Evaluating Carbon Storage Responses to Land Use Change under Multi-Scenario Simulations: A GMOP–PLUS–InVEST Coupled Framework for Border Cities

La terre sous nos pieds n'est pas seulement de la poussière ; c'est un vaste coffre-fort vivant qui renferme le carbone, l'élément au cœur de notre climat. Lorsque les forêts croissent, elles puisent le carbone de l'air et le verrouillent dans leurs troncs et leurs racines. Quand nous bétonnons des champs ou abattons des arbres, ce carbone stocké s'échappe souvent pour retourner dans l'atmosphère, réchauffant la planète. Cet équilibre est délicat, et il change constamment à mesure que les villes s'étendent et que la nature réagit. Pendant des décennies, les scientifiques ont tenté de comprendre comment les décisions humaines concernant l'utilisation des terres — où nous construisons, où nous cultivons et où nous laissons la nature reprendre ses droits sur le sol — altèrent ce vaste coffre-fort de carbone mondial. Le défi réside dans la prédiction de l'avenir : si une ville s'étend dans une direction, détruit-elle plus de carbone qu'elle n'en économise ailleurs ? Pour répondre à cela, les chercheurs doivent observer la danse complexe entre les besoins économiques, les politiques gouvernementales et le paysage physique, tentant de trouver une voie où les hommes et la planète peuvent prospérer ensemble.

Dans la ville frontalière de Dandong, en Chine, une équipe de chercheurs s'est plongée dans cette question, utilisant un laboratoire numérique sophistiqué pour simuler la manière dont la terre pourrait changer au cours des prochaines années. Dandong se situe à une jonction critique où les montagnes rencontrent la mer, un lieu où l'urbanisation rapide se heurte à l'urgence de protéger l'environnement. Les scientifiques voulaient savoir comment différents choix pour l'avenir de la ville affecteraient sa capacité de stockage du carbone. Ils ne se sont pas contentés de deviner ; ils ont construit un modèle informatique qui combine trois outils puissants. Premièrement, ils ont utilisé un système pour optimiser la structure foncière de la ville, pesant la valeur des forêts par rapport à celle des fermes et des usines. Deuxièmement, ils ont utilisé un moteur de simulation pour cartographier précisément où de nouveaux bâtiments ou de nouvelles forêts apparaîtraient probablement sur le terrain. Enfin, ils ont calculé la quantité de carbone que chaque type de terrain contiendrait. En faisant tourner ces simulations selon quatre scénarios d'avenir différents, ils ont créé un tableau clair des compromis auxquels la région est confrontée.

L'histoire de l'utilisation des terres à Dandong au cours des deux dernières décennies raconte une histoire frappante de perte et de récupération. Entre 2000 et 2020, le stockage total de carbone de la ville a légèrement chuté avant de remonter, un schéma de « déclin puis d'augmentation » qui reflète les changements de priorités de la région. Dans les premières années, l'expansion rapide des terrains de construction a grignoté les terres agricoles, provoquant une perte nette de carbone. Cependant, au fil de la décennie, une poussée massive visant à transformer les terres agricoles en forêts, impulsée par des programmes écologiques nationaux, a commencé à porter ses fruits. Les forêts ont tellement crû qu'elles ont largement compensé la perte de terres agricoles, entraînant un gain net de plus de 5,2 millions de tonnes de carbone stockées en 2020. Les chercheurs ont constaté que cette récupération n'était pas uniforme : les zones montagneuses du nord sont devenues des bastions de stockage de carbone à mesure que les arbres reprenaient les pentes, tandis que les plaines côtières du sud, où l'industrie et l'habitat se sont développés, ont vu leurs niveaux de carbone chuter.

En regardant vers l'année 2030, les simulations ont révélé que le futur stockage de carbone de la ville dépend entièrement de la voie choisie par ses planificateurs. Si la ville suit une voie de pur développement économique, privilégiant les usines et les logements, les gains de carbone seront minimes, augmentant de moins de un pour cent. Dans ce scénario, l'expansion des terrains de construction continuerait de dévorer le sol riche en carbone des terres agricoles. Inversement, si la ville donne la priorité à la protection écologique, en convertissant de vastes étendues de terres agricoles en forêts et en zones humides, le stockage de carbone pourrait bondir de plus de six pour cent. Cette voie de « protection écologique » créerait un immense puits de carbone, mais elle comporte un prix élevé : une réduction significative de la surface disponible pour l'agriculture. Les chercheurs ont identifié un juste milieu, un scénario de « développement global », qui équilibre les deux. Dans cette simulation, la ville autorise une croissance modérée des terrains de construction tout en protégeant suffisamment de forêts pour augmenter le stockage total de carbone de près de six pour cent, prouvant que la croissance économique et la santé environnementale ne sont pas nécessairement ennemies, pourvu que la terre soit gérée avec soin.

L'étude a également levé le voile pour comprendre pourquoi le stockage du carbone est distribué de telle manière à travers le paysage. Les chercheurs ont découvert que les moteurs les plus puissants ne sont pas seulement les choix humains, mais la forme physique de la terre elle-même. La pente des reliefs et la hauteur du terrain jouent un rôle dominant dans l'endroit où les forêts poussent et où les villes peuvent s'étendre. Cependant, la découverte la plus surprenante fut la manière dont ces facteurs physiques interagissent avec la santé de la végétation. La combinaison de pentes raides et d'une végétation saine et verdoyante crée une synergie puissante, faisant de ces zones les lieux les plus efficaces pour stocker le carbone. Cela suggère que planter des arbres sur des collines escarpées et dégradées n'est pas seulement une bonne idée pour prévenir l'érosion ; c'est une stratégie hautement efficace pour capturer le carbone. Les données ont montré que l'influence de ces facteurs naturels s'est renforcée au fil du temps, dépassant les facteurs économiques comme principal façonneur du paysage de carbone.

En fin de compte, le travail réalisé à Dandong offre un modèle pour d'autres villes frontalières et régions en développement rapide confrontées à des dilemmes similaires. Les chercheurs ont conclu qu'une approche de gestion des terres de type « taille unique » échouerait. Au lieu de cela, ils préconisent une stratégie de zonage, où différentes parties de la ville sont traitées selon leurs forces naturelles. Les montagnes du nord, avec leurs pentes raides, devraient être prioritaires pour la restauration forestière afin de maximiser la capture du carbone, tandis que les plaines côtières du sud devraient faire l'objet de limites strictes sur la conversion des terres agricoles en zones industrielles. En alignant le développement humain sur les contours naturels du terrain, les villes peuvent assurer leur avenir économique sans sacrifier la stabilité climatique qui dépend du sol et des arbres sous leurs pieds. L'étude confirme qu'avec le bon mélange de politique et de planification, il est possible de faire croître une ville tout en augmentant simultanément sa capacité à guérir la planète.