Comprendre le changement climatique
Jeremy Rugenstein étudie comment le climat a changé depuis l'extinction des dinosaures. En regardant en arrière, ce membre de l'ETH espère obtenir des informations sur le climat du futur.
Ce sont des questions très actuelles que se pose Jeremy Rugenstein, post-doctorant à l'Institut de géologie de l'ETH Zurich : Qu'arrivera-t-il à la Terre si l'humanité continue d'enrichir l'atmosphère en dioxyde de carbone ? Comment la température, les précipitations et la végétation vont-elles évoluer ? La terre deviendra-t-elle plus humide ou plus sèche ?
Les sols fossiles stockent des données climatiques
Mais au lieu de se projeter dans l'avenir, le chercheur remonte des millions d'années dans le passé : il analyse des sols fossilisés et en tire des informations sur le climat primitif. "En remontant dans le temps, à une époque où l'atmosphère contenait encore beaucoup plus de dioxyde de carbone, nous pouvons comprendre comment le climat a évolué en fonction des différentes émissions de CO2-et donc de déduire le climat futur", explique-t-il.
La paléoclimatologie est le nom de ce domaine de recherche. Pendant sa thèse de doctorat, l'Américain a étudié le climat préhistorique en Asie centrale. Il a pu montrer que les roches sédimentaires et leur analyse par spectrométrie de masse permettaient de déterminer le niveau de précipitations et l'abondance de la végétation dans les temps anciens. "Les plantes sont donc importantes pour le climat, car elles déterminent, par leur utilisation de l'eau, la quantité de celle-ci qui est librement disponible sur la Terre", explique Rugenstein.
Le géochimiste a tiré les informations sur l'état de la végétation primitive des sols aujourd'hui fossilisés dans lesquels elle poussait autrefois. Les plantes y laissaient du CO par respiration racinaire.2,qui a été conservé sous forme de carbonate de calcium jusqu'à aujourd'hui. Ce minéral, et en particulier les isotopes du carbone et de l'oxygène qu'il contient, permet au chercheur de tirer des conclusions sur le passé : le carbone sur la quantité de verdure qui poussait à l'époque, et l'oxygène sur la quantité et même l'origine de la pluie.
Travail de terrain en Asie centrale
L'ETH-Fellow a collecté les échantillons de roches pour ses recherches en Chine, au Kazakhstan et surtout en Mongolie. Aujourd'hui, les paléo-sols sont enfouis sous d'autres couches de roches et ne sont accessibles qu'à des endroits exposés, comme les versants de montagne ou les coupures de routes.
Où Jeremy Rugenstein fait de la recherche (Images : J. Rugenstein, Derek Sjostrom)
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Sols fossilisés (vieux de 50 millions d'années) au Kazakhstan.
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Camp de tentes dans le désert de Gobi, en Mongolie.
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Montagnes Hangay, Mongolie.
"Le travail sur le terrain est assez fatigant", raconte Rugenstein : un long vol, des jours de voiture sur des pistes poussiéreuses, des heures de recherche pour trouver les bonnes couches de roche, documenter les sites avec précision, couper de petits morceaux de roche au marteau. "Malgré tout, j'aime beaucoup être sur le terrain", souligne-t-il. Il aime les paysages désertiques, l'aridité, la vision au loin. "Pas étonnant : Rugenstein vient d'Albuquerque, au Nouveau-Mexique, où le désert est à deux pas de chez lui.
Au parc national vers la géologie
Lorsqu'on lui demande s'il a toujours voulu faire de la paléoclimatologie, le chercheur sourit : "Au départ, je voulais devenir rabbin", notamment en raison des questions éthiques et philosophiques qu'ils se posent au quotidien. La direction de la recherche n'était pas non plus tracée d'avance par la maison. Le père est professeur de physique, la mère avocate.
C'est au lycée que Rugenstein a commencé à s'intéresser au changement climatique. Il est entré pour la première fois en contact avec la géologie dans la forêt nationale de Cibola. Le jeune homme, alors ?gé de 18 ans, y a guidé des groupes de visiteurs en tant que garde forestier.
Il n'a réalisé que plus tard que les roches et le climat étaient liés : Pendant ses études de sciences naturelles à l'université de Houston, au Texas, il a suivi un cours sur le lien entre la géologie et le changement climatique. "C'est à ce moment-là que j'ai réalisé que la géologie permettait de répondre aux questions sur le changement climatique", explique le chercheur. "Depuis, je suis géologue".
Le climat des 65 derniers millions d'années
Le jeune homme, aujourd'hui ?gé de 30 ans, s'intéresse principalement aux sols fossilisés du Cénozo?que, la période dite du Nouveau Monde. Celle-ci couvre les 65 derniers millions d'années, c'est-à-dire la période allant de la disparition des dinosaures à nos jours. On sent son expérience de l'enseignement lorsqu'il décrit l'ère géologique au cours de laquelle les mammifères et les plantes à fleurs se sont répandus sur une grande partie des masses terrestres.
"Il y a environ 50 millions d'années, il faisait le plus chaud. Il est très probable qu'il n'y avait alors de glace permanente nulle part sur la Terre. Des palmiers poussaient dans l'Antarctique et des crocodiles s'ébattaient au Groenland", explique Rugenstein en esquissant le décor de la préhistoire. Il s'intéresse particulièrement à la raison pour laquelle les températures moyennes ont chuté de 10 à 15 degrés Celsius depuis lors et pourquoi, dans le même temps, la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère est passée d'environ 2000 ppm (parties par million) à moins de 400 ppm.
Volcans et organismes marins
Actuellement, le scientifique, qui aspire clairement à une carrière académique, se concentre sur l'altération des roches et sur la question de savoir comment ce processus est lié au CO2-de l'atmosphère.
Il explique : "Dans un monde sans société moderne et industrialisée, la majeure partie du dioxyde de carbone est libérée dans l'atmosphère par les volcans. En bref, voici comment cela se passe : le CO dissous dans l'eau de pluie est absorbé par le sol.2 produit de l'acide et réagit avec les roches silicatées. Il en résulte du bicarbonate qui est emporté dans la mer par le cycle de l'eau. Là, des organismes marins comme les coraux l'absorbent et construisent ainsi des récifs. De cette manière, le CO2 du cycle global du carbone pendant une longue période.
Nouvelles perspectives à l'ETH
Afin de mieux comprendre le r?le de l'altération des roches siliceuses dans le cycle du carbone, Rugenstein mène depuis janvier 2017 des recherches en tant que chercheur ETH à la chaire de sédimentologie. Il y travaille notamment à l'élaboration de modèles informatiques permettant de simuler les processus d'altération.
En tant que géochimiste, Rugenstein considère comme un enrichissement le fait d'être entouré de géophysiciens dans son groupe de recherche à l'ETH. Il aime considérer ses questions de recherche sous différentes perspectives et apporter ses propres compétences techniques à d'autres domaines de recherche. C'est pourquoi la mise en réseau avec d'autres chercheurs est très importante pour lui. De ce point de vue, il per?oit plut?t comme un inconvénient le groupe de recherche relativement important dans lequel il travaille à l'ETH : "Je n'ai guère l'occasion de parler de mon travail avec des scientifiques en dehors du groupe".
Un faible pour les transports publics
Rugenstein se pla?t beaucoup en Suisse. Pendant ses loisirs, il aime faire des randonnées dans les Alpes. Grand fan des transports publics - il n'avait déjà pas de voiture aux ?tats-Unis - il se réjouit du réseau suisse de transports publics bien développé : "Ce n'est qu'à la fin qu'il pense à quelque chose qui lui manque en Suisse : "Il n'y a pas de vrai désert ici".