Planète

Fonte en Arctique : les bactéries vont produire de l'effet de serre

ActualitéClassé sous :développement durable , climatologie , permafrost

La fonte du pergélisol, ces sols gelés des hautes latitudes, fait peur, à cause des relargages de méthane qu'elle provoque. Un coup d'accélération de l'effet de serre est-il à craindre ? Pour mieux le comprendre, des biologistes ont interrogé l'écosystème microbien, acteur majeur du phénomène, avec un puissant outil génétique : la métagénomique. Réponse : les bactéries modifient leur fonctionnement pour absorber du méthane, mais rejettent du CO2 et du protoxyde d'azote.

De grandes quantités de gaz à effet de serre sont libérées suite à la fonte du pergélisol. © Soil Science, Flickr, cc by 2.0

La fonte du pergélisol (plus connu sous le nom anglais de permafrost) pourrait libérer une grande quantité de carbone qui, digérée par les bactéries également emprisonnées au cœur de la glace, mènerait à la formation de plusieurs gaz à effet de serre puissants. C'est ce que révèle une étude publiée cette semaine dans la revue Nature.

Selon plusieurs estimations, le pergélisol renfermerait environ 1.672 pétagrammes (Pg) de carbone (1 petagramme = 1012 kg = un milliard de tonnes), soit grosso modo l'équivalent du carbone contenu dans l'atmosphère et au sein des plantes terrestres. Au fur et à mesure que le pergélisol fond, sous l'action du réchauffement climatique, les bactéries qui y sont enfermées, par leur métabolisme, libèrent alors dans l'atmosphère des composés carbonés. Ces produits s'ajoutent à ceux qui avaient déjà été synthétisés par les bactéries mais qui restaient emprisonnés à l'intérieur de la glace. Il s'agit de gaz à effet de serre : le méthane (CH4) et le dioxyde de carbone (CO2).

Pour observer ce qu'il se produit lorsque le sol dégèle, des scientifiques californiens ont réalisé des carottages, qu'ils ont ensuite laissé fondre en laboratoire tout en mesurant les quantités de gaz dégagées au fur et à mesure de la fonte.

Le scénario envisagé par les chercheurs. Dans le pergélisol, le méthane est synthétisé à partir du carbone. Lors de la fonte, il est libéré dans l'atmosphère (une partie subit une oxydation menant à la formation de CO2). De l'azote issu de la dénitrification (libération de protoxyde d'azote) est capté au niveau du pergélisol induisant la synthèse de méthane. Enfin les bactéries synthétisent du dioxyde de carbone et du méthane à partir du carbone organique. © Mackelprang et al. 2011, Nature - adaptation Futura-Sciences

Dégagement de gaz à effet de serre

Pendant les deux premiers jours, un important volume de méthane est dégagé : celui qui était emprisonné par la glace. Ensuite, les microorganismes sont à leur tour libérés et synthétisent du CO2, fruit de la consommation du méthane, dont la quantité rejetée vers l'atmosphère diminue donc.

C'est la métagénomique qui a permis aux scientifiques d'élaborer ce scénario et d'en déterminer les acteurs. Ce procédé consiste à séquencer l'ADN non pas d'un organisme mais d'un milieu entier, afin d'effectuer une sorte de synthèse du génome de ce milieu et donc des fonctionnalités en présence. En procédant à des analyses à différentes périodes (avant le dégel, deux jours puis sept jours après), il est également possible de reconstituer la dynamique des populations, ou encore l'évolution de l'expression des gènes des organismes présents, au cours du temps au sein de l'écosystème.

En analysant le métagénome de l'écosystème emprisonné au cœur du sol gelé, les scientifiques ont ainsi pu mettre en évidence la présence de plusieurs bactéries (entre autres microorganismes) dont certaines sont capables de transformer le méthane en dioxyde de carbone, tandis que d'autres sont responsables de la synthèse de méthane (probablement une nouvelle espèce). Ce qui explique la libération de ces deux gaz lors de la fonte de la glace (CO2 et CH4). Le méthane étant un gaz provoquant un effet de serre bien supérieur à à celui du dioxyde de carbone (le chiffre retenu est de 25 fois plus), cette transformation en CO2 conduit donc à un moindre effet de serre. Mais le bilan est plus délicat à estimer...

Le gaz hilarant : un problème moyennement drôle

En effet, les bactéries méthanogènes, après le dégel, modifient l'expression de leurs gènes. La dénitrification est un processus en plusieurs étapes : réduction de nitrate qui entraîne la formation de protoxyde d'azote (N2O), qui est ensuite transformé en azote (N2). Mais après le dégel, davantage de nitrate est réduit, tandis qu'autant de N2O est transformé en azote. Or le protoxyde d'azote (le gaz hilarant) est un gaz à effet de serre extrêmement puissant et, de plus, destructeur de la couche d'ozone.

L'analyse métagénomique du pergélisol et de sa surface fournit ainsi de nombreuses informations que les scientifiques utilisent afin d'élaborer des scénarios complexes et, dans ce cas, de prévoir les quantités de gaz dégagées lors de la fonte du pergélisol. Cette technique permet aussi d'identifier les acteurs et de mettre en évidence leur capacité d'adaptation à un environnement.

Dans le cas de cette étude, la métagénomique offre également un aperçu de la catastrophe qui nous attend au fur et à mesure que le pergélisol fond. Et si la quantité de méthane rejetée semble moins importante que prévu, elle est compensée par d'autres gaz à effet de serre puissants.