Les plantes alpines réagissent au changement climatique

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Le professeur Jake Alexander, chef de projet, cherche à savoir si les fleurs de Le professeur Jake Alexander, chef de projet, cherche à savoir si les fleurs de prairie de basse altitude peuvent se développer à 2 000 mètres d’altitude. (Photo : Peter Rueegg / ETH Zurich)

Des chercheurs de l’ETH Zurich étudient comment la végétation alpine réagit au réchauffement climatique et comment certaines communautés végétales continuent de résister aux nouveaux venus de plus basse altitude.

Un simple coup d’½il sur la pente vertigineuse suffit à créer une sensation vertigineuse d’être en l’air. En contrebas, on aperçoit la ville de Coire, avec ses petites voitures qui roulent parmi les maisons de jouets. En gardant fermement le volant, Jake Alexander gravit la route parsemée de nids de poule, qui, à de nombreux endroits, est trop étroite pour que deux véhicules puissent se croiser.

Sa destination est Chrüzboden, une prairie alpine située au-dessus de la limite des arbres sur le pic Haldenstein du massif du Calanda, à quelque 2 000 mètres d’altitude. Il s’agit d’une excursion populaire d’une journée depuis Coire, mais Alexander est ici en tant que professeur assistant d’écologie végétale à l’ETH Zurich. Depuis une quinzaine d’années, il mène des expériences pour mieux comprendre les effets du changement climatique sur la flore alpine.

Calanda est l’endroit idéal pour ce type de recherche. Sur 5 kilomètres, il englobe toute la gamme des zones de végétation altitudinales des Alpes, depuis la zone des collines au fond de la vallée jusqu’à la ceinture alpine à son sommet de 2 800 mètres. L’ensemble du massif est remarquablement uniforme, tant du point de vue de l’aspect que de la géologie, et toute la région est facilement accessible depuis Zurich. "Nous devrions vraiment créer une station de recherche alpine ici ; ce serait fantastique !" dit Alexander.

Pour couvrir l’ensemble des zones altitudinales, lui et ses collègues ont mis en place plusieurs sites expérimentaux à différentes altitudes. Le plus haut, Chrüzboden, se trouve à 2 000 mètres, le plus bas à 1 000 mètres. Les autres sites sont situés à 200 mètres d’intervalle entre les deux.

Après une montée de quelque 1 400 mètres et d’innombrables virages en épingle à cheveux, nous atteignons enfin Chrüzboden. C’est le mois de juin, et les vaches broutent parmi des fleurs de toutes formes et de toutes couleurs, serpentant entre des taches jaunes, roses et violettes.

Alexander gare la voiture et se dirige vers une parcelle de prairie qui est protégée du bétail par une clôture électrique. À l’intérieur de la zone clôturée se trouvent ses parcelles de recherche. Certaines d’entre elles sont enfermées dans des chambres en plexiglas à toit ouvert, qui fournissent un chauffage passif pour simuler le réchauffement de la planète.

Les chercheurs étudient comment les communautés végétales de haute altitude réagissent lorsqu’elles sont confrontées à des espèces qui se déplacent vers le haut à partir d’altitudes plus basses. Des recherches antérieures ont montré que, en moyenne, les régions montagneuses se réchauffent deux fois plus vite que le reste du monde. Cela crée un potentiel pour certaines espèces d’étendre leur habitat, soit à des altitudes plus élevées, soit à des latitudes plus élevées comme dans l’Arctique (voir encadré page 45). Les études antérieures d’Alexander ont montré que, souvent, les plantes alpines ne semblent pas affectées par le réchauffement climatique lui-même, mais qu’elles peuvent avoir du mal à faire face à la concurrence des nouvelles espèces qui migrent vers le haut de la montagne.

Plus grand et plus rapide

Tôt ou tard, cela pourrait entraîner des changements dans la composition des espèces des communautés végétales alpines et subalpines actuelles. De nouvelles espèces impliquent de nouvelles interactions, et comme les plantes des plaines sont plus grandes et poussent plus vite, elles laissent littéralement dans l’ombre les espèces alpines plus petites. "Un climat plus chaud leur donne un avantage concurrentiel et elles menacent de déplacer les espèces alpines", explique M. Alexander.

Les espèces qui migrent vers les sommets sont généralement confrontées à une moindre concurrence pour l’espace, la lumière, l’eau et les nutriments, car la végétation a tendance à être plus clairsemée à de telles altitudes. Mais la situation est différente à la limite des arbres, où les espèces qui montent depuis des altitudes plus basses rencontrent des prairies et des pâturages où la végétation est pratiquement inexistante. Ces communautés de plantes ont évolué au cours des siècles - suffisamment de temps pour que d’innombrables interactions soient apparues entre les individus et les espèces, y compris avec des micro-organismes tels que les bactéries et les champignons du sol.

Aux niveaux actuels de réchauffement, les nouvelles espèces pourraient avoir du mal à s’implanter, du moins au début. Mais, à mesure que le climat se réchauffe, elles acquièrent un avantage concurrentiel et, à mesure que les espèces végétales des basses terres s’établissent, elles provoquent un changement dans la composition et les innombrables interactions de la communauté végétale d’origine. C’est un phénomène que les chercheurs ont déjà observé lors d’expériences menées sur leur site à 1 400 mètres d’altitude.

"Nous voulons découvrir dans quelle mesure les communautés végétales actuelles sont résistantes aux nouveaux arrivants. Nous voulons aussi savoir si les espèces de basse altitude peuvent déjà s’établir plus haut dans la montagne et, si ce n’est pas le cas, qu’est-ce qui les en empêche", explique Alexander, alors qu’il examine une parcelle expérimentale remplie d’une profusion de fleurs de prairie.

Les chercheurs ont d’abord retiré toute la végétation d’origine de la parcelle d’un mètre carré. Ils ont ensuite planté sur le sol nu dix espèces différentes, principalement indigènes aux basses et moyennes altitudes, dont la sauge des prés, la centaurée brune et le campion vésiculeux.

Alexander porte son attention sur une autre parcelle à la végétation dense, écartant le feuillage avec ses mains. Enterré au milieu se trouve un plant de centaurée brune, identifié par un cure-dent en plastique coloré. Contrairement à ses congénères de la parcelle dénudée, cette plante est petite et porte une fleur solitaire. "Elle a du mal à concurrencer ses nouveaux voisins", explique-t-il. "Mais, en principe, elle est certainement capable de pousser à cette altitude dans le climat actuel".

Transport d’animaux

Selon l’écologiste, la conquête des habitats alpins ou subalpins par des plantes de plus basse altitude est toutefois plus lente que prévu. Il suggère que, outre la résistance de la végétation existante, cela pourrait être dû en partie aux faibles capacités de dispersion des plantes. Certaines ont des graines qui peuvent être transportées par le vent, mais celles qui n’en ont pas ont tendance à compter sur les animaux pour disperser leurs graines. Par exemple, des études ont montré que les vaches transportent des graines germables dans leur intestin.

L’un des étudiants de maîtrise d’Alexander se lancera bientôt dans un projet visant à déterminer si les cerfs et les chamois dispersent également les graines de certaines espèces végétales. À terme, ces données devraient alimenter des modèles mécanistes qui aideront les scientifiques à prévoir les changements dans les communautés végétales, notamment les projections climatiques ainsi que les mécanismes de dispersion, les interactions entre les plantes et leurs modes d’évolution.

Alexander est déjà en train de redescendre vers Haldenstein et Coire, dirigeant prudemment la voiture vers les maisons situées en contrebas. Arrivé à un virage en épingle à cheveux, il prend un virage à droite pour inspecter leur site expérimental à 1 400 mètres au-dessus du niveau de la mer. Il gare la voiture au bout de la route et parcourt les dernières centaines de mètres sur un chemin. Il se trouve bientôt au bord d’une grande clairière appelée Nesselboden. Il fait nettement plus chaud ici que 600 mètres plus haut. La température moyenne change d’environ 0,5 degré Celsius pour chaque 100 mètres d’altitude, donc un simple calcul suggère que l’air autour de nous est maintenant 3 degrés plus chaud. C’est donc le climat auquel les plantes alpines seront confrontées à l’avenir.

Lutte pour les ressources

Les fleurs de prairie transplantées sur cette parcelle sont encore plus exubérantes, s’épanouissant à la fois isolées et en présence de la végétation existante. Elles n’ont manifestement aucune difficulté à concurrencer les autres plantes indigènes à cette altitude. Mais les choses semblent plutôt différentes dans l’une des autres parcelles de sol d’un mètre carré. Dans le cadre d’une expérience menée il y a quelques années, les chercheurs ont transplanté le sol et sa communauté de plantes de 2 000 mètres d’altitude sur ce site à 1 400 mètres, les catapultant ainsi dans le climat du futur.

La parcelle est dominée par l’alchémille, plus connue sous le nom de manteau de la dame. "Cette espèce n’a manifestement aucun problème avec le nouveau climat. Mais certaines des autres plantes alpines qui ont été transplantées au même moment ont déjà perdu la bataille pour les ressources contre des concurrents mieux adaptés aux températures chaudes", explique Alexander, en levant une main pour protéger ses yeux du soleil couchant. "Donc, en supposant qu’il continue à faire plus chaud et plus sec à des altitudes plus élevées, c’est ce à quoi les plantes là-haut seront confrontées". Quoi qu’il en soit, dit-il, ils ont l’intention d’étudier ces parcelles de recherche dans la clairière de Nesselboden pendant au moins dix ans pour vérifier si leurs prédictions sur l’évolution des communautés végétales sont exactes.

Les recherches d’Alexander finiront par révéler exactement comment la flore de Calanda va évoluer. Mais il semble bien que le changement soit inévitable - et que de nombreuses autres taches de fleurs blanches, violettes et jaunes seront bientôt parsemées dans les prairies alpines actuelles.

Le verdissement de l’Arctique

Les changements d’écosystèmes causés par le réchauffement climatique se déroulent à un rythme encore plus rapide dans l’Arctique que dans les régions montagneuses. Par conséquent, l’Arctique devient plus vert. Au cours des prochaines années, des écologistes végétaux, des pédologues et des microbiologistes uniront leurs forces pour étudier ce phénomène de plus près. Financé par une bourse ETH+, le projet examinera les modèles locaux et les mécanismes de régulation du verdissement de l’Arctique. En particulier, les chercheurs tenteront d’élucider comment les liens entre les changements de végétation, les communautés microbiennes du sol et le développement du sol contrôlent le rythme du changement des écosystèmes dans l’Arctique.

Ce texte est paru dans le numéro 22/02 du magazine Globe de l’ETH.

Peter Rüegg