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Dans un écosystème, tous les organismes vivants sont interconnectés. Pourquoi un réseau perd-il son équilibre lors de la disparition d’espèces ou de l’utilisation massive d’engrais?
Se promener dans le Parc national suisse, c’est emprunter un réseau peu dense de sentiers à travers des forêts, des zones rocheuses et des prairies. Dans les prairies, nul bétail: vaches, moutons et chèvres n’y ont plus accès depuis la fondation du parc en 1914. La végétation est toutefois très basse par endroits. Les anciens pâturages situés en dessous de la limite forestière devraient pourtant être recouverts de forêt depuis longtemps étant donné que l’être humain et son bétail ne gardent plus les surfaces dégagées. Pourquoi n’est-ce pas le cas? Qu’est-ce qui empêche à ce point la végétation de croître? Quelles plantes poussent aujourd’hui dans les anciens pâturages? Les mêmes que celles de la période précédant la fondation du Parc national, ou d’autres, différentes?
Ces questions, Anita Risch et Martin Schütz les posent. Les écologues du WSL étudient les interrelations des organismes vivants dans un écosystème, le fonctionnement des réseaux trophiques et ce qui se passe si une ou plusieurs espèces disparaissent de cet écosystème. Depuis 25 ans, ils examinent les anciens pâturages dans le Parc national. «Nous avons tout d’abord supposé que les grands mammifères, à l’image des cerfs et des chamois, dévoraient les plantes à la place du bétail», explique A. Risch. Cette hypothèse, à elle seule, ne suffisait néanmoins pas à expliquer les différences de hauteur de la végétation selon les endroits. Aux grands mammifères s’ajoutaient vraisemblablement d’autres herbivores qui exerçaient sur la végétation une influence spécifique.
Tous nécessaires dans le système
Pour vérifier cette hypothèse, A. Risch et M. Schütz eurent l’idée d’exclure les herbivores des pâturages en fonction de leur taille: les grands mammifères tout d’abord, comme le cerf, puis les plus petits tels que les marmottes, les lièvres et les souris, et enfin les invertébrés comme les insectes et les escargots. À cet effet, ils développèrent des clôtures spéciales qu’ils eurent l’autorisation d’installer en 2009 dans le Parc national, après une préparation sur plusieurs années et des entretiens intensifs avec l’administration du parc. Le travail dans le parc était fatigant, y compris physiquement. La neige entre mai et septembre, soit pendant la période du relevé des données, détruisait régulièrement les clôtures à insectes, dotées d’un maillage fin. «Les travaux d’entretien étaient très lourds, notamment parce que nous devions transporter tout le matériel de remplacement à pied sur le terrain», précise M. Schütz.
Pendant les cinq années de présence des clôtures dans le Parc national, les chercheurs collectèrent de grandes quantités de données – non seulement sur les plantes elles-mêmes, mais aussi sur le sol sous la végétation. Ils voulaient ainsi préciser quelle était l’influence des herbivores sur les organismes et sur les cycles d’éléments nutritifs dans le sol. Depuis la fin des expériences en 2013, A. Risch et M. Schütz, en collaboration avec d’autres chercheurs, ont déjà publié de nombreux résultats. Ils ont par exemple découvert que les grands mammifères avaient accru la diversité végétale dans le Parc national. En effet, quand ces animaux sont absents, les plantes à s’imposer dans les pâturages sont surtout celles qui poussent vite, chassant ainsi d’autres espèces végétales, et la diversité diminue. Ce phénomène se répercute à son tour sur les espèces de carabidés qui chassent à vue par exemple. Si la végétation est trop dense, celles-ci ne voient plus leur proie et le nombre de ces insectes prédateurs se réduit.
La température et la disponibilité en eau du sol dépendent des animaux qui se nourrissent en surface. Sans eux, la végétation gagne en densité, d’où une quantité moindre de lumière du soleil jusqu’au sol. Le refroidissement du sol peut atteindre un degré, l’humidité augmente, favorisant l’accroissement du matériel végétal. Le résultat le plus surprenant à ce jour: en l’absence des grands mammifères, les invertébrés reprennent la fonction des premiers dans le système. Pour certains types de végétation, ils consomment presque autant de matériel végétal. Étant donné néanmoins qu’ils dévorent aussi des plantes que les grands mammifères évitent – chardons épineux ou aconit toxique par exemple –, ils influent sur la végétation de façon différente que les cerfs ou les chamois. Si les invertébrés viennent au contraire aussi à manquer, l’écosystème s’effondre, réseaux et cycles alimentaires se désagrègent.
Les engrais perturbent le réseau
En parallèle avec l’expérience sur les clôtures dans le Parc national, A. Risch et M. Schütz ont lancé un essai similaire non loin de là, dans le Val Müstair. Au niveau des paravalanches en amont de Lü se trouvent trente placettes dont certaines sont aussi clôturées. Elles relèvent du réseau international de recherche «Nutrient Network (NutNet)» auquel participent, sur six continents, plus de soixante-dix équipes issues de dix-neuf pays. Dans ce projet, on étudie également ce qui se produit lorsque de grands animaux sauvages herbivores sont absents des prairies et des pâturages. Est aussi examinée l’influence de l’apport d’engrais sur les surfaces de 25 m2. Chaque équipe de chercheurs collecte sur ses surfaces les mêmes données à l’aide des mêmes méthodes. Les modifications de la diversité des espèces, de la productivité et des cycles alimentaires de l’écosystème sont au cœur des recherches. L’objectif consiste à reconnaître des modèles mondiaux qui correspondraient aux réactions d’écosystèmes très diversifiés face à l’exclusion d’animaux sauvages et à l’utilisation d’engrais. Les données rassemblées sont enregistrées de façon centralisée à l’Université du Minnesota, États-Unis, où est née l’idée de ce réseau de recherche.
Anita Risch et Martin Schütz font partie de ce réseau depuis 2008. Fin mai, ils épandent de l’azote, du phosphore et du potassium sur leurs surfaces; à partir de début juillet, la végétation est fauchée à la main. La quantité de matériel végétal ainsi coupé indique la quantité de biomasse produite pendant la période de végétation – un moyen simple pour mesurer l’influence de l’abroutissement et de l’épandage d’engrais. Même si le projet est loin d’être terminé, de nombreux résultats ont déjà été publiés. Or ils sont alarmants: si l’on alimente les prairies et les pâturages en nutriments et que les grands animaux herbivores sont absents, la diversité végétale diminue fortement. Sur les surfaces du Val Müstair, il ne pousse aujourd’hui quasiment plus que la fétuque rouge (Festuca rubra), une espèce de graminée fréquente et largement répandue. Les relations dans les réseaux alimentaires sont massivement perturbées.
L’expérience ne repose en aucun cas sur des réflexions théoriques uniquement. Depuis la fin de la dernière période glaciaire, le nombre de grands animaux sauvages herbivores a diminué au niveau mondial. C’est probablement lié au comportement de l’homme moderne. Or depuis l’industrialisation, les stocks mondiaux d’azote et de phosphore ont doublé, voire quintuplé, en raison de l’utilisation excessive d’engrais artificiels dans l’agriculture. Combinés à l’absence des grands herbivores, les engrais donnent lieu à des écosystèmes instables et pauvres en espèces, presque incapables de réagir aux modifications des conditions environnementales.
Idées, expériences et échange de données
Les réseaux mondiaux comme NutNet permettent de voir ce qui se passe chez le voisin. «Grâce aux échanges avec des chercheurs d’autres continents, on apprend à mieux comprendre son propre système», Anita Risch en est convaincue. «De nombreuses hypothèses en botanique reposent par exemple sur les conditions telles qu’elles prévalent dans l’hémisphère nord. Lorsque l’on applique ces hypothèses à l’hémisphère sud, on remarque vite que certaines n’y sont pas valables.» Ces connaissances aident à jeter par-dessus bord des idées préconçues et à mieux comprendre la façon dont tout est interconnecté.
Le contact personnel entre chercheurs compte toujours lui aussi, également en dehors des heures de travail. «Souvent, des projets communs voient le jour le soir après le boulot, autour d’une bière», déclare Martin Schütz. Lors d’une des rencontres annuelles dans le cadre du réseau NutNet, les deux chercheurs ont fait la connaissance d’une Australienne, Jennifer Firn, de la «Queensland University of Technology» de Brisbane. Elle a été enthousiasmée par l’expérience sur les clôtures dans le Parc national et a proposé à A. Risch et M. Schütz de collaborer avec elle. Ces clôtures seront peut-être ainsi bientôt utilisées en Australie – les propositions de projets de recherche ont été soumises entre-temps. À la place des cerfs et des marmottes, ce sont toutefois les kangourous et les wombats que l’on empêchera de dévorer la végétation. (Lisa Bose, Diagonale 2/18)