De nouvelles recherches sur les conditions sous la glace remettent en question ce que les limnologues pensaient comprendre du comportement hivernal des lacs.
Pendant les mois d’été, une grande partie de la vie dans les lacs se limite aux zones proches des rives, où la lumière touche le fond. Mais le premier jour de glace en hiver, un poisson pourrait lever les yeux et voir un vaste micro-écosystème temporaire contenant des tapis d’algues et des dizaines de micro-organismes bourdonnant. Pour Stephanie Hampton, directrice adjointe de la Division des sciences et de l'ingénierie de la biosphère à Carnegie Science, c'est le jour le plus magique de l'année.
« C'est comme si, au réveil, c'était un jour de neige, mais cela va durer six mois », a déclaré Hampton.
Les chercheurs qui étudient les lacs, connus sous le nom de limnologues, pensaient depuis longtemps et à tort que l'hiver était une saison relativement peu importante par rapport aux mois d'été plus actifs. Mais alors que les températures augmentent partout dans le monde et que la durée de la couverture de glace sur les lacs d’eau douce diminue rapidement, de nombreux limnologues sont confrontés, et s’empressent de combler, un grave manque de connaissances sur le rôle que joue la couverture de glace hivernale sur les cycles et le fonctionnement des lacs.
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Plus de la moitié des 117 millions de lacs de la planète gèlent pendant l'hiver. Mais à mesure que les températures augmentent, la longueur moyenne de la couverture de glace sur les lacs a diminué de plus de 30 jours au cours du dernier siècle et demi. Des milliers de lacs qui gelaient une partie de l'année n'ont plus de glace du tout, selon une étude récente parue dans Science. Alors que l’hiver se réchauffe plus rapidement que toute autre saison dans une grande partie des États-Unis, les chercheurs se demandent ce que cela signifie pour les lacs et les communautés et créatures qui en dépendent.
Les enregistrements de la couverture de glace elle-même constituent, pour quelques lacs sélectionnés, l'un des ensembles de données climatiques les plus longs et les plus importants collectés par l'homme. Les plus anciennes, recueillies par des moines shinto au Japon, remontent à 1443. Mais les enquêtes sur ce qui se passe sous la glace et ses impacts sur le lac tout au long de l'année sont considérées comme manquantes par de nombreux spécialistes du domaine.
« C'est une sorte de boucle de rétroaction de l'ignorance », a déclaré Ted Ozersky, professeur agrégé à l'Université du Minnesota-Duluth qui étudie la limnologie hivernale. « Vous ne savez pas grand-chose de ce qui se passe là-bas et vous ne lisez pas beaucoup sur l'hiver, donc vous supposez implicitement qu'il ne se passe rien d'intéressant ou d'important… et cela décourage les gens d'étudier l'hiver. »
Des hypothèses difficiles
C'est sur le lac Baïkal, en Sibérie, que Hampton a commencé à prendre conscience des dégâts causés par ces hypothèses. Dans la plupart des lacs, la quantité d’algues photosynthétisant en hiver est inférieure à celle en été. Mais la glace du lac Baïkal est en grande partie assez claire et abrite de grands tapis d'algues qui poussent en dessous. Lorsque la glace se brise, les algues dégringolent vers le fond pour que d'autres organismes puissent se nourrir.
Il est devenu évident pour Hampton que l'hiver était une période importante pour les lacs. Lorsqu’elle a commencé à aborder la question lors de conférences, de nombreux autres chercheurs ont dit la même chose. À l’époque, seulement deux pour cent de la littérature sur les lacs d’eau douce examinaient les processus lacustres qui se déroulent sous la glace.


Elle et ses collègues ont finalement synthétisé les données existantes et ont publié en 2016 un article révélant que la quantité de plancton sous la glace des lacs est plus élevée que prévu, en moyenne environ la moitié de celle de l'été. Certains lacs, comme le lac Baïkal, ont une glace plus claire qui laisse passer plus de lumière et favorise la croissance d'algues en hiver par rapport à l'été.
Aujourd’hui, cette littérature est encore rare par rapport aux mois d’été. Sapna Sharma, professeur à l'Université York de Toronto qui étudie les facteurs de stress environnementaux sur les lacs, a déclaré qu'il y avait un intérêt concentré pour la limnologie hivernale dans les années 1960 et 1970. Puis, pour une raison quelconque, il y a eu une pause avant que les travaux ne reprennent lentement il y a environ dix ans.
Hampton a contribué à la rédaction d'une récente revue dans Science qui examine ce que les chercheurs savent des effets de la glace des lacs et de son déclin sur les écosystèmes lacustres. Les scientifiques commencent maintenant à comprendre comment la couverture de glace joue un rôle essentiel dans la modération de la qualité de l'eau et les recherches suggèrent que la glace pourrait aider les lacs à retenir le carbone. La perte de glace des lacs menace également la pêche en créant des changements dans le réseau trophique qui peuvent avoir un impact sur la qualité nutritionnelle des espèces de poissons d'eau froide et limiter leur reproduction. La glace des lacs crée également un ensemble très spécifique de conditions environnementales qui peuvent limiter la propagation des espèces envahissantes.
Ces progrès dans la recherche sur les lacs d'hiver sont réalisés alors qu'une grande partie de la théorie concernant les relations entre les algues et les nutriments dans les systèmes lacustres repose sur des recherches menées pendant la saison des eaux libres, a déclaré Hampton.
Lorsqu’il s’agit de déterminer le rôle que jouent les lacs dans le cycle mondial du carbone, ces estimations sont souvent tirées de données estivales. La simple utilisation de ce petit sous-ensemble de données crée des erreurs dans les estimations des interactions atmosphériques et d'autres effets en aval, a déclaré Hilary Dugan, professeure agrégée au département de limnologie de l'Université du Wisconsin.
« L'une des choses dont nous avons besoin est une théorie élargie », a déclaré Hampton. « Parce que la théorie guide les expériences et les observations que nous faisons. »
Se sentir mal à l'aise pour le plaisir de la recherche
Hampton pense que la plupart des limnologues comprennent désormais que l'hiver est une période importante de l'année pour étudier, mais cette prise de conscience ne s'est pas exactement traduite par davantage de recherches sur l'hiver. Au-delà des défis liés au travail sur le terrain pendant l'année universitaire, de nombreux chercheurs ne sont pas équipés pour se lancer sur le terrain en hiver.
Une grande partie du matériel utilisé par les chercheurs pour la recherche en limnologie hivernale est le même que celui utilisé en été, ce qui peut créer des défis. Les cordes et les filets utilisés pour abaisser l'équipement dans la glace peuvent geler et former un « bretzel solide », a déclaré Ozersky. Certains capteurs peuvent se briser à des températures inférieures à zéro. Les batteries ne fonctionnent pas aussi bien par temps froid. Installer des filets pour l'étude des poissons sous la glace est réalisable avec le bon équipement, mais cela représente un défi.
De plus, comme le fait de percer un trou dans la glace l'ouvre à la lumière et à l'air libre, l'eau de la zone environnante n'est pas nécessairement représentative des conditions sous la glace. L'utilisation d'une rallonge peut aider à éloigner les capteurs du trou. Les plongeurs formés pour gérer le froid peuvent également nager sous la glace pour prélever ces échantillons.
Il existe certainement des solutions à ces problèmes, comme installer un abri et apporter des sacs d'eau chaude sur la glace, mais les défis peuvent être intimidants pour les limnologues qui ne sont formés que pour les travaux de terrain d'été. Mais pour des scientifiques bien formés, la recherche sur la glace, lorsque les conditions sont sûres, est à bien des égards plus facile que sur les eaux libres, car elle n'est pas limitée par l'accès à un bateau.
Il n’existe pas de méthode infaillible pour déterminer si l’on peut s’aventurer sur la glace en toute sécurité. Le jugement dépend de la compréhension de l’épaisseur et de la qualité de la glace, a déclaré Sharma. Quiconque s'aventure sur la glace doit être prêt à y tomber. Il est essentiel de disposer de combinaisons flottantes spécialisées qui procurent de la chaleur : des vêtements d'hiver normaux et une veste de glace fonctionnent à la rigueur. Les scientifiques devraient également savoir comment se sauver eux-mêmes et se remettre sur la glace en cas de chute.
Tous ces problèmes peuvent être atténués grâce à la formation. Ozersky, Hampton et Dugan ont aidé à organiser une « école d'hiver » à la station Trout Lake de l'UW, où les chercheurs en début de carrière ont été formés aux techniques d'échantillonnage pour la recherche hivernale. Des instructeurs professionnels de sécurité sur glace qui travaillent généralement avec les premiers intervenants ont formé les étudiants à l'auto-sauvetage et à l'évaluation de la sécurité sur glace. C’était la première fois que ces instructeurs travaillaient avec des chercheurs, et les scientifiques étaient ravis de leur apprendre le mot « limnologie ».
La formation sur la sécurité sur la glace est importante, mais à mesure que la couverture de glace diminue, la période pendant laquelle la glace est suffisamment sûre pour soutenir la recherche diminue également. Il n’y a qu’une quantité limitée de données que les chercheurs peuvent collecter sans être sur la glace. Les hydroglisseurs comme ceux utilisés par les premiers intervenants pour le sauvetage sur glace sont une option viable pour se déplacer sur la glace et l'eau, a déclaré Dugan, mais ils nécessitent un investissement sérieux et des pilotes spécialement formés.
Un hiver remarquablement chaud l'année dernière a mis à mal les plans de recherche de Sharma, qui n'a pas pu échantillonner certains lacs en raison de la minceur de la glace. Sur certains de ses sites de recherche, la police a demandé à son équipe de rester en dehors de la glace pour des raisons de sécurité. Ozersky a vécu des expériences similaires.
« Nous devions certainement être plus prudents lorsque nous étions là-bas », a déclaré Ozersky. « Mais dans de nombreux lacs qui sont généralement très pêchés, nous étions parfois les seuls sur la glace, ce qui n'était pas toujours confortable. »
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