Biosphere 2 étudie les effets de la sécheresse sur les forêts tropicales humides grâce à la mesure de débit

Il est toutefois difficile de prévoir l’impact précis que le changement climatique aura sur la qualité des sols, de l’air et de l’eau dans les différentes régions du monde.

Alors que le climat de la Terre change, les scientifiques s’attendent à ce qu’un monde plus chaud et plus sec ait de graves répercussions sur les écosystèmes mondiaux, de nombreuses régions étant soumises à un stress hydrique accru et/ou à la sécheresse. Il est toutefois difficile de prévoir l’impact précis que le changement climatique aura sur la qualité des sols, de l’air et de l’eau dans les différentes régions du monde.

En 2019, une équipe interdisciplinaire de plus de 80 scientifiques du monde entier s’est réunie pour mener une expérience sans précédent visant à suivre les effets de la sécheresse et de la reprise après sécheresse sur les forêts tropicales humides. L’expérience a été financée en partie par une subvention du Conseil européen de la recherche et a suscité plusieurs partenariats, dont un avec Alicat.

Le défi : mesurer les effets du stress hydrique sur un écosystème de forêt tropicale humide

Biosphere 2, aux abords de Tucson, en Arizona

Dans cette expérience, l’équipe cherchait à mesurer les effets du stress hydrique sur les écosystèmes de forêt tropicale humide. Elle a mené ses études à Biosphere 2, une installation artificielle de plusieurs millions de dollars construite dans les années 1980 pour simuler un écosystème terrestre entièrement clos. L’installation sert aujourd’hui à la recherche, à l’éducation et au tourisme. Son biome de forêt tropicale humide compte plus de 90 espèces végétales différentes dans un espace fermé de la taille de plusieurs courts de tennis.

Dans cet environnement, l’équipe de scientifiques a mené une expérience contrôlée de sécheresse à l’échelle de l’écosystème entier, avec marquage par isotopes stables, dans le biome de forêt tropicale humide de Biosphere 2. La campagne, baptisée Water, Atmosphere, and Life Dynamics (WALD, qui signifie forêt en allemand), est un effort collaboratif dirigé par Laura Meredith, directrice de la forêt tropicale humide de B2, Université d’Arizona, Christiane Werner, lauréate d’une ERC Consolidator Grant, Université de Fribourg-en-Brisgau, Allemagne, et Nemiah Ladd, Université de Fribourg-en-Brisgau, Allemagne.

L’expérience

Régulateurs de débit massique Alicat installés pour une utilisation à Biosphere 2

En octobre 2019, le biome de forêt tropicale humide de Biosphere 2 a été fermé au public, et Christiane Werner, de l’Université de Freiberg en Allemagne, a libéré pour près de 20 000 $ de dioxyde de carbone enrichi en carbone 13, un traceur isotopique.

Des régulateurs de débit massique Alicat ont étroitement surveillé la libération de l’isotope dans le système, choisi comme traceur approprié parce qu’il est relativement rare dans la nature. À ce titre, c’est un outil utile pour suivre et mesurer les changements dans les systèmes du sol, de l’eau et de l’air.

Le dispositif expérimental et le processus d’acquisition des données comprenaient le prélèvement dans le xylème des arbres, la mise en sachet de feuilles, le sondage du sol et l’utilisation d’analyseurs de la composition de l’air. Selon la directrice de la recherche sur la forêt tropicale humide, Dr Laura Meredith, « les plantes ont un peu l’air d’être hospitalisées avec tous ces capteurs ».

Conclusions

On sait que les forêts tropicales humides jouent un rôle important dans le cycle mondial du carbone ; ce que l’on ne comprend pas, c’est comment cette fonction peut évoluer lorsqu’un biome subit un stress hydrique. Selon le Dr Meredith, cette expérience visait à mieux comprendre si les écosystèmes réagiront aux sécheresses d’une manière qui libère du carbone et aggrave le changement climatique, ou « d’une manière qui aide à l’atténuer, qui aide à ralentir le processus ».

Le Dr Meredith avait déjà utilisé des régulateurs de débit massique Alicat dans des expériences menées pendant son passage à l’Observatoire de l’évolution des paysages (Landscape Evolution Observatory) de l’Université d’Arizona. Au cours de ces expériences, le Dr Meredith s’est montrée satisfaite de la précision et de la répétabilité des régulateurs Alicat. Elle a pris contact pour rechercher un partenariat afin de soutenir ses travaux actuels à Biosphere 2.

Nous étions enthousiastes à l’idée de participer à cette expérience importante et unique. Le Dr Meredith a présenté les résultats préliminaires de cette expérience le 3 mars 2020, lors du congrès PittCon 2020 à Chicago.