Près de la moitié du dioxyde de carbone que les humains rejettent dans l'environnement est absorbée par les océans du monde et la biosphère terrestre. De cette façon, les gaz à effet de serre sont en partie extraits de l'atmosphère, qui atténue le processus de réchauffement climatique. Mais la terre et les mers pourront-elles continuer à stocker du dioxyde de carbone à l'avenir ? Les chercheurs ne sont pas sûrs. Modifications de la circulation océanique, les défrichements et les réactions de stress dans les forêts pourraient réduire leur capacité à agir en tant que puits de carbone.

Sur terre, les plantes et les arbres absorbent le dioxyde de carbone (CO2) par photosynthèse. Le carbone retourne ensuite au sol sous forme de matière végétale, c'est pourquoi de grandes quantités y sont stockées. Quand le climat se réchauffe, cependant, les sols peuvent à nouveau émettre ce carbone stocké par décomposition microbienne. Les chercheurs essaient de savoir quel processus l'emportera à l'avenir – et la Suisse est l'un des sites pour leurs analyses.

Terre végétale à la limite des arbres

Combien de carbone se trouve dans le sol, et comment cela pourrait-il changer? Frank Hagedorn est basé à l'Institut fédéral suisse des forêts, Snow and Landscape Research (WSL) à Birmensdorf, et il a été engagé dans de nombreux projets pour trouver les réponses. C'est la couche arable qui est décisive, car il contient du carbone qui peut être décomposé particulièrement facilement. Dans l'un de leurs projets, L'équipe de Hagedorn a pu démontrer que ce processus de dégradation est particulièrement pertinent dans les zones situées autour de la limite des arbres. Ils ont rincé un écosystème avec du CO2 à la limite des arbres au-dessus de Davos, le marquant avec des isotopes de carbone spéciaux afin qu'ils puissent retracer l'évolution des cycles des matériaux. Les sols des écosystèmes alpins sont particulièrement riches en carbone, et il s'est avéré qu'ils peuvent émettre une quantité correspondante de CO2 lorsque la température augmente. Ce processus a déjà commencé en raison du changement climatique provoqué par l'homme.

Afin de pouvoir tirer des conclusions sur les puits de CO2 à l'échelle européenne ou mondiale, les chercheurs ont besoin de mesures standardisées. Ceux-ci peuvent ensuite être extrapolés pour des zones géographiques plus vastes, en utilisant des modèles informatiques. Dans le projet de consortium européen 'ICOS Research Infrastructure', les instruments de mesure et le traitement des données sont en cours de standardisation. Le projet a débuté officiellement en 2015 et Nina Buchmann de l'ETH Zurich en coordonne la partie suisse («ICOS-CH»). Deux sites de mesure participent ici en Suisse, elle dit :une dans une forêt d'épicéas, également près de Davos, et un à la station de recherche Jungfraujoch.

Forêts peu fiables

De nombreuses années de mesures ont déjà prouvé que les forêts absorbent beaucoup de CO2. Dans les forêts à l'extérieur de Davos, Les flux de CO2 étaient effectivement mesurés dès 1997, bien que d'autres instruments aient été utilisés à l'époque, dit Buchmann. "L'écosystème a toujours été un puits de CO2", elle dit. Il n'en va pas de même pour toutes les forêts de Suisse, toutefois. Zones replantées, par exemple, peut être une source de CO2 au départ, car le sol y perd beaucoup de carbone. Cela ne change que lorsque les arbres sont plus gros et que la forêt s'est établie, à ce moment-là, il devient un puits de CO2. Plus la forêt est vieille, cependant, moins il y a de carbone dans le sol, et le plus se trouve dans le bois et les feuilles des arbres. Cela a été prouvé par le programme national de recherche 68 « Utilisation durable du sol en tant que ressource » (PNR 68).

Mais les forêts stockeront-elles aussi du CO2 à l'avenir ? Buchmann voit deux facteurs fondamentaux d'incertitude :le changement climatique et l'exploitation forestière. La fonction de stockage d'une forêt peut être altérée par les sécheresses, par des changements dans la façon dont il est utilisé, et par des changements dans la zone qu'il couvre.

Néanmoins, les forêts ne sont ni la seule source d'incertitude, ni le plus grand de ces facteurs. De nombreux chercheurs, y compris ceux d'Agroscope (Centre fédéral suisse d'excellence pour la recherche agricole), sont préoccupés par la réduction de la couche arable du fait de l'utilisation agricole. En termes globaux, cependant, les zones terrestres les plus sensibles avec des puits de carbone naturels se trouvent dans le Grand Nord. Le méthane est un gaz à effet de serre particulièrement puissant qui est émis par le sol du pergélisol lorsqu'il se réchauffe. Selon Hagedorn, la quantité émise dépend principalement du fait que le sol se réchauffe dans des conditions humides ou sèches. Plus l'humidité est élevée, plus la quantité de méthane libérée est importante ; lorsque les conditions sont plus sèches, plus de CO2 est émis.

Expédition dans l'océan Antarctique

Les océans absorbent également d'énormes quantités de CO2. Maintenant, le puits marin le plus important pour le CO2 est l'océan Austral qui s'étend autour de l'Antarctique. En décembre 2016, l'Institut polaire suisse (coordonné par l'EPFL) a entrepris un voyage de recherche dans l'océan Austral dans le cadre de l'expédition internationale de circumnavigation antarctique (ACE).

L'un des projets de l'expédition est consacré à l'étude du phytoplancton, car sa photosynthèse joue un rôle important dans la capacité d'absorption de CO2 de l'océan Austral. Quand ces algues meurent, ils s'enfoncent au fond de l'océan, emportant du carbone avec eux. Samuel Jaccard du Centre Oeschger pour la recherche sur le changement climatique de l'Université de Berne est l'un des chercheurs participants. Pendant l'expédition, l'équipe souhaite récupérer des échantillons d'eau de mer à différentes profondeurs jusqu'à 1, 500 mètres. Ils ramèneront ces échantillons à la surface dans des bouteilles, puis les soumettront à des tests géochimiques en laboratoire. Les données qu'ils espèrent obtenir devraient expliquer comment le carbone est acheminé vers les profondeurs océaniques, et à quelle vitesse cela se produit.

La quantité de CO2 absorbée par l'océan Austral dépend également du vent qui entraîne les courants océaniques. L'eau froide est bonne pour stocker le CO2, mais dans le passé, froid, les eaux profondes riches en CO2 ont été poussées vers la surface par des conditions de vent spécifiques – et c'est à la surface que les températures sont les plus chaudes. Par conséquent, l'océan Austral a libéré du CO2 dans l'atmosphère. Mais nous ne savons presque rien des fluctuations naturelles des mouvements du vent. Afin de déterminer quand l'océan Austral a absorbé et libéré du CO2 dans le passé, un autre projet ACE s'efforce de reconstituer les mouvements du vent passés. Le directeur du Centre Oeschger, Martin Grosjean, participe à ce projet.

La façon dont le vent a soufflé

Au cours de leur voyage de recherche, Les partenaires du projet de Grosjean effectueront des forages sur plusieurs îles subantarctiques pour recueillir des sédiments des lacs. Ceux-ci seront ensuite analysés en laboratoire par Grosjean et d'autres. Les algues qui vivaient autrefois dans ces lacs se retrouvent aujourd'hui fossilisées dans ce sédiment, et ils peuvent nous fournir des informations sur l'intensité du vent pendant la période holocène.

Reconstruire ces vents signifie tirer des conclusions complexes à partir des données. La teneur en sel des lacs insulaires est influencée par l'intensité du vent, par exemple. Les vents forts entraînent plus d'embruns dans l'air et plus de sel dans les lacs que des vents plus légers. Cela a un impact sur les algues, comme l'explique Grosjean :« Les algues varient dans leur sensibilité au sel ». Ainsi, la composition spécifique des algues dans les sédiments peut permettre aux chercheurs de déterminer l'ancienne teneur en sel du lac, et donc aussi la force des vents à l'époque.

Dans les années récentes, dit Grosjean, le vent est devenu plus intense autour de l'Antarctique. Personne ne sait encore pourquoi cela s'est produit. Cela pourrait être le résultat du trou dans la couche d'ozone, ou cela pourrait être lié au réchauffement climatique. Il est donc également difficile de faire un pronostic sur la quantité de CO2 que l'océan Austral pourra stocker à l'avenir.

Tous les mêmes, plusieurs études ont déjà démontré qu'un peu plus de CO2 a été absorbé ces dernières années qu'auparavant. Il en est de même pour la biosphère terrestre. Mais nous ne pouvons pas compter sur la poursuite de cette tendance. Afin d'estimer le danger d'arrêt de l'absorption du CO2, les cycles des matériaux doivent être étudiés plus précisément – ​​à la fois sur terre et dans les mers.