Dans l’Arctique, les arbustes remplacent la toundra

UN MONDE QUI FOND (6/7). Le phénomène, observé aussi dans les Alpes et appelé «verdissement», est le résultat du réchauffement climatique. Bonne nouvelle pour la capture de CO2 par les plantes et le sol? Pas forcément. De nombreux facteurs entrent en jeu, que des experts suisses tentent de décrypter

Après une ascension sur une piste caillouteuse, les jeunes chercheurs atteignent le premier site d’étude, à environ 3 kilomètres en aval du petit glacier Narsaq Brae, dont la blancheur marque les hauteurs de cette vallée glaciaire du sud groenlandais. A 100 mètres d’altitude seulement, la végétation est marquée par une profusion de petits buissons – surtout des saules glauques (Salix glauca) et des bouleaux pubescents (Betula pubescens) – qui recouvrent une grande partie d’un terrain. Le groupe s’arrête sur un replat où trônent quelques blocs rocheux, entre la paroi d’une montagne et la rivière glaciaire qui dévale la pente. En contrebas, le fjord et ses icebergs brillent au soleil.

Vallée glaciaire de Narsaq, au sud du Groenland, terrain d'étude des biogéochimistes de l'EPFZ. — © Aurélie Coulon / Le Temps
Vallée glaciaire de Narsaq, au sud du Groenland, terrain d'étude des biogéochimistes de l'EPFZ. — © Aurélie Coulon / Le Temps

Annina Maier, doctorante en biogéochimie à l’Ecole polytechnique fédérale de Zürich (EPFZ), et ses collègues grimpent sur un gros rocher pour avoir une vue d’ensemble de la zone. Le but: récolter des échantillons de sol sur trois carrés de 10 mètres sur 10 mètres qui soient représentatifs de l’endroit. «Nous voulons éviter l’influence de la rivière ou de zones humides comme celle que l’on voit là-bas indiquée par la présence de linaigrettes [jolies fleurs cotonneuses des zones humides de montagne, ndlr] pointe la chercheuse. Nous ne voulons pas non plus d’un terrain qui soit perturbé par les chutes de pierres de la paroi rocheuse.»

Sebastian Doetterl, le professeur en ressource du sol à l’EPFZ qui supervise le projet de recherche, est resté en Suisse après une autre campagne de recherche au Svalbard. «Avec le réchauffement climatique, les arbustes vont tout recouvrir, jusqu’au glacier, même s’il n’y a pas de vrai sol. C’est ce qu’on appelle le phénomène d'«arbustivation» ou de verdissement qui concerne déjà aujourd’hui le sud de l’Arctique mais aussi les Alpes. Et c’est ce qui arrivera plus au nord dans l’Arctique dans les décennies à venir, affirme l’expert joint au téléphone. Ce qui nous intéresse, c’est de comprendre comment le sol doit se développer avant l’installation de ces arbustes. Vu ce qu’on voit dans les Alpes, ces végétaux n’ont pas besoin de beaucoup pour coloniser de nouveaux espaces.»

Lire encore: Vu de l'espace, le blanc laisse sa place au vert dans les Alpes

Le sol est le produit de l’interaction entre des sédiments – issus ici de l’altération des roches par les frottements du glacier – et le vivant, surtout des bactéries, des champignons, des vers et des insectes. Son développement est très lent. On dit qu’il faut globalement à peu près un an pour former un millimètre de sol. «C’est un chiffre très général car en fait ce développement n’est pas constant, commente l’expert zurichois. Pour faire du sol, il faut de la chaleur, de l’eau et de l’altération chimique, et de la vie. Ces ingrédients sont surtout disponibles à la surface de la terre et c’est pourquoi le développement du sol est plus rapide dans les premiers stades».

Et tous les sols ne se valent pas. Ils sont définis à la croisée de plein de facteurs: le climat, la géologie, la topographie, la végétation, le temps qui passe… Tous influencent les trois processus clés qui servent à décrire le cycle des nutriments et de la matière organique dans le sol: l’apport de matière par les plantes mortes, le recyclage de cette matière par les micro-organismes – à une certaine vitesse – redistribuant des nutriments dans le sol et en rejetant dans l’atmosphère des gaz à effet de serre tels que le CO2. Et enfin la stabilisation, qui correspond à la proportion de carbone piégé par les minéraux et donc indisponible à la décomposition par les micro-organismes.

Davantage de CO2 capturé?

«Combien de carbone reste dans le sol au final? Nous essayons de démêler tout ça pour obtenir une image globale du processus», explique Marco Griepentrog, casquette sur la tête et assis au milieu des arbustes. Les échantillons prélevés et soigneusement placés dans des sachets seront pour certains congelés, d’autres séchés avant d’être analysés au laboratoire à Zürich. «Nous mesurerons beaucoup de paramètres comme les nutriments dans les sols disponibles pour les plantes (l’azote minéral, les nitrates et le phosphore) ainsi que la quantité de matière organique et de carbone stocké», détaille le biogéochimiste.

Les échantillons prélevés sont soigneusement placés dans des sachets par les jeunes scientifiques. Certains seront congelés, d’autres séchés avant d’être analysés au laboratoire à Zürich. — © Aurélie Coulon / Le Temps
Les échantillons prélevés sont soigneusement placés dans des sachets par les jeunes scientifiques. Certains seront congelés, d’autres séchés avant d’être analysés au laboratoire à Zürich. — © Aurélie Coulon / Le Temps

«L’avenir des sols en Arctique est particulièrement important pour comprendre l’évolution du climat mondial, car en général les sols stockent plus de carbone que l’atmosphère et la végétation réunies. La moitié du carbone piégé dans les sols se trouve dans cette région. Or à cause du dégel du pergélisol [sol perpétuellement gelé, ndlr] et de la hausse de l’activité microbienne dus à la hausse des températures, l’Arctique va commencer à perdre du carbone, sous la forme de CO2 et de méthane, un puissant gaz à effet de serre», affirme Moritz Mainka.

Lire aussi: D’où viennent les émissions record de méthane?

Est-ce que la végétation et le sol qui vont se développer sur les zones libérées de la glace compenseront ce phénomène en capturant plus de carbone? Au cœur de ce sol granuleux et foncé que montre entre ses mains le jeune chercheur se jouent des processus vivants, physiques et chimiques, entre minéral et végétal, qui ont des conséquences sur toute l’orchestration de l’échange du carbone dans la région arctique. «Les gens pensent souvent que plus de végétation signifie plus de capture de carbone, mais ce n’est pas forcément le cas selon la nature du sol», complète Sebastian Doetterl.

Ce lichen blanc est prépondérant dans la végétation rase d'altitude de la vallée glaciaire de Narsaq. — © Aurélie Coulon / Le Temps
Ce lichen blanc est prépondérant dans la végétation rase d'altitude de la vallée glaciaire de Narsaq. — © Aurélie Coulon / Le Temps

Pour étudier toute la séquence chronologique de formation du sol après le retrait de la glace, les scientifiques doivent poursuivre leur ascension et faire des prélèvements là où la végétation est plus basse, constituée de mousses, de lichens et d’herbes vertes, à seulement un kilomètre du glacier. Des sizerins flammés s’envolent à leur approche et du lichen blanc craque à chaque pas, sous les chaussures de marche. Casquette sur la tête et truelle à la main, le biogéochimiste allemand Marco Griepentrog est couché sur le sol depuis un bon moment. Son bras disparaît dans un trou de près de 85 centimètres de profondeur et se faufile entre les blocs rocheux, pour retirer encore et encore de la terre. «Ce n’est pas ce qu’on imaginait, constate Annina Maier, doctorante à l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich. C’est beaucoup de sol, aussi proche du glacier.»

Les analyses des échantillons permettront de déterminer si ce sol plus jeune est capable de stabiliser le carbone qui sera un jour apporté par les arbustes colonisateurs. «Il y a un décalage temporel entre la hausse de la production végétale avec les températures plus élevées, et le développement du sol. Il faut comprendre ce décalage pour modéliser le cycle du carbone présent et à venir», complète Marco Griepentrog.

De la terre à la rivière

Et l’histoire de l’impact du réchauffement climatique sur le cycle du carbone n’en reste pas là dans cette région du sud de l’Arctique. Elle se déroule du sol à l’atmosphère en passant par les plantes, mais aussi plus loin dans l’eau de la rivière qui ruisselle jusqu’au fjord. L’équipe de Sebastian Doetterl partagera ses analyses avec une autre experte de l’EPFZ, Lisa Bröder qui étudie quant à elle le transport du carbone dans les eaux terrestres, dans le cadre du projet GreenFjord financé par l’Institut polaire suisse. «Nous comparons le transport des sédiments dans les rivières glaciaires avec celui observé dans les rivières non glaciaires, de la terre au fjord. Nous commençons aussi à faire ce type d’analyse dans les Alpes en Suisse, explique la chercheuse. L’objectif est de reconstruire le cycle de carbone dans ce système à travers le transport de la matière organique et des nutriments vers la mer. Tout ceci est en train de changer avec le réchauffement climatique».

Rivière qui descend du glacier Narsaq Brae (visible au fond) jusqu'au fjord. — © Aurélie Coulon
Rivière qui descend du glacier Narsaq Brae (visible au fond) jusqu'au fjord. — © Aurélie Coulon

Grâce à une méthode basée sur les isotopes du carbone, les scientifiques pourront déterminer la part de matière dans la rivière qui provient des sols environnants et lessivée par les eaux de pluie, comparée à celle provenant du glacier. Le suivi de la biodiversité sera aussi mené grâce à la recherche des traces d’ADN d’êtres vivants présentes dans chaque prélèvement, de terre et d’eau. «C’est ce qui est fantastique avec ce projet interdisciplinaire, c’est que l’on mesure beaucoup de choses dans une zone géographique relativement restreinte, pour améliorer notre compréhension mécanistique du système», observe Lisa Bröder.

Au loin, là-bas dans les eaux du fjord de Narsaq, sous la glace des icebergs, le cycle du vivant continue. C’est au tour d’autres micro-organismes, des algues et des bactéries, de pomper du CO2 et d’être actifs dans le recyclage du carbone. Mais ça, c’est une autre histoire.

Lire aussi: Des scientifiques créent un catalogue des bactéries vivant dans les lacs alpins suisses

Dossier: Le Groenland, en première ligne d’un monde qui fond

Au Groenland, les enjeux du changement climatique s’expriment avec une acuité rare. Glaciers, végétation et biodiversité sont impactés. En première ligne, les Inuits témoignent du bouleversement de leur quotidien. Nous avons eu l’opportunité de suivre des scientifiques de l’expédition suisse GreenFjord venus collecter les précieuses données qui nourriront les modèles climatiques. Découvrez le dossier


Cet article a été réalisé avec le soutien de la Fondation Liliane Jordi pour le journalisme, l’Association suisse du journalisme scientifique et Journafonds