Delving into the past to predict the future

Fouiller dans le passé pour prédire l'avenir

Une chercheuse spécialiste de l'Arctique découvre une mine de renseignements sur les changements climatiques au fond des lacs
1 mars 2007
Quand la spécialiste de l’Arctique Marianne Douglas regarde un lac, elle ne pense pas tellement à la baignade ou à l’eau qu’elle pourrait boire, elle se demande plutôt quels indices du passé peuvent bien se cacher dans ses profondeurs.
 

Elle s’interroge particulièrement sur les diatomées, de microscopiques organismes qui peuplent la plupart des étangs et des lacs de la Terre. À leur mort, les diatomées laissent des coquilles de silice qui s’empilent en couches au fond de l’eau. Comme les cercles de croissance qui permettent de déterminer l’âge des arbres, ces couches recèlent une foule de renseignements sur les climats passés.

« Sous le microscope, elles ressemblent à de petits bijoux, déclare la chercheuse. Chaque espèce se caractérise par des ornements particuliers et occupe une niche écologique qui lui est propre. Les espèces ont évolué au rythme des changements des conditions du milieu. Lorsque nous prélevons des sédiments d’un lac, plus nous creusons profondément, plus nous remontons loin dans le temps. Nous constatons certains changements spectaculaires, extrêmement importants. »

Marianne Douglas a une passion, celle de découvrir et d’élucider ces changements au moyen d’une science, la paléolimnologie. Ainsi, là où le novice ne voit que la « boue » d’un étang arctique, l’œil exercé de la chercheuse décèle plutôt des archives très précises de l’histoire du climat. Elle s’appuie sur 20 ans de recherches dans le domaine pour montrer les changements que subit le climat arctique, compléter les données climatiques manquantes pour la région et tester les modèles d’évolution future du climat.

C’est en 1986, alors qu’elle est étudiante au doctorat, que Marianne Douglas se lance à la découverte des diatomées pour reconstituer le passé. Son directeur de thèse, John Smol, un paléolimnologue de l’Université Queen’s, l’envoie au cap Herschel sur l’île d’Ellesmere, la plus septentrionale des îles de l’archipel arctique, pour prélever des échantillons de sédiments dans des petits lacs et des étangs. À l’automne, de retour au laboratoire, elle examine ses échantillons et ce qu’elle y découvre la laisse abasourdie : elle qui s’attendait à ce que les différentes espèces de diatomées aient évolué lentement au fil du temps — partant du principe que le climat s’est réchauffé graduellement entre la période glaciaire et le présent — constate qu’au contraire, pendant 4000 ans, seules trois ou quatre espèces ont dominé. Puis, à sa grande surprise, la datation des échantillons confirme qu’après 1850 ce nombre est passé à plus d’une centaine.

« C’est un peu comme si vous viviez entouré de seulement trois ou quatre voisins et que vous vous réveilliez un matin en ville, déclare Marianne Douglas. En biologie, on qualifie cela de changement radical. »

Les données provenant d’échantillons de noyau de glace ont permis à la chercheuse de conclure que les changements survenus après 1850 étaient attribuables à la diminution de l’activité volcanique et à l’intensification de l’activité solaire, ce qui, avec le réchauffement climatique dû à l’activité humaine qui s’était probablement déjà amorcé, a entraîné une hausse du mercure. Ces phénomènes ont provoqué la fonte précoce de la glace des lacs arctiques, prolongeant ainsi la saison de croissance des mousses aquatiques et de leurs semblables et entraînant la formation de niches propices au développement des diatomées. « Cela a marqué un tournant, dit-elle. Le seuil écologique avait été atteint. » Avant 1850, les conditions du milieu étaient tellement extrêmes que seules quelques espèces arrivaient à se développer. Après, ces conditions ont changé et, brusquement, des douzaines d’espèces ont pu foisonner.

Les études de Marianne Douglas ont révélé que les espèces ont connu une autre forte augmentation dans les années 1920, qui coïncidait avec la présence de concentrations plus élevées de dioxyde de carbone dans les noyaux de glace, résultat de l’utilisation des combustibles fossiles. Cela a amené la chercheuse à publier, en 1994, l’un des premiers articles scientifiques sur les effets du réchauffement planétaire dans l’Arctique.

« Ses conclusions ont été très controversées à l’époque », déclare John Smol. Elles ne le sont plus autant aujourd’hui, car la plupart des scientifiques admettent le réchauffement de la planète. En fait, les physiciens et les climatologues se servent des résultats de Douglas pour prédire l’évolution du climat. Les prévisions sont effectuées à l’aide de modèles climatiques globaux générés par des ordinateurs puissants qui prédisent la température à la surface des terres, de la glace marine et des courants océaniques, entre autres. On vérifie ensuite l’exactitude du modèle au moyen de données historiques.

Richard Peltier, physicien spécialiste de l’atmosphère de l’Université de Toronto, est l’un des nombreux scientifiques à se fier aux résultats des recherches de Marianne Douglas. Il s’en sert pour confirmer les prévisions de ses modèles qui indiquent où surviendront les changements climatiques extrêmes et quelles en seront les répercussions sur l’environnement. « Nos modèles révèlent que les bouleversements climatiques les plus radicaux toucheront les latitudes boréales polaires, précise-t-il. Nous nous attendons également à constater des changements écologiques dans les lacs d’eau douce. Les résultats des recherches de Marianne et de John nous sont très utiles pour confirmer nos prévisions. »

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Il avance la théorie suivante : si les modèles sont capables de reconstituer l’histoire du climat, compte tenu des concentrations de carbone atmosphérique aux diverses époques, ils pourront certainement prédire correctement les conditions climatiques futures en extrapolant les concentrations du gaz. C’est donc grâce à l’examen du passé effectué par Marianne Douglas que des scientifiques comme Richard Peltier peuvent prédire l’avenir de l’environnement.

Retombées

Nul besoin d’être un spécialiste des diatomées pour savoir que le climat arctique est en train de changer. La banquise s’amincit à vue d’œil; elle diminue et fond plus tôt, ce qui coupe les chasseurs de leurs proies. On commence à apercevoir l’hirondelle rustique et le rouge-gorge dans la toundra — du jamais vu. Marianne Douglas a effectué de nombreux séjours en Arctique, et elle y a constaté de grands bouleversements. Ainsi, l’été dernier, l’étang qu’elle étudiait s’est asséché, fort probablement pour la première fois en 4000 ans. « Les changements se produisent à un rythme sans précédent », affirme-t-elle.

Les registres sur le climat et la température arctiques ne remontent pas à une époque très lointaine, mais les données issues des travaux scientifiques de Marianne Douglas viennent étayer les phénomènes observés. « Les données que j’obtiens aident à corroborer les observations des habitants du Nord, dit-elle. Ils savent que des changements se produisent, mais jusqu’à ce que j’entreprenne mes recherches, il n’y avait pas moyen de les dater. »

Grave problème s’il en est, car selon John Smol, professeur à l’Université Queen’s, ce qui se produit dans l’Arctique nous touche tous. « L’Arctique est le baromètre de la planète, précise-t-il. »

En plus de colliger des données sur les sédiments lacustres, on étudie les changements climatiques plus à fond. La seule présence dans l’Arctique de chercheurs dévoués qui s’emploient bon an mal an à recueillir des données climatiques a permis de faire des progrès importants. Grâce aux missions scientifiques qui y sont effectuées depuis plus de 20 ans, le cap Herschel est actuellement l’un des sites les mieux documentés de la région. Marianne Douglas espère que les connaissances ainsi acquises vont permettre aux habitants avec lesquels elle a travaillé au cours de ces nombreux étés d’obtenir de l’aide. En sa qualité de membre du comité canadien de l’Année polaire internationale, la chercheuse croit fermement à la nécessité d’intégrer une dimension humaine aux objectifs de cette initiative scientifique qui regroupe plusieurs pays. « Il serait vraiment bien que ce projet profite aux populations du Nord de façon durable », dit-elle.

Marianne Douglas est maintenant une sommité du monde polaire et une experte des diatomées arctiques et des changements climatiques. En 2005, elle a collaboré avec un grand nombre de ses anciens détracteurs à une étude visant à démontrer, au moyen de la paléolimnologie, que le réchauffement a commencé vers 1850 à la grandeur de l’Arctique et qu’il s’intensifie aujourd’hui. « Les idées de Marianne sont passées de la controverse au consensus, dit John Smol. Elle a fait un travail remarquable. »

Partenaires

Les voyages en Arctique coûtent extrêmement cher et posent des difficultés sur le plan logistique, d’où l’importance vitale des collaborations scientifiques. Marianne Douglas a travaillé avec des climatologues et des physiciens de l’Université de Toronto, ainsi qu’avec des paléolimnologues de l’Université Queen’s. Elle a récemment collaboré à la rédaction d’articles scientifiques avec des paléolimnologues spécialistes de l’Arctique des quatre coins du monde. Elle a effectué une saison de recherche sur le terrain à l’île Livingston, en Antarctique, en collaboration avec des responsables du programme de recherche antarctique de la Bulgarie. Marianne Douglas travaille actuellement avec des chercheurs des universités Laval et Queen’s et participe à de nombreux projets dans le cadre de l’Année polaire internationale.

Pour en savoir plus

Visitez le Paleoecological Environmental Assessment and Research Laboratory. (Site anglophone)

Apprenez-en plus au sujet de l’Institut circumpolaire canadien. (Site anglophone)

Découvrez le site Web canadien de l’Année polaire internationale.