Un projet de la NASA aide les chercheurs à comprendre comment l’Arctique réagit au changement climatique

Les données de l’expérience sur la vulnérabilité arctique-boréale pourraient contribuer à éclairer les futures politiques et mesures de conservation pour les latitudes septentrionales

Le Nord révèle le changement climatique comme peu d’autres endroits. Des bâtiments déstabilisés par dégel du pergélisolla glace causée par les pluies hivernales qui empêchent les caribous de se nourrir et l’érosion des côtes qui menace d’envoyer des villes entières dans la mer : ces éléments sont devenus des éléments essentiels de l’Arctique et de la forêt boréale qui l’entoure.

Cette région englobe une bande de végétation s’étendant sur des millions de kilomètres carrés, ce qui en fait un acteur majeur de la dynamique du carbone terrestre. La forêt boréale stocke au moins un quart du carbone vivant des forêts de la planète, et le pergélisol sous l’écosystème arctique-boréal stocke jusqu’à 60 pour cent du carbone du sol de la planète. Si ces gaz à effet de serre étaient libérés, cela équivaudrait à plusieurs fois les émissions annuelles de carbone des 10 principaux pays émetteurs de gaz à effet de serre réunis.

Dans l’Arctique, il existe d’énormes inconnues quant à la manière dont l’écosystème va réagir au changement climatique. Sans données solides, les tentatives passées pour modéliser l’évolution de la région ont été « comme ce jeu géant de Twister, où tout le monde se bouscule », a déclaré Joshua Fisher, climatologue à l’Université Chapman.

En 2015, la NASA a lancé une initiative sur 10 ans appelée Expérience de vulnérabilité arctique-boréale, ou ABoVE, pour démystifier la façon dont le changement climatique modifie une zone s’étendant sur l’Alaska et une grande partie du nord du Canada. Le projet a réuni une équipe interdisciplinaire de scientifiques qui ont passé les huit dernières années à utiliser tout, des images satellite aux échantillons de sol, pour évaluer l’évolution de la région. Entamant sa neuvième année, ABoVE entre dans la phase de synthèse, au cours de laquelle les modélisateurs rassembleront tous les résultats de centaines d’expériences dans un message à retenir.

Leurs découvertes arrivent à un moment critique, a déclaré Sasha Reed, biogéochimiste de l’US Geological Survey. Le changement climatique commence à modifier la vie quotidienne des habitants des zones touchées, notamment des gestionnaires fonciers, des décideurs politiques et des résidents, et tous recherchent des informations sur ce qui les attend et sur la manière dont ils pourraient s’adapter. Fournir des réponses nécessite une approche multiforme pour laquelle une équipe nombreuse et diversifiée comme ABoVE est la mieux équipée, a déclaré Reed, qui dirige l’un des deux projets qui pourraient réussir à ABoVE. La NASA est l’une des rares organisations ayant la capacité de créer de tels projets, c’est pourquoi ils ne surviennent pas très souvent. « Ce serait fantastique si nous pouvions en avoir plus », a-t-elle ajouté.

Les recherches de la NASA dans l’Arctique ont commencé en Amazonie. Dans les années 1990, les chercheurs ont commencé à se tourner vers le financement de projets à long terme étudiant les effets des changements paysagers sur le stockage du carbone. L’une des premières initiatives de ce type a été l’expérience biosphère-atmosphère à grande échelle en Amazonie, ou LBA. Dirigée par le ministère brésilien des Sciences et de la Technologie en collaboration avec la NASA et d’autres groupes internationaux, la LBA était une mission pluriannuelle visant à mesurer la manière dont certaines influences humaines modifiaient la fonction de la forêt amazonienne.

Jusque-là, la plupart des campagnes de terrain de la NASA n’avaient duré qu’une saison, voire un an tout au plus, a déclaré Diane Wickland, responsable du programme de la NASA aujourd’hui à la retraite. « Parfois, c’était largement suffisant pour avancer », a-t-elle ajouté. Mais pour les écosystèmes comme les tropiques, où les systèmes météorologiques comme El Niño et La Niña entraînent de nombreuses variabilités d’une année à l’autre, Wickland pensait que les scientifiques avaient besoin de mesures à plus long terme pour comprendre comment ils évoluaient. Une fois la LBA terminée, son succès a incité la NASA à solliciter des propositions pour la prochaine campagne de terrain à long terme.

Le changement climatique provoquait des changements radicaux dans les régions arctiques et boréales, au point que certains scientifiques avait réfléchi que la forêt boréale pourrait se transformer en un tout nouvel écosystème, comme peut-être une prairie. Dans le même temps, le dégel du pergélisol et les incendies de forêt étaient sur le point de modifier considérablement les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. « C’est pourquoi nous avons suggéré ABoVE », a déclaré l’expert en télédétection Scott Goetz, qui étudie les écosystèmes terrestres à la Northern Arizona University et est le responsable scientifique du projet depuis sa création. Aujourd’hui, avec plus de 1 000 scientifiques travaillant sur plus de 150 projets, il est juste de dire qu’ABoVE est devenue la plus grande campagne de terrain de ce type de la NASA à ce jour.

Les pressions auxquelles la région Arctique-Boréale est confrontée sont lourdes et nombreuses. Les incendies, par exemple, ont ravagé la forêt ces dernières années, déplaçant les populations et la faune et envoyant de la fumée jusqu’en Floride, au sud. Même la toundra arctique, où les incendies sont moins fréquents que dans la forêt boréale, brûle plus souvent. Les épisodes de pluie hivernale sont également de plus en plus fréquents. Lorsque la pluie frappe des régions enneigées, elle peut engorger le sol, endommager les arbres et faire fondre le pergélisol. La pluie peut également engendrer des agents pathogènes fongiques qui perturbent le flux d’eau et de nutriments vers les arbres, les tuant lentement. Les organismes plus gros peuvent décimer les peuplements d’arbres à un rythme encore plus rapide. Les infestations d’insectes ont parfois causé des pertes de végétation plus importantes que les incendies. Avec la hausse des températures, certains insectes se propagent vers le nord et infectent des plantes qu’ils auraient normalement évitées. La gamme en constante expansion de plusieurs espèce de coléoptère en est un bon exemple. Beaucoup d’entre eux, comme le scolyte, se trouvent désormais à des latitudes plus élevées et ont fait des ravages dans des peuplements d’arbres qui étaient autrefois hors de portée pendant une grande partie de l’année.

Avant ABoVE, les scientifiques avaient souvent du mal à obtenir suffisamment de mesures sur le terrain pour comprendre de telles forces dans plus qu’une zone localisée, a déclaré la spécialiste des sciences de la Terre Claire Treat de l’Institut Alfred Wegener, qui ne fait pas partie d’ABoVE mais a collaboré avec plusieurs membres. L’imagerie satellitaire peut révéler une zone beaucoup plus vaste, mais en ce qui concerne le dégel du pergélisol et les émissions de gaz à effet de serre, les scientifiques cherchent encore à relier les modèles observés par les satellites avec ce qui se passe sur le terrain.

Les scientifiques d’ABoVE ont atténué ce problème en utilisant des mesures prises à partir d’avions de la NASA pour combler le fossé entre les mesures granulaires au sol et les images satellite à grande échelle. Un instrument monté sur les jets, appelé spectromètre d’imagerie aéroporté visible/infrarouge (AVIRIS), mesure les longueurs d’onde de la lumière réfléchie par la surface de la planète. Cela donne aux scientifiques des informations sur la composition de la végétation et d’autres matériaux de la région. Parce que ces mesures sont de grande envergure mais également détaillées, ABoVE « a vraiment réussi à faire des choses à plusieurs échelles d’une manière que personne d’autre ne peut faire », a déclaré Treat.

Au cours des deux prochaines années, Fisher et d’autres modélisateurs intégreront les masses de données collectées par d’autres scientifiques d’ABoVE, essayant de les distiller en un message à retenir sur la façon dont la région Arctique-Boréale réagira au changement climatique. Il est trop tôt pour connaître les résultats, mais un étude récente de la zone de recherche ABoVE indique que la forêt boréale commencera à s’affaiblir en tant que puits de carbone entre 2050 et 2080.

Aussi puissant que soit ABoVE, il ne s’attaque qu’à l’une des nombreuses conséquences du changement climatique sur la planète. « La plus grande rétroaction, que nous ne comprenons pas du tout, ce sont les nuages », a déclaré Timothy Palmer, physicien météorologique et climatique à l’Université d’Oxford qui n’est pas impliqué dans ABoVE. Certains types de nuages ​​bloquent la lumière du soleil et refroidissent la Terre, tandis que d’autres emprisonnent la chaleur et réchauffent la planète. On ne sait pas encore où se situera l’équilibre. Palmer a également cité la puissance de calcul requise pour modéliser le changement climatique comme une pierre d’achoppement majeure : la plupart des climatologues n’ont qu’un accès limité aux superordinateurs haut de gamme nécessaires pour synthétiser autant de données.

CI-DESSUS Sue Natali, écologiste de l’Arctique du Woodwell Climate Research Center, reconnaît que l’accès à la puissance de calcul constitue une limitation majeure dans la science du climat, tout comme le financement de la modélisation, une discipline qui peut parfois passer entre les mailles du filet de la structure de financement scientifique.

Mais ABoVE a excellé dans un autre type de synthèse : la création d’une communauté au sein de la science du climat. Les chercheurs qui utilisent différentes techniques, comme prendre des mesures sur le terrain ou se concentrer sur des images satellite, « ont tendance à se trouver dans des espaces différents », a déclaré Natali. Mais même dans les premières phases d’ABoVE, les scientifiques travaillaient dans plusieurs disciplines. L’accent mis sur la communauté s’étend aux personnes vivant dans les zones touchées, a déclaré Kimberley Miner, climatologue chez ABoVE du Jet Propulsion Laboratory de la NASA. La collecte de données depuis un avion a été utile car elle rend ABoVE si portable. « Vous pouvez vous arrêter dans un aéroport, vous pouvez sensibiliser les communautés locales, vous pouvez parler aux écoliers », a-t-elle ajouté.

Peu de groupes disposent du financement et de l’équipement nécessaires pour soutenir un projet comme ABoVE – Wickland a cité la National Oceanic and Atmospheric Administration et la National Science Foundation, ainsi que les agences spatiales européenne et japonaise. Reed ajouterait le ministère de l’Énergie. Cela signifie que les campagnes de terrain à grande échelle resteront probablement rares pour le moment. Mais lorsqu’ils se produisent, a déclaré Reed, ils peuvent « transformer notre compréhension des écosystèmes et de la façon dont ils réagissent au changement ».