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Bisphère 2

Visite et description des biômes (II)

"Welcome to Biosphère Two", me dit Zabel en souriant ainsi qu'au public venu découvrir ce laboratoire unique en son genre. Tout en marchant sur les sentiers qui serpentent à travers la serre, Zabel nous rappelle que dans ses grandes lignes Biosphère 2 a tenté de reproduire in vitro les grands biômes ou régions écologiques terrestres, de la forêt pluvieuse au désert. Seules les régions polaires n'ont pas été simulées mais les eaux froides sont représentées tandis que les régions humides et semi-désertiques ne sont pas isolées des autres biômes.

A gauche, les grands biômes terrestres. A droite, le schéma de l'installation reproduite in vitro dans Biosphère 2.

Chaque biôme consiste en un immense espace dont l'atmosphère est contrôlée et dans lequel les quantités d'eau, de carbone et d'autres composés sont surveillés avec précision afin de mesurer le bilan énergétique du système et ses réponses face aux changements de concentration du gaz carbonique ou à d'autres facteurs climatiques (tels que l'échange net de carbone, la transpiration, la production de gaz à l'état de trace, la balance isotopique).

L'acquisition et la communication des données sont entièrement automatisées. L'échange des gaz entre les biômes peut être mesuré tandis que des ventilateurs ont été installés à l'intérieur de chaque mésocosme pour empêcher la stratification de la température.

Enfin les systèmes d'irrigation ont été étudiés de manière à ce que l'eau s'écoule en sens unique à travers la forêt pluvieuse, le désert et le biôme d'agro-sylviculture intensive.

L'océan

Le mésocosme marin de Biosphère 2 est un biôme totalement fermé qui simule un récif corallien des Caraïbes (Atkinson et al., 1999). C'est un grand réservoir de la taille d'une piscine d'une superficie de 35 x 20 m, dont la profondeur oscille entre 7 m au milieu du bassin à moins de 1 m du côté de la lagune qui est partiellement séparée de l'océan par un récif émergeant.

Cet océan artificiel contient 2.5 millions de litres d'eau salée. Un bel aquarium qui contient quelques dizaines d'espèces d'animaux sans parler des invertébrés et de la microfaune !

L'océan, sa plage, ses palmiers et son récif corallien.

Des systèmes mécaniques simulent ou remplacent les processus environnementaux naturels. Des paramètres physiques et chimiques tels que le mélange, l'échange des gaz, les concentrations nutritives et la pression partielle de gaz carbonique peuvent être contrôlés indépendamment. Il se différencie de tout autre système artificiel de récif par son échelle et sa complexité biologique.

Les animaux ne sont pas nourris et ce mésocosme est assez grand pour permettre aux populations de se développer à partir de la chaîne alimentaire interne soutenue par les algues et la photosynthèse du corail.

A gauche, le site d'Akumal dans le péninsule du Yukatan au Mexique fut choisit comme biotope de référence pour prélever quelques échantillons de corails pour l'océan de Biosphère 2. A droite, analyse du récif in vitro par un chercheur de Biosphère 2. Ci-dessous, un corail "cerveau" et une anémone réimplantés dans l'océan de Biosphère 2.

L'océan de Biosphère 2 est idéal pour simuler des changements chimiques ou biologiques sur les récifs de coraux. Ainsi Langdon et ses confrères ont démontré en l'an 2000 que les taux de calcification squelettique du corail diminueraient de 40 % au cours du 21e siècle lorsque la concentration du carbonate présent dans l'eau de mer arriverait à équilibrer celle du gaz carbonique atmosphérique que nous continuons à y déverser (plus de 54 % pour les seuls Etats-Unis contre 8 % pour l'Allemagne en l'an 2000).

La forêt pluvieuse

Le mésocosme de la forêt pluvieuse ou tropicale est situé à l'extrémité nord de Biosphère 2 et représente un habitat de 67000 m3 constitué de toute une textures de sols allant de la terre sèche à la terre grasse argileuse (Leigh et al., 1999). Cette forêt chaude et humide s'étend sur un espace de 50 m de côté et culmine à 27 m de hauteur. Les passionnés de faune et de flore tropicales seraient enchantés de vivre dans cette jungle !

Ce biôme planté entre 1989 et 1991 est aujourd'hui partiellement parvenu à maturité et présente un patchwork complexe de différentes espèces végétales tropicales présentant des canopies variées qui sont autant d'éléments idéaux pour mesurer les différentes composantes des activités photosynthétiques.

Aperçu de la forêt pluvieuse, de la canopy et de l'une des magnifiques fleurs tropicales qu'elle abrite.

La forêt pluvieuse est divisée en deux secteurs : les terres basses et la forêt pluvieuse supérieure. C'est dans cette dernière zone qu'une petite montagne équipée d'un station panoramique a été érigée pour le public. Cette Vista a été baptisée "Tepui".

Cette forêt pluvieuse à échelle réduite est comparable aux forêts d'Amazonie (Arain et al., 2000). Des expériences (Lin et al., 1998,1999) ont prouvé l'utilité de ce biôme et ont malheureusement démontré que la forêt pluvieuse, si elle permet de régénérer le gaz carbonique ambiant en limitant sa concentration, serait saturée en gaz carbonique au milieu du XXIe siècle.

L'agro-sylviculture

À l'origine le biôme d'agriculture intensive fonctionnait en système clos (Marino et al., 1999). Aujourd'hui le biôme de sylviculture (IFB) couvre environ 2 km2, il dispose d'un volume d'air de 35000 m3 et d'un volume de terre d'environ 2000 m3.

Le sous-sol présente une épaisseur d'environ 1m et est maintenu à l'image d'une prairie fertile (Torbert et Johnson, 2001). Ce biôme est divisé en 3 chambres de 33 x 17 m disposant chacune de ses propres moyens de contrôles : des systèmes de contrôle du gaz carbonique, de contrôles environnementaux, de sondes (température, humidité relative, lumière et humidité du sol) et de système de surveillance continu des gaz à l'état de traces.

Les champs réservés à l'agriculture intensive.

Une forêt de peupliers génétiquement identiques (Populus deltoides Barr.) a été plantée en mai 1998. Bien qu'ils soient taillés annuellement leur taux de croissance est dramatique, atteignant une moyenne d'un mètre par mois ! Ces arbres sont utilisés pour mesurer un certain nombre de réponses de l'écosystème à des concentrations élevées de gaz carbonique (Griffin et al, 2002) et permettent, entre les coupes, de relever différents paramètres relatifs à la respiration du sol (Murthy et al, 2002).

La savane

La savane a été conçue pour exécuter plusieurs fonctions dans Biosphère 2. Son premier objectif est de fournir une zone hydrologique de transition entre le désert et les mésocosmes de la forêt pluvieuse. Le but est d'apprendre comment la chimie atmosphérique trouve son équilibre suite aux changements des régimes hydrologiques dans les mésocosmes tropicaux. La savane est un modèle à petite échelle des savanes tropicales, reproduisant les processus qui se déroulent dans ces écosystèmes tout en retenant les détails essentiels de sa biodiversité et de son esthétique.

Les zones de végétation comprennent des espèces comestibles, comprenant des acacias pour les galagos, des plantes à grosses graines pour les pinsons et des arbres à fruits destinés à l'ensemble de la faune.

La savane est divisée en quatre régions principales : une pente de quartzite, la savane supérieure, une pente de granit et la savane inférieure. La section la plus au nord de la savane se compose d'une pente construite à partir de roches de quartzite. La chute d'eau est située dans ce secteur.

La savane séparée de l'océan par une petite falaise

La savane supérieure est constituée de trois zones de végétation. La section située juste à côté de la chute d'eau se compose d'espèces d'eau douce des régions humides des Everglades de Floride comprenant les espèces suivantes : Cornus foemina, Typha domingensis, Salix caroliniana, Crinum americanum, Ludwigia octovalvis et Cladium jamaicense.

La zone constituant la forêt de galerie est dominée par des espèces d'Acacia avec des herbes plutôt clairsemées aux étages inférieurs choisies parmi les espèces suivantes : Andropogon gayanus, Panicum maximum, Paspalum guenoarum, Setaria poiretiana et l'envahissante Brachiaria mutica.

Les Billabongs sont des dépressions dans la savane supérieure. Elles ont été conçues pour être périodiquement inondées afin de produire un habitat hyper saisonnier. Cette zone alterne des saisons de vives eaux avec des périodes d'aridité, éliminant la plupart des arbres mais en permettant aux herbes de survivre.

Les Billabongs sont dominés par une canopy d'herbes constituées de Brachiaria mutica et de Chloris gayana, contenant localement des espèces tortillées de Vigna luteola et des vignes lathyroides de Macroptilium.

La savane inférieure est située le plus au sud, à côté de la zone semi-désertique supérieure. Elle est dominée par les Brachiaria mutica. D'autres plantes sont présentes dans ce secteur comme les Dichanthium annulatum, Cenchrus setigerus, Panicum maximum, Sorghum halepense et le Brachiaria decumbens.

Prochain chapitre

Les biômes, 2eme partie

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