Arrêt intermédiaire dans le noir: dans la grotte de Milandre, les scientifiques reportent les données d'un appareil de mesure dans leur ordinateur. | Photo: Gian Marco Castelberg

Que fait donc une porte en fer rouillée au beau milieu de la forêt? Elle s’ouvre sur un couloir bétonné menant à un escalier qui descend en pente raide. Pour le profane, cela pourrait ressembler à la porte de l’enfer. Pour Franziska Lechleitner, géochimiste et climatologue à l’Université de Berne, c’est l’entrée vers un trésor de connaissances: la grotte de Milandre.

Ce gouffre, inquiétant à première vue, est l’un des mieux étudiés d’Europe. La grotte est située à l’extérieur de Boncourt, à la pointe nord-ouest de la Suisse. Dans ses stalactites et stalagmites est déposée l’histoire climatique des 100 000 dernières années. «J’essaie d’extraire des informations de la pierre pour reconstruire le passé du climat, explique ainsi Franziska Lechleitner. Cela nous aide aussi à comprendre quelles mutations environnementales nous attendent compte tenu du changement climatique actuel.»

«Le CO2 peut parfois monter rapidement. A 2% de concentration, il faut sortir. A partir de 3%, notre vie est en danger.»Marc Lütscher

Mais la grotte ne livre pas ses secrets sur un plateau d’argent. C’est équipée d’un casque, d’une lampe frontale et d’une combinaison étanche que la jeune femme se faufile à quatre pattes à travers les galeries hautes d’à peine un demi-mètre. Avec l’eau qui ruisselle, l’argile pure du sol prend une consistance de savon noir. Ainsi, la chercheuse ressort de chaque expédition entièrement recouverte de glaise marron. Mais c’est le moindre des risques encourus dans ces tunnels.

Les grottes sont en effet des lieux de travail dangereux. Glisser sur une pierre visqueuse et se casser une jambe, par exemple, signifie qu’on y reste coincé. Il faut alors une vaste opération de sauvetage, avec une douzaine de secouristes, pour remonter la blessée à la lumière du jour.

L'échantillon s'égoutte de la stalactite

C’est pourquoi Franziska Lechleitner est accompagnée de sa doctorante Sarah Rowan, étudiante en sciences du climat, et de Marc Lütscher, paléoclimatologue à l’Institut suisse de spéléologie et de karstologie. Celui-ci coordonne les activités de recherche de différentes hautes écoles. Pendant notre expédition, il porte un détecteur de CO2, un autre danger des galeries. «Le gaz peut parfois monter rapidement. A 2% de concentration, il faut sortir. A partir de 3%, notre vie est en danger», indique-t-il. Mais pour l’instant, tout va bien.

«Cette eau contient l’empreinte chimique de l’environnement actuel.»Franziska Lechleitner

Aujourd’hui, l’objectif est de prélever des échantillons d’eau et d’air. Après une quinzaine de minutes, Franziska Lechleitner atteint une petite stalactite de la taille d’une queue de cochon. Toutes les secondes, une goutte d’eau se détache de sa pointe. La chercheuse tient son éprouvette en dessous jusqu’à ce qu’elle soit remplie. «Cette eau contient l’empreinte chimique de l’environnement actuel», explique-t-elle.

Pour le comprendre, il faut se représenter le parcours d’une goutte d’eau: elle croît dans un nuage puis tombe. Sur son chemin vers le sol, elle absorbe du dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Une partie de ce CO2 reste dissoute dans la goutte, sous forme de gaz. Une autre se transforme en acide carbonique. Enfin, la goutte d’eau va s’écraser au sol et s’infiltrer dans la terre.

De l'air récolté à l'aide d'un ballon

L’activité respiratoire des racines de plantes, des bactéries, des champignons, des vers et d’autres organismes vivant dans le sol ajoute encore du dioxyde de carbone dans la goutte et un peu plus d’acide carbonique s’y forme encore. Puis elle atteint la roche de base, la roche calcaire du Jura. «L’acide réagit avec le calcaire et le dissout. C’est par ce processus que cette grotte s’est formée», note Franziska Lechleitner.

Enfin, la goutte s’infiltre dans la grotte par l’une des innombrables fissures de la roche, glisse le long d’une stalactite au plafond puis atterrit sur la stalagmite en dessous. Là, le carbone accumulé pendant le voyage de la goutte d’eau se précipite sous forme de calcite. Le mélange de gaz carbonique, d’acide carbonique et de calcite se transforme alors en pierre.

«Je veux éviter de contaminer l’échantillon d’air avec ma respiration.»Sarah Rowan

Agenouillée dans une galerie étroite, Sarah Rowan manipule un ballon allongé. C’est l’heure du premier prélèvement d’échantillon d’air. Ici souffle une douce brise, issue de l’air chaud à 10 degrés qui s’élève dans la grotte comme dans une cheminée. De l’extérieur coule un air hivernal à zéro degré. La doctorante attache le ballon à un tuyau qui mène quelques mètres devant elle. «Je veux éviter de contaminer l’échantillon d'air avec ma respiration», note-t-elle. Elle s’est de plus placée en aval du vent. Le ballon peut contenir 5 litres d’air. Il est composé d’une épaisse matière synthétique pour résister au retour à la surface.

Dans la grotte de Milandre près de Boncourt (JU): les stalagmites poussent vers le haut et les stalactites sont suspendues au plafond. | Photos: Gian Marco Castelberg

Les scientifiques déjeunent dans une cabane à côté de l’entrée de la grotte. La carte des galeries souterraines est accrochée au mur derrière eux.

Marc Lütscher, paléoclimatologue à l’Institut suisse de géologie et de karstologie, se prépare à l’entrée dans la grotte.

Essentiel à la survie: l’appareil de mesure donne l’alerte précisément ici en raison d’une concentration trop élevée de CO2.

Franziska Lechleitner, climatologue de l’Université de Berne, prélève un échantillon d’eau sur une stalactite.

L’air de la grotte influence aussi la composition chimique de la goutte d’eau. Plus tard, les chercheuses prélèveront encore d’autres échantillons d’air et d’eau hors de la grotte, dans le sol et le calcaire du Jura. «Nous pouvons comparer les échantillons en laboratoire. Nous savons ainsi ce qui se passe chimiquement avec l’air et l’eau sur leur chemin dans la grotte», détaille Franziska Lechleitner.

L'alarme hurle

La chercheuse s’intéresse surtout au carbone. Une partie de celui-ci est composée de C14 radioactif, souvent utilisé pour les datations en archéologie. Il se forme dans les couches supérieures de l’atmosphère sous l’effet du rayonnement cosmique. Stocké dans du bois, du calcaire, des os ou d’autres matériaux, il se désintègre par moitié en 5730 ans, jusqu’à ce qu’il n’en reste plus rien. C’est donc une sorte d’horloge naturelle qui indique l’âge des objets. Le carbone de l’atmosphère se transforme en calcaire et devient ainsi une partie de la stalagmite. «En analysant le C14, nous pouvons déterminer l’âge du carbone dans la stalagmite à divers stades de leur croissance», explique la spécialiste.

Mais en soi, cela ne dit encore rien du climat: «C’est pourquoi nous recherchons les anomalies temporelles», précise-t-elle. Et celles-ci sont nombreuses, car l’âge d’une stalagmite déterminé par le C14 semble toujours supérieur à son âge réel. La chercheuse le sait, car pour le mesurer, elle utilise d’autres méthodes encore qui se basent sur la désintégration radioactive de l’uranium et du thorium. Elle dispose ainsi de deux horloges qu'elle peut comparer.

«On a en général trop peu conscience que les grottes sont des lieux dignes de protection.»Franziska Lechleitner

Les différences entre les deux méthodes sont liées au climat de l’époque considérée. «Si le climat était plutôt frais, le carbone restait plus longtemps dans le cycle de la nature avant d’être stocké dans la pierre», note la chercheuse. Il faut s’imaginer un paysage de glace, où l’eau ne fond que sporadiquement et s’infiltre dans le sol. «Pendant ce temps, le C14 se dégrade continuellement», explique-t-elle. A la fin, moins de C14 est donc stocké dans la stalagmite, ce qui la fait paraître plus vieille. «Si le climat est plus chaud, l’eau s’infiltre plus vite et le C14 est déjà incorporé dans la concrétion après quelques jours», précise la chercheuse. Dès lors, les deux horloges concordent mieux.

Pour l’instant, la transposition des mesures à l’état des écosystèmes passés est encore assez vague. «C’est pourquoi nous prélevons des échantillons d’eau et d’air. Nous comparons les valeurs mesurées avec les données climatiques d’aujourd’hui et voyons ainsi comment le climat et la chimie de l’eau sont liés.» Le détecteur de gaz se met à hurler. La teneur en CO2 est de 1,7%, soit déjà plus de 40 fois celle de l’air extérieur. «Ça va encore», dit Franziska Lechleitner sans émoi. Mais l’alarme est un rappel que le travail ici-bas est dangereux et qu’il faut rester concentré.

Sarah Rowan, doctorante, prélève un échantillon d’air à l’aide d’un ballon spécial. | Photos: Gian Marco Castelberg

A certains endroits de la grotte, on poursuit son chemin à quatre pattes.

Echanges dans le bureau souterrain.

Franziska Lechleitner, cheffe de projet, a cassé la pointe supérieure de la stalagmite pour étudier les changements climatiques. Cela se fait très rarement: ce qui est là depuis des millénaires ne doit pas être abîmé.

L’enregistreur de température et sa batterie restent en bas. Tout doit être emballé de façon étanche, car la grotte est parfois entièrement submergée.

Aucun échantillon de roche n’est prélevé aujourd’hui. D’ailleurs, la retenue est de mise. «Le thème de l’échantillonnage des stalagmites est très émotionnel. Beaucoup estiment qu’il ne faut surtout rien endommager», relève la chercheuse. D’un point de vue juridique, on se trouve dans une zone grise. Qui souhaite prélever un échantillon de stalagmite ne doit pas passer devant une commission d’éthique. Celle-ci n’intervient que pour les organismes vivants. «Dans plusieurs cantons, des bases juridiques sont en train d’être élaborées pour mieux protéger les grottes et autres affleurements géologiques», indique Marc Lütscher.

Franziska Lechleitner complète: «On a en général trop peu conscience qu’il s’agit de lieux dignes de protection. Nous détruisons ici quelque chose qui a mis des milliers d’années à se développer.» Pour son travail, la chercheuse a elle-même déjà cassé une fois une petite stalagmite. C’est indispensable pour en déterminer l’âge. Et pour le prélèvement, il suffit d’un marteau et d’un burin. «Nous essayons toujours de prélever le moins possible», précise-t-elle. Il s’agit en effet aussi de conserver ces archives du savoir établies dans la pierre de la grotte pour les générations futures de scientifiques. Car un jour, il sera peut-être possible d’y lire bien plus que le climat de temps révolus.

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