La tourbière de Frasne (Doubs, France) © Guillaume Bertrand

Les tourbières, zones humides sous étroite surveillance

Décryptage Surfaces continentales

Milieux naturels uniques, les tourbières, zones humides continentales, ont accompagné l’espèce humaine depuis des millénaires. Sépulture de certains groupes humains de l’âge du Bronze ou encore source de combustible de chauffage, les tourbières représentent cependant bien plus, autant d’un point de vue social qu’environnemental. Elles se révèlent être des compartiments très importants de la Zone Critique, cette fine pellicule terrestre siège des échanges entre la biosphère, l’atmosphère, l’hydrosphère, la lithosphère, très vulnérables aux changements globaux, climatiques notamment, et nécessitent une surveillance attentive.

À l’occasion de la Journée Mondiale des Zones Humides, nous faisons le point sur ces milieux avec l'aide de Guillaume Bertrand, hydrogéologue, enseignant-chercheur au laboratoire Chrono-Environnement de Besançon/Montbéliard et responsable du site instrumenté de Frasne (Doubs, France) appartenant au Service National d’Observation (SNO) « Tourbières » du CNRS-INSU.

Qu’appelle-t-on une « zone humide » ?

 

Les zones humides, littorales ou continentales, sont des terrains continuellement ou très fréquemment inondés ou gorgés d'eau douce, salée ou saumâtre de façon permanente ou temporaire. On y retrouve aussi bien des tourbières, des forêts alluviales, que des marais ou encore des mangroves. Du point de vue socio-environnemental, ces zones sont cruciales tant pour leurs fonctions hydrologiques, de témoins de la biodiversité, que pour leurs réserves en carbone ou en tant qu’archives ayant enregistré l’histoire de la végétation et du climat passé.

 

Tourbières, vous avez dit tourbières ?

 

Tout commence par l’accumulation et la décomposition partielle de débris végétaux dans une dépression ou un bassin, constamment gorgé d’eau. Les couches successives ainsi formées par les résidus de ces végétaux dits « espèces ingénieur » comme les sphaignes, forment un matériau appelé tourbe qui constitue le substrat, le support, des générations suivantes de végétation. Une tourbière est née. Couche après couche, la tourbe qui s’accumule enregistre les évolutions du milieu naturel autour d’elle, en piégeant durablement des traces de la flore (e.g., pollens, fruits) et de la faune, ou des sédiments témoins des changements hydro-climatiques.

Au-delà même d’un écosystème complet vivant, elles assurent plusieurs services socio-écosystémiques1À l’échelle globale, elles constituent, lorsqu’elles sont préservées, un stock de carbone piégé durablement dans le sol, qui limite les émissions de gaz à effet de serre et tamponnent le changement climatique. On estime que les tourbières contiennent 30 % du carbone organique des sols mondiaux alors qu’elles n’occupent que 3 % des surfaces continentales. À l’échelle paysagère, les tourbières constituent une source de nourriture essentielle à de nombreux organismes d’écosystèmes voisins (e.g. oiseaux) ou encore un corridor écologique2À l’échelle de leur bassin versant, enfin, elles peuvent contribuer à l’atténuation des variations hydrométéorologiques.

Mis en place d'instruments dans la tourbière de Frasne (Doubs, France) © Guillaume Bertrand

Le chemin de l’eau

 

En effet, ces dépôts de tourbe ont des caractéristiques hydrauliques remarquables, présentant une forte capacité à contenir de l’eau, mais dans le même temps n’autorisant qu’une circulation lente de celle-ci. Les tourbières stockent ainsi environ 10 % de l’eau douce à l’échelle mondiale et sont d’efficaces zones tampons en cas d’averses importantes ou de période de sécheresse. C’est cette eau, qui, en isolant les débris végétaux, de l’atmosphère riche en oxygène, va contribuer à limiter la biodégradation de la matière organique et piéger le carbone issu de la végétation.

Les excédents d’eau stockés peuvent être soit restitués à l’atmosphère par l’évapotranspiration3, soit transférés vers les exutoires superficiels ou souterrains. Leur capacité à conserver et à filtrer l’eau favorise la régulation hydraulique, chimique, nutritive des systèmes hydrologiques localisés à l’aval, comme les cours d’eau, ou les nappes souterraines. Au-delà de leur intérêt local, elles jouent donc un rôle important à l’échelle du bassin versant4, et aident à la gestion quantitative, qualitative et écologique des ressources en eau.

 

La tourbière ou l’éloge de la lenteur 

 

Le temps long est une dimension prépondérante à l’édification et au fonctionnement d’une tourbière. Ces écosystèmes peuvent atteindre des âges de quelques milliers à une centaine de milliers d’années. Les processus écologiques (mise en place et développement des espèces ingénieurs), biogéochimique (accumulation de carbone organique) et hydrologiques (accumulation et transferts d’eau) prennent donc du temps pour être appréhendés.

Dans ce contexte, l’évaluation de l’impact des changements globaux, très rapides, et en particulier la réponse des tourbières constituent à la fois un enjeu de gestion locale (ressource en eau) et une problématique scientifique globale (maintien de la biodiversité et du stock de carbone accumulé). Pour se saisir de ces enjeux multi-échelles, l’étude de toutes les fonctions d’une tourbière et de leurs interrelations, nécessite de faire appel à un large panel scientifique pluridisciplinaire et aux méthodes multiples. Comprendre et modéliser ces fonctions et interactions est un des objectifs des chercheurs du SNO Tourbières, qui documentent les paramètres hydrologiques, biogéochimiques et écologiques de quatre tourbières en contexte tempéré.

Leurs observations ont démontré que les tourbières connaissaient des variabilités hydrométéorologiques saisonnières importantes, notamment liées aux changements de températures hivernales et estivales et aux variations de quantité de précipitations. A Frasne dans le Massif du Jura, le cumul de ces observations saisonnières, année après année, sur près d’une décennie, ont permis d’élaborer des modèles statistiques reproduisant la variabilité de niveaux d’eau de la tourbière. De tels modèles, ambitionnant de prévoir les comportements d’une tourbière soumise au changement climatique, ne pourraient être mis en œuvre sans un suivi sur le long terme de mesures qui permettent de documenter un grand nombre de situations hydro-écologiques contrastées.

Ces modèles montrent des évolutions des tourbières à la fois à l’échelle saisonnière mais aussi annuelle, générant à leur tour, plusieurs implications du point de vue de la gestion de ces milieux mais aussi de la compréhension des interactions entre le cycle de l’eau, la biodiversité et le stockage de carbone. L’ensemble des tourbières suivies par le SNO Tourbières, montre que si certaines, comme la tourbière de Frasne, si elle est préservée, peut se montrer relativement résistante aux variabilités climatiques, d’autres, sont bien plus vulnérables, comme dans les cas des tourbières de Bernadouze dans les Pyrénées ou de La Guette en Val de Loire. Cette vulnérabilité aux augmentations de températures est susceptible d’induire des modifications dans le fonctionnement de l’écosystème en impactant la dynamique hydro-écologique et biochimique de la tourbe et en particulier de l’acrotèlme5, siège des interactions directes entre végétation, atmosphère et hydrosphère.

Mesure de gaz à effet de serre dans la tourbière de Frasne (Doubs, France) © Guillaume Bertrand

Et demain ?

 

Première étape de la prévision d’évolution des tourbières, les modèles statistiques, basés sur de longues séries de données acquises via la plateforme scientifique du SNO Tourbières à Frasne, permettent de dégager les tendances hydro-écologiques en cours et celles à venir selon les différents scénarios climatiques aujourd’hui disponibles. Dans cette perspective, la compréhension plus détaillée de l’origine et des mécanismes d’alimentation en eau de la tourbière de Frasne est l’objet du projet Critical Peat (Carbon Reactivity In The Interactions Coupling Atmospheric Layer and PEATlands) actuellement en cours et financé par la région Bourgogne-Franche-Comté. Ce projet vise à caractériser le devenir des services écosystémiques évoqués précédemment, dans le siècle à venir, en s’appuyant sur les suivis du SNO Tourbières et en les combinant avec des outils complémentaires (géochimie de l’eau, cartographie de la végétation, mesure des activités métaboliques dans le sol, mesure des flux de gaz à effet de serre).

D’une manière plus large, affiner notre compréhension du fonctionnement de ces milieux qui cristallisent les grands enjeux du XXIe siècle autour de l’eau, du carbone et de la biodiversité, permettra de mieux anticiper les répercussions des changements globaux du point de vue socio-environnemental mais aussi d’évaluer le rôle des zones humides pour aider les sociétés à les atténuer.

 

1 Écosystémique : dit d’un écosystème. Défini un système écologique complet

2 Corridor écologique : zone de passage fonctionnelle, entre différents habitats d’une espèce, permettant sa dispersion et sa migration.

3 Évapotranspiration : quantité d’eau qui s’évapore des végétaux par transpiration

4 Bassin versant : espace géographique, ensemble de pentes inclinées, alimentant en eau un cours d’eau et drainé par lui. Les bassins versants sont séparés entre eux par des lignes de partage des eaux.

5Acrotèlme : zone superficielle de la tourbe encore très fibreuse, poreuse et très réactive aux événements météorologiques et physiologiques lorsqu’elle est saturée.

Propos recueillis par Aurore Delahayes