Les minéraux du pergélisol prédisent l'avenir de notre planète

Il y a tout juste un an, Sophie Opfergelt et son équipe de l’Earth and Life Institue de l’UCLouvain étaient en Alaska pour prélever des échantillons de pergélisol. Aujourd’hui, la chercheuse tire déjà certaines conclusions de l’analyse de ces échantillons, mais ne se prononce pas encore quant à l’impact de la fonte du pergélisol en Arctique sur l’avenir de notre planète.

Le printemps tout juste entamé, la nature se réveille un peu partout. En Arctique aussi, la couche de gel s’est mise à fondre. L’an dernier, en mai 2018, Sophie Opfergelt, géologue et professeure au Earth and Life Institute de l’UCLouvain et son équipe observaient justement ce dégel du pergélisol (permafrost en anglais) de leurs propres yeux. Le pergélisol, c’est ce sol gelé pendant deux années consécutives ou plus dans les régions arctiques. En raison du réchauffement climatique, cette couche, normalement gelée en permanence, se dégèle.

Un écosystème en pleine métamorphose

Si Sophie Opfergelt et son équipe sont parties sur le terrain l’an dernier, c’est parce que le constat global de la communauté scientifique est clair : en Arctique, avec l’influence du réchauffement climatique, les environnements se dégradent. Et cette dégradation est multiple. D’abord, comme la température augmente, celle du pergélisol augmente aussi. Dans certains endroits, elle bascule même au-dessus de 0 C°, faisant fondre une partie de la glace qui n’avait jusqu’ici jamais fondu. Ces changements de températures engendrent des affaissements de la surface terrestre. Aujourd’hui, 30% de l’Arctique est d’ailleurs à risque d’effondrement en raison du dégel de cette glace. Enfin, tous ces changements ont un impact sur la végétation. Dans les hautes latitudes, la végétation majoritaire est de type toundra où il est impossible qu’un arbre s’enracine. Mais plus au sud, là où le pergélisol est plus profond, l’environnement est appelé « taïga » (semblable à une forêt boréale). Sur une carte, la distinction entre ces deux types de végétation est très nette. Les scientifiques ont d’ailleurs estimé qu’en 30 ans, la végétation de type « taïga » est montée de 5 degrés de latitude vers le nord. Cette dégradation étant augmentée par un phénomène d’amplification polaire, nous assistons donc à une modification spectaculaire de tout un écosystème.

Et les minéraux dans tout ça ?

Au sein de ce constat plus large, Sophie Opfergelt a décidé d’étudier l’influence de cette dégradation sur les nutriments minéraux, qui n’ont jusqu’ici pas été étudiés. En effet, dans ces sols qui dégèlent, il y a certes des nutriments organiques que beaucoup de scientifiques étudient car cette matière produit notamment du CO2 et du méthane (CH4) qui sont des gaz à effet de serre. Mais il y a aussi des nutriments minéraux qui sont capables d’interagir avec le carbone organique, une fois libérés lors du dégel. Dès que le sol dégèle, ces minéraux entrent en contact avec de l’eau et libèrent des nutriments, les rendant disponibles pour les micro-organismes qui dégradent la matière organique et pour la végétation. Depuis le début du projet, il y a 18 mois, l’équipe de Sophie Opfergelt cherche à fournir une évaluation globale de l’effet du dégel du pergélisol dans les régions arctiques sur les constituants minéraux des sols. Cette évaluation permettra d’améliorer les prédictions des modèles climatiques en précisant le rôle de l’altération des minéraux dans la modulation du rôle du carbone sur le changement climatique.

Deux scenarii pour l’avenir de la planète

Et ces recherches représentent un enjeu important car deux effets (fort différents et opposés) sont possibles et moduleraient la manière dont le carbone se décompose et est restitué vers l’atmosphère. Premier scénario : les nutriments minéraux dégelés produisent une source d’éléments nutritifs pour les micro-organismes qui sont responsables de la décomposition du carbone, faisant augmenter l’émission de gaz à effet de serre. Second scénario plus positif : les surfaces minérales exposées grâce au dégel pourraient elles-mêmes jouer le rôle de piège pour ce carbone et le rendre moins accessible aux micro-organismes. L’émission de gaz à effet de serre se verrait diminuer vu que la quantité de carbone est réduite. Aujourd’hui, pour la scientifique, reste à quantifier ces stocks de nutriments minéraux dans le pergélisol pour ensuite voir s’ils sont libérés et pour évaluer enfin la direction que prendrait cette libération.

De nouvelles pistes de recherche

WeThaw, c’est le nom de ce projet financé par le Conseil européen de la Recherche (ERC), et qui s’étale sur 5 ans (2017 à 2022). En mai 2018, la mission consistait à ramener des échantillons d’eau, de roche, de sol et de végétation. Aujourd’hui, à 18 mois d’avancement du projet, l’équipe se pose de nouvelles questions :

• Quel est le stock de nutriments minéraux dans les sols actuellement gelés mais en train de dégeler ?
• Est-ce que ce stock est disponible et soluble ?
• Est-ce que la végétation bénéficie de ces éléments minéraux ?

Concrètement, pour répondre à ces questions, Sophie Opfergelt réalise des études à plusieurs échelles. Il y a d’abord une étude locale et saisonnière, sur le terrain en Alaska. A la saison du dégel, comment les éléments étudiés (roche, sol, eau, végétation) sont-ils transférés ? Ensuite, afin d’analyser l’évolution de l’écosystème, l’équipe collecte des données sur des échantillons provenant d’un site expérimental affecté par une dégradation naturelle du pergélisol depuis 30 ans, pour les comparer à des données qu’elle collecte sur un site artificiellement soumis à un réchauffement depuis 10 ans. Enfin, à échelle plus globale, la chercheuse a accès à des échantillons collectés sur différents sites à l’échelle de l’Arctique, grâce à une série de collaborateurs dans divers pays. Le but étant, à long terme, de construire progressivement une base de données des contenus en éléments minéraux dans les pergélisols de l’Arctique.

Premières conclusions

A 18 mois de l’avancée de ce projet, Sophie Opfergelt tire déjà certaines conclusions : « Les tout premiers résultats semblent indiquer que le pergélisol est plus riche en éléments minéraux que la partie supérieure, en termes de quantité. Il y a un stock non-négligeable et plus important d’éléments nutritifs minéraux », explique la chercheuse. Par contre, certaines zones d’ombres restent entières : on ne peut pas encore prédire si ces éléments minéraux vont être libérés, et on ne connaît pas encore leur influence sur le devenir du carbone organique.

Un travail de terrain et d’analyse

Dans les mois à venir, le projet va une nouvelle fois se poursuivre sur le terrain. L’équipe va en effet retourner en août en Alaska pour prélever les mêmes échantillons, et les comparer avec ceux du début du dégel. L’objectif est de bien comprendre ce qui se passe quand le système change, et quand le sol est à son maximum du dégel. Par ailleurs, d’un point de vue analytique, l’équipe travaille sur le développement d’outils géochimiques pour aller tracer les processus lors du dégel, notamment au moment où le pergélisol est en contact avec l’eau. Sophie Opfergelt espère ainsi pouvoir comprendre comment les éléments minéraux sont libérés ou non. En fournissant ces nouvelles données, l’UCLouvain permettra d’améliorer les modèles produits dans ces régions afin de prédire comment ces écosystèmes vont évoluer dans les années et décennies à venir.

Lauranne Garitte

En savoir plus sur Sophie Opfergelt et ses recherches:

 

Coup d’œil sur la bio de Sophie Opfergelt