Le cycle de l'eau sur Terre est entraîné par l'énergie solaire (qui évapore l'eau des océans et des surfaces terrestres) et la gravité (qui ramène l'eau sous forme de pluie et la fait s'écouler vers la mer). Dans ce cycle, les arbres jouent le rôle d'une pompe active : ils absorbent l'eau du sol par leurs racines et la libèrent dans l'atmosphère par la transpiration des feuilles, amplifiant énormément le cycle hydrologique terrestre par rapport à ce qui se produirait avec seulement du roc nu et du sol. Sans les arbres, le cycle hydrologique de la Terre serait complètement différent : de nombreuses zones intérieures des continents seraient bien plus arides qu'elles ne le sont.

L'arbre comme pompe hydraulique : les chiffres

Un arbre adulte de taille moyenne (hêtre, chêne, orme : hauteur 20-25 m, couronne 10-15 m de diamètre) transpire : en été (juillet-août) : 150-400 litres d'eau par jour. Au printemps et en automne : 50-150 litres d'eau par jour. En hiver (feuilles tombées) : presque zéro. À titre de comparaison : la consommation d'eau humaine est d'environ 2 litres par jour. Un seul arbre transpire autant que 75-200 personnes en boivent. Une forêt de 100 arbres par hectare transpire 15 000-40 000 litres d'eau par jour par hectare = 15-40 mm d'eau par hectare en une journée d'été. L'ensemble de la forêt amazonienne (5,5 millions de km²) transpire environ 20 milliards de tonnes d'eau par jour : plus que ce que le fleuve Amazone déverse dans l'océan. C'est la « pompe biotique » des forêts tropicales : la vapeur d'eau s'élève, se condense à environ 5-8 km d'altitude, et retombe sous forme de pluie sur les régions intérieures du continent. Le mécanisme physique de la transpiration : l'eau monte des racines à la couronne à travers le xylème du bois par tension capillaire négative : les feuilles transpirent (évaporent l'eau par les stomates), créant une pression négative dans le mésophylle qui « tire » l'eau des cellules adjacentes, qui à leur tour tirent l'eau de la nervure foliaire, de la nervure, de la branche, du tronc, jusqu'aux racines. Une chaîne de tension hydraulique s'étendant sur des dizaines de mètres du sol à la feuille. Les pressions générées par la tension de la colonne d'eau dans le xylème atteignent -20-30 bar (bien en dessous de la pression atmosphérique) : un système hydraulique sous pression négative qui fonctionne sans pompes mécaniques.

Les arbres et les précipitations locales : la pluie qui se crée elle-même

L'influence des arbres sur les précipitations locales est plus directe que la plupart des gens l'imaginent. La vapeur d'eau transpiée par les arbres contribue directement à la formation des nuages et aux précipitations locales. Les « fleuves volants » de l'Amazonie : le concept de « fleuve atmosphérique » généré par les forêts tropicales a été développé par les physiciens brésiliens Antonio Nobre et Jose Marengo. La vapeur d'eau transpiée par la forêt amazonienne (20 milliards de tonnes/jour) s'élève en altitude, forme des nuages, et est transportée par les vents vers l'ouest et le sud, apportant des précipitations aux régions agricoles du Brésil, du Paraguay et de l'Argentine. Ce courant de vapeur d'eau a été appelé un « fleuve volant » (rio voador) et est fondamental pour les précipitations agricoles au centre-sud du continent sud-américain. La déforestation de l'Amazonie (déjà 20-25% de la forêt originelle a été détruite) réduit ce fleuve volant et augmente la sécheresse dans les régions agricoles qui en dépendent le plus. La cicatrice hydrologique de la déforestation : les zones déboisées montrent des réductions des précipitations locales de 5-30% dans les décennies suivant la déforestation. En Europe, les études des données météorologiques historiques montrent que les zones avec une plus grande couverture forestière ont des précipitations en moyenne plus abondantes que les zones avec une couverture clairsemée. Les arbres en ville et la pluie urbaine : les forêts urbaines augmentent les précipitations locales (à micro-échelle) de manière mesurable. Une étude de Bounoua et al. (2018) a montré que les zones urbaines avec une plus grande couverture d'arbres reçoivent des précipitations estivales plus fréquentes en raison de l'augmentation de l'évapotranspiration.

L'effet des arbres sur les eaux souterraines et les cours d'eau

La présence ou l'absence d'arbres influence profondément la quantité et la qualité de l'eau dans les aquifères souterrains et les cours d'eau. Recharge des aquifères : le sol forestier (avec sa structure poreuse et sa couche d'humus) favorise grandement la recharge des eaux souterraines par rapport au sol nu ou imperméable. L'eau de pluie s'infiltre plutôt que de s'écouler en surface. Les sources et cours d'eau dans les bassins versants forestiers sont plus constants (moins de variation saisonnière) par rapport à ceux dans les bassins versants déboisés. Qualité de l'eau : l'eau s'écoulant à travers la litière forestière et le sol riche en humus est filtrée physiquement et biologiquement (la communauté microbienne du sol dégrade de nombreux polluants organiques et retient certains métaux lourds). L'eau dans les cours d'eau forestiers est généralement plus propre, avec des charges de sédiments, de nutriments et de polluants plus faibles par rapport aux cours d'eau dans les bassins versants agricoles ou urbains. Forêt riveraine (la bande d'arbres le long des cours d'eau) : en Italie, traditionnellement, les cours d'eau étaient bordés de bandes de peupliers, de saules, d'aulnes et de frênes (forêt riveraine). La suppression de ces forêts pour gagner des terres agricoles ou pour des systèmes hydrauliques rigides a : augmenté l'érosion des berges, réduit la qualité de l'eau (sédiments, nutriments provenant des agro-écosystèmes adjacents), éliminé les habitats essentiels pour les poissons, les amphibiens, les oiseaux aquatiques et les insectes. La restauration des forêts riveraines est l'une des actions de réensauvagement les plus efficaces pour améliorer la qualité écologique des cours d'eau italiens.

Les arbres et le changement climatique : le piège de l'évapotranspiration

La relation entre les arbres et le changement climatique est bien plus complexe que la simple séquestration du CO₂. L'évapotranspiration des arbres produit à la fois des effets refroidissants (déjà évoqués) et des effets potentiellement réchauffants dans certaines conditions. Le paradoxe de la forêt boréale : dans les forêts boréales de conifères (taïga : la forêt s'étendant de la Sibérie au Canada), les arbres sombres absorbent beaucoup plus de chaleur que la neige blanche qui couvrirait le sol sans eux. Dans certaines zones de taïga, cette absorption de chaleur (effet d'albédo) dépasse l'effet refroidissant produit par l'évapotranspiration et la séquestration du CO₂. Le bilan net : la forêt boréale pourrait avoir un effet réchauffant net au niveau local (!) malgré la séquestration du CO₂. Ce paradoxe est appelé « compromis albédo-carbone » et fait encore l'objet de débats scientifiques. La forêt tropicale humide : pas de paradoxe. Les forêts tropicales ont des effets refroidissants bien plus importants que les forêts boréales en raison de leur évapotranspiration intense (dans les régions où l'ensoleillement est constant). La séquestration du CO₂, l'évapotranspiration et la réduction de l'albédo convergent tous vers un refroidissement. La protection des forêts tropicales est la stratégie d'atténuation du changement climatique la plus urgente. Les forêts tempérées (Europe, Italie) : le bilan est généralement positif pour le climat (refroidissement net), avec quelques incertitudes concernant les forêts alpines plus septentrionales. Planter des arbres dans les zones tempérées (notamment dans les zones dégradées ou abandonnées) contribue à l'atténuation du changement climatique. Les risques du reboisement massif dans les zones arides : dans les zones semi-arides, le reboisement massif peut paradoxalement réduire les précipitations locales (les arbres consomment toute l'eau disponible en augmentant l'évapotranspiration sans augmenter suffisamment les précipitations locales pour compenser). La Chine a connu des succès et des échecs dans ses programmes de reboisement dans la zone du Plateau de Loess : certains efforts de reboisement ont intensifié la sécheresse locale. Le choix de la bonne espèce, des bonnes densités et des bons emplacements est crucial.