Une équipe de recherche de l’ETH Zurich et du WSL s’est rendue cet été au Spitzberg pour examiner de plus près le phénomène de verdissement de l’Arctique. Le chef de projet Sebastian Dötterl discute de la recherche face aux ours polaires, aux grèves et à la guerre.
« Nous avons vu des paysages où le pergélisol s’est effondré sur de vastes étendues », déclare avec inquiétude Sebastian Dötterl, professeur de ressources en sols. Il revient tout juste d’une campagne de terrain au Spitzberg, un archipel situé à environ 78 degrés de latitude nord, où le thermomètre grimpe en moyenne à 9 degrés Celsius en été.
Lui et 11 autres chercheurs de l’ETH Zurich et de l’Institut fédéral de recherches sur la forêt, la neige et le paysage (WSL) s’y étaient rendus à la mi-juillet après des préparatifs longs, complexes et éprouvants pour les nerfs. L’objectif de l’équipe était d’explorer le contexte et les mécanismes du phénomène connu sous le nom de verdissement de l’Arctique, et le Spitzberg est un laboratoire de terrain idéal pour cela.
L’effort le plus grand et le plus difficile
Il y a quelques jours à peine, Dötterl était agenouillé dans la toundra avec des vêtements coupe-vent et anti-pluie et un bonnet de laine pour prélever des échantillons de sol. Maintenant, il est assis dans son bureau sombre en short et T-shirt. Il semble un peu épuisé, mais le passage de l’Arctique froid à la chaleur d’août de Zurich n’est pas la seule raison : la recherche sur le terrain au Spitzberg lui-même était exténuante, ou plutôt les conditions générales y étaient.
« En termes d’échelle et de difficulté, cette entreprise a vraiment mis dans l’ombre mes précédentes campagnes de terrain », déclare Dötterl. « Je n’ai jamais eu à faire face à des conditions aussi difficiles que sur ce projet, et cela malgré le fait que nous effectuons également de nombreuses recherches sur le terrain dans des régions comme le Congo. »
Coronavirus, guerre et grève des pilotes
Premièrement, la pandémie de coronavirus a retardé le démarrage du projet de plus d’un an. Puis la Russie a commencé sa guerre contre l’Ukraine en février, ce qui signifie que l’équipe de recherche suisse n’a pas été autorisée à utiliser l’infrastructure exploitée par l’État russe au Spitzberg comme prévu. Heureusement, les partenaires norvégiens de l’équipe ont pu affréter rapidement un voilier et son équipage afin que les chercheurs aient un toit au-dessus de la tête et puissent rejoindre leurs zones d’étude.
Mais ce n’est pas tout : peu de temps avant le départ en juillet, une grève des pilotes de la compagnie aérienne scandinave SAS remet une fois de plus en cause l’ensemble de l’aventure. « Si ma doctorante Sigrid et ses collègues n’avaient pas réagi aussi rapidement et réservé des vols en double pour tous les membres de l’expédition, nous ne serions jamais arrivés au Spitzberg », déclare Dötterl.
Explorer les changements rapides dans l’Arctique
Longyearbyen, la capitale du Spitzberg, est le point de départ de l’équipe de recherche composée d’écologistes végétaux, de pédologues, de géoécologues et de microbiologistes pour étudier les schémas et mécanismes locaux du verdissement de l’Arctique dans les années à venir dans le cadre d’un projet ETH+. Outre le groupe de Dötterl, le projet implique des chercheurs dirigés par Jake Alexander, Alex Widmer, Cara Magnabosco (tous à l’ETH Zurich) et Aline Frossard du WSL.
L’impulsion de ce projet de recherche est venue du fait que le réchauffement climatique modifie rapidement les écosystèmes. Et ces changements se produisent à un rythme encore plus rapide dans l’Arctique qu’ailleurs dans le monde. Les températures dans le Grand Nord, par exemple, ont connu une augmentation beaucoup plus importante que les températures moyennes mondiales au cours des trois dernières décennies.
Cela provoque non seulement la fonte des masses de glace, mais modifie également les sols et les plantes de la toundra arctique. Entre 1984 et 2012, 30 % de la toundra d’Amérique du Nord est devenue plus verte, selon une étude de la NASA. Mais la raison pour laquelle certaines zones de toundra verdissent plus fortement et plus rapidement que d’autres est probablement liée à la fertilité locale des sols et au microclimat.
D’une part, les chercheurs de l’ETH et du WSL se concentrent sur les plantes indigènes et introduites et sur leur réaction au réchauffement. Les scientifiques étudient également comment le développement des sols s’accélère et les cycles biogéochimiques se modifient. À cette fin, ils étudient les sols originels de la toundra ainsi que les sols perturbés à proximité des habitations et les sols riches en éléments nutritifs dans le bassin versant des colonies d’oiseaux.
De plus, les chercheurs veulent découvrir quel rôle les microbes joueront dans la colonisation des sols bruts par les plantes et dans l’évolution des communautés microbiennes dans les sols mieux développés.
À partir de leurs données, les chercheurs espèrent finalement dériver un modèle qui intègre les changements dans la végétation, les sols et les micro-organismes et peut être utilisé pour prédire les changements futurs dans les écosystèmes arctiques.
L’improvisation était à l’ordre du jour
Malgré toutes les difficultés rencontrées par l’équipe, Dötterl est très satisfait du déroulement de l’expédition dont il a dirigé le projet. « Sur place, presque tout s’est passé comme nous l’avions espéré », se réjouit-il.
À l’exception d’un endroit – les autorités ont fermé une colonie à cause d’un ours polaire égaré – ils ont pu accéder à toutes les zones d’étude comme demandé et prélever des échantillons : un total de 1,2 tonne de matériaux de sol. Les chercheurs en ont expédié une partie congelée à Zurich, où le matériau sera analysé en laboratoire l’hiver prochain. De plus, ils ont collecté des centaines d’échantillons de plantes et de semences ainsi que des centaines d’échantillons microbiologiques.
Recherche sur le Spitzberg
Pour préserver le matériel génétique contenu dans ces échantillons, ils ont dû être immédiatement congelés sur le terrain et transportés dans de l’azote liquide à -80 degrés Celsius. Etant donné le manque d’alimentation électrique pour cela dans la nature, les chercheurs ont envoyé en avance au Spitzberg un réservoir contenant 400 litres d’azote liquide à une pression de 4 bars. Mais le réservoir s’est avéré avoir une fuite, donc au moment où il a atteint l’île après trois semaines de stockage à Tromsø, il y avait à peine 100 litres dedans. La pression était tombée à 1 bar. « C’était à peu près suffisant », déclare Dötterl.
Certains des autres kits techniques de l’équipe de recherche ont également fait appel à des compétences d’improvisation à l’occasion. Une erreur logicielle a fait s’écraser l’un des trois drones qu’ils avaient amenés contre un rocher lors de sa toute première mission. Cependant, les caméras qu’il transportait étaient toujours intactes. Afin qu’ils puissent toujours prendre des photos des zones d’étude d’en haut, les chercheurs ont monté les capteurs sur la pointe d’un poteau métallique de 4 mètres de long. Ils ont peut-être dû porter la perche devant eux comme un drapeau, mais au moins ils ont quand même pu prendre des photos aériennes de la végétation.
Laboratoire et voyage dans le nord de la Norvège prévus
La première saison intensive sur le terrain sera désormais suivie de nombreux travaux de laboratoire et d’une autre mission de terrain l’été prochain dans le nord de la Norvège. Là, l’équipe étudiera les sols et les plantes des contreforts sud de la toundra arctique. Cet habitat est l’équivalent continental plus chaud de la haute toundra du Spitzberg.
Après cela, il sera temps d’analyser les données détaillées, qui formeront la base de la modélisation. Dans l’ensemble, le projet devrait durer jusqu’en 2025, à condition que les finances soient suffisantes. « Les nombreux retards et changements apportés au programme ont pesé lourdement sur notre budget », admet franchement Dötterl.
Si ce projet s’est si bien déroulé malgré toutes les adversités, c’est grâce aux trois doctorantes impliquées : Sigrid Trier Kjaer, Lena Bakker et Jana Rüthers. « Ce sont eux qui ont si bien organisé toute la logistique, ce qui a sauvé le projet. C’était une énorme réussite », se réjouit Dötterl.
Tous les autres participants étaient également très motivés ; ils ont pris soin les uns des autres et ont maintenu une très bonne relation de travail collégiale. « Ce n’est pas quelque chose que vous pouvez tenir pour acquis sur un projet aussi difficile que celui-ci et dans les conditions parfois exiguës sur le navire », déclare Dötterl.