Explorer pourquoi l'Arctique devient plus vert
Une équipe de recherche de l'ETH Zurich et du WSL s'est rendue cet été au Svalbard pour examiner de près le "verdissement de l'Arctique". Le chef de projet Sebastian Dötterl parle de la recherche entre les ours polaires, les grèves et la guerre.
"Nous avons vu des paysages dans lesquels le permafrost s'est effondré sur une grande surface", s'inquiète Sebastian Dötterl. Le professeur de ressources terrestres vient de rentrer d'une campagne de terrain au Svalbard. L'archipel se situe à environ 78 degrés de latitude nord, le thermomètre y grimpe en moyenne à neuf degrés Celsius en été.
C'est là qu'il est parti à la mi-juillet avec onze autres chercheurs de l'ETH Zurich et de l'Institut fédéral de recherche sur la forêt, la neige et le paysage (WSL), en compagnie de partenaires norvégiens, après des préparatifs longs, fastidieux et épuisants pour les nerfs. Leur objectif : étudier le contexte et les mécanismes de l'"Arctic Greening". Et le Svalbard sert de laboratoire de terrain idéal pour cela.
La plus grande et la plus difficile des entreprises
Il y a quelques jours encore, Dötterl était à genoux dans la toundra avec un bonnet de laine et des vêtements imperméables au vent et à la pluie pour collecter des échantillons de sol. Maintenant, il est assis dans son bureau en short et en T-shirt. Le chercheur semble un peu fatigué, mais pas seulement à cause du passage de la fraîcheur de l'Arctique à la chaleur du mois d'août à Zurich. Mais aussi à cause de la recherche sur le terrain au Svalbard - ou plutôt : à cause des conditions générales.
"En termes d'ampleur et de difficulté, cette entreprise éclipse mes précédentes campagnes de travail sur le terrain", souligne Dötterl. "Je n'ai jamais eu à faire face à des conditions aussi difficiles que pour ce projet, et ce bien que nous fassions aussi beaucoup de recherches sur le terrain dans des régions comme le Congo".
"En termes d'ampleur et de difficulté, cette entreprise éclipse mes campagnes de terrain précédentes".Sebastian Dötterl
Corona, guerre et grève des pilotes
La pandémie de coronavirus a d'abord retardé le lancement du projet de plus d'un an. Ensuite, la Russie a commencé la guerre contre l'Ukraine en février, ce qui signifie que l'équipe de recherche n'a pas pu utiliser comme prévu les infrastructures que l'État russe exploite au Svalbard. Les chercheurs en auraient pourtant été tributaires pour accéder à des régions isolées. Par chance, les partenaires norvégiens ont pu affréter un voilier et son équipage à la dernière minute, afin que les chercheurs aient un toit sur la tête et puissent accéder à leurs zones d'étude.
Mais ce n'est pas tout : peu avant le départ en juillet, une grève des pilotes de la compagnie aérienne scandinave SAS a de nouveau compromis l'entreprise. "Si nos doctorantes n'avaient pas réagi aussi rapidement et n'avaient pas à nouveau réservé des vols pour tous les membres de l'expédition, nous ne serions pas partis du tout au Svalbard", souligne Dötterl.
Etudier les changements écologiques dans l'Arctique
Longyearbyen, la capitale du Svalbard, est le point de départ de l'équipe de recherche composée de phytoécologues, de pédologues, de géoécologues et de microbiologistes, qui étudiera dans les années à venir les modèles et les mécanismes locaux du verdissement de l'Arctique dans le cadre d'un projet "ETH+". Outre le groupe de Dötterl, des chercheurs de Jake Alexander, Cara Magnabosco et Simone Fior (tous de l'ETH Zurich) ainsi qu'Aline Frossard du WSL participent à ce projet.
Ce projet de recherche a été déclenché par le fait que le réchauffement climatique modifie rapidement les écosystèmes. Dans l'Arctique, ce changement est encore plus rapide que partout ailleurs dans le monde. Ainsi, au cours des trois dernières décennies, les températures dans le Grand Nord ont augmenté beaucoup plus que la moyenne mondiale.
Cela fait non seulement fondre les glaciers et le permafrost, mais modifie également les sols et les plantes de la toundra arctique. Entre 1984 et 2012, 30 pour cent des toundras d'Amérique du Nord sont devenues plus vertes, comme le montre une page externeÉtude de la Nasa a montré. Mais la raison pour laquelle certaines toundras reverdissent plus fortement et plus rapidement que d'autres est probablement liée à la fertilité locale du sol, au régime hydrique et au microclimat.
Les chercheurs de l'ETH et du WSL se concentrent d'une part sur les plantes indigènes et introduites et sur la manière dont elles réagissent au réchauffement. Les scientifiques s'intéressent également à l'accélération de l'évolution des sols et aux modifications des cycles biogéochimiques. Ils étudient les sols originels de la toundra, les sols perturbés à proximité des habitations et les sols riches en nutriments à proximité des colonies d'oiseaux.
Les chercheurs souhaitent en outre découvrir le rôle que joueront les microbes dans la colonisation des jeunes sols par les plantes et dans les communautés microbiennes en mutation dans les sols plus développés.
A partir de leurs données, les chercheurs veulent finalement dériver un modèle qui inclut les changements dans la végétation, les sols et les micro-organismes et qui peut être utilisé pour prévoir les changements futurs dans les écosystèmes arctiques.
L'improvisation était de mise
Dötterl et ses co-chefs de projet sont très satisfaits du déroulement de l'expédition, malgré toutes les difficultés rencontrées. "Sur place, presque tout s'est déroulé comme nous l'espérions", se réjouit le chef de projet. Tous les participants étaient très motivés, ils ont fait attention les uns aux autres et ont entretenu une très bonne collaboration entre collègues. "Cela ne va pas de soi pour un projet de ce niveau de difficulté et dans les conditions parfois contraignantes du bateau", souligne Dötterl.
A l'exception d'un endroit - les autorités ont fermé un lotissement à cause d'un ours polaire errant - ils ont pu prélever des échantillons sur toutes les surfaces d'étude comme ils le souhaitaient, soit au total 1,2 tonne de matériau du sol que les chercheurs ont expédié en partie congelé à Zurich, où le matériau sera analysé en laboratoire l'hiver prochain. A cela s'ajoutent des centaines d'échantillons de plantes et de graines pour des expériences à Zurich, ainsi que des centaines d'échantillons microbiologiques.
La recherche au Svalbard
Le fusil pour repousser les ours polaires est toujours présent. Acheminer tout ce matériel au Svalbard a été un défi logistique.
Un chercheur agenouillé sur le sol en tenue de pluie remplit de la terre dans un sac en plastique. Cette plante tapissante, une glycérie sans tige, est une espèce frugale qui s'adapte au froid.
Les chercheurs se font déposer sur une plage de galets.
Au pied du rocher de l'oiseau, la végétation est d'un vert luxuriant.
Les oiseaux marins comme ces mouettes tridactyles fertilisent les sols situés en dessous des falaises avec leurs excréments.
Les fientes d'oiseaux rendent les sols fertiles : la chercheuse mesure l'épaisseur d'une tuile de gazon en dessous d'une colonie d'oiseaux marins. Certains habitats arctiques, comme cette prairie, sont manifestement de plus en plus verts.
Jake Alexander et son assistant étudient des plantes qui poussent bien grâce à la tourbe provenant de Russie.
Les hommes ont modifié les sols à proximité des agglomérations, de sorte que les graminées en particulier y trouvent désormais de bonnes conditions.
Toundra en fleurs : la flore profite du réchauffement. La géologie du Svalbard est exceptionnelle. Les glaciers du Svalbard reculent aussi rapidement. Vue à vol d'oiseau d'un site expérimental proche de la mer.
Les zones étudiées n'étaient accessibles que par voie maritime. Remplacement des drones : un chercheur doit porter les caméras spéciales devant lui au bout d'une longue perche.
Pour conserver le matériel génétique qu'ils contiennent, ces échantillons ont dû être immédiatement congelés sur le terrain et transportés à -80 degrés Celsius dans de l'azote liquide. Comme il n'y avait pas suffisamment d'électricité pour cela dans la nature sauvage, les chercheurs ont envoyé au préalable un réservoir de 400 litres d'azote liquide à quatre bars de pression au Svalbard. Mais comme le réservoir s'est percé et a été entreposé pendant trois semaines à Tromsö avant d'être expédié sur l'île, il ne contenait plus qu'à peine 100 litres. La pression avait chuté à un bar. "Ça s'est tout juste ouvert", dit Dötterl.
L'art de l'improvisation a aussi été parfois nécessaire avec d'autres moyens techniques. L'un des trois drones apportés s'est écrasé lors de sa première utilisation en raison d'une erreur de logiciel. Les caméras installées sur le drone étaient toutefois encore intactes. Pour pouvoir tout de même prendre des photos des surfaces étudiées depuis le haut, les chercheurs ont monté les capteurs au bout d'une tige métallique de quatre mètres de long, qu'ils ont dû porter devant eux comme un drapeau, ce qui leur a tout de même permis de prendre des photos de la végétation depuis le ciel.
Travail de laboratoire et voyage dans le nord de la Norvège
Cette première saison intensive sur le terrain sera suivie d'un important travail de laboratoire et d'une nouvelle mission de terrain l'été prochain dans le nord de la Norvège. L'équipe y étudiera les sols, les micro-organismes et l'écologie végétale dans les contreforts sud de la toundra arctique inférieure. Cet habitat est l'équivalent plus chaud de la haute toundra du Svalbard.
Les nombreuses données seront ensuite analysées. Elles serviront de base à l'étude des futurs cycles biogéochimiques dans l'Arctique en mutation et à leur transposition dans des modèles de surface terrestre. Au total, le projet devrait durer jusqu'en 2025.
Si ce projet s'est malgré tout si bien déroulé malgré toutes ces difficultés, Dötterl le doit aux trois doctorantes impliquées, Sigrid Trier Kjaer, Lena Bakker et Jana Rüthers. "Elles ont mis en place toute la logistique et l'organisation et ont ainsi sauvé le projet. C'était une énorme performance", se réjouit le spécialiste des sols.
