Biosphère II - Définition

Première mission

L'équipe de la première mission était constituée de huit scientifiques, médecins et chercheurs : Roy Walford, Jane Poynter, Taber McCullum, Mark Nelson, Sally Silverstone, Abigail Alling, Mark Van Thillo et Linda Leigh.

Lors de la mission, l'autarcie alimentaire était notamment assurée par des cultures. Les plants de bananes et de pommes de terre poussèrent très bien, représentant une source significative de nourriture pour l'équipe.

Pourtant durant cette première mission, on se rendit compte que le niveau d'oxygène dans le dôme diminuait de 0,5 % par mois, sans possibilité de trouver l'équilibre qui assurerait sa stabilité. À un moment, l'atmosphère intérieure est devenue comparable à celle qu'on peut retrouver à 1 200 m d'altitude ; petit à petit le niveau est devenu tellement bas, que certains membres de l'équipe tombèrent malades, et il fallut absolument introduire artificiellement de l'oxygène venant de l'extérieur à l'intérieur du dôme, ce qui fit perdre toute crédibilité à la mission.

Biosphère II vue de l'extérieur

Ces problèmes atmosphériques ont été en grande partie dus à la faible luminosité extérieure, cette année là en effet le temps a été particulièrement mauvais en Arizona, et la photosynthèse, qui devait produire assez d'oxygène pour assurer l'équilibre, n'a pu être suffisante. On s'est également rendu compte que la structure même de la sphère, bloquait une part importante des rayons lumineux.

Pour expliquer cette forte baisse d'oxygène, certains suspectèrent le rôle des microbes introduits dans la terre des sections agricoles, de la savane et de la forêt tropicale, afin de faciliter la croissance des plantes. La quantité de carbone contenu dans le sol dès le début de l'expérience s'est avérée trop importante, les microbes ont donc transformé tout le carbone du sol en dioxyde de carbone, consommant ainsi trop d'oxygène. Si les taux de CO n'ont pas monté de façon alarmante, c'est que ce gaz semble avoir été absorbé au fur et à mesure par le béton constituant la base du dôme.

D'après Neil Campbell et Jane Reece, Biosphere 2 souffrait de niveaux de CO très fluctuants, et presque toutes les espèces de vertébrés et tous les insectes pollinisateurs moururent. Il y eut une prolifération de cafards et d'autres nuisibles, qu'il fallut contenir. Les fourmis ne furent délibérément pas introduites dans l'habitat mais une espèce locale se développa très bien.

Site vendu

Le 10 janvier 2005, Decisions Investments Corporation, propriétaire de Biosphere 2, annonce que le site est à vendre. La préférence va à un usage scientifique mais n'exclut pas d'autres possibilités comme des universités, des hôtels, des résidences touristiques. En juin 2007, l'agence Associated Press annonce la vente du site pour 50 millions de dollars à CDO Ranching & Development, L.P.. Mille cinq cent maisons et un hôtel sont prévus, mais la structure principale sera conservée pour un usage scientifique et éducatif.

Université Columbia

En 1995, la gestion de Biosphère 2 est confiée à l'université Columbia qui l'utilise comme centre de recherche jusqu'à 2003, date à laquelle la gestion est reprise par les anciens propriétaires. Entre 1996 et 2003, environ 1200 étudiants sont passés dans ce centre.

Échantillon sous cloche des biomes terrestres et aquatiques

Isolée du sol par une chape de béton et de l'atmosphère terrestre par une structure de verre étanche, Biosphère II est une serre longue de 154 mètres, large de 110 mètres, avec une hauteur maximale de 26 mètres. Chacun des biomes, ou mésocosmes, occupe une aire de plus de 500 m². La profondeur maximale du sol est de 6 mètres, et l’océan atteint une profondeur maximale de 7 mètres. Grâce à des systèmes complexes de ventilation et de refroidissement, ses concepteurs avaient l'ambition d'y offrir un échantillon des différentes zones climatiques de la planète. Les huit bionautes de l'expérience devaient produire leur nourriture dans une zone de culture intensive où pouvaient se côtoyer, sur 2 200 m², jusqu'à cinquante variétés de fruits et légumes. Poissons, volailles, cochons et chèvres complétaient l'ordinaire. Les bionautes disposaient chacun d'un appartement dans le quartier d'habitation où se trouvaient aussi des laboratoires. La dilatation de l'air par la chaleur aurait pu faire exploser Biosphère II. Il a donc fallu relier cette serre à deux chambres de décompression dont une absorbait et restituait à volonté l'atmosphère excédentaire. Les huit mésocosmes ayant été recréés sont :

• la forêt tropicale humide ;
• le désert ;
• la savane arbustive épineuse ;
• la savane ;
• le marais ;
• la mangrove ;
• l’océan et son récif corallien ;
• et un terrain agricole.

Depuis le rachat de Biosphère 2 par l’Université Columbia en 1995, ces différents biomes sont utilisés à des fins de recherche scientifique. Ces études se concentrent principalement sur l’impact de changements de température, de précipitations et de concentrations en CO sur les biomes en place, dans le but d’avoir plus de connaissances pour mieux comprendre les changements climatiques.

Le désert

Biome du désert

Le désert, sur ses 1 400 m² et son volume de 18 000 m³, avait une température variant entre 2 et 43°C. Deux cents plantes y avaient été plantées ou repiquées. Il a été récemment séparé des autres biomes connectés (savane, savane arbustive épineuse, mangroves, marais et océan) pour y effectuer des recherches spécifiquement sur ce mésocosme. Ce désert est de type chaud côtier, et les principales espèces de plantes rencontrées proviennent de la côte chilienne, de la côte sud-ouest de l’Afrique et du désert Baja California.

Recherches effectuées

Des recherches récentes effectuées dans ce biome visaient à déterminer le taux de germination de différentes plantes sous certaines conditions de précipitations (avec ou sans stress hydrique). Le modèle de base pour ce type d’expérience a été adapté à un habitat caractérisé par des cactus, dans lequel la balance de carbone de ce genre d’espèces bien adaptées aux conditions arides a été tenu en compte, et une distinction a été faite entre la biomasse aérienne et souterraine.

Les marais

Les marais, réalisés par Walter Adey du Laboratoire des systèmes marins du Smithsonian Institute, s'étalaient sur 3 600 m² et reconstituaient le biotope des Everglades de Floride.

Les mangroves

Les mangroves retrouvées à Biosphère 2 couvrent une superficie de 450 m². Les plantes trouvées dans ce biome proviennent de la forêt de mangroves du sud-ouest floridien. Les caractéristiques des plantes transplantées sont très comparables à la forêt d’origine. Les mangroves se retrouvent dans des marais salants et les arbres, principalement des palétuviers, sont halophiles, c’est-à-dire qu’ils sont adaptés à des conditions de salinité très élevée. La principale espèce de palétuvier se trouvant à Biosphère 2 est Rhizophora mangle L.

La savane

La savane réunit sur 1 200 m² une faune et une flore originaires d'Afrique, d'Amérique du Sud et d'Australie. Ces différents types de savanes diffèrent selon les caractéristiques suivantes : la savane africaine est constituée de grands espaces fertiles et couverts d’herbacées, et les arbres s’y trouvant sont du type Acacia. La savane australienne est plutôt composée de broussailles ouvertes, et l’espèce d’arbre dominante est l’eucalyptus, tandis que la savane néotropicale est principalement constituée d’espèces végétales se trouvant en forêt tropicale humide, mais de façon beaucoup plus clairsemée, avec présence d’herbacées.

L'océan

L’océan, contenant le récif corallien, est un immense bassin contenant 3,5 millions de litres d’eau de mer, et a une profondeur maximale de 7 mètres. Celui-ci a été l’un des systèmes les plus audacieux et difficiles à maintenir à l’intérieur de Biosphère 2. Au cours des expérimentations, le récif corallien en place a très bien répondu aux changements dans la composition de l’atmosphère, de l’intensité lumineuse ainsi qu’à des conditions climatiques adverses. Après les deux ans au cours duquel la première mission s’est déroulée, 87 nouvelles colonies de corail ont été dénombrées.

Recherches effectuées

Les différents projets ayant eu cours dans ce biome ont permis de faire des découvertes très intéressantes et prometteuses sur les récifs coralliens. Il a été démontré que la croissance des récifs était très affectée par des changements dans la concentration en carbonate dissous. Une duplication dans la concentration atmosphérique de CO réduit la production de carbonate de calcium (CaCO) par les récifs coralliens de 40%. Il a été aussi découvert que les récifs coralliens ne peuvent devenir des puits de carbone à long terme, mais plutôt qu’ils vont devenir de faibles sources de production de carbone au fur et à mesure que le taux de calcification diminue.

Forêt tropicale humide

Pour la forêt tropicale, Ghillean Prance, directeur des Jardins botaniques de Londres, a sélectionné trois cents plantes sur une surface de 1 900 m². Le volume total de ce mésocosme est de 27 000 m³, ce qui en fait le plus important biome au sein de Biosphère 2. Les espèces végétales retrouvées dans ce biome sont un mélange d’espèces trouvées dans différents écosystèmes terrestres, et non seulement provenant de la forêt amazonienne. Par exemple, du gingembre ainsi que du bambou y ont été transplantés pour diminuer la lumière intense provenant de la réflexion du Soleil sur les parois de verre de la serre.

Recherches effectuées

Plusieurs expérimentations à grande échelle ont été réalisées au sein de ce biome sur la capacité des forêts tropicales à constituer des puits de carbone, en lien avec les problèmes actuels reliés aux changements climatiques. Les résultats obtenus à l’intérieur des murs de Biosphère 2 correspondent de façon remarquable aux résultats obtenus par des expérimentations semblables réalisées dans le bassin amazonien. Il a été démontré qu’une période de sécheresse diminue les influx et efflux de carbone ainsi que la croissance des arbres, mais ne transforme pas la forêt tropicale de puits de CO à source de CO. D’autres recherches ont également été effectuées sur la libération d’isoprène par la végétation. L’isoprène est un hydrocarbure jouant un rôle important dans la chimie troposphérique et une augmentation de la production de ce composé (possible à cause des changements climatiques) entraîne des températures plus élevées ainsi que des périodes accrues de sécheresse.