​Les régions de hautes latitudes de l'hémisphère Nord renferment l'un des plus grands réservoirs de carbone terrestre de la planète. Une grande partie de ce carbone est stockée dans le pergélisol, une couche de sol gelée en permanence qui préserve depuis des milliers d'années de vastes quantités de matière organique. Avec le réchauffement climatique, le dégel progressif du pergélisol pourrait exposer cette matière organique à la décomposition microbienne et entraîner des émissions supplémentaires de dioxyde de carbone (CO₂) vers l'atmosphère. L'ampleur et le calendrier de cette rétroaction restent cependant parmi les plus grandes incertitudes des projections climatiques actuelles.

Une nouvelle représentation du carbone profond du pergélisol

Dans une nouvelle étude, des chercheurs ont développé une nouvelle représentation du carbone profond du pergélisol dans le modèle de surface continentale ORCHIDEE-MICT. Ces travaux s'inscrivent dans le projet international CALIPSO (Carbon Loss in Plants, Soils and Oceans), soutenu par Schmidt Sciences. Contrairement à la plupart des modèles du système Terre actuellement utilisés, cette approche simule explicitement la formation et l'accumulation à long terme de grands réservoirs de carbone profond, notamment les dépôts de Yedoma — riches en glace et en carbone et formés à la fin du Pléistocène — ainsi que les tourbières boréales développées au cours de l'Holocène.​

Un affaiblissement plus rapide du puits de carbone nordique

Les résultats montrent que la prise en compte de ces réservoirs profonds modifie sensiblement les projections de l'évolution future du carbone dans les écosystèmes nordiques. Alors que les modèles conventionnels prévoient généralement que les terres nordiques resteront un puits net de carbone tout au long du XXIe siècle, les nouvelles simulations indiquent un affaiblissement beaucoup plus rapide de cette capacité d'absorption. Dans les scénarios d'émissions intermédiaires et élevées, les écosystèmes nordiques pourraient devenir une source nette de CO₂ dès le milieu du siècle.

Cette évolution s'explique par l'exposition progressive à la décomposition de quantités croissantes de matière organique profonde auparavant gelée. Les émissions issues de ces sols nouvellement dégelés compensent progressivement les gains de carbone liés à l'augmentation de la croissance végétale sous l'effet du réchauffement et de l'élévation de la concentration atmosphérique en CO₂. À terme, ces pertes de carbone dépassent les gains associés à la végétation.

Une révision des projections climatiques futures

L'étude montre également que la prise en compte du carbone profond du pergélisol réduit le bilan carbone cumulé projeté des écosystèmes terrestres nordiques de 47 à 74 milliards de tonnes de carbone d'ici 2100 par rapport aux simulations conventionnelles, soit l'équivalent d'environ 500 à 700 années des émissions actuelles de gaz à effet de serre de la France. Une grande partie de cette différence provient des dépôts de Yedoma, particulièrement abondants en Sibérie et en Alaska.

« Ces résultats suggèrent que les modèles actuels sous-estiment probablement la vulnérabilité du carbone profond du pergélisol et surestiment la capacité future des écosystèmes nordiques à absorber le carbone », explique Yi Xi, premier auteur de l'étude et chercheur au LSCE. « Représenter l'histoire de formation des sols ainsi que leur structure verticale est essentiel pour améliorer les projections des rétroactions entre le cycle du carbone et le climat dans les régions de hautes latitudes. »

Bien que des incertitudes subsistent, notamment concernant les processus de dégel abrupt et le développement des paysages thermokarstiques, cette étude souligne l'importance du carbone profond du pergélisol dans l'évolution future du climat et fournit un nouveau cadre pour intégrer ces processus dans les modèles du système Terre.​