M4 Évapotranspiration et contrôle des plantes

Topique

L'évapotranspiration est le transfert d'eau de la surface terrestre — provenant à la fois du sol et de la végétation — vers l'atmosphère sous forme de vapeur. Elle combine deux processus distincts en un seul flux : l'évaporation directe du sol et des surfaces d'eau libre, et la transpiration des plantes par leurs feuilles. De l'ensemble du cycle hydrologique, c'est le deuxième flux le plus important, après les précipitations. À l'échelle mondiale, l'évapotranspiration restitue à l'atmosphère environ soixante pour cent des précipitations tombant sur les terres émergées.

L'évapotranspiration réelle est toujours égale ou inférieure à l'évapotranspiration potentielle que l'atmosphère pourrait supporter. Lorsque le sol est suffisamment hydraté et que les conditions sont favorables, l'évapotranspiration réelle peut égaler parfaitement l'évapotranspiration potentielle. Mais dès que le sol commence à s'assécher, ou dès que les plantes ferment leurs stomates, l'évapotranspiration réelle devient inférieure à l'évapotranspiration potentielle.

L'équation de Penman-Monteith constitue le cadre physique permettant de calculer l'évapotranspiration potentielle, en supposant une résistance du couvert végétal pratiquement négligeable, et l'évapotranspiration réelle, intégrant une résistance positive du couvert qui reflète le contrôle exercé par les stomates. La demande atmosphérique sur ce système est déterminée par le rayonnement net disponible, après soustraction du flux de chaleur vers le sol, et par le déficit de pression de vapeur de l'air – la différence entre la pression de vapeur que l'air aurait à saturation et sa pression de vapeur réelle : plus ce déficit est important, plus la demande évaporative que l'atmosphère impose à la surface est élevée.

L'eau nécessaire à l'évapotranspiration circule du sol aux racines des plantes par flux matriciel et capillarité. Cependant, lorsque l'humidité du sol descend en dessous du point de flétrissement permanent, un seuil de succion d'environ 1 500 kilopascals, cet apport devient insuffisant pour satisfaire la demande atmosphérique. C’est précisément cette insuffisance qui crée l’écart entre l’évapotranspiration réelle et potentielle.

La régulation stomatique est le mécanisme biologique central qui régit cette relation : lorsque le déficit hydrique du sol augmente, les stomates des feuilles se ferment pour empêcher leur dessèchement. Cette fermeture réduit la transpiration, mais aussi la fixation du carbone par la plante. La résistance des stomates au passage de la vapeur d’eau augmente de façon exponentielle avec le stress hydrique du sol, les températures extrêmes et le déficit de pression de vapeur atmosphérique. Les modèles qui représentent conjointement le sol, la végétation et l’atmosphère paramétrisent cette régulation stomatique par une fonction multiplicative qui combine précisément ces mêmes facteurs de stress.

Le comportement attendu de ce système comprend un cycle diurne bien défini de l’évapotranspiration, avec un pic en milieu de journée et un minimum la nuit ; une variation saisonnière, avec un pic en été, lorsque l’évapotranspiration est élevée et que le sol est encore humide ; et une réduction brutale de l’évapotranspiration dès que le sol est suffisamment sec. Ainsi, du transfert d'eau vers l'atmosphère par lequel ce document commence jusqu'à la réduction abrupte par laquelle il se termine, en passant par la relation entre l'évapotranspiration réelle et potentielle, l'équation de Penman et Monteith, l'apport d'eau du sol et le contrôle stomatique, l'évapotranspiration et le contrôle par les plantes signifient que le taux auquel la terre renvoie de l'eau à l'atmosphère dépend, à chaque instant, de l'ouverture ou de la fermeture des stomates de la végétation qui la recouvre.

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