosynthèse » et « l'oxygène consommé par la respiration et la décomposition » s'équilibrent presque exactement. Si une forêt continue de grossir, un écart subsiste ; mais pour une forêt installée depuis des siècles, la masse totale varie à peine. Et si la masse ne change pas, cela signifie que les entrées et sorties s'équilibrent.
Selon les estimations des chercheurs, la quantité nette d'oxygène que la forêt amazonienne ajoute à l'air est pratiquement nulle. Lors des grands incendies de 2019, des écologistes britanniques ont souligné ce point, qui a fait beaucoup parler.
Même si toute la forêt brûlait, l'oxygène de l'air ne baisserait que de 0,1 %
Alors, si la forêt disparaissait, de combien l'oxygène de l'air diminuerait-il ? Cela se calcule. Quand on brûle du bois, le carbone qu'il contient se combine à l'oxygène de l'air pour former du dioxyde de carbone. La quantité d'oxygène consommée dépend donc de la quantité de carbone brûlé.
Le carbone contenu dans l'ensemble des plantes terrestres de la planète est estimé à environ 450 milliards de tonnes. En brûlant tout cela, on consommerait environ 1 200 milliards de tonnes d'oxygène. Un chiffre qui semble énorme, mais l'oxygène de l'air représente environ 1 200 000 milliards de tonnes, soit mille fois plus.
Déplacez le curseur de la figure 1. La barre de gauche représente l'oxygène de l'air, celle de droite le dioxyde de carbone. Même en brûlant toutes les plantes terrestres, la barre d'oxygène à gauche bouge à peine : 21 % devient environ 20,93 %.
Dans la figure 1, c'est plutôt la barre de droite qui attire l'attention. Le dioxyde de carbone n'est qu'une infime part de l'air, donc une même quantité ajoutée fait beaucoup varier sa proportion. Si l'incendie d'une forêt pose problème, ce n'est pas « parce que l'oxygène diminue », mais « parce que le carbone accumulé dans la forêt est rejeté dans l'air sous forme de dioxyde de carbone ».
La réponse : des plantes et du plancton qui, sans se décomposer, ont été ensevelis dans le sol. Quand un organisme mort se décompose, l'oxygène produit est réutilisé. Mais s'il est enseveli au fond d'un océan ou d'un marais et échappe à la décomposition, l'oxygène correspondant reste dans l'air. Accumulé pendant des centaines de millions d'années, cela a donné les 21 % actuels. Le charbon et le pétrole sont justement cette matière ensevelie autrefois. En les brûlant, on réutilise peu à peu l'oxygène resté en réserve depuis cette époque. On observe d'ailleurs que l'oxygène de l'air diminue très légèrement, en continu.
Environ la moitié de la photosynthèse mondiale est effectuée par le minuscule plancton des océans. C'est un fait. Mais là aussi, la plus grande partie de l'oxygène produit est consommée par la respiration du plancton lui-même et des organismes qui s'en nourrissent. « Quantité produite » et « quantité restant au final » sont deux choses différentes — exactement comme pour la forêt.
En résumé
Une forêt mature consomme, par sa propre respiration et la décomposition des feuilles mortes, presque tout l'oxygène qu'elle libère par photosynthèse. Et la quantité d'oxygène dans l'air est tellement colossale que même en brûlant toutes les plantes terrestres, elle ne baisserait que d'environ 0,1 %. L'expression « poumon de la Terre » est donc exagérée, du point de vue de l'oxygène. Mais la forêt est un immense « coffre-fort » de carbone. Si elle brûle ou si on l'abat, ce carbone est rejeté dans l'air sous forme de dioxyde de carbone. De plus, la forêt soutient aussi le cycle de l'eau qui fait tomber la pluie, ainsi que l'habitat de nombreux êtres vivants.
La forêt est moins une usine à oxygène qu'un coffre-fort de carbone.
Ce que l'on perdrait n'est pas l'air qu'on respire, mais le contenu de ce coffre-fort.
La quantité de carbone stockée dans une forêt est détaillée dans « Combien d'arbres faut-il pour absorber le dioxyde de carbone émis par une personne ? », et la décomposition des feuilles mortes dans « Pourquoi les feuilles mortes de la forêt ne s'accumulent-elles pas en montagnes ? ». Pour la répartition du poids des êtres vivants sur Terre, voir « Si on pesait tous les êtres vivants de la Terre, lequel serait le plus lourd ? ».
- Placez une plante aquatique utilisée pour les aquariums de poissons rouges (comme l'élodée du Canada) dans un verre d'eau transparent. Exposée à la lumière du jour, elle dégage de petites bulles depuis ses feuilles : ce sont des bulles contenant l'oxygène produit par la photosynthèse.
- Couvrez le verre d'une boîte pour le plonger dans l'obscurité, puis observez après un moment : les bulles cessent presque complètement. Même dans le noir, la plante aquatique continue de consommer de l'oxygène par la respiration.
- En ajoutant un peu de « réactif BTB » (disponible en classe de sciences) dans l'eau, c'est encore plus visible : à la lumière, le dioxyde de carbone diminue et la solution devient bleutée ; dans l'obscurité, la respiration en produit davantage et elle devient jaunâtre.
Dans une seule plante aquatique, le jour, la « production » domine ; la nuit, il n'y a que la « consommation ». L'article explique que, en additionnant cela sur toute une forêt, sur une journée ou une année, ces deux quantités s'annulent presque exactement.
Pour en savoir plus ― vocabulaire, formules, liens avec les manuels scolairesDu collège à l'université, le niveau de chaque point est précisé
- CollègeNiveau des sciences au collège
- LycéeNiveau des matières « biologie », « chimie », « sciences de la Terre » au lycée
- Lycée +Contenu d'approfondissement du lycée, ou encart de manuel
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, relevant de matières universitaires spécialisées (écologie, géochimie)
- RechercheContenu qui n'est même pas enseigné à l'université comme une « théorie établie » — un sujet encore en cours d'étude par les chercheurs
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Photosynthèse : fonction par laquelle une plante utilise l'énergie lumineuse pour fabriquer du sucre à partir de dioxyde de carbone et d'eau. De l'oxygène est libéré.
- Respiration : fonction par laquelle un être vivant décompose du sucre avec de l'oxygène pour en tirer de l'énergie. Du dioxyde de carbone est libéré. Les plantes la pratiquent de jour comme de nuit.
- Décomposeurs : champignons, bactéries, petits insectes qui mangent et décomposent les feuilles mortes et les organismes morts. Ils consomment de l'oxygène lors de la décomposition.
CollègeLycéeVérification par le calcul : en brûlant toutes les plantes terrestres, de combien l'oxygène diminue-t-il ?
La grandeur étudiée ici est « la baisse de la proportion d'oxygène dans l'air si l'on brûle les plantes ». On calcule le poids d'oxygène consommé par la combustion, puis on le compare à la quantité totale d'oxygène dans l'air.
| En symboles | C + O₂ → CO₂ , M(O₂) = M(C) × 32 ÷ 12 |
| En mots | Poids d'oxygène consommé = Poids de carbone brûlé × (poids d'une molécule d'oxygène ÷ poids d'un atome de carbone) |
| Origine de la formule | Lors de la combustion, un atome de carbone se combine à une molécule d'oxygène (équation de réaction chimique). Le nombre d'atomes étant conservé, le rapport des poids est de 32 à 12 (loi de conservation de la masse) |
| Carbone contenu dans les plantes terrestres | environ 450 milliards de tonnes (450 gigatonnes) |
| Quantité totale d'oxygène dans l'air | environ 1 200 000 milliards de tonnes (1,2 million de gigatonnes) |
| Proportion d'oxygène dans l'air (volume) | environ 20,95 % |
| Concentration actuelle de dioxyde de carbone | environ 420 ppm |
| Carbone correspondant à 1 ppm de CO₂ atmosphérique | environ 2,12 gigatonnes |
Signification des symboles et unités : M(C) est le poids de carbone brûlé (en gigatonnes), M(O₂) le poids d'oxygène consommé (en gigatonnes). Une gigatonne vaut un milliard de tonnes ; le ppm est une unité représentant un millionième.
| Poids de carbone × 32 | 450 × 32 = 14400 |
| ÷ 12, oxygène consommé (gigatonnes) | 14400 ÷ 12 = 1200 |
| Proportion par rapport à l'oxygène de l'air | 1200 ÷ 1200000 = 0,001 |
| Baisse de la proportion d'oxygène (en points) | 20,95 × 0,001 ≒ 0,021 |
| Proportion d'oxygène après combustion (%) | 20,95 − 0,021 ≒ 20,93 |
| Augmentation du dioxyde de carbone (ppm) | 450 ÷ 2,12 ≒ 212 |
| Dioxyde de carbone après combustion (ppm) | 420 + 212 = 632 |
L'oxygène ne baisse que de 0,1 % (un millième) du total, passant de 20,95 % à 20,93 %. Avec la même quantité de carbone, le dioxyde de carbone, lui, augmente de moitié, passant de 420 ppm à environ 630 ppm. Chaque molécule d'oxygène consommée correspond à une molécule de dioxyde de carbone produite, donc le « nombre » de molécules en jeu est identique. La différence d'apparence vient simplement du fait que les quantités de départ diffèrent d'un facteur d'environ 500. Les barres de la figure 1 évoluent avec ces mêmes valeurs.
LycéeLycée +Distinguer « quantité produite » et « quantité restante »
LycéeDans un écosystème, la quantité totale de matière organique produite par les plantes via la photosynthèse s'appelle la « production primaire brute ». En soustrayant la respiration de la plante elle-même, on obtient la « production primaire nette ». En soustrayant encore la quantité perdue sous forme de feuilles et de branches mortes, ainsi que celle consommée par les animaux, ce qui reste correspond à l'augmentation de masse de la forêt (sa croissance).
Lycée +Dans une forêt mature (forêt climacique), la croissance devient presque nulle. La matière organique créée par la production primaire nette retourne, via les feuilles mortes et autres, aux décomposeurs, et redevient dioxyde de carbone par respiration. En considérant la forêt entière comme une seule boîte, l'oxygène qui en sort et celui qui y entre s'équilibrent, et la contribution nette à l'air disparaît presque — c'est la conclusion de cet article.
UniversitéProduction primaire nette, production nette de l'écosystème, et bilan de l'oxygène atmosphérique
En écologie, on appelle production primaire nette (NPP) la production primaire brute (GPP) moins la respiration des plantes. En soustrayant en outre la respiration des organismes hétérotrophes comme les décomposeurs, on obtient la production nette de l'écosystème (NEP), qui est directement liée aux échanges nets avec l'air. On estime que la NEP des forêts tropicales matures, mesurée par des méthodes telles que la corrélation turbulente, est si proche de zéro qu'elle peut être positive ou négative selon les années. Par ailleurs, on pense que l'oxygène atmosphérique s'est accumulé au fil des temps géologiques grâce à l'ensevelissement de carbone organique et de pyrite dans les sédiments. Dans l'atmosphère actuelle, des mesures de précision confirment que le rapport oxygène/azote (rapport O₂/N₂) diminue très légèrement chaque année, du fait de la combustion des combustibles fossiles.
📖 Pour la démonstration des formules et pour aller plus loin : Cycle du carbone (Wikipédia, en japonais) ／ Programme d'observation de l'oxygène atmosphérique de l'institut Scripps d'océanographie (en anglais)
RechercheCe qui n'est pas encore clairement établi
- L'Amazonie absorbe-t-elle encore du dioxyde de carbone aujourd'hui ? Dans le sud-est, où la déforestation et la sécheresse ont progressé, des observations indiquent que la forêt serait devenue, au bilan, émettrice nette de dioxyde de carbone. Le débat se poursuit pour savoir ce qu'il en est de la forêt dans son ensemble.
- Pourquoi la proportion d'oxygène s'est-elle stabilisée autour de 21 % ? Une hypothèse avance qu'un excès d'oxygène favoriserait les feux de forêt, réduisant les plantes et donc la production d'oxygène — un mécanisme d'autorégulation. On ne sait pas précisément à quel point il agit.
- Dans quelle mesure la forêt génère-t-elle de la pluie ? On pense que la forêt amazonienne évapore de l'eau par ses feuilles et transporte ainsi la pluie vers l'intérieur des terres. Les estimations du seuil au-delà duquel ce mécanisme ne pourrait plus se maintenir si la forêt reculait trop varient considérablement.
En somme, le contenu de cet article aussi n'est qu'« une explication dans la limite de ce que l'on sait aujourd'hui ». La valeur de la forêt, au-delà de l'oxygène, n'a pas encore été entièrement mesurée.
Liens avec les manuels scolaires (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Partie correspondante de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 4e : « Fonctions du corps des plantes » (photosynthèse et respiration) | Raison 1, bloc d'observation |
| Lycée | Chimie générale « équations de réaction chimique et relations quantitatives » / Biologie « écosystèmes et cycles de matière » | Vérification par le calcul, production brute et nette |
| Lycée + | Biologie « climax et succession écologique » | Bilan d'une forêt mature |
| Université | Écologie des écosystèmes, géochimie (cycle du carbone, bilan de l'oxygène atmosphérique) | Production primaire nette et production nette de l'écosystème |
| Recherche | Observation du bilan carbone des forêts tropicales, variations à long terme de l'oxygène atmosphérique | Section recherche |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Relire l'expression « poumon de la Terre » des actualités comme une question de carbone |
- Bar-On, Y. M., Phillips, R., Milo, R. (2018) The biomass distribution on Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences 115(25)
- Scripps O2 Program (Programme d'observation de l'oxygène atmosphérique de l'institut Scripps d'océanographie)
- Keeling, R. F., Shertz, S. R. (1992) Seasonal and interannual variations in atmospheric oxygen and implications for the global carbon cycle. Nature 358
- IPCC (2021) Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Chapitre 5, Global Carbon and Other Biogeochemical Cycles and Feedbacks
- Wikipédia « Cycle du carbone » (en japonais)
※Cet article est une présentation scientifique à destination du grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faciliter la compréhension du mécanisme. La quantité de carbone forestier et la quantité totale d'oxygène atmosphérique varient de plusieurs dizaines de pourcents selon les sources.