Étudier les sols, c’est comme jouer dans un bac à sable

Photo prise par un drone au-dessus d'un site d'échantillonnage au Svalbard. © Simone Fior

Les sols stockent de grandes quantités de carbone. Pour comprendre comment les sols arctiques se développent et évoluent avec le dérèglement climatique, des scientifiques de l'École polytechnique de Zurich (EPFZ) ont effectué des recherches au Svalbard, un archipel norvégien situé dans l'océan Arctique.

Les pédologues ressemblent parfois à des enfants jouant dans un bac à sable. Imaginez plusieurs adultes creusant un trou et s’allongeant autour ou à l’intérieur, ramassant la boue à la main et la faisant rouler entre leurs doigts pour en déterminer la qualité de la texture. Ils et elles l’emballent ensuite dans des gobelets et des sacs en métal pour s’amuser à l’analyser au laboratoire.

Ces procédures peuvent paraître étranges aux yeux des personnes non averties, mais elles suivent en fait des règles et des protocoles scientifiques bien établis, qui permettent de décrire et d’échantillonner les sols d’une manière représentative. Et si l’on sait où chercher, il suffit parfois de quelques pas pour entrer dans un nouveau monde.

À quelques mètres d’écart seulement, des sols peuvent être riches et relativement bien développés, ou rocailleux et pauvres, tandis que la végétation en surface ne présente pas de différences flagrantes. Pourtant, les conséquences de ces différences sur le cycle du carbone et des nutriments sont d’une importance globale, en particulier dans le contexte du dérèglement climatique.

Notes de terrain de l’Arctique

Moritz Mainka

2 mégabytes: c’est la quantité de données que nos scientifiques de l’Antarctique étaient initialement autorisé-es à nous envoyer par satellite dans le cadre de leurs recherches sur les microplastiques. La transmission de données est également limitée pour nos blogueurs actuels, un groupe d’étudiant-es en doctorat de l’ETH Zurich qui étudient le verdissement de l’Arctique sur l’archipel norvégien du Svalbard. Ce processus, initié par le réchauffement climatique, dépend localement de la chimie, de l’épaisseur et de l’âge du sol.

Le pédologue Moritz Mainka a rejoint le projet Arctic Greening en janvier 2023. Son objectif de recherche est de comprendre comment les sols réagissent au réchauffement et comment cela affectera les écosystèmes et notre climat futur. À cette fin, Moritz Mainka modélise le comportement à long terme des sols. Ses recherches s’appuient sur des échantillons de sol que ses collègues ont collectés l’année dernière et qui sont actuellement analysés dans les laboratoires de l’EPFZ.

Au Svalbard, nous voulons étudier la quantité de carbone stockée dans les sols. Plus important encore, nous voulons mieux comprendre comment se déroule le cycle du carbone dans ces sols, alors que l’Arctique se réchauffe rapidement. Nous cherchons aussi à savoir à quelle vitesse les différents types de sols changeront et se développeront en fonction des nouvelles conditions climatiques. La réaction des sols arctiques aura un impact considérable sur le système climatique mondial. La principale crainte est que de grandes quantités de carbone précédemment stockées dans le permafrost soient libérées dans l’atmosphère, ce qui intensifierait et accélérerait le réchauffement de la planète.

En effet, les micro-organismes présents dans le sol sont déjà plus actifs, décomposant le vieux carbone stocké dans le permafrost depuis des milliers d’années. Dans le nord de la Suède, par exemple, les conséquences du dégel du permafrost sont visibles sous la forme de bulles de méthane, un puissant gaz à effet de serre exhalé par les sols précédemment gelés. La libération du méthane pourrait intensifier le réchauffement de la planète dans ces régions.

Mais une planète plus chaude signifie aussi une meilleure croissance des plantes et un développement plus rapide des sols, car les roches s’altèrent et libèrent des minéraux qui peuvent grandement influencer la rétention du carbone dans le sol. Cependant, on ignore à quelle vitesse et en quelle quantité le carbone peut être stabilisé dans les sols et si ce processus permet de contrer de manière significative la fuite de carbone du vieux permafrost en train de fondre.

Sebastian Doetterl et Florian Wilken vérifient la teneur en carbonate d’une roche.

Jana Rüthers et Nicole Helbing prélèvent des échantillons dans une fosse pédologique.

Au Svalbard, le matériau parental – les roches à partir desquelles les sols se forment au fil du temps – est exceptionnellement diversifié. Lors de notre étude sur le terrain en juillet et août 2022, nous avons été surpris de constater à quel point les sols changeaient en fonction de la roche à partir de laquelle ils se sont formés et de l’endroit du paysage où l’on trouve ces sols. Mais même si les cartes géologiques nous ont permis de nous orienter, il n’a pas toujours été facile de trouver et d’identifier les différentes roches sur lesquelles les sols se sont développés.

Marijn van de Broek prélève des échantillons de biomasse racinaire.

Nous avons trouvé des sols de toundra dont la végétation se ressemblait beaucoup, mais dont les matériaux d’origine avaient des millions d’années d’écart. Ils avaient souvent des compositions géochimiques totalement différentes, ce qui se traduisait par des différences prononcées en termes de richesse et de propriétés importantes telles que la texture. De même, les sols qui se sont développés près des falaises à oiseaux, où les nutriments sont abondants (merci au guano) et où les plantes poussent bien, étaient beaucoup plus riches en carbone que les autres sols de la planète.

Les grosses pierres (dans la partie supérieure de l’image) ont été séparées du reste de l’échantillon avant le tamisage par voie humide.

Les échantillons de sol que nous avons prélevés dans les toundras du Svalbard au cours de l’été 2022 sont maintenant stockés en toute sécurité dans des congélateurs au laboratoire de l’EPFZ, en attendant d’être analysés en fonction de leurs propriétés chimiques, biologiques et physiques. La prochaine étape de notre projet consistera à comprendre ce que ces diverses propriétés signifient pour le cycle du carbone.

Nous prévoyons également de mener plusieurs expériences en laboratoire qui nous donneront un aperçu de la vitesse du cycle du carbone, dans différentes conditions climatiques. Ces expériences nous aideront à comprendre comment les divers minéraux peuvent stabiliser le carbone dans les sols arctiques et quels micro-organismes sont à l’œuvre pour décomposer le carbone que les plantes apportent aux sols.

Un jeu populaire dans les bacs à sable consiste à «faire des pâtés». En tant que pédologue, je dois admettre que ce jeu est beaucoup plus amusant en laboratoire, car les sols s’y distinguent clairement par leur couleur.

Traduit de l’anglais par Emilie Ridard