Des chercheurs de l'ETH Zurich étudient comment la végétation alpine réagit au réchauffement climatique et comment certaines communautés végétales continuent de résister aux nouveaux venus des altitudes plus basses.

Un coup d'œil sur la pente vertigineuse suffit à créer une sensation vertigineuse d'être en l'air. Tout en bas se trouve la ville de Coire, avec de minuscules voitures qui se promènent parmi les maisons de jouets. Gardant une prise ferme sur le volant, Jake Alexander monte la route défoncée, qui à de nombreux endroits est trop étroite pour que deux véhicules puissent passer.

Sa destination est Chrüzboden, une prairie alpine située au-dessus de la limite des arbres sur le pic Haldenstein du massif de Calanda, à quelque 2 000 mètres d'altitude. C'est une excursion d'une journée populaire au départ de Coire, mais Alexander est ici dans son rôle de professeur adjoint d'écologie végétale à l'ETH Zurich. Depuis une quinzaine d'années, il mène des expériences pour mieux comprendre les effets du changement climatique sur la flore alpine.

Calanda est l'endroit idéal pour ce type de recherche. Sur l'espace de 5 kilomètres, il englobe toute la gamme des zones de végétation altitudinale des Alpes, de la zone de colline au fond de la vallée à la ceinture alpine à son sommet de 2 800 mètres. L'ensemble du massif est remarquablement uniforme tant en aspect qu'en géologie - et toute la région se trouve à proximité de Zurich. « Nous devrions vraiment installer une station de recherche alpine ici, ce serait fantastique ! dit Alexandre.

Pour couvrir toute l'étendue des zones altitudinales, lui et ses collègues ont mis en place plusieurs sites expérimentaux à différentes altitudes. Le plus haut, Chrüzboden, culmine à 2 000 mètres; le plus bas est à 1 000 mètres. Les autres sites sont situés à 200 mètres d'intervalle entre les deux.

Après une montée d'environ 1 400 mètres autour d'innombrables virages en épingle, nous atteignons enfin Chrüzboden. Nous sommes en juin et les vaches paissent parmi des fleurs de toutes formes et de toutes teintes, serpentant entre des taches jaunes, roses et violettes.

Alexander gare la voiture et monte vers une parcelle de prairie protégée du bétail par une clôture électrique. À l'intérieur de la zone clôturée se trouvent ses parcelles de recherche. Certains d'entre eux sont enfermés dans des chambres en plexiglas à toit ouvert, qui fournissent un chauffage passif pour simuler le réchauffement climatique.

Les chercheurs étudient comment les communautés végétales à haute altitude réagissent lorsqu'elles sont confrontées à des espèces remontant d'altitudes plus basses. Des recherches antérieures ont montré qu'en moyenne, les régions montagneuses se réchauffent deux fois plus vite que le reste du monde. Cela crée un potentiel pour certaines espèces d'étendre leur habitat, soit à des altitudes plus élevées, soit à des latitudes plus élevées, comme dans l'Arctique. Les études précédentes d'Alexander ont montré que souvent les plantes alpines semblent indifférentes au réchauffement climatique lui-même, mais peuvent avoir du mal à faire face à la concurrence de nouvelles espèces migrant vers la montagne.

Plus grand et plus rapide

Tôt ou tard, cela pourrait entraîner des changements dans la composition des espèces des communautés végétales alpines et subalpines d'aujourd'hui. De nouvelles espèces signifient de nouvelles interactions - et parce que les plantes des basses terres sont plus grosses et poussent plus vite, elles laissent littéralement de plus petites espèces alpines dans l'ombre. "Un climat plus chaud leur donne un avantage concurrentiel, et ils menacent de déplacer les espèces alpines", explique Alexander.

Les espèces qui migrent vers les sommets font généralement face à moins de concurrence pour l'espace, la lumière, l'eau et les nutriments, car la végétation a tendance à être plus clairsemée à des altitudes aussi élevées. Mais la situation est différente à la limite des arbres, où les espèces montant des altitudes inférieures rencontrent des prairies et des pâturages avec presque aucune lacune dans la végétation. Ces communautés de plantes ont évolué au fil des siècles, suffisamment de temps pour que d'innombrables interactions soient apparues entre les individus et les espèces, y compris avec des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons du sol.

Aux niveaux actuels de réchauffement, de nouvelles espèces pourraient avoir du mal à s'implanter, du moins au début. Mais, à mesure que le climat se réchauffera, ils gagneront un avantage concurrentiel et, à mesure que les espèces végétales des basses terres s'établiront, ils provoqueront un changement à la fois dans la composition et dans la myriade d'interactions de la communauté végétale d'origine. C'est un phénomène que les chercheurs ont déjà observé lors d'expériences sur leur site à 1 400 mètres.

"Nous voulons découvrir à quel point les communautés végétales d'aujourd'hui sont résistantes aux nouveaux venus. Nous voulons également savoir si les espèces de basse altitude peuvent déjà s'établir plus haut dans la montagne et, si ce n'est pas le cas, qu'est-ce qui les en empêche", explique Alexander, alors qu'il enquête sur un parcelle expérimentale remplie d'une profusion de fleurs de prairie.

Les chercheurs ont d'abord retiré toute la végétation d'origine de la parcelle d'un mètre carré. Ils ont ensuite planté le sol nu avec dix espèces différentes qui sont principalement originaires de basses et moyennes altitudes, y compris la sauge des prés, la centaurée brune et la campion vésicale.

Alexander tourne son attention vers une autre parcelle à végétation dense, écartant le feuillage avec ses mains. Enterrée au milieu se trouve une plante de centaurée brune, identifiée par un cure-dent en plastique coloré. Contrairement à ses pairs de la parcelle nue, cette plante est petite et porte une fleur solitaire. "Il a du mal à rivaliser avec ses nouveaux voisins", dit-il. "Mais, en principe, il est certainement capable de pousser à cette altitude dans le climat actuel."

Transport d'animaux

Cependant, la conquête des habitats alpins ou subalpins par les plantes de plus basse altitude est plus lente que prévu, explique l'écologiste. Il suggère qu'en plus de la résistance de la végétation existante, cela peut être dû en partie aux faibles capacités de dispersion des plantes. Certains ont des graines qui peuvent être transportées par le vent, mais ceux qui ne dépendent pas des animaux pour disperser leurs graines. Par exemple, des études ont montré que les vaches transportent des graines germinables dans leur intestin.

L'un des étudiants à la maîtrise d'Alexander va bientôt se lancer dans un projet visant à déterminer si les cerfs et les chamois dispersent également les graines de certaines espèces végétales. En fin de compte, ces données devraient être intégrées dans des modèles mécanistes qui aideront les scientifiques à prévoir les changements dans les communautés végétales, y compris les projections climatiques ainsi que les mécanismes de dispersion, les interactions entre les plantes et la manière dont elles évoluent.

Alexander redescend déjà vers Haldenstein et Coire, guidant prudemment la voiture vers les maisons en contrebas. Arrivé à un virage en épingle à cheveux, il tourne à droite pour inspecter leur site expérimental à 1 400 mètres d'altitude. Il gare la voiture au bout de la route et parcourt les dernières centaines de mètres sur une piste. Bientôt, il se tient au bord d'une grande clairière connue sous le nom de Nesselboden. Il fait sensiblement plus chaud ici que 600 mètres plus haut. La température moyenne change d'environ 0,5 degrés Celsius tous les 100 mètres d'altitude, donc un simple calcul suggère que l'air qui nous entoure est maintenant 3 degrés plus chaud. Voilà donc le climat auquel les plantes alpines seront confrontées dans le futur.

Lutte pour les ressources

Les fleurs de prairie transplantées sur cette parcelle sont encore plus exubérantes, s'épanouissant à la fois dans l'isolement et en présence de la végétation existante. Ils n'ont clairement aucune difficulté à rivaliser avec d'autres plantes originaires de cette altitude. Mais les choses semblent assez différentes dans l'une des autres parcelles de terre d'un mètre carré. Dans le cadre d'une expérience antérieure il y a quelques années, les chercheurs ont transplanté le sol et sa communauté de plantes de 2 000 mètres à ce site à 1 400 mètres, les catapultant efficacement dans le climat du futur.

Le patch est dominé par l'alchémille, plus communément appelée alchémille. "Cette espèce n'a clairement aucun problème avec le nouveau climat. Mais certaines des autres plantes alpines qui ont été transplantées en même temps ont déjà perdu la bataille des ressources contre des concurrents mieux adaptés aux températures chaudes", déclare Alexander en levant la main. pour protéger ses yeux du soleil couchant. "Donc, en supposant qu'il continue à devenir plus chaud et plus sec à des altitudes plus élevées, c'est ce à quoi les plantes seront confrontées." Quoi qu'il en soit, dit-il, ils ont l'intention d'étudier ces parcelles de recherche dans la clairière de Nesselboden pendant au moins dix ans pour vérifier si leurs prédictions sur l'évolution des communautés végétales sont exactes.

Les recherches d'Alexandre finiront par révéler exactement comment la flore de Calanda évoluera. Mais il semble bien que le changement soit inévitable et que de nombreuses autres parcelles de fleurs blanches, violettes et jaunes seront bientôt disséminées dans les prairies alpines d'aujourd'hui.