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La biosphère ou symbiosphère (expression de Joël de Rosnay1)
est le niveau planétaire d’intégration de toutes les échelles du Vivant (du
gène à la somme des biomes (sans laquelle l’oxygène
et donc la couche d’ozone n’existeraient pas). Le gène est
représenté à part, car non vivant en tant que tel, mais support d’information
et base du vivant. Plus on monte dans la pyramide, plus l’échelle est globale
et plus le niveau de complexité mais aussi de stabilité et de résilience du système semble augmenter.
(Wikipédia)
En Arizona, une mini-Terre sous cloche. CNRS Journal
Immense projet né dans les années 1980, Biosphère 2 est
une version miniature de notre planète, reconstituée au milieu du désert de
l’Arizona. Conçu initialement pour préparer des séjours sur Mars ou sur la
Lune, ce prototype sert aujourd’hui à la recherche environnementale et à
anticiper la réaction des écosystèmes au changement climatique.
À l’horizon, la silhouette du complexe scientifique Biosphère 2 danse sous la chaleur du désert de l’Arizona.
Le bâtiment entièrement vitré à l’allure de serre géante héberge une Terre
miniature. À l’intérieur, en arpentant la forêt tropicale, sous le grand
chapiteau, ne soyez pas étonnés par le ventilateur au-dessus de votre tête ou
les longs tuyaux sur votre droite. Dans un mélange curieux de mécanique et de
nature, de grands dispositifs recyclent l’air au milieu des végétaux et font
fonctionner l’immense machine qu’est Biosphère 2. Levez la tête, vous
verrez la cime des arbres buter contre le plafond. Tendez l’oreille et
écoutez la cascade marquant le début du cycle de l’eau. Au bout de la forêt,
sans la moindre frontière, l’odeur de sel et l’air tiède d’un océan
artificiel succèdent à l’atmosphère chaude et humide de la forêt. Au total,
cinq biomes miniatures se connectent dans l’écosystème global de plus d’un
hectare. On ne sera jamais passé aussi vite d’une savane à une mangrove après
avoir traversé un désert.
Conçue à la fin des années 1980, Biosphère 2 est aux sciences du
système Terre ce qu’un accélérateur de particules est à la physique. Elle
permet d’explorer de manière fondamentale les réactions
environnementales d’un système contrôlé. Imaginez un lieu,
entièrement hermétique, scellé au sol par 500 tonnes de plaques en acier
inoxydable. La structure perd peu d’air, mais elle dépend de variables
extérieures. En fonction de la température, l’air se dilate ou se contracte
au risque de faire exploser l’enceinte. C’est pourquoi, la plateforme dispose
d’un « poumon » : une structure de seize tonnes capable de monter
et de descendre en fonction de la pression à l’intérieur. Cette merveille
d’ingénierie offre un terrain de jeu unique aux scientifiques du monde
entier. « Depuis 2014, le CNRS, associé à Biosphère 2,
bénéficie de ce lieu unique pour mieux comprendre les rétroactions entre
changement climatique, cycle du carbone et cycle de l’eau, ainsi que
les réponses des habitats à ces modifications », expose Régis Ferrière,
directeur du laboratoire iGlobes basé à Tucson. Si les problématiques de
recherche ont pu évoluer au fil des années, l’objectif principal de Biosphère
2 demeure inchangé : comprendre le fonctionnement de notre planète et notre
impact sur la biosphère.
Objectif Lune !
Initialement conçue comme un modèle de colonisation lunaire ou martienne,
l’expérience Biosphère 2 a été nommée en hommage à la première
biosphère : la Terre. Dans les années 1990, deux expériences en autarcie
ont été menées posant la question de notre capacité à vivre en autonomie.
Dans les années 1990, deux expériences en autarcie ont été
menées, posant la question de notre capacité à vivre en autonomie.
« À l’époque, cette question mettait en avant l’idée que nous avons
besoin d’une sorte de patchwork de tous les biomes de la planète pour être
autonome. C’était peut-être un peu simpliste mais cela reste une question
ouverte », explique Régis Ferrière.
Les expériences préliminaires ne furent pas concluantes. La première
tentative fut marquée par une perte drastique d’oxygène à l’intérieur de la
plateforme sans que la cause ne soit identifiée. La deuxième fut avortée
après seulement quelques mois. Force est de constater alors à quel point
l’homme connaît peu le fonctionnement de son environnement.
« Depuis 2007, sous l’impulsion de Joaquin Ruiz, vice-président
Innovation de l’université d’Arizona, et de Peter Troch, professeur
d’hydrologie, une nouvelle phase a commencé pour l’instrument, en le plaçant
au cœur de travaux de recherche qui ne peuvent être conduits ailleurs. Il
s’agit d’exploiter ce qui fait le caractère unique de l’appareil pour
mieux comprendre les écosystèmes et leur fonctionnement », présente
Régis Ferrière.
La réponse des habitats
Tous les habitats subissent actuellement un stress environnemental
influençant leurs dynamiques et leur évolution. En conséquence, des dispositifs
comme le Métatron, en France, permettant l’étude des réactions de
populations animales et végétales au changement climatique, et
Biosphère 2, étendu aux réponses d’écosystèmes entiers, jouent un rôle
crucial pour comprendre comment l’environnement réagit face au changement du
climat. « C’est unique d’avoir en Arizona, à proximité
immédiate de quelques-uns des meilleurs laboratoires de sciences environnementales
au monde, un petit morceau de forêt tropicale. Depuis leur création il y a
environ trente ans, les communautés végétales ont eu le temps de se
stabiliser. Aujourd’hui, elles font l’objet d’études inédites dans
de telles conditions contrôlées, par exemple sur les composés organiques
volatils », précise Régis Ferrière.
Ces espèces organiques gazeuses, actrices importantes de la chimie de
l’atmosphère, impactent notamment l’effet de serre et les concentrations en
ozone. Étudier leur composition et leur implication sur le fonctionnement des
plantes à une telle échelle est difficile à mettre en œuvre en milieu naturel
à cause de la multiplication des sources, des conditions météorologiques,
etc.
Comprendre les rétroactions entre changement climatique,
cycle du carbone et cycle de l’eau, ainsi que les réponses des habitats à ces
modifications.
En tirant parti des avantages d’un système clos comme Biosphère 2,
qui permet de s’affranchir de nombreuses contraintes, l’équipe du professeur
Laura Méredith, spécialiste de génomique des écosystèmes (Université
d’Arizona) parvient à observer de tels phénomènes.
Plus loin, un consortium d’équipes internationales, sous la houlette de
Diane Thompson, professeur de géosciences (Université d’Arizona), explore les
effets complexes des variations du CO2 atmosphérique sur le
fonctionnement des écosystèmes océaniques. « On analyse les réponses
de la diversité génétique des récifs coralliens aux changements climatiques.
Existe-t-il des variantes génétiques de coraux plus résistantes que
d’autres à des changements de température ou de pH de l’eau de
mer ? Comment différentes variétés génétiques interagissent-elles et
répondent conjointement aux effets du changement climatique ? »,
détaille Régis Ferrière. À chaque biome, sa problématique.
Évolution des paysages et cycle du carbone
Sous de grandes chapelles de verre, trois collines artificielles de 11
mètres sur 6 truffées de sondes et de capteurs électroniques servent à
l’étude des cycles de l’eau et du carbone d’un bassin-versant dans son
intégralité. Des arroseurs imposent des pluies d’intensité variable à des
sols formés à partir de basalte, caractéristiques de zones semi-arides.
On analyse les réponses de la diversité génétique des
récifs coralliens aux changements climatiques.
« On cherche à comprendre le bilan carbone du sol. D’un côté,
l’altération des minéraux est un processus qui séquestre du CO2 dans
le sol, de l’autre, la respiration du sol est le mécanisme qui va dans l’autre
sens avec un ensemble de processus vivants relarguant du CO2 dans
l’atmosphère. On veut savoir comment les deux s’équilibrent sous
différentes conditions. L’interaction est compliquée par le fait que
l’altération est, elle aussi, influencée par l’activité des micro-organismes
du sol », explique Régis Ferrière.
Un dispositif similaire miniaturisé dans l’Écotron, en Île-de-France, simulateur climatique
entièrement confiné et contrôlé, complète cette expérience.
« La dégradation de la matière organique par les enzymes de
certains micro-organismes constitue un maillon crucial du cycle du carbone.
Or, le changement climatique impose une sélection génétique des
micro-organismes et donc de leurs propriétés fonctionnelles comme leur
capacité à sécréter des enzymes. Avec les deux dispositifs, Biosphère 2 et
Écotron, on agit sur le climat et on veut comprendre comment le cycle du
carbone s’en trouve modifié », détaille le chercheur. Les données
récoltées alimentent à leur tour un réseau de modèles de fonctionnement
global des écosystèmes dans le but d’améliorer les projections du climat
futur.
Une plateforme tournée vers demain
Siège d’expériences scientifiques uniques au monde, Biosphère 2 jouit
également d’une riche histoire. Celle-ci a inspiré Brigitte Juanals,
chercheuse du Centre Norbert Elias, lors de son séjour en tant que chercheur
invité par iGlobes au printemps 2018. En effet, elle souhaite analyser
comment la communication, faite par cette entité, et sa médiatisation
contribuent à définir son identité dans notre société. « Les
évolutions de Biosphère 2 sont en relation avec les grandes évolutions
de la société relatives aux interactions entre l’homme et son environnement
naturel. Je pense que l’on peut aborder les différentes dimensions de
Biosphère 2 au travers de la communication médiatique, les médias
s’étant rapidement intéressés au projet », explique la chercheuse.
De ses premières problématiques liées aux conditions d’existence, à la
préservation des espèces, au changement climatique, Biosphère 2 demeure
une plateforme tournée vers l’avenir. Comprendre sa place dans la société,
comment elle s’articule dans les préoccupations de différentes époques, c’est
aussi nous aider à mieux appréhender ce que demain nous réserve. ♦
Notes
La vie dans Biophère 2
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