Entretien avec William Happer (3/4) : le verdissement

TheBestSchools : Passons maintenant à notre troisième série de questions, à savoir: même en supposant que le réchauffement climatique soit un fait bien établi et qu’il est causé par l’activité humaine (notamment la combustion de combustibles fossiles), les critiques soutiennent encore que l’on peut légitimement questionner le fait qu’il y ait des raisons de s’en alarmer. Les arguments avancés pour un réchauffement climatique qui ne pourrait pas être une mauvaise chose incluent :

  • L’époque médiévale chaude démontre qu’un réchauffement climatique de quelques degrés n’est pas une catastrophe.
  • L’existence probable de diverses rétroactions négatives indique que le réchauffement peut bien être auto-limitant; celles-ci comprennent :
    • Une couverture nuageuse accrue, qui reflète davantage l’énergie solaire
    • Une végétation accrue, qui absorberait plus de CO2

Les partisans du consensus diront que l’ampleur du forçage anthropique actuel doit conduire à des augmentations de température supérieures à celles des périodes historiques antérieures et, en outre, va compromettre la capacité des rétroactions négatives à compenser la tendance inexorable au réchauffement.

Pourriez-vous commenter s’il vous plaît ?

William Happer : Comme je l’ai expliqué en détail ci-dessus, je ne doute pas que la terre se soit réchauffée depuis la fin du petit âge glaciaire, mais je suis persuadé que la majeure partie du réchauffement est due à des causes naturelles, sur lesquelles les gouvernements ne peuvent pas agir. Nous voyons déjà plus de végétation sur la terre et elle absorbe plus de CO2. Mais comme je vais en discuter en réponse à votre question suivante, je crois que plus de CO2 est bon pour la Terre, que la Terre a souffert de famine par manque de CO2 pendant plusieurs dizaines de millions d’années et qu’un ou deux milliers de ppm serait idéal pour la biosphère. Je suis déconcerté par les tentatives hystériques de vouloir des niveaux de CO2 inférieurs à 350 ppm, ou une autre valeur, apparemment choisie grâce à la numérologie de la Kabbale, et non la science.

TheBestSchools : Maintenant, vous allez plus loin que beaucoup d’autres critiques du consensus en soulignant, non seulement que les concentrations atmosphériques accrues de CO2 et le réchauffement global ne seront pas une catastrophe, mais qu’ils seront même bénéfiques pour l’humanité.

Pourriez-vous préciser, s’il vous plait ?

William Happer : Nous devons notre existence aux plantes vertes qui convertissent les molécules de dioxyde de carbone (CO2) et les molécules d’eau (H2O) en hydrates de carbone [glucide], à l’aide de la lumière du soleil. Une molécule d’oxygène (O2) est libérée pour chaque molécule de CO2 incorporée dans un hydrate de carbone. Beaucoup d’oxygène est une aubaine pour la plupart des animaux. Mais en raison des faibles niveaux actuels de CO2, l’oxygène limite sérieusement l’efficacité photosynthétique des plantes C3, qui comprennent tous les arbres et de nombreuses plantes agricoles importantes.

Les plantes terrestres obtiennent le carbone dont elles ont besoin du CO2 dans l’air. La plupart des plantes tirent d’autres nutriments essentiels – eau, azote, phosphore, potassium, etc. – du sol. De même que les plantes poussent mieux dans des sols fertilisés et bien arrosés, elles poussent aussi mieux dans l’air avec des concentrations de CO2 plusieurs fois supérieures aux valeurs présentes.

Les niveaux actuels de faible teneur en CO2 ont exposé un défaut de conception, fait il y a plusieurs milliards d’années par la Nature quand elle a d’abord développé l’enzyme Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygénase, ou « RuBisCO » pour faire court. RuBisCO est la protéine la plus abondante dans le monde, et le fondement de toute la vie. En utilisant les molécules énergétiques, principalement l’adénosine triphosphate (ATP), produites avec l’aide de la lumière du soleil, RuBisCO, convertit le CO2 en la molécule simple glucide, 3-phosphoglyceraldehyde (3-PGA). Les machines biochimiques de la plante par la suite retransforment les molécules 3-PGA en sucre, amidon, acides aminés et tous les autres produits chimiques de la vie. La lettre «C» dans le surnom RuBisCO signifie «carboxylase» dans le nom complet, ce qui nous rappelle l’objectif de conception de RuBisCO: le CO2.

Les preuves géologiques suggèrent que RuBisCO a commencé à jouer son rôle clé dans la photosynthèse il y a environ trois milliards d’années, quand il y avait beaucoup de CO2 et très peu d’O2 dans l’atmosphère. Aux faibles niveaux actuels de CO2 atmosphérique, les plantes peuvent utiliser une grande partie du CO2 disponible en plein soleil. Cet épuisement du CO2 est synonyme de problème pour la plante. La lettre «O» dans le surnom RuBisCO signifie «oxygenase» dans le nom complet, ce qui nous rappelle qu’une autre cible de RuBisCO est la molécule d’oxygène: O2. Si RuBisCO, chargé de l’énergie chimique de l’ATP, ne trouve pas rapidement une molécule de CO2, il se contentera d’une molécule d’O2 et produira des sous-produits toxiques – par exemple, le peroxyde d’hydrogène – plutôt que des hydrates de carbone utiles. Cette « photo-oxydation » est un problème sérieux. À des niveaux actuels de faible teneur en CO2 et de hauts niveaux d’O2, il conduit à une réduction de l’efficacité photosynthétique d’environ 25 pour cent dans les plantes C3, qui comprennent les principales cultures: blé, riz, soja, coton et bien d’autres. Comme la 3-PGA, la première molécule synthétisée à partir de CO2, a trois carbones, on dit que ces plantes ont la voie photosynthétique « C3 ».

rubisco

Figure 16. L’évolution a conçu la RuBisCO pour catalyser l’incorporation de CO2 et d’H2O dans les molécules de glucides. Mais si les niveaux de CO2 sont faibles selon les normes de l’histoire géologique, comme ils le sont aujourd’hui, RuBisCO utilisera occasionnellement une molécule d’O2, à la place d’une molécule de CO2,pour produire divers sous-produits toxiques dans le processus de « photo-respiration ».

Les faibles niveaux de CO2 des dernières dizaines de millions d’années ont entraîné le développement de plantes C4 (le maïs et la canne à sucre, par exemple) qui font face à l’oxygène en protégeant RuBisCO à l’intérieur des gaines de faisceau vasculaire. Les molécules de CO2 sont transportées dans la gaine par des molécules à 4 carbones, ce qui donne à la voie C4 son nom. Mais l’O2 ne peut pas entrer dans la gaine du faisceau, donc le RuBisCO n’a pas besoin de perdre son temps en travaillant par erreur sur les molécules d’O2 abondantes au lieu de molécules de CO2 rares. La voie plus élaborée C4 a un coût en énergie biochimique, mais qui vaut la peine d’être payé lors de concentrations de CO2 inhabituellement faibles, comme celles d’aujourd’hui. Des milliers d’expériences ne laissent aucun doute que toutes les plantes – tant la grande majorité avec le chemin C3 à l’ancienne, mais aussi celles avec le nouveau chemin C4 – se développent mieux avec plus de CO2 dans l’atmosphère. (Voir: M.B. Kirkham, Dioxyde de carbone élevé: impacts sur les relations entre les sols et les eaux des plantes [CRC Press, 2011]).

Les caractéristiques de base des voies photosynthétiques C3 et C4 sont résumées dans la figure ci-dessous, tirée de D. Taub, «Effets de l’augmentation des concentrations atmosphériques de dioxyde de carbone sur les plantes» (Nature Education Knowledge Project, 2010, 3 [10]: 21).

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Fig. 17. Les modes de photosynthèse des plantes C3 et C4. Dans les deux modes, les molécules de CO2 et H2O sont fusionnées en molécules d’hydrates de carbone (glucides) à l’aide de RuBisCO, la molécule esquissée dans la Fig. 16. La photo-oxydation nocive qui limite l’efficacité des plantes C3 est évitée dans les plantes C4 en isolant RuBisCO dans les gaines de faisceau où l’on voit des concentrations artificiellement élevées de CO2 et de faibles concentrations d’O2. [Source: Nature Education Knowledge Project]

Mais la valeur nutritive du CO2 supplémentaire n’est qu’une partie de son avantage pour les plantes. D’une importance égale ou plus importante, plus de CO2 dans l’atmosphère rend les plantes plus résistantes à la sécheresse. Comme indiqué sur la Fig. 17, les feuilles des plantes sont perforées par des stomates, de petits trous dans la surface étanche aux gaz qui permettent de diffuser de l’atmosphère extérieure les molécules de CO2 dans l’intérieur humide de la feuille où elles sont photosynthétisées en glucides. Une feuille en pleine lumière peut facilement atteindre une température de 30°C, où la concentration de molécules d’eau (H2O) dans l’air intérieur humide de la feuille est d’environ 42.000 ppm, plus de 100 fois supérieure à la concentration de 400 ppm de CO2 dans l’air frais à l’extérieur de la feuille. Et les molécules de CO2, beaucoup plus lourdes que les molécules d’H2O, diffusent plus lentement dans l’air. Ainsi, en fonction de l’humidité relative de l’air extérieur, jusqu’à 100 molécules d’H2O peuvent se diffuser à partir de la feuille vers l’extérieur pour chaque molécule de CO2 qui se diffuse vers l’intérieur, pour être captée par la photosynthèse. C’est la raison pour laquelle la plupart des plantes terrestres ont besoin d’au moins 100 grammes d’eau pour produire un gramme de glucides.

Au cours de l’évolution, les plantes terrestres ont développé des mécanismes de rétroaction finement réglés qui leur permettent de cultiver des feuilles avec plus de stomates dans l’air pauvre en CO2, comme aujourd’hui, ou avec moins de stomates pour un air plus riche en CO2, comme cela a été le cas pendant la plus grande partie de l’histoire géologique des plantes terrestres. Si la quantité de CO2 double dans l’atmosphère, les plantes réduisent le nombre de stomates dans les feuilles nouvellement cultivées d’environ un facteur de deux. Avec moitié moins de stomates responsables de la fuite de vapeur d’eau, les plantes ont besoin d’environ moitié moins d’eau et se développeront mieux dans les régions arides de la terre.

La figure suivante de R.J. Donohue, et al., du Laboratoire australien du climat («Impact de la fertilisation du CO2 sur la couverture maximale du feuillage dans les environnements chauds et arides du globe», Geophysical Research Letters, 2013, 40: 3031-3035), montre le changement de la couverture végétale sur la Terre de 1982 à 2010, car les plantes ont réagi à la modeste augmentation du CO2 d’environ 340 ppm à 400 ppm.

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Fig. 18. Le verdissement de la Terre entre 1982 et 2010 suite à l’augmentation du CO2.
[Source: Geophysical Research Letters]

La plupart des zones ont montré un verdissement net, ce qui donne une augmentation globale de 11 pour cent. En plus des travaux présentés ici, Ranga Myeni de l’université de Boston et son groupe constatent qu’au cours des 30 dernières années, 20,5% de la superficie terrestre est devenue plus verte, alors que seulement 3% sont devenus plus bruns. Les effets des précipitations peuvent être séparés en corrélant les précipitations locales avec le changement de végétation, pixel par pixel. On peut s’attendre à une augmentation substantielle de l’écologisation et à une augmentation des rendements agricoles, car les concentrations de CO2 augmentent davantage.

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22 Comments     Poster votre commentaire »

1.  Bernnard | 9/03/2017 @ 8:41 Répondre à ce commentaire

Vive le CO2!!!

2.  MichelLN35 | 9/03/2017 @ 11:32 Répondre à ce commentaire

Bernnard (#1),

Pourquoi Mr Happer a t il perdu un « p » dans le titre de cet épisode 3/4 ?

3.  tsih | 9/03/2017 @ 11:39 Répondre à ce commentaire

Belle traduction et présentation de la photosynthèse C3 puis C4 qui montre bien la « lutte » des plantes pour accéder au peu de CO2 disponible, avec l’oxygène de l’air qui parasite la fixation sur l’enzyme et le prix à payer en termes d’évapotranspiration et de photorespiration.

Une remarque:

Les faibles niveaux de CO2 des dernières dizaines de millions d’années ont entraîné le développement de plantes C4 (le maïs et la canne à sucre, par exemple) qui font face à l’oxygène en protégeant RuBisCO à l’intérieur des « gaines de faisceau ».

Il s’agit des « gaines de faisceau vasculaire » des plantes dites vasculaires entourant les veines des feuilles et qui sont constituées de « cellules de faisceau vasculaire » ou en anglais de « bundle-sheath » cells

4.  Nicias | 9/03/2017 @ 11:54 Répondre à ce commentaire

MichelLN35 (#2),

C’est corrigé.

tsih (#3),

Merci, je n’ai malheureusement pas pris le temps de me cultiver sur le sujet. J’ai mis a jour l’article à propos des gaines.

J’ai aussi rajouté un lien sur la fixation du carbone en C3 (merci Bernard):
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fixation_du_carbone_en_C3

5.  tsih | 9/03/2017 @ 12:39 Répondre à ce commentaire

Nicias (#4),

Il y a un contresens dans la légende de la figure 16:

… RuBisCO utilisera occasionnellement une molécule d’O2 au lieu de faire divers sous-produits toxiques dans le processus de « photo-respiration ».

il faudrait corriger ça en quelque chose comme:

RuBisCO utilisera occasionnellement une molécule d’O2 à la place (d’un CO2) pour faire divers sous-produits toxiques dans le processus de « photo-respiration ».

6.  Bernnard | 9/03/2017 @ 13:00 Répondre à ce commentaire

Il est clair que quand on préconise l’enfouissement du gaz carbonique, c’est une politique mortifère dans le bon sens du terme.

On élimine de la surface de la terre le carbone en même temps que l’oxygène !

Comme idée géniale, il y a certainement mieux.

7.  RuBisCo | 9/03/2017 @ 13:35 Répondre à ce commentaire

Des erreurs factuelles notamment sur l’évolution C3 =>C4 due à des températures supérieures et à un stress hydrique non à un appauvrissement en CO2,

Rien de nouveau sous le soleil, toujours les mêmes arguties maintes fois démontées…Mais peut on faire boire un âne qui n’ a pas soif (selon les propres dires d’un contibuteur de ce site).

Ce sera mon unique contribution.

8.  Nicias | 9/03/2017 @ 13:43 Répondre à ce commentaire

tsih (#5),

Oui bien vu.

RuBisCo (#7),

C’est une question qui n’est pas tranchée. Si vous n’avez rien de plus à dire on ne va pas vous retenir.

9.  Cdt Michel e.r. | 9/03/2017 @ 15:14 Répondre à ce commentaire

Quelques autres suggestions :

Pourriez-vous commentez s’il vous plaît ? → commenter

qu’un ou deux millier de ppm serait idéal → (des problèmes d’accord) remplacer par quelque chose comme : qu’un taux d’un à deux milliers de ppm serait idéal OU PLUS SIMPLEMENT que 1000 à 2000 ppm serait l’idéal

mais qu’elles seront même bénéfiques pour l’humanité. → mais qu’ils …

La voie plus élaborée C4 a un coût en énergie biochimique, mais qui vaut la peine d’être payé lors de concentrations de CO2 inhabituellement faible, comme ceux d’aujourd’hui. → faibles, comme celles …

La figure suivante de R.J. Donohue, et al., Du Laboratoire australien du climat → du Laboratoire …

10.  tsih | 9/03/2017 @ 16:07 Répondre à ce commentaire

RuBisCo (#7),

Ce sera mon unique contribution.

Aïe, encore un qui semble particulièrement grognon.

Nicias (#8)

C’est une question qui n’est pas tranchée.

Je propose à RuBisCo de soumettre ses objections à W. Happer, l’auteur de l’article…
Comme ça l’âne qui n’a pas soif « du taux élevé de vilain CO2 comme élément favorisant la biosphère » pourra échanger ses doctes vues avec « l’âne qui n’a pas soif du catastrophisme climatique induit par le taux élevé de gentil CO2 ».
Tout ça tout en limitant RuBisCo à son unique et néanmoins mémorable contribution ici et en lui évitant d’autres aigreurs d’estomac ou poussées d’urticaire.

Accessoirement il pourrait bien être complètement vain de vouloir séparer des choses comme stress hydrique et taux bas de CO2 puisque une baisse du CO2 peut provoquer du stress hydrique justement, en obligeant la plante à perdre beaucoup plus de molécules d’eau pour chaque molécule de CO2 fixée. Et comme il faut bien que les plantes fixent du CO2 et poussent si elles veulent survivre…

Ensuite le problème est la compétition entre les molécules de CO2 et de O2 en termes de fixation sur l’enzyme. La température y joue un rôle en favorisant O2 mais comme elle était déjà au moins aussi élevée et en fait bien plus élevée bien avant les C4 ( 35 millions d’années) on voit mal comment on échapperait au rôle de l’évolution au cours des âges des pressions partielles des deux gaz dans l’atmosphère. Et comme par hasard depuis « l’invention » de la RuBisCo il y a quelques 3 milliards d’années, l’O2 a beaucoup augmenté et le CO2 a beaucoup baissé (et particulièrement « récemment » encore il y a quelques 30-40 millions d’années), défavorisant toujours plus la voie utile par rapport à la voie parasite, incitant peut-être bien le « grand ingénieur » de l’Evolution à trouver une parade.
Mais bon cela ne fait pas les affaires des benêts catastrophistes.

11.  lemiere jacques | 9/03/2017 @ 18:20 Répondre à ce commentaire

RuBisCo (#7),

soit, mettons que vous ayez raison, (premiere fois pour moi que j’entends parler de rubisco) que pensez vous du verdissement ? et de attribution de ce verdissement aux taux de CO2. craoissant…..

12.  Nicias | 9/03/2017 @ 18:54 Répondre à ce commentaire

Cdt Michel e.r. (#9),

Merci.

tsih (#10),

C’est jamais simple ces histoires complexes. Il n’y a pas que le CO2 qui fait évoluer les plantes mais de là à lui dénier un rôle quelconque, faut être singulièrement borné.

Un article pour ceux qui veulent approfondir le sujet :
http://rstb.royalsocietypublis.....7/1588/583

Le top, ce serait une thèse ou un étudiant serait obligé par ses professeurs de nous rappeler en long et en large les bases de son sujet.

13.  Cdt Michel e.r. | 9/03/2017 @ 19:15 Répondre à ce commentaire

Nicias (#12),

Avant de lire le document en lien, préparez la boîte de Paracétamol.

La page Wikipédia sur la Rubisco est déjà bien indigeste.

14.  tsih | 10/03/2017 @ 11:46 Répondre à ce commentaire

Cdt Michel e.r. (#13),

Bah, la nature est comme elle est, et elle ne nous a pas demandé notre avis quant à la complexité qu’elle jugé bon de mettre en oeuvre dans la photosynthèse.
Si ça vous donne mal à la tête, plutôt que de prendre du paracétamol, vous pouvez aussi ignorer tout ça et aller simplement à la pêche.

15.  Bernnard | 10/03/2017 @ 20:47 Répondre à ce commentaire

tsih (#14),
Elle est forte la nature ! Elle utilise l’énergie extérieure (avec l’ATP) et les réactions oxydoréductrices (avec le NADPH) pour arriver à ses fins de manière plus efficace que nous le faisons avec notre chimie organique. Et ses fins sont de maintenir la Vie et de l’augmenter en toutes circonstances !
Ensuite suivant l’environnement et les réactifs présents, elle se débrouillera pour avancer dans le maintien de la vie, n’en doutons pas !
Même si au lieu d’eau les océans étaient composés (sur une hypothétique planète) d’un solvant polaire protique comme l’ammoniac liquide, elle trouverait une solution, j’en ai la conviction. Bon, la suite, s’il y en a une, peut être traitée au bistrot.

16.  Cdt Michel e.r. | 11/03/2017 @ 2:23 Répondre à ce commentaire

tsih (#14),

Si ça vous donne mal à la tête, plutôt que de prendre du paracétamol, vous pouvez aussi ignorer tout ça et aller simplement à la pêche.

Je m’en vais étudier votre suggestion. Comme je n’aime pas la pêche, j’opterais plutôt pour les promenades avec mon chien dans les campagnes. Ce sera meilleur pour ma santé.

17.  tsih | 12/03/2017 @ 9:29 Répondre à ce commentaire

Bernnard (#15),

La nature et la biosphère ont eu plus de 4 milliards d’années d’essais et erreurs pour inventer puis affiner une technique complexe et laborieuse de captage et stockage d’énergie solaire sous forme chimique. Elle ne s’écarte finalement que peu de et n’a pas réussi de « percée technologique » depuis son invention initiale de la photosynthèse par les algues bleues.
Cela devrait faire réfléchir un peu tous ceux qui pensent qu’homo sapiens peut (yaka faucon) faire beaucoup mieux que la nature avec le soleil et tous les benêts des « énergies vertes qui peuvent facilement remplaçer les fossiles » avec la population actuelle.

18.  JC | 12/03/2017 @ 18:20 Répondre à ce commentaire

Alors que la Rubisco peut fixer ou l’O2 ou le CO2 dans les plantes en C3, ce qui ne posait pas de problème lorsque le taux de CO2 était élevé dans l’atmosphère et donc que la rubisco fixait facilement le CO2, il n’en est pas de même lorsque le taux de CO2 atmosphérique s’est mis à baisser. Ainsi dans les plantes en C3 le faible taux en CO2 limite la fabrication de sucre par la plante (= la photosynthèse).
« La nature » a donc amélioré le système pour s’adapter aux conditions en CO2 réduites (mais aussi pour améliorer le rendement de la photosynthèse dans les milieux chaud et secs).
« La nature » a ainsi découplé le mécanisme soit de manière spatiale, compartimentée (plante en C4) soit de manière temporelle (plante CAM) :
– Dans les plantes en C4 : la rubisco est isoléé dans une gaine interne de la feuille. Ainsi l’O2 ne peut l’atteindre. Le CO2 diffuse lentement vers elle via les cellules plus externes de la feuille, les cellules du mésophylle où le CO2 a été lentement stocké. Ainsi seul le CO2 parvient à la rubisco.
– Dans les plantes CAM, les stomates s’ouvrent la nuit : le CO2 est absorbé dans les feuilles mais comme il n’y a pas de lumière, le CO2 n’est pas fixé par la rubisco. Le CO2 est stocké dans les cellules du mésophylle.
Le jour, les stomates se ferment. Le CO2 et l’O2 ne peuvent pas rentrer dans la feuille. Comme c’est le jour, il y a de la lumière et la rubisco fixe le seul gaz qu’elle a absorbé pendant la nuit, et conservé : le CO2. Ainsi pas de concurrence avec l’O2.

19.  nivon | 12/03/2017 @ 21:15 Répondre à ce commentaire

Cdt Michel e.r. (#16), …..les promenades avec mon chien dans les campagnes….

A ce propos, comment va t’il ce Brave épagnol Speedy ?
Climatiquement vôtre. JEAN

20.  Cdt Michel e.r. | 13/03/2017 @ 4:15 Répondre à ce commentaire

nivon (#19),
Je vous ai répondu au Bistrot pour ne pas encombrer ce fil.
Cordialement, Jean-Claude

21.  tsih | 13/03/2017 @ 9:47 Répondre à ce commentaire

JC (#18),

A noter, pour compléter, que dans les modes de fixation C4 et CAM le CO2 ne « diffuse » pas tel quel mais doit d’abord être transformé en oxaloacétate (une molécule à 4 atomes de C) à l’aide d’une enzyme carboxylase puis en malate ou aspartate à l’aide d’une autre enzyme. C’est sous cette forme en solution qu’il peut soit circuler vers les cellules de gaine contenant la RuBisCo ( C4 ) ou être entreposé sur place dans des vacuoles en attendant le jour (CAM). A partir de là avant d’interagir avec la RuBisCo comme dans les plantes C3 il doit être reconverti en CO2 à l’aide d’une autre enzyme.
Les conversions et réactions intermédiaires liés à cette « navette à CO2 » ont un coût supplémentaire en énergie (30 ATP par molécule de glucose formée contre 18 ATP en mode C3) que la plante doit systématiquement dépenser pour bénéficier de cet avantage sur les plantes C3.

22.  JC | 13/03/2017 @ 20:14 Répondre à ce commentaire

Merci Tsih des éléments complémentaires. Je voulais simplifier pour rendre les choses plus claires.