Les écologues de l’Université de Harvard ont pour tradition d’analyser et de collecter des données sur une large échelle temporelle. Des informations qui permettraient de prédire l’écologie du futur.

« Dans un sens, on peut considérer cette forêt comme un laboratoire de pointe de 1600 hectares, où travaillent une quarantaine d’équipes », dit en souriant le botaniste et écologue David Foster, directeur de la Harvard Forest, sous la casquette de baseball qui coiffe sa haute silhouette. Pourtant à première vue, la vaste parcelle boisée qu’il balaye du regard, située près de Petersham, 100 kilomètres à l’ouest de Boston, semble tout aussi sauvage qu’en 1907, lorsqu’elle fut acquise par l’Université de Harvard.

Mais l’extraordinaire niveau d’instrumentation du lieu saute rapidement aux yeux du visiteur. Derrière un chêne centenaire surgit une tour en acier de 30 mètres hérissée d’un stupéfiant empilement de câbles, caméras et capteurs, dont David Foster égrène l’inventaire. « Sur cette tour, nous avons la plus longue série continentale de mesures continues de dioxyde de carbone au monde, puisqu’elle remonte à 1991. Mais désormais, nous mesurons tous les principaux échanges gazeux de la forêt. Il y a aussi de plus en plus de matériel optique, dont des capteurs hyperspectraux et des caméras thermiques ou infrarouges. Et puis bien sûr, la gamme complète des capteurs météo. »

Au total, cette seule tour porte 100 000 $ de matériel. Mais sur l’ensemble de la forêt, outre quatre autres tours, sont disséminées des dizaines de parcelles, piquetées de fanions et rubans, truffées de milliers d’instruments, qui chaque jour amassent des millions de données. Du débit des ruisseaux au poids de la couche neigeuse, en passant par le taux de respiration des microbes du sol ou le débit de la sève dans les arbres, tout y passe. La majorité des données sont publiées en temps réel, grâce à un stupéfiant réseau hybride (radio et wifi) de collecte de l’information.

L’importance du temps long

Reste que loin de se laisser griser par la haute technologie, l’institution s’efforce de ne jamais oublier son but : « Comprendre à quoi ressemblera ce territoire dans 50 ans et au-delà », résume David Foster. Il rêve de donner à l’écologie les capacités prédictives de la météorologie, ce qui suppose des progrès instrumentaux mais aussi théoriques. « De fait, depuis un siècle, cet endroit est un leader de pensée, la source d’idées nouvelles qui se propagent ensuite à la communauté des écologues », juge ainsi Jerry Melillo, lui-même écologue, membre de l’Académie des Sciences américaine. Idée dont la plus féconde a sans doute été l’importance du temps long en écologie.

La forêt de Harvard abrite des tours d’acier contenant des appareils de mesures de données écologiques.

« Dès 1907, indique David Foster, le premier directeur de cette forêt a commencé à reconstituer son histoire, parcelle par parcelle, à l’aide de cartes et de documents cadastraux, en remontant à un siècle avant sa prise de fonction. » Intuition géniale, car qu’une parcelle ait toujours été boisée, qu’elle ait été un jour cultivée et fertilisée, ou bien qu’elle ait servi de prairie, change les nutriments et les essences présentes ou les cycles biologiques par exemple.

Ce sont des records du monde de durée, très peu d’expériences atteignent ce genre de longévité

— Jerry Melillo, membre de l’Académie des sciences américaine

David Foster est le premier continuateur de cette tradition de la recherche historique au service de l’écologie. Il passe des centaines d’heures dans les salles d’archives, à reconstituer les événements passés ayant marqué ses terrains d’étude. Il a par exemple publié plusieurs études sur les effets écologiques des cyclones qui, environ une fois par siècle, dévastent les forêts du Nord-Est américain. En croisant les informations contenues dans les articles de presse, les lettres personnelles, les journaux de bord des capitaines de la marine marchande et d’innombrables autres sources, Foster et ses collègues sont remontés jusqu’en 1635, gagnant le respect de la communauté scientifique et donnant des idées à d’autres.

Explorer le passé et l’avenir

Le temps long est la marque de fabrique de la Harvard Forest. En 1991, trois chercheurs y ont lancé une série de « manips » qui courent encore aujourd’hui, 25 ans plus tard, avec une nouvelle génération de scientifiques à leur tête ! « Ce sont des records du monde de durée, très peu d’expériences atteignent ce genre de longévité », indique Jerry Melillo, l’un de ces pionniers, dont l’expérience de chauffage des sols illustre parfaitement l’intérêt de tels pas de temps.

Pour savoir si demain le changement climatique entraînera une libération de CO2 de la part des sols forestiers, ajoutant du réchauffement au réchauffement, Melillo chauffe depuis 25 ans le sol de plusieurs parcelles de la Harvard Forest avec des résistances enterrées. En mesurant les dégagements de CO2 ainsi que le contenu de carbone du sol, il a obtenu des résultats fascinants.

« Pendant les cinq premières années, énormément de dioxyde de carbone s’est échappé. Puis, à notre grande surprise, le dégagement a commencé à baisser, pour tomber presque à zéro la dixième année. Enfin, après des années de pause, alors que nous croyions qu’il ne se passerait plus rien, nous avons vu du CO2 commencer à s’échapper à nouveau, et ce jusqu’à aujourd’hui », explique-t-il.

Les chercheurs ont bien sûr échafaudé toutes sortes d’hypothèses pour expliquer ces données, mais le plus important, comme l’indique Jerry Melillo, c’est que « si nous avions arrêté au bout de cinq ans, ou même au bout de dix, nous aurions pavoisé avec un résultat… que la suite a finalement démenti ! En écologie, il faut de la durée ! ».

Une durée qui, comme l’instrumentation de pointe, coûte hélas fort cher. Nul doute que l’affiliation à l’Université la plus riche du monde n’a pas peu contribué à la qualité de l’écologie qui se pratique à la Harvard Forest.