Une étude, dont les résultats intitulés «Global climatic drivers of leaf size» ont été publiés dans la revue Science, a permis de déterminer que sur 51% de la surface de la planète, le risque de dommages par le gel durant la nuit est le facteur limitant de la taille des feuilles des plantes et non la chaleur du jour.

Remarquons tout d'abord, qu'il existe dans le monde une grande variété de taille de feuilles: cela va de moins d’un millimètre carré pour «la modeste Cassiope tétragone qui couvre les sols de toundra arctique» à plus d’un mètre carré pour les feuilles du bananier. Jusqu'ici, on savait qu'en «présence de chaleur et d’eau en abondance, les plantes sont plus luxuriantes», mais on ignorait quels étaient les autres paramètres qui «conditionnent la surface foliaire».

Dans le but de les découvrir, l'étude ici présentée a croisé «la taille des feuilles de 7600 espèces situées dans 700 zones climatiques différentes». Le budget énergétique quotidien étant au centre du mécanisme qui détermine la taille des feuilles, il est possible, «en réalisant le bilan des gains et pertes d’énergie à la fois durant le jour mais aussi durant la nuit», de déterminer «si la température de la feuille dépassera les seuils létaux situés entre -5°C et +50°C».

Les zones géographiques «où la chaleur et l’abondance d’eau font qu’il n’y a pas de limite théorique à la taille des feuilles» sont majoritairement le bassin amazonien et de la forêt équatoriale africaine: les plantes ont là «suffisamment d’eau pour rafraîchir leurs feuilles en permanence par transpiration et maintenir une température optimale pour la photosynthèse, loin de la température de l’air ambiant».

Pour ce qui concerne «le reste de la zone intertropicale où l’eau est moins disponible», les feuilles sont plus petites en raison du risque de surchauffe «durant la journée pour les grandes feuilles due à leur incapacité à perdre rapidement la grande quantité de chaleur acquise par le rayonnement solaire».

Par contre, «en zone tempérée, en altitude et dans les zones arctiques», le facteur limitant n’est pas le risque de surchauffe, mais le risque de gel durant la nuit: en effet, «avec une couche isolante d’air importante, la grande feuille dissipe une trop grande part d’énergie dans les longues longueurs d’onde vers le ciel, qui ne peut pas être compensée par la température de l’air ambiant» de sorte que cela «peut provoquer un gel même lorsque la température de l’air ambiant est supérieure à zéro».

Cette règle énergétique, qui prend en compte le risque de gel, explique «les différences de taille au sein d’une même espèce selon leur emplacement au sud ou au nord de son aire de répartition». Elle s'applique aussi aux arbres: ainsi, sur un même arbre il y a des feuilles de tailles différentes: «celles de la canopée en contact avec le rayonnement solaire» sont «plus petites que celles poussant à l’ombre de la canopée».

Soulignons que les conclusions de cette étude «sont le fruit d’une double approche, empirique et théorique» puisqu'un «modèle théorique reconstitue le bilan énergétique d’une feuille et calcule sa taille maximale» en tenant en compte du rayonnement solaire, de la pluviométrie et de la température. Comme les valeurs observées ne dépassent pas cette taille maximale, «ce modèle à l’échelle de la feuille s’en retrouve globalement validé».

Il pourrait déboucher sur plusieurs applications: par exemple, il pourrait aider à «optimiser la taille des feuilles des plantes cultivées» afin d'améliorer les rendements agricoles, ou «permettre de mieux calculer le rôle de stockage de carbone des plantes dans le cadre d’une évaluation du rôle des végétaux comme puits de gaz à effet de serre», ou aussi permettre aux paléontologues de déduire «de la taille des feuilles fossilisées les conditions climatiques dans le passé de la Terre».