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Thomas Crowther se précipite pieds nus de son bureau dans le couloir, transpirant à travers son tee-shirt délavé et souriant avec émotion. C’est une chaude journée de juillet et il vient de dire à NBC News que la Terre pourrait conserver 1 200 milliards d’arbres, qui absorberaient 200 gigatonnes de carbone, et que la prochaine chose à faire est de «cesser de parler et de commencer à planter». Sa demande, basée sur les chiffres publiés ce jour-là dans Science, vient du dernier d'une série d'articles écologiques de haut niveau de son laboratoire à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich (ETH Zurich) qui ont attiré l'attention des médias du monde entier – et Crowther l'aime beaucoup. La publicité, pense-t-il, le rapprocherait de son objectif. Son objectif n'était rien de moins que de restaurer la planète.
Crowther, âgé de 33 ans, est passé du statut d'étudiant en difficulté à celui d'une équipe de 30 personnes avec une subvention de plusieurs millions d'euros qui devrait lui permettre de fonctionner pendant 13 ans – une stabilité rare dans un monde caractérisé par des cycles de financement courts. Sa caractéristique est d'amasser des milliers d'observations individuelles et de les associer à des conclusions à grande échelle: lui et ses collègues ont compté les arbres du monde (3 000 milliards) et ses animaux les plus abondants, les vers nématodes (0,4 sextillion), et ont cartographié champignons des racines–. Les espèces envahissantes sont à côté.
Les cartes de Crowther rebondissent dans les pages des principaux journaux scientifiques – cinq depuis le début de l'année Science et La nature seul, et il vient de remporter le prix du fondateur de la British Ecological Society. Ses fans disent qu'il fait partie d'une nouvelle vague de recherche écologique, utilisant l'apprentissage automatique sur de vastes ensembles de données dispersées pour dégager de larges schémas relatifs à l'état de la planète. Ses critiques pensent qu'il piétine les nuances et simplifie à l'excès – parfois de manière dangereuse.
«Il est un peu perturbateur», déclare Mark Bradford, écologiste des sols et des écosystèmes à l’Université Yale de New Haven, dans le Connecticut. "Il est le Uber du terrain."
Grande écologie
C'était une conversation fortuite après l'entraînement de football qui a obligé Crowther à commencer à compter. En 2012, après avoir obtenu son diplôme et son doctorat à l'Université de Cardiff au Royaume-Uni, il est arrivé à Yale pour commencer un post-doctorat dans le laboratoire de Bradford. Après une soirée en soirée, un étudiant à la maîtrise qui travaillait pour une organisation de plantation d’arbres a déclaré à Crowther que même si les scientifiques avaient compté des arbres dans des centaines de milliers de points de la planète, personne ne savait combien il y avait d’arbres. De plus, bien que les scientifiques se soient moqués de l’utilité pour la science d’obtenir un tel chiffre, les bailleurs de fonds des projets de restauration des arbres se sont efforcés de découvrir et de fournir une base quantitative à leurs travaux.
L’imagerie satellitaire fournissait les meilleures estimations à l’époque – mais les satellites ne pouvaient pas savoir ce qui se passait sous la canopée. Crowther, encouragé par Bradford, a décidé de rechercher des données au sol à partir du nombre réel d'arbres «où quelqu'un se trouvait sur le sol, comptant le nombre d'arbres, mesurant leur taille et nous disant de quelle espèce ils sont – la chose la plus simple jamais réalisée» .
Les données peuvent être simples à collecter sur le terrain – mais convaincre les scientifiques de partager leurs travaux avec lui semblait au premier abord impossible.
«À mes débuts, tous les professeurs de Yale ont déclaré:« C’est ridicule, vous ne pouvez pas faire cela… personne ne partagera jamais de données », dit-il. "Et quand j'ai commencé, ils ne voulaient absolument pas, personne ne voulait donner toutes leurs données durement gagnées à un post-doctorant stupide qui vient de commencer."
Mais il a progressivement persuadé davantage de scientifiques de se conformer à la loi, jusqu'à ce qu'il ait finalement rassemblé des données couvrant environ 430 000 hectares, une superficie à peu près équivalente à celle de Rhode Island. Avec son collègue Henry Glick, un scientifique de données, il a examiné l'imagerie satellitaire de ces hectares et a utilisé l'apprentissage automatique pour effectuer des millions de comparaisons entre les deux ensembles de données – terrestre et satellite – afin de trouver des corrélations répétables qui seraient autrement passées inaperçues. Le duo a utilisé les images satellites pour extrapoler le nombre d'arbres vivant dans des zones dépourvues de bons inventaires au sol. Par exemple, les données des forêts du Canada et du nord de l'Europe ont été utilisées pour réviser les estimations du nombre d'arbres dans les régions éloignées de la Russie. Cela a conduit au premier modèle global de densité d'arbres et au chiffre de trois trillions d'arbres. L'équipe a publié la carte en 2015.
Bien que la marge d'erreur pour l'estimation se situe entre 1 000 et 10 000 milliards, le chiffre de 3 000 milliards d'arbres a captivé l'imagination du public. La «Campagne des arbres», une initiative de reboisement lancée par les Nations Unies en 2007, a atteint un billion de dollars, et la base de données Crowther est toujours connue sous le nom d’Initiative mondiale pour la diversité biologique des forêts. Il comprend maintenant 1,2 million de parcelles forestières.
Le travail fait toujours la fierté de Crowther. «Ce sera l'une des plus grandes contributions que j'aurai apportées à la science», a-t-il déclaré. Il fait une pause réfléchie, puis saute sur ses pieds avec une gifle de ses tongs jaunes. Il descend quelques marches menant à son bureau dans le coin d'un grand bureau partagé et clique sur la souris pour afficher plus de 200 cartes mondiales, chacune d'une caractéristique physiologique ou chimique différente de la planète, allant du rayonnement solaire à la biomasse du sol. bactéries et du développement urbain à la localisation des champignons des racines.
Les cartes distinctives du laboratoire sont créées à partir peut-être d’un million de données au sol séparées qui ont été interrogées avec un apprentissage automatique pour comprendre comment elles sont connectées aux données mondiales existantes provenant de sources telles que les satellites et les échantillons au sol. Cela nécessite des connaissances non seulement de l'écologie, mais également de la télédétection et de la science des données. «Il faut cinq experts différents tout au long de ce processus», déclare M. Crowther. C’est l’une des raisons pour lesquelles il a évité le bureau séparé que lui propose l’ETH Zurich et est au contraire entassé dans la même pièce que le responsable du groupe. écologiste, le microbiologiste et l’analyste de télédétection et de données qui composent son équipe scientifique senior.
Daniel Maynard, l'écologiste théorique, explique que Crowther a créé une structure d'équipe inhabituellement plate et a délibérément sélectionné des scientifiques qui comblent des lacunes dans son expertise. «Tom n’est expert en aucune des choses que nous faisons. Il serait le premier à dire «je ne sais rien», dit Maynard. "Bien qu'il en sache beaucoup plus que ce qu'il dit."
Dans le nouveau travail, dirigé par Jean-François Bastin, l’équipe a utilisé des données satellitaires sur le couvert forestier et les a alignées sur des cartes des caractéristiques de l’écosystème, donnant un modèle des environnements supportant combien d’arbres. En soustrayant les forêts, les zones urbaines et les terres agricoles existantes, ils sont parvenus à un chiffre indiquant combien de terres du monde pourraient en théorie être reboisées (voir «Grandes images»).
La conclusion, que Crowther dit «la base de notre compréhension de la restauration à l'échelle mondiale», est que la plantation d'arbres est facilement le meilleur moyen d'éliminer le carbone de l'atmosphère et que cela pourrait être la clé du ralentissement du réchauffement planétaire.
Selon certains critiques, c’est un superlatif qui va au-delà de ce que la science justifie. Mathew Williams, écologiste du changement global à l'Université d'Edimbourg, affirme que les travaux ignorent une décennie de travail patient mené par des scientifiques essayant de comprendre les subtilités de la biomasse des arbres. Au lieu de cela, «ils ont utilisé un seul numéro de chaque biome et ils ont juste répandu la biomasse dans le biome en fonction du pourcentage de couverture du couvert forestier – et c'est une approche naïve». Henrik Hartmann, écophysiologue à l'Institut Max Planck de biogéochimie de Jena, Allemagne, déclare que des événements climatiques ponctuels tels que des incendies de forêt pourraient anéantir des millions d'arbres nouvellement plantés. "Les prévisions sont basées sur ce à quoi le passé ressemblait, mais il ne s'agit plus de la température annuelle moyenne – il s'agit d'une année tellement chaude et sèche que l'espèce ne le supportera plus", dit-il.
Néanmoins, Crowther commence tout juste à se lancer dans la restauration: son équipe travaille sur une carte du potentiel de réduction du carbone en restaurant d’autres types d’écosystèmes dans le monde, par exemple les prairies et les arbustes. Au total, leur potentiel de séquestration du carbone dans les sols est aussi grand que celui des arbres, affirme-t-il.
Ambition croissante
Crowther parle avec une éloquence rapide et sérieuse qui fait qu’il est difficile de le croire quand il dit qu’il ne pouvait pas enchaîner même une simple présentation jusqu’il ya quelques années. À l’école de la station balnéaire galloise de Prestatyn, il s’est retrouvé au bas de la classe. Au lieu de cela, il a consacré son énergie au sport en jouant au tennis pour son pays et en remportant deux fois le Championnat national junior gallois. Après être passé à l'Université de Cardiff, il a été perturbé jusqu'à ce que son professeur, Hefin Jones, insiste sur le fait que l'écologie peut se jouer comme le tennis: c'était amusant, compétitif et avait un objectif final. Crowther considère cela comme une épiphanie: il est resté et a terminé un doctorat en champignons de la pourriture du bois. Jones l’a ensuite conduit au postdoc du laboratoire de Bradford.
Le décompte des arbres qu’il a fait là-bas, plus un autre document très médiatisé prédisant une perte dramatique de carbone dans les sols de l’Arctique, a attiré l'attention d'une fondation néerlandaise privée, DOB Ecology in Veessen. Fondé par l’une des familles les plus riches du pays, il finance des projets visant à protéger et à restaurer les écosystèmes menacés et à permettre aux populations de vivre de manière durable.
La cour a pris deux ans, «et environ 100 interviews», dit Crowther, au cours desquelles il a été encouragé à gonfler ses ambitions pour correspondre à la poche et à la vision de ses bailleurs de fonds. Ils ne le prendraient pas au sérieux, dit-il, avant d’avoir esquissé sa vision d’ici 2030: brosser un tableau quantitatif de l’écologie de la Terre. (Maintenant, dit-il, sa mission est d'aller «au-delà du domaine de la science» – de créer un mouvement mondial.)
DOB Ecology a également insisté pour qu'il budgétise 4 non scientifiques parmi les 14 postes initialement financés. À eux deux, les non-scientifiques travaillent en liaison avec des organisations environnementales, entretiennent les vastes réseaux de scientifiques nécessaires à la recherche de données, gèrent un site Web astucieux et gèrent le temps de Crowther. Il a depuis ajouté un chef d'art et de culture; L'un de ses premiers projets est une installation au Vatican en Italie, destinée à encourager les gens à considérer la beauté de la nature. «Une science sans communication n'est rien», dit Crowther avec impétuosité. "Ce n’est même pas une chose – ce sont juste des papiers dans les tiroirs des gens."
Outre cet accent mis sur la sensibilisation, son orientation interdisciplinaire et son objectif de mener à bien 13 projets majeurs en 13 ans (dont 9 achevés), il est exempt de directives de ses bailleurs de fonds, a-t-il déclaré.
«Très peu de gens de cet âge ont la chance de construire quelque chose d'aussi grand si rapidement, et il en a profité pour courir», a déclaré Peter Reich, écologiste forestier à l'Université du Minnesota à St Paul.
Alors que Crowther se précipite pour parler des arbres à la chaîne d’information Al Jazeera, son équipe s’efforce de faire les études mécanistes qui prennent beaucoup de temps. Au sous-sol, un couple d’étudiants de maîtrise serre les feuilles réticentes de jeunes arbres pour mesurer le débit d’oxygène et de dioxyde de carbone. Un haut-parleur diffuse le bruit de la circulation enregistré sur les champignons du sol pour tester une théorie décalée de Crowther selon laquelle le son les fait grossir plus vite (jusqu’à présent, il a raison). À côté, les plans de travail sont encombrés de grappes d’arbres coupés. Dans le bureau que Crowther a rejeté en faveur d'un bureau dans la salle commune, quatre membres du personnel se précipitent autour d'une table de ping-pong, jouant «le jeu éclatant» – une version chaotique incorporant murs, plafond et sol. C’est l’une des nombreuses œuvres inventées par Crowther et qui sont prescrites quotidiennement pour rompre l’effort mental, créer des liens et garder le plaisir de vivre.
Creuser dans le sol
Quelques semaines après le rapport sur le potentiel forestier, les vers nématodes ont leur journée de gloire. Johan van den Hoogen, un généticien du laboratoire, n'avait jamais entendu parler de ces minuscules créatures vivant dans le sol avant de commencer à travailler sur une étude qui les comptait et les cartographiait de la même manière que l'équipe l'a fait pour les arbres.3.
Crowther est moins intéressé par les vers eux-mêmes que par ce qu'ils peuvent lui dire au sujet du sol dans lequel ils vivent et de la manière dont il pourrait contribuer aux processus de changement climatique. L'abondance des nématodes est en corrélation avec celle de microorganismes tels que les bactéries et les champignons, et fournit donc une approximation de l'activité du sol. Et cela compte, car le sol et ses habitants stockent plus de carbone que la végétation et l’atmosphère combinées: les plantes le synthétisent sous forme de biomasse et, lorsqu'elles meurent, les microbes du sol le décomposent, alimentant ainsi leur propre croissance et le réaspirant à la surface. Pourtant, cette armée dans le sol figure à peine dans les modèles climatiques car elle est extrêmement difficile à étudier.
Pour réduire les inconnues, Crowther recherchait «toute information quantitative sur tout élément de la communauté pédologique que nous pourrions trouver». Les nématodes – que les spécialistes ont examinés dans des milliers d'échantillons de sol du monde entier – constituaient un excellent candidat. "C’est une quantité phénoménale de travail", déclare Bradford, à propos de cet échantillonnage effectué par des écologistes des sols, "et cela ne se traduit généralement pas par des manuscrits prestigieux."
Les pouvoirs de convocation de Crowther sont peut-être son principal talent, dit Bradford. Il y a d'autres équipes qui appliquent l'intelligence artificielle et la télédétection à l'écologie, mais Crowther «rassemble de très grands ensembles de données empiriques», déclare Bradford. "Pour moi, c'est une ressource vraiment précieuse à elle seule."
Une fois les données disparates rassemblées, Devin Routh, spécialiste des données du laboratoire, les a intégrées à 250 modèles différents d’apprentissage automatique qui recherchaient des liens entre le nombre de nématodes et 79 paramètres à partir des cartes de base du laboratoire relatives à la qualité des sols, au climat et à la végétation. Ils ont découvert trois prédicteurs principaux du nombre de nématodes: le sable, la quantité de carbone et l'acidité.
À partir de là, l’équipe a pu prédire le nombre de nématodes dans le monde: 4,4 × 1020, dont la densité varie de moins de 100 à plus de 2 300 par 100 grammes de sol. Et contrairement aux plantes et aux autres animaux, ils sont plus abondants aux latitudes plus élevées, bloquant ainsi les énormes stocks de carbone des régions arctiques et subarctiques.
Mais pour M. Crowther, l’importance réelle de ce travail est que, dans le cas des nématodes, les chercheurs ont découvert un nouvel indicateur puissant de l’activité des sols dans le monde et par conséquent une idée de l’impact du changement climatique.
L’équipe a depuis répété l’exercice de cartographie des champignons à racine d’arbre, en publiant la première carte mondiale de leur localisation et de leurs quantités en mai de cette année.. Sur la base de ces travaux, Crowther a ensuite suggéré que la hausse des températures entraînerait la propagation des espèces fongiques libérant du carbone dans l'atmosphère et la diminution de celles qui le stockaient.
Ces deux schémas globaux – champignons et nématodes – ne sont que le début de l'ambition de Crowther d'aider à transformer l'écologie en une discipline globale qui puisse affiner les modèles climatiques, révéler comment la planète réagit au changement climatique et montrer comment la restaurer. .
Mais certains des sauts que fait Crowther sont trop importants pour d’autres modélisateurs. Charles Koven, un des principaux modélisateurs des processus sol-carbone du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie, s’oppose à la prédiction de Crowther concernant l’évolution de la distribution des champignons en cas de réchauffement du climat.
«Je dirais que vous ne voulez pas faire ce genre d’extrapolations dans l’avenir, parce que ce n’est pas seulement le climat qui change, beaucoup de choses changent, en particulier le CO2 concentrations », dit-il.
Koven souligne que les modèles Crowther Lab sont statistiques, ils trouvent des liens mais ne vous disent pas s’ils sont causatifs ou corrélatifs. Mais il accueille favorablement la carte des champignons car elle l’aidera à tester ses modèles de cause à effet.
La question de savoir si les messages que Crowther et son moteur de communication prolifique diffusent sont suffisamment nuancés. La collègue de Hartmann, Susan Trumbore, une scientifique des systèmes terrestres, dit que les cartes accompagnant le document de restauration des arbres contiennent un autre message plus sombre: le risque de perte d'arbres parmi les forêts intactes du monde entier être atteint par la plantation. Cela n'a pas été annoncé.
Deux mois plus tard, Crowther est choqué par la colère suscitée par son article parmi les scientifiques qui pensaient que son message pourrait encourager le public à se détendre avant de réduire les émissions de carbone, à condition de planter suffisamment d'arbres. "Nous avons certes fait un peu fausse route dans nos communications et nous en avons tiré des leçons", dit-il. "Je veux être extrêmement clair sur le fait qu'il est absolument essentiel de réduire les émissions de gaz à effet de serre si nous voulons avoir une chance de mettre un terme au changement climatique."
Bien que des critiques tels que Williams pensent que les messages de Crowther doivent être affinés avant d’être publiés, d’autres pensent qu’il serait bénéfique d’engager des discussions en dehors du monde universitaire. «Nous avons besoin des habitants qui repoussent les limites et nous donnent un grand nombre et un grand potentiel qui contribueront à exciter les gens», a déclaré Robin Chazdon, qui étudie la régénération et la restauration des forêts tropicales à l'Université du Connecticut à Storrs. Mais dans le même temps, elle a déclaré: «Nous avons besoin de solutions locales, de la participation des parties prenantes et de la prise de décision pour ce qui est de la nature des arbres.»
Pendant le déjeuner sur le toit-terrasse, il ne reste que sept minutes avant que Crowther s’adresse à la BBC. «Je tiens à préciser que nous sommes vraiment enthousiasmés par les détails», dit-il soudainement. "Le fait est que je ne crois pas que ce soit la science tant que vous ne l'avez pas mis dans ce contexte: je peux dire" cet oiseau vole bizarrement "- ce n'est pas de la science; c’est ce que la majorité de l’écologie est en ce moment. C’est une histoire naturelle.
Mais le moment est venu pour Big Ecology, dit-il, avec le besoin pressant de comprendre où est le carbone et comment les écosystèmes se transforment et réagissent en conséquence. "Je pense que la plus grande critique que nous recevons toujours est" cela va être une énorme entreprise, nous ne pourrons probablement pas tout réaliser ", dit-il. "Je pense que c'est extrêmement dangereux parce que c'est le genre de pensée qui nous a mis dans ce pétrin."
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