En bref
Chaque année, des vents emportent de la poussière d’Afrique jusqu’en Amérique du Sud. Elle apporte un élément nutritif utile aux plantes, mais les scientifiques ne s’accordent pas sur la quantité qui tombe réellement sur l’Amazonie. Les estimations les plus récentes, vérifiées à partir de mesures au sol, sont bien plus basses que certains anciens calculs faits depuis l’espace. Et la quantité qui atteint le cœur de la forêt reste difficile à connaître.
Chaque année, les vents d’Afrique du Nord soulèvent des nuages de poussière minérale qui parcourent l’Atlantique. Une partie poursuit sa route jusqu’en Amérique du Sud et retombe sur le bassin amazonien, en apportant du phosphore. À l’échelle de cette immense forêt, la quantité de poussière peut sembler modeste. Mais ce nutriment compte dans des sols où de nombreux éléments nécessaires aux plantes sont peu abondants : ce voyage aérien relie ainsi, de façon remarquable, les déserts aux forêts tropicales.
Comment mesurer toute la poussière qui se dépose ?
Il n’existe aucun moyen pratique de recueillir chaque grain de poussière qui se dépose sur le bassin amazonien. Les chercheurs combinent donc observations par satellite, stations de mesure de l’air et modèles informatiques. Chaque méthode éclaire une partie du phénomène : les satellites repèrent les couches de poussière pendant leur traversée, les filtres installés au sol montrent ce qui est effectivement arrivé à certains endroits, et les modèles utilisent ces informations pour estimer les dépôts à grande échelle.
Dans une étude dirigée par Hongbin Yu et ses collègues, les chercheurs ont exploité les données du lidar embarqué sur le satellite CALIPSO entre 2007 et 2013. Cet instrument envoie des impulsions lumineuses dans l’atmosphère, puis analyse la lumière renvoyée par les particules afin de repérer les couches de poussière et d’en déterminer l’altitude. L’équipe a associé les observations satellitaires aux données sur les vents pour estimer la quantité de poussière qui entrait dans la région, puis l’a comparée à celle qui en sortait. La différence entre les deux a été considérée comme la quantité déposée.
L’équipe a estimé qu’environ 182 millions de tonnes de poussière franchissaient chaque année la côte ouest de l’Afrique et que celle qui se déposait sur l’Amazonie apportait près de 22 000 tonnes de phosphore. Pour les dépôts annuels de poussière dans le bassin, son estimation centrale était de 27,7 millions de tonnes, mais l’incertitude était importante : les résultats se situaient entre 8 et 48 millions de tonnes. Ce chiffre élevé ne correspondait donc pas à une mesure directe et précise : c’était une valeur moyenne entourée d’une plage de possibilités, dont certaines étaient bien plus basses.
Les résultats de Yu et de ses collègues ont été publiés en 2015 dans la revue Geophysical Research Letters. Une autre étude de la même équipe, parue dans Remote Sensing of Environment, a également examiné le transport de poussière au-dessus de l’Atlantique à partir des sept années de données de CALIPSO. Les quantités transportées variaient d’une année à l’autre. La période observée était donc trop courte pour établir une tendance de long terme, par exemple une hausse ou une baisse des dépôts sur plusieurs décennies.
À Cayenne, les filtres changent la donne
Une autre vérification a été menée à Cayenne, capitale de la Guyane française, sur la côte nord-est de l’Amérique du Sud. L’organisme local de surveillance de la qualité de l’air, ATMO Guyane, a suivi les particules en suspension dans l’air entre 2002 et 2017. En 2014, des filtres ont commencé à être utilisés sur un site en altitude, couvert d’arbres, pour recueillir les particules présentes dans l’air. Un même filtre peut contenir des sels marins venus de l’Atlantique et de la poussière minérale ayant traversé l’océan depuis l’Afrique. Il fallait donc séparer ces composants avant d’estimer la part de poussière désertique.
Joseph Prospero et ses collègues de l’Université de Miami ont rincé les filtres usagés pour en éliminer les sels, puis chauffé les résidus afin d’isoler la poussière minérale. Ces échantillons ont permis de comparer les prévisions des modèles à ce que l’on trouvait réellement dans l’air. L’équipe a utilisé MERRA-2, un modèle de la NASA, et constaté qu’il reproduisait assez fidèlement les variations saisonnières observées à Cayenne.
Les chercheurs se sont ensuite appuyés sur le modèle pour estimer les dépôts sur une vaste partie du bassin amazonien. En incluant dans leur zone d’étude sa frange la plus méridionale, ils ont obtenu un total de 10,4 millions de tonnes par an. Ils n’étaient toutefois pas certains que toutes les particules de cette partie provenaient d’Afrique. En excluant cette zone, l’estimation tombait à 8 millions de tonnes. Le résultat est donc généralement présenté sous la forme d’une fourchette de 8 à 10 millions de tonnes, plutôt que comme un chiffre définitif.
L’étude de Prospero et de son équipe, publiée en 2020 dans la revue Global Biogeochemical Cycles, avançait une estimation bien inférieure à la valeur centrale tirée des observations satellitaires, mais qui restait dans la plage d’incertitude de l’étude de 2015. Cette nuance est importante : l’écart entre les deux chiffres ne signifie pas nécessairement que la quantité de poussière a changé au fil du temps. Les études ne couvrent pas les mêmes années ni les mêmes régions, et ne prennent pas toutes en compte de la même façon la poussière transportée jusqu’au bassin.
Pourquoi la lumière peut-elle faire paraître la poussière plus abondante ?
En 2021, Jasper Kok et ses collègues ont proposé une autre explication à l’écart entre certaines estimations. Les particules les plus grosses ont tendance à retomber pendant leur traversée de l’Atlantique, tandis que les plus fines restent plus longtemps en suspension et poursuivent leur voyage. Or, à masse égale, les petites particules peuvent bloquer davantage de lumière que ne le supposaient certains calculs fondés sur les observations spatiales. Le signal lumineux peut donc laisser croire qu’il y a davantage de poussière que la masse réellement présente.
L’équipe de Kok a estimé qu’environ 8,5 millions de tonnes de poussière se déposaient chaque année sur la forêt tropicale entre 2004 et 2008. Son étude portait toutefois sur les poussières de toutes origines, et pas uniquement sur celles venues d’Afrique. Publiée dans la revue Atmospheric Chemistry and Physics, elle ne peut donc pas être comparée directement à toutes les autres estimations sans tenir compte des différences de périmètre, de provenance des particules et de période étudiée.
Dans une étude publiée en 2023, Shirong Wang et ses collègues ont poussé leurs travaux plus loin à l’intérieur du continent. Ils ont testé leur modèle à l’aide des mesures de l’air effectuées à Cayenne et à l’Amazon Tall Tower Observatory, près de Manaus, au Brésil. Pour la période 2013–2017, ils ont estimé que les dépôts de poussière africaine atteignaient environ 10 millions de tonnes par an, avec une incertitude de 1,7 million de tonnes. Selon leurs calculs, cette quantité transportait près de 8 500 tonnes de phosphore par an. Les résultats ont été publiés dans Atmospheric Chemistry and Physics.
La saison et la provenance déterminent la route des particules
La poussière n’arrive pas en Amérique du Sud au même rythme toute l’année. D’après le modèle de Prospero, 89 % de la poussière déposée près de Cayenne est tombée entre février et mai. Pendant cette période, les pluies contribuent à éliminer les particules de l’air et à les faire retomber au sol. En été dans l’hémisphère Nord, la bande des pluies tropicales se déplace vers le nord et certaines trajectoires des nuages de poussière se rapprochent des Caraïbes et du sud des États-Unis.
Les résultats du modèle indiquent que les dépôts les plus importants se concentrent dans le nord et le nord-est de l’Amérique du Sud, tandis que des quantités bien plus faibles atteignent certaines parties du centre de l’Amazonie. Le total estimé pour l’ensemble du bassin ne révèle donc pas, à lui seul, la quantité qui atteint une forêt ou un sol en particulier. Le lieu où tombent les pluies, l’altitude du nuage et la direction des vents influencent tous l’endroit où les particules finissent par se déposer.
L’Afrique du Nord n’est pas non plus une source unique et uniforme. Une étude publiée en 2020, qui comparait plusieurs régions désertiques, a conclu que la poussière de l’Aoukar, zone qui s’étend en Mauritanie et au Mali, emprunte une route plus favorable vers l’Amazonie que celle de la dépression du Bodélé, au Tchad. L’origine géographique de la poussière a aussi varié d’un hiver à l’autre. L’analyse chimique de particules recueillies à Cayenne attribuait la plus grande part de la poussière à l’ouest de l’Afrique du Nord pendant l’hiver 2014, mais à des régions du centre de l’Afrique du Nord durant l’hiver 2016. L’étude de ces variations d’une année à l’autre a été publiée en 2022 dans Geophysical Research Letters.
Le phosphore : une petite cargaison qui pourrait compter
L’intérêt de cette poussière ne tient pas seulement aux minéraux qu’elle transporte. Elle apporte aussi du phosphore, un élément indispensable aux plantes, dans des sols souvent pauvres en phosphore. Dans la forêt, la décomposition des feuilles restitue une partie du phosphore au sol, où les racines peuvent l’absorber de nouveau. Mais les pluies en entraînent aussi une autre partie vers les ruisseaux et les rivières, qui l’évacuent hors de l’écosystème. L’équipe de Yu a estimé que le phosphore apporté par les poussières africaines était proche de la quantité perdue de cette manière par le bassin amazonien.
Cette comparaison ne signifie toutefois pas que la poussière explique à elle seule l’ensemble du bilan en phosphore de la forêt, ni que tout le phosphore qu’elle transporte parvient jusqu’aux racines des arbres. D’autres sources contribuent aux apports. Une étude d’Aaron Barkley et de ses collègues a notamment montré que les feux de végétation en Afrique australe transportent eux aussi du phosphore jusqu’à Cayenne, dont une partie se trouve sous une forme qui se dissout facilement dans l’eau. Ces résultats ont été publiés en 2019 dans Proceedings of the National Academy of Sciences.
Une expérience menée sur le terrain dans une vieille forêt au nord de Manaus indique qu’un apport accru de phosphore peut influer sur la croissance des plantes dans ces sols. Les chercheurs ont ajouté cet élément à des parcelles expérimentales. Au bout de deux ans, la production de racines fines y était supérieure de 29 % à celle des parcelles qui n’avaient reçu aucun ajout. Mais l’expérience a évalué l’effet d’un apport de phosphore : elle n’a pas déterminé quelle quantité de poussière désertique était parvenue jusqu’à ce site, ni quelle part de son phosphore avait été absorbée par les arbres.
Prospero et ses collègues ont donc plaidé pour multiplier les mesures au cœur de la forêt, en étudiant à la fois les particules présentes dans l’air et celles recueillies dans l’eau de pluie. Les échantillons prélevés sur la côte sont précieux, mais ils ne suffisent pas à établir ce qui se passe loin du littoral. Des mesures directes au centre du bassin aideraient à distinguer la poussière africaine des autres sources de phosphore et à comprendre comment les dépôts varient selon les lieux et les saisons.
Conclusion
Les observations satellitaires et les mesures au sol confirment que la poussière d’Afrique du Nord traverse l’Atlantique et apporte du phosphore à certaines régions d’Amérique du Sud. La quantité déposée dépend toutefois de la méthode de mesure et des limites de la zone étudiée. L’estimation de CALIPSO publiée en 2015 donnait une valeur centrale de 27,7 millions de tonnes par an, dans une large fourchette de 8 à 48 millions. Des modèles vérifiés à partir des mesures de Cayenne situent plutôt les dépôts d’origine africaine entre 8 et 10 millions de tonnes. L’étude de Wang publiée en 2023 avance un chiffre proche : 10 ± 1,7 millions de tonnes pour la période 2013–2017. La saison des pluies, la provenance de la poussière et la trajectoire des précipitations déterminent les endroits où elle retombe. Comparer des études portant sur des périodes différentes ne suffit pas à prouver une baisse à long terme. Il reste indispensable de mesurer l’air et la pluie à l’intérieur de l’Amazonie pour savoir quelle part de cet engrais venu du ciel atteint réellement le cœur de la forêt.