Le changement climatique a un impact sur l’agriculture de plusieurs manières. Les chercheurs utilisent des données satellitaires et une modélisation informatique pour surveiller et atténuer ces impacts. Crédit : NASA/Earth Observatory/USDA/Jesse Kirsch
La Terre se réchauffe. Les effets du changement climatique mondial causé par l’homme deviennent de plus en plus apparents à mesure que nous assistons à des vagues de chaleur record, à des sécheresses intenses, à des changements dans les régimes de précipitations et à une augmentation des températures moyennes. Et ces changements environnementaux touchent chaque partie de la production agricole.
Nasa, en collaboration avec des agences et des organisations partenaires, surveille tous ces changements environnementaux qui se produisent aujourd’hui. En outre, la NASA utilise des modèles informatiques avancés qui extraient des données satellitaires, puis simulent la façon dont le climat de la Terre réagira aux émissions de gaz à effet de serre continues à l’avenir. Les chercheurs font cela pour une gamme de scénarios futurs – puis ils utilisent les projections climatiques résultantes pour voir comment le changement climatique affectera l’agriculture mondiale.
Partout dans le monde, les pratiques agricoles se sont développées en fonction de la topographie, du type de sol, du type de culture, des précipitations annuelles et de la tradition. Ce montage de six images du capteur ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) du satellite Terra de la NASA montre des différences de géométrie et de taille de champ dans différentes parties du monde. Crédit : Observatoire de la Terre de la NASA
“Lorsque nous regardons le changement climatique futur, ce n’est pas la même chose que les années chaudes actuelles que nous vivons”, a déclaré Alex Ruane, codirecteur du Climate Impacts Group au Goddard Institute for Space Studies (GISS) de la NASA à New York. Il coordonne et dirige l’équipe climatique du projet d’intercomparaison et d’amélioration des modèles agricoles (AgMIP), un projet international reliant la science du climat, la modélisation des cultures et la modélisation économique pour examiner l’avenir potentiel des rendements des cultures et de la sécurité alimentaire.
“Si nous devions trouver un endroit et regarder une année chaude qui a récemment été vécue, cela aurait probablement été une vague de chaleur qui aurait augmenté la température globale”, a déclaré Ruane. « Le changement climatique est différent. Le changement climatique est quotidien, un peu plus en plus. Quand ces vagues de chaleur arrivent [in the future], ils sont juste un peu plus intenses ou extrêmes, et cela a un impact physiologique différent [on plants]. “
Ces changements physiologiques sur les plantes peuvent être complexes et sont liés au type de culture et aux effets climatiques observés au niveau régional et local.
Le dioxyde de carbone comme engrais
Le dioxyde de carbone est le principal gaz à effet de serre responsable de l’augmentation de la température globale de la Terre. Émis par la combustion de combustibles fossiles, il peut rester dans l’atmosphère pendant des centaines d’années, ce qui signifie que chaque année, nous ajoutons du dioxyde de carbone à la quantité accumulée depuis le début de la révolution industrielle il y a plus de 200 ans.
Le département américain de l’Agriculture mène des expériences sur le taux de croissance des cultures dans des chambres à environnement contrôlé, y compris avec des serres et des parcelles de terrain dans lesquelles ils contrôlent la température, l’humidité et le dioxyde de carbone atmosphérique. Crédit : USDA
Le dioxyde de carbone est éliminé de l’atmosphère par les plantes lors de la photosynthèse (mais pas en quantité suffisante pour éliminer tout ce que les humains émettent.) En fait, expériences en serre et sur le terrain ont montré que des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone dans l’atmosphère peuvent agir comme un engrais et augmenter la croissance des plantes. Le montant des avantages qu’une culture reçoit dépend de son type. Le blé, l’orge et le riz, par exemple, bénéficient davantage de concentrations de dioxyde de carbone plus élevées que le maïs. Plus de dioxyde de carbone dans l’air rend la plante plus efficace pour absorber le gaz, et par conséquent elle perd moins d’eau pendant le processus, ce qui est meilleur pour la croissance de la plante. Avec suffisamment d’eau et d’autres nutriments, les rendements des cultures peuvent augmenter considérablement.
Cependant, ces rendements plus élevés s’accompagnent souvent d’inconvénients pour la nutrition. « Les cultures poussent plus vite et plus grosses sous un taux de CO plus élevé2, a déclaré Jonas Jägermeyr, coordinateur de la Projet d’intercomparaison de modèles de cultures maillées mondiales sous AgMIP au GISS. “Mais la teneur en protéines et en micronutriments est proportionnellement plus faible.”
La quantité par rapport à la qualité est une complication lorsque l’on examine les effets du climat sur les cultures. Un autre est que si des niveaux plus élevés de dioxyde de carbone apportent certains avantages, ils apportent également de la chaleur.
Faire monter la température
Les augmentations des températures régionales dues au changement climatique, en particulier sous les tropiques, peuvent entraîner un stress thermique pour tous les types de cultures. De nombreuses cultures commencent à se sentir stressées à des températures supérieures à environ 90 à 95 degrés Fahrenheit (32 à 35 degrés Celsius), a déclaré Jägermeyr, bien que cela varie selon le type de culture et dépend de la disponibilité de l’eau. Le signe le plus visible du stress thermique est le flétrissement dû à la perte d’eau et peut entraîner des dommages permanents à la plante.
Cette carte à code couleur en projection Robinson affiche une progression des anomalies changeantes de la température de surface globale. Les températures normales sont la moyenne sur la période de référence de 30 ans 1951-1980. Les températures supérieures à la normale sont indiquées en rouge et les températures inférieures à la normale sont indiquées en bleu. Le cadre final représente les anomalies de température mondiale sur 5 ans de 2016 à 2020. Échelle en degrés Celsius. Crédit : Studio de visualisation scientifique de la NASA
Différentes régions connaîtront des intensités de chaleur différentes dans le climat futur, en particulier lors d’événements extrêmes comme les vagues de chaleur. “Le modèle de l’endroit où les cultures sont cultivées décide du modèle des impacts”, a déclaré Jägermeyr. « Plus vous grandissez sous les tropiques, plus vous serez touché durement. Parce qu’il fait déjà assez chaud, un réchauffement supplémentaire sera plus important qu’aux hautes latitudes.
Une étude modèle 2019 a simulé la future production mondiale de blé avec des températures mondiales projetées de 1,5 degrés Celsius et 2,0 degrés Celsius au-dessus des températures préindustrielles. Compte tenu de l’effet fertilisant du dioxyde de carbone, les résultats ont montré que les rendements en grains pour le blé d’hiver ou de printemps ont augmenté d’environ 5 % dans les régions plus tempérées comme les États-Unis et l’Europe, et ont diminué d’environ 2 à 3 % dans les régions plus chaudes comme que l’Amérique centrale et certaines parties de l’Afrique. De plus, dans les régions chaudes comme l’Inde, qui produit 14% du blé mondial, ils ont plus fréquemment connu des années avec de faibles rendements en blé.
La température affecte également le cycle de vie des cultures. Une petite augmentation des températures quotidiennes pendant la saison de croissance accélère le cycle de vie de la plante, a déclaré Ruane. « Donc, ce qui finit par se produire, c’est que la plante mûrit plus rapidement et à la fin de la saison, lorsqu’elle dépose le grain, elle n’a tout simplement pas passé autant de temps à construire des feuilles, à collecter la lumière du soleil et à produire l’énergie dont vous avez besoin pour le grain. . ” Le résultat est moins de céréales et des rendements de récolte plus faibles.
Montre-moi l’eau
La dernière pièce majeure du puzzle est l’eau. Le changement climatique affecte les modèles de pluie et de neige et donne lieu à des sécheresses et des précipitations plus extrêmes.
« Certaines régions verront des précipitations supplémentaires et donc des avantages », a déclaré Jägermeyr. « Certaines régions recevront trop de précipitations supplémentaires et verront ensuite les effets néfastes des pluies excessives. Et une tonne de régions connaîtront en fait la sécheresse. » Par exemple, les moussons peuvent apporter plus de pluie en Asie du Sud-Est, et les sécheresses peuvent devenir plus intenses dans l’ouest des États-Unis, en Australie, en Afrique et en Amérique centrale.
La quantité d’eau disponible pour l’irrigation subit déjà les effets du changement climatique. Les accumulations de neige en montagne diminuent dans le Himalaya et La Sierra Nevada de Californie, qui sont les principales sources d’eau potable et d’irrigation.
Les niveaux des eaux souterraines sont également sensibles aux changements climatiques comme la sécheresse persistante et les pluies excessives. Une étude de 2018 a montré que lorsque les eaux souterraines sont utilisées pour l’agriculture, les niveaux des eaux souterraines diminuent généralement à la fois en raison de l’eau extraite et de sa sensibilité au changement. De plus, les plantes accèdent à l’eau du sol qui, dans les régions plus chaudes et dans un avenir plus chaud, est plus sujette à l’évaporation, ce qui laisse moins d’utilisation aux plantes.
L’accès à l’eau a un effet direct sur la santé des cultures, et les observations satellitaires sont l’un des éléments clés des outils que les chercheurs et partenaires de la NASA élaborent pour aider à gérer notre avenir plus chaud.
Adaptation
« Nous nous soucions du changement climatique non pas à cause des degrés Celsius ou des parties par million de CO2, mais parce que ceux-ci affectent à leur tour tous les secteurs et nos vies », a déclaré Ruane, faisant référence non seulement au secteur agricole et à l’économie à grande échelle, mais aussi aux changements quotidiens qui se produiront à mesure que les communautés réagiront au changement climatique.
En plus d’examiner les conséquences directes des facteurs environnementaux du changement climatique sur les cultures, les équipes de recherche au sein de l’AgMIP examinent également le potentiel d’adaptations, de pratiques de gestion et d’incitations économiques qui aideront à atténuer les pires résultats.
Il existe trois types de stratégies d’adaptation, a déclaré Ruane : les choses décidées chaque année, comme le moment de planter et la rotation des cultures d’un champ ; des investissements à plus long terme, tels qu’un nouveau tracteur, des systèmes d’irrigation améliorés ou de nouvelles infrastructures d’irrigation dans les zones actuellement non irriguées ; et des actions transformatrices, telles que la sélection de nouvelles variétés de cultures ou la réponse à des changements à grande échelle dans le régime alimentaire d’une population.
« Nous pouvons tester différentes options dans les champs virtuels [of the model]”, a déclaré Ruane. « Nous pouvons également poser des questions sur la façon dont les prix [calculated in] nos modèles économiques changent si les gens adoptent le type de régime que nous avons ici aux États-Unis par rapport au régime méditerranéen ou au régime est-asiatique. Par exemple, que se passe-t-il lorsqu’une population mange plus ou moins de viande, ou passe de manger plus d’aliments à base de blé à plus d’aliments à base de riz, ou vice versa ? Les modèles peuvent également explorer d’autres effets secondaires de ces grands changements, en particulier ceux imprévus.
Ruane ajoute : « Si nous voulons vraiment savoir ce qui va arriver aux agriculteurs ou aux consommateurs, nous devons intégrer les aspects économiques de la situation. À mesure que le changement climatique aura un impact sur les systèmes alimentaires à l’avenir, les effets se répercuteront sur l’économie et les ménages, façonnés par la façon dont les gens réagissent.
