Ce qui fleurit les plantes dans les montagnes
Des chercheurs de l'ETH Zurich étudient dans les Alpes comment la végétation réagit au réchauffement climatique - et pourquoi les associations végétales alpines résistent encore et toujours aux nouveaux arrivants venus de plus basses altitudes.
La vue depuis la fenêtre de la voiture ressemble pour un court instant à la vue depuis un avion : en contrebas se trouve Coire, les maisons ressemblent à des jouets miniatures et les voitures à des fourmis qui tournent autour de ces jouets. La pente est raide. Jake Alexander tient fermement le volant, la route est étroite et cahoteuse, il serait impossible de se croiser à certains endroits.
Le professeur assistant en écologie végétale est en route pour le Chrüzboden, sur l'alpage de Haldenstein, au-dessus de la limite de la forêt, à 2000 mètres d'altitude. Sur le Calanda, la montagne emblématique de Coire, le chercheur de l'ETH mène depuis bient?t 15 ans des expériences visant à étudier les effets du réchauffement climatique sur la flore alpine.
Le Calanda est idéal pour de telles études. Sur une distance de 5 kilomètres à vol d'oiseau, on trouve tous les étages de végétation des Alpes, de l'étage collinéen au fond de la vallée à l'étage alpin au sommet, à 2800 mètres d'altitude. L'orientation et le substrat géologique sont presque uniformes pour toute la montagne - et elle est facilement accessible depuis Zurich. "En fait, nous devrions installer ici une station de recherche alpine, ce serait fantastique", dit Alexander.
Pour couvrir tous les niveaux d'altitude, lui et ses collaborateurs ont installé plusieurs sites expérimentaux à différentes altitudes. La plus haute, le Chrüzboden, se trouve à 2000 mètres, la plus basse à 1000 mètres. Entre les deux, il y a d'autres surfaces d'observation tous les 200 mètres d'altitude.
Après environ 1400 mètres d'altitude et d'innombrables virages en épingle, Alexander atteint l'alpage sans arbres du Chrüzboden. C'est le mois de juin ; les vaches paissent et les fleurs s'épanouissent dans toutes les couleurs et toutes les formes, des touches de couleurs jaunes, roses et violettes partout.
Alexander gare sa voiture, en sort, monte vers une prairie protégée du bétail par une cl?ture électrique. A l'intérieur de la cl?ture se trouvent ses surfaces d'essai, dont certaines sont entourées de chambres en plexiglas ouvertes sur le haut, qui assurent un réchauffement passif afin de simuler le réchauffement climatique.
Les chercheurs étudient ici comment les associations végétales de haute altitude réagissent aux espèces de basse altitude. Le contexte : les régions de montagne se réchauffent en moyenne deux fois plus vite que le reste du monde. Cela pourrait permettre à certaines espèces d'étendre leur aire de répartition, soit vers des régions plus élevées, soit vers des latitudes plus élevées, par exemple vers l'Arctique. Des études antérieures menées par Alexander ont montré que certaines plantes alpines n'avaient pas de problème avec le réchauffement en soi, mais qu'elles avaient du mal à faire face à la nouvelle concurrence des basses altitudes.
Plus grand et plus rapide
Cela pourrait avoir pour conséquence de modifier à plus ou moins long terme la composition des espèces des associations végétales alpines et subalpines actuelles. De nouvelles espèces signifient de nouvelles interactions. Comme les plantes de plaine deviennent plus grandes et poussent plus vite, elles font littéralement de l'ombre aux espèces alpines de petite taille. "Elles sont plus compétitives dans un climat plus chaud et menacent d'évincer les espèces alpines", explique Alexander.
Les espèces qui se réfugient sur les sommets ne rencontrent généralement guère de concurrents qui se disputent l'espace, la lumière, l'eau et les nutriments. En effet, à cette altitude, la végétation est clairsemée. La situation est légèrement différente à la limite des arbres. Les espèces qui montent des altitudes inférieures rencontrent des prairies et des p?turages où il n'y a pratiquement pas de trou dans la végétation. De telles communautés se sont développées au fil des siècles. D'innombrables interactions ont ainsi pu se développer entre les individus et les espèces, y compris les micro-organismes tels que les bactéries ou les champignons présents dans le sol.
Au début et au stade actuel du réchauffement, les nouvelles espèces devraient avoir du mal à s'implanter. Mais si le réchauffement se poursuit, elles auront un avantage concurrentiel : dès que des espèces végétales de plaine se seront établies, comme les chercheurs l'ont déjà observé sur leur surface d'essai à 1400 mètres, elles influenceront la structure des espèces et les multiples interactions.
"Nous voulons découvrir dans quelle mesure les associations végétales actuelles sont résistantes aux nouveaux arrivants. D'autre part, nous voulons vérifier si des espèces de basse altitude peuvent déjà s'établir à de nouveaux niveaux d'altitude. Et si ce n'est pas le cas, la question est de savoir ce qui les en empêche", explique Alexander en regardant une surface d'essai où les fleurs de prairie fleurissent abondamment.
Pour cette surface d'un mètre carré, les chercheurs ont entièrement éliminé la végétation ancestrale. Et ont planté dans le sol nu dix espèces différentes, principalement indigènes aux basses et moyennes altitudes, dont la sauge des prés, la flouve des prés ou la leucorrhine à gorge de pigeon.
Alexander se tourne maintenant vers une autre surface où la végétation est dense. Il écarte le feuillage avec ses mains. Il y a là, marqué d'un cure-dents en plastique coloré, un exemplaire de la flouve des prés. Contrairement à ses congénères, celui-ci est petit sur la surface dénudée et porte tout juste une fleur. "Cette plante a du mal à s'imposer face à ses nouveaux voisins", souligne le chercheur. "Mais en principe, elle peut pousser là-haut dans le climat actuel".
Véhicules animaux
La conquête des habitats alpins ou subalpins par des plantes de basse altitude est toutefois plus lente que prévu, explique l'écologue. Il suppose que cela est aussi d? à la faible vitesse de propagation des plantes. Certaines disposent de graines capables de voler et transportées par le vent, d'autres non. Ces dernières ont tout au plus besoin d'un véhicule animal pour disséminer les graines. On sait que les vaches transportent dans leur intestin des graines capables de germer.
Un étudiant en master d'Alexander va étudier dans le cadre d'un nouveau projet si les cerfs ou les chamois contribuent peut-être aussi à la propagation de certaines espèces végétales. Ces données seront intégrées dans des modèles mécanistes qui permettront de prédire les changements dans les communautés végétales. Un tel modèle comprendra, outre les projections climatiques, les interactions entre les plantes, leur évolution et leurs mécanismes de propagation.
"Atterrissage" sur Haldenstein et Coire, les maisons se rapprochent. Alexander dirige la voiture vers la vallée. Dans un virage en épingle, il bifurque à droite pour examiner une surface d'essai à 1400 mètres d'altitude. Il gare la voiture au bout d'une route secondaire et remonte à pied les dernières centaines de mètres sur un chemin carrossable. Sans s'en rendre compte, il se trouve au bord d'une grande clairière, le Nesselboden. Il y fait sensiblement plus chaud que 600 mètres plus haut. C'est donc ici que se trouve l'avenir climatique - les plantes alpines doivent pouvoir supporter plus 3 degrés Celsius. Le calcul est simple : pour 100 mètres d'altitude, la température moyenne change d'environ 0,5 degré Celsius.
Lutte pour les ressources
Les plantes de prairie transplantées ici sont encore plus luxuriantes, à la fois sans voisinage ancestral et avec celui-ci. C'est évident : elles n'ont aucun problème à s'imposer dans la végétation existante. Une motte d'un mètre carré offre une image légèrement différente. Elle a été déplacée, avec la communauté végétale qui lui est associée, de 2000 mètres ici, à 1400 mètres, dans le cadre d'une expérience antérieure il y a quelques années - et ainsi catapultée dans le climat du futur.
La tuile de gazon est dominée par l'alchémille. Alchémille. "Cette espèce n'a manifestement aucun problème avec le nouveau climat. Mais d'autres plantes alpines déplacées avec elle ont déjà perdu la bataille pour les ressources et contre des concurrents mieux adaptés aux températures chaudes", explique Jake Alexander, la main devant les yeux pour les protéger du soleil. "Si le réchauffement et la sécheresse se poursuivent à des altitudes plus élevées, on voit ce qui peut arriver aux plantes là-haut". Quoi qu'il en soit, ces parcelles expérimentales sur le Nesselboden seront suivies pendant encore dix ans, afin de vérifier les prédictions concernant les changements dans les communautés végétales.
La recherche d'Alexander montrera donc comment la flore du Calanda évoluera exactement. Ce qui est s?r, c'est qu'elle va changer. Et il y aura quelques taches blanches, violettes et jaunes de plus sur les p?turages alpins actuels.
L'Arctique verdoyant
La transformation des écosystèmes initiée par le réchauffement climatique s'effectue encore plus rapidement dans l'Arctique que dans les régions montagneuses. En conséquence, l'Arctique devient de plus en plus vert. Dans les années à venir, des écologistes végétaux, des pédologues et des microbiologistes veulent, dans le cadre d'un projet d'ETH+, étudier les modèles locaux et les mécanismes de régulation du Le verdissement de l'Arctique font de la recherche. Ils veulent comprendre comment les changements de végétation, les communautés microbiennes du sol et l'évolution du sol contr?lent le rythme des changements de l'écosystème dans l'Arctique.
"Globe" ?nergie d'avenir
Ce texte est paru dans le numéro 22/03 du magazine de l'ETH. Globe est apparue.