Des oasis dans les Alpes pendant la période glaciaire

Toundra alpine, Dovrefjell National Park, Norvège. Christopher Carcaillet, Author provided

Des oasis dans les Alpes pendant la période glaciaire

Il est, quelques fois, des avancées scientifiques qui sont de véritables découvertes. C’est ce que deux études conduites dans les Alpes françaises, toutes deux dans le département des Hautes-Alpes, ont révélé. Elles démontrent l’existence de véritables oasis de biodiversité durant la période glaciaire au cœur des massifs parmi les plus hauts des Alpes occidentales (France, Italie).

Ces travaux ont été publiés en 2017 dans New Phytologist et en 2018 dans Global Change Biology.

À la faveur de conditions microsituationnelles extraordinaires, des arbres ont survécu aux millénaires de conditions âpres de l’âge de glace qui ont prévalu jusqu’à 14 500 ans avant nos jours. Ces arbres sont avec certitude des pins aroles (ou pins cembro), des pins à crochet, des mélèzes ou encore des bouleaux. La présence d’autres espèces d’arbres est suspectée comme des aulnes, des sorbiers ou des saules. On imagine bien que les arbres étaient accompagnés de leurs cortèges de partenaires microbiens (champignons, bactéries) sans lesquels certaines fonctions vitales des organismes ou des écosystèmes ne peuvent pas être accomplies, comme l’assimilation de l’azote, la décomposition des matières organiques, ou encore l’utilisation de l’eau.

Lac Miroir en hiver, 2 200 m d’altitude, Parc Naturel Régional du Queyras, Alpes France. Les rives de ce lac ont hébergé un îlot d’arbres pendant la glaciation. Christopher Carcaillet, Author provided

Contexte glaciaire en montagne

Pour que l’on comprenne bien le contexte de la découverte, il faut imaginer que voici 20 000 ans, la planète vivait un climat glaciaire avec des températures moyennes d’environ 10˚C plus basses que les températures actuelles. Dans l’ouest de l’arc alpin, les vallées étaient occupées par des glaciers dont les extrémités ou fronts glaciaires s’étendaient jusqu’aux environs de Genève au nord, Grenoble à l’ouest, Sisteron au sud ou Rivoli à l’est.

Les glaciers remplissaient les vallées jusqu’à environ 2 100 m d’altitude au cœur des massifs internes des Alpes occidentales, près de Briançon, St-Jean‑de-Maurienne et Bourg-St-Maurice (France), ou Oulx (Italie). Des glaciers perchés pouvaient naître sur certaines pentes bien arrosées et alimentaient les glaciers de vallées.

Les sols dénudés de glace aux altitudes supérieures à celles des glaciers étaient gelés en profondeur une grande partie de l’année comme de nos jours dans les toundras arctiques ; le dégel estival pouvait advenir sur les pentes les mieux exposées aux rayons chauffants du soleil et abritées des vents.

Carte des Alpes occidentales franco-italiennes ; emplacement des refuges certains et probables de pin cembro (gauche, feuillage et cônes matures), pin à crochet (centre, aiguilles et cônes matures) et mélèze des Alpes (droite, cônes en fleur et jeunes aiguilles). Christopher Carcaillet, Author provided

Des oasis glaciaires de haute montagne

Ces oasis de biodiversité étaient donc nichées sur des pentes ensoleillées et non recouvertes de glaciers. L’une de ces oasis glaciaires se situe au Lac Miroir sur la commune de Ceillac située dans le Parc Naturel du massif du Queyras.

L’autre, un peu plus au nord, est localisé près du Jardin botanique alpin de l’Université de Grenoble au Col du Lautaret sur la commune de Villar d’Arène dans la zone du Parc National des Écrins. Les deux sites sont situés à une altitude supérieure à 2 100 m.

Ils présentent des conditions microsituationnelles différentes : l’un est un plateau bien ensoleillé accueillant un lac subalpin, l’autre une pente exposée au sud et surtout associée à une source géothermale. La présence de l’eau disponible est déterminante dans les deux cas, car une période glaciaire était une période sèche, où les précipitations de pluie et de neige étaient bien plus faibles que de nos jours.

Or la vie, qu’elle soit végétale, microbienne ou animale requiert de l’eau. Chaleurs estivales augmentées par une exposition au soleil et de l’eau disponible sont des ingrédients de base dans les chaînes alimentaires en région froide afin de permettre la productivité biologique primaire. Si, comme au Lautaret, dans un contexte d’eaux et de sols réchauffés par le géothermalisme, alors les chances d’accueil de plantes et de leurs partenaires microbiens et animaux sont augmentées.

Comment des arbres survivent en milieu très froid ?

Dans ces oasis glaciaires, quelques arbres, peut-être quelques dizaines, ont réussi à réaliser leurs fonctions vitales de photosynthèse grâce à l’eau et la chaleur. Les conditions de la période glaciaire ont prévalu jusqu’à environ 11 700 ans avant nos jours malgré le réchauffement long, progressif et irrégulier débuté voici 18 000 ans.

Les arbres ne bénéficiaient sûrement pas tous les ans des conditions nécessaires à leur reproduction, processus ultime pour assurer la pérennité d’une population : floraison, pollinisation, et production de graine.

Chez les conifères, il faut souvent un cycle de près de deux ans entre la floraison et la maturité des graines. Une fois la graine mature, il faut encore qu’elle soit dispersée, qu’elle germe pour donner une plantule, puis un arbre qui pourra à son tour se reproduire quelques dizaines d’années voire un siècle après sa germination pour certaines espèces comme le pin cembro.

Combien de vicissitudes environnementales, d’aléas climatiques ou d’accidents biotiques (parasitisme notamment), ces arbres ont-ils pu rencontrer empêchant le plus souvent leurs capacités de reproduction ? Par chance, les pins de haute montagne ainsi que le mélèze ont cette faculté de vivre plusieurs siècles, voire plus d’un millénaire. Un exemple spectaculaire est celui du pin bristlecone vivant dans les hautes montagnes sèches et froides des Rocheuses de Californie et du Nevada aux USA ; ces arbres proches des pins arole ou des pins à crochet des Alpes démontrent des capacités extraordinaires de survie pendant plus de 4 000 ans !

Altitude 2 200 m, latitude 52˚48’N, Jasper National Park, Rocheuses, Canada. Îlot naturel d’arbres (épicea d’Engelmann et sapin subalpin) survivant en se multipliant par voie végétative. Christopher Carcaillet, Author provided

Des oasis de pins et de mélèzes au cœur des Alpes

Cette idée aurait été considérée saugrenue voici encore 5 ou 10 ans. Cependant, les travaux précurseurs du Professeur Leif Kullman de l’Université d’Umeå en Suède ont permis de démontrer dès le début des années 2000 que des arbres avaient poussé en Suède en haute montagne à la fin de la glaciation vers 12 000 ans avant nos jours.

Ces arbres, des pins, des épicéas, des bouleaux et des aulnes ont laissé des traces datées de plus de 12 000 ans sous forme de troncs ou de cônes enfouis dans des tourbières de montagnes en Suède. Mieux, une espèce d’arbre, un mélèze proche de ceux de Sibérie, aurait même disparu de Scandinavie avec le réchauffement climatique voici environ 7 500 ans.

Plus récemment, un consortium international de chercheurs a trouvé des traces d’arbres sous forme de molécules d’ADN de pin et d’épicéa dans des sédiments de l’époque glaciaire le long des côtes norvégiennes au nord du cercle polaire. Cette étude internationale a été publiée dans la revue Science en 2012 par le Prof. Laura Parducci de l’Université d’Uppsala en Suède et ses collaborateurs de nombreux pays, venant ainsi clore un long débat enflammé de près de 20 ans alimenté par les trouvailles de Leif Kullman mais aussi plus récemment par celles du Professeur Aage Paus de l’Université de Bergen en Norvège.

Toutes ces preuves nourrissent une idée originale révélant que des arbres et d’autres organismes aient pu survire à la glaciation dans des oasis de vie ou des refuges à proximité des glaciers, composant de microécosystèmes aux dimensions réduites mais perdurant durant tous ces millénaires grâce à des propriétés extraordinaires de résistance et de résilience des organismes et de leurs interactions. Ces oasis parfois perchées sur des montagnes émergeant des glaciers sont appelées des nunataks, un terme issu de la langue des Inuits du Groenland.

Récemment, des géologues français grâce à de nouvelles méthodes géochimiques ont démontré que les glaciers des Alpes occidentales avaient laissé émerger des nunataks durant la glaciation.

Les sites français où des refuges de mélèze, de pin cembro, de pin à crochet ont été découverts dans le Queyras et au Lautaret sont justement des nunataks décrits par ces géologues. Ainsi, les avancées réalisées en Scandinavie viennent conforter les deux découvertes écologiques réalisées dans les Alpes françaises en leur procurant un réalisme que d’aucuns auraient su railler tant leurs singularités et leurs caractères exceptionnels ont pu laisser penser à un canular scientifique ou une erreur expérimentale.

Les conséquences ces deux découvertes alpines

En premier lieu, les biologistes démographes et les physiologistes ont tous lieu d’être interloqués, car manifestement, des arbres ont des ressources vitales sous-estimées par les chercheurs qui les étudient sous les conditions environnementales actuelles.

Il faut imaginer une niche écologique potentiellement plus large et englobant des conditions climatiques bien plus sévères que ce que l’on observe dans les environnements contemporains, s’accompagnant sans doute de conditions de nutrition plus délicates.

Par ailleurs, lorsque le climat s’est suffisamment réchauffé voici 11 000 ans faisant fondre les glaciers et dégageant les sols, les plantes, les animaux et les micro-organismes se sont répandus colonisant ainsi les territoires de montagne, en principe à partir des plaines et des collines périalpines.

Dans les massifs du Queyras ou au Lautaret, ces arbres survivant dans des oasis glaciaires ont dû se voir offrir tout d’un coup de vastes espaces à conquérir en premier. On peut donc penser que ces arbres ont dû se comporter comme des pionniers opportunistes durant cette période de course à la colonisation des territoires, et ainsi contribuer à répandre leurs patrimoines génétiques.

Ainsi, la diversité génétique des arbres dans les Alpes hérite certainement en partie des lignées d’arbres ayant survécu dans les refuges glaciaires se mélangeant plus tard avec les lignées des arbres qui vivaient pendant la glaciation dans les régions méridionales plus clémentes et donc moins sélectives.

L’étude des environnements à l’époque glaciaire contribue donc à éclairer la distribution actuelle des espèces, et à mieux comprendre le potentiel écologique des organismes et de leurs écosystèmes dans la profondeur du temps et leurs diversités.