Une expédition en Sibérie pour comprendre le cycle du carbone des tourbières gelées

Source Actualité CNRS INSU

Le dégel des tourbières à pergélisol1  est reconnu par les Nations unies comme l’un des cinq principaux problèmes émergents en matière d’environnement2 . En tant que puits de carbone, les tourbières permettent en effet de réguler la concentration de CO₂ atmosphérique et s’avèrent de précieuses alliées dans la lutte contre le changement climatique. Or le dégel du pergélisol a un impact sur le fonctionnement de celles situées dans les zones arctique et subarctique.

Ainsi, de nouvelles questions émergent : quelles sont les réponses spécifiques de ces tourbières face au dégel du pergélisol ? Quels seront les impacts de ce dégel sur le cycle du carbone et donc sur le climat ? C’est sur ces questions que se penchent les scientifiques du projet ANR Arctic-PEAT. En mars prochain, six d’entre eux partiront pour une première expédition d’un mois en Sibérie afin de réaliser des mesures leur permettant d’affiner leur compréhension.

On fait le point avec Laure Gandois, coordinatrice scientifique du projet (laboratoire Écologie fonctionnelle et Environnement, CNRS) et responsable de ce projet.

Tourbières et pergélisol 

Les tourbières sont une sous-catégorie des zones humides, c’est-à-dire des zones dont le sol est, en permanence ou temporairement, inondé en eau. Ce sont des écosystèmes souvent singuliers qui abritent des espèces endémiques et sont colonisés, pour la plupart d’entre elles par une mousse appelée la sphaigne. Surtout, ils sont capables de stocker la matière organique qu’ils produisent car elle se décompose très lentement dans le sol tourbeux. C’est grâce à ce processus qu’elles sont ce qu’on appelle un puits de carbone. Avec 3% des surfaces émergées du globe, elles stockent environ 30 % du carbone du sol. On voit donc que leur rôle est loin d’être négligeable. L’accumulation de carbone par les tourbières fait partie des processus qui ont contribué à réguler la concentration de CO₂ atmosphérique au cours des 10 000 dernières années.

Le pergélisol, mot français pour permafrost, est un sol gelé depuis parfois plusieurs centaines de milliers, voire de millions d’années. Le pergélisol représente 50 % du stock mondial de carbone organique du sol. Bien que ne couvrant qu’une petite partie des terres émergées, ces écosystèmes ont donc une forte influence sur le climat mondial.

Les tourbières à pergélisol sont des écosystèmes importants dans l’étude de la dégradation du pergélisol, car elles stockent plus d’un tiers du carbone de celui-ci et présentent la densité de carbone la plus élevée des écosystèmes arctiques et subarctiques.

(A) Estimation de la couverture en surface (en pourcentage) des tourbières basées sur les cartes de l’inventaire national des sols (B) Estimation de la couverture en surface (en pourcentage) du pergélisol dans les tourbières. © Hugelius, revue PNAS, 2020

Tourbières et changement climatique dans les hautes latitudes

Les derniers rapports du GIEC ont confirmé que les zones arctique et subarctique allaient faire partie des zones de la planète ou le réchauffement serait le plus marqué. Avec le réchauffement, les tourbières des hautes latitudes vont évoluer très rapidement.
 

  • Avec le réchauffement, on a des vagues de chaleur qui extirpent l’humidité des plantes et des sols. A la faveur d’un simple orage, la tourbe, très inflammable, peut alors prendre feu. La matière organique nourrissant ce feu, les incendies peuvent durer des mois, voire des années, consommant la matière organique accumulée pendant des millénaires … et sont parfois invisibles. C’est le phénomène des « feux zombies » qu’on a beaucoup médiatisé l’été 2021. Ces événements extrêmes non seulement représentent des risques majeurs pour la survie de ces zones humides mais ils ont aussi un impact sur le changement climatique en relâchant des quantités importantes de carbone accumulé depuis des siècles.
  • Mais dans certaines régions, on observe que le dégel pourrait amener à la formation de nouvelles tourbières. Celles-ci perdent en effet beaucoup de carbone dans les premiers stades du dégel mais elles en ré-accumulent plus tardivement. Les tourbières sont composées de matière organique et donc à 95% d’eau. Lorsqu’elles sont gelées elles prennent en volume et quand elles dégèlent ce volume diminue: c’est ce qu’on appelle un processus thermokarstique. Ce phénomène engendre des dépressions qui créent des petites mares d’eau, propices à la formation de nouvelles tourbières. Autrement dit, les tourbières se régénéreraient davantage suite au dégel, ce qui laisse penser que le réchauffement climatique pourrait être plus favorable aux tourbières dans ces zones. Mais jusqu’à quel point ?

Le projet Arctic-Peat, pour mieux comprendre l’impact de la dégradation du pergélisol 

Il reste aujourd’hui à savoir de manière plus précise comment les tourbières vont évoluer avec le changement climatique. Or des résultats contrastés ressortent des quelques études existantes du bilan carbone des tourbières en cours de dégel. Les tourbières sont très diverses en arctique. Le temps depuis lequel elles s’accumulent, ou encore la façon dont le pergélisol s’est formé peut avoir un impact sur la dynamique du carbone après la fonte. Actuellement, les experts du GIEC accordent une faible confiance à l’estimation de l’ampleur des émissions de carbone liées à la dégradation du pergélisol pour le siècle prochain. Mais l’impact de la dégradation du pergélisol sur le cycle du carbone et sur le climat est une question complexe qui nécessite des observations à long terme.

L’objectif du projet Arctic-PEAT est d’étudier l’évolution de la dynamique du carbone dans les tourbières arctiques et subarctiques après la dégradation du pergélisol.  Le projet durera 4 ans. Trois sites ont été choisis dont le principal est Igarka, au Nord de la Sibérie.  

Il devrait débuter en mars par une expédition d’un mois en Sibérie d’une équipe de six scientifiques. La date n’est pas choisie au hasard : à la fin de l’hiver, le sol sera toujours gelé et les scientifiques vont pouvoir réaliser des sondages de tourbière entièrement gelées à différentes étapes de formation des nouveaux écosystèmes de tourbières.

En effet, il est possible d’identifier dans le paysage des formations qui représentent différents temps d’évolution après la fonte du pergélisol. Ces formations sont des dispositifs expérimentaux naturels pour mettre en œuvre des chronosequences, qui seront la base de l’approche menée dans le projet Arctic-PEAT. Les stocks de carbone et les taux d’accumulation avant et après le dégel seront déterminés le long de ces séquences.

Pour mener toutes ces études, les scientifiques vont effectuer des sondages de tourbière dont ils pourront alors dater les échantillons. Pour cela, des sondages de tourbière vont être effectués, puis les échantillons issus de celle-ci seront analysés et datés pour connaitre l’histoire de la tourbière sur plusieurs millénaires, mais aussi pour les dernières décennies, au cours desquels le pergélisol s’est dégradé ! Sur des intervalles de temps limités, on va pouvoir définir un bilan global du stock de carbone des tourbières grâce à des techniques de datation géochimique. L’objectif est d’observer les fluctuations des stocks de carbone et de déterminer le moment où le pergélisol a dégelé pour laisser place à une nouvelle tourbière., Pour étendre les observations ; l’équipe va développer une approche de télédétection combinant l’utilisation d’images à haute résolution et des modèles numériques d’élévation (de l’Arctique. Ceci permettra de produire une carte 3D des tourbières à pergélisol pour observer leurs caractéristiques de dégradation et quantifier les pertes de volume liées à la dégradation du pergélisol. Un enjeu important est aussi de suivre l’origine du carbone dans les tourbières à pergélisol en cours de dégel : un besoin crucial pour l’évaluation de la rétroaction potentielle au changement climatique. Grâce à des mesures du carbone 14, on pourra identifier les sources (carbone ancien séquestré dans le pergélisol ou récemment fixé par la végétation par exemple) et les émissions de carbone de la tourbière. Cela permettra donc d’évaluer les potentiels impacts climatiques des nouvelles tourbières formées suite au dégel.  Enfin, le cycle du carbone passé et futur de ces tourbières sera modélisé pour évaluer les trajectoires et les moteurs d’évolution de ces écosystèmes avant et après le dégel du pergélisol.

Le projet Arctic PEAT devrait générer un ensemble de données innovantes sur les tourbières de pergélisol. Il contribuera aux efforts de la communauté internationale pour évaluer la réaction de la dégradation des écosystèmes arctiques au changement climatique. 

Tourbières affectées par le dégel du pergélisol aux alentours de la ville d’Igarka (Russie) © Laure Gandois

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 Le dégel du pergélisol représente-t-il un point de bascule du climat ?

Notes

  1. mot français pour permafrost : c’est un sol perpétuellement gelé, parfois depuis des millions d’années
  2. https://www.unep.org/fr/resources/lavenir-de-lenvironnement-mondial-geo6

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