Le permafrost (ou pergélisol) est un sol gelé en permanence se retrouvant principalement dans les hautes latitudes et recouvrant un peu plus de 20% de la surface terrestre. Il est principalement constitué de matière organique et stockerait environ un tiers du carbone terrestre. Le permafrost présente une couche active qui dégèle en été. Cette décongélation s’accompagne de la décomposition par des microorganismes de la matière organique présente dans le sol. En respirant, ces microorganismes vont émettre des gaz à effet de serre issus du carbone piégé dans le sol. Avec le réchauffement global, la fonte du permafrost s’accélère, et les chercheurs estiment actuellement qu’elle s’accompagnerait de l’émission de 50 à 100 Gigatonnes de carbone d’ici 2100. Mais d’autres facteurs influent sur les émissions de gaz à effet de serre du permafrost, notamment la présence de plantes.

La couche active du permafrost, qui décongèle en été, permet la croissance de plantes qui vont développer leurs racines dans le sol. Ces racines libèrent dans le sol des sucres qui vont stimuler les microorganismes. Cela peut avoir pour effet d’accélérer la décomposition de la matière organique du sol et d’augmenter la respiration des microorganismes et, donc, les émissions de gaz à effet de serre : c’est ce qu’on nomme effet priming. "Nous connaissons ce processus depuis les années 50, et les chercheurs d'INRAE ont joué un rôle important dans sa reconnaissance internationale. Mais nous ne savions pas si cette interaction écologique à petite échelle avait un impact significatif sur le cycle global du carbone", explique Frida Keuper, chargée de recherche INRAE.

Pour développer leur modèle, les chercheurs se sont appuyés sur des cartes de l’activité des plantes et des données à haute résolution en profondeur pour les quantités de carbone présentes dans le sol. Ils ont également effectué deux méta-analyses pour modéliser d’une part la relation entre l’effet priming et l’activité des plantes, et d’autre part la distribution des racines dans le sol. Ces données leur ont permis de construire un modèle permettant de mesurer l’effet priming dans le permafrost à partir de données de terrain et son influence sur la respiration microbienne et les émissions de gaz à effet de serre.

Leurs résultats montrent que l’effet priming pourrait induire l’émission de 40 Gigatonnes de carbone supplémentaire d’ici 2100 par rapport aux prédictions actuelles sur le permafrost. Pour comparaison, le « budget carbone restant » des activités humaines pour limiter le réchauffement global à 1,5°C est estimé à 200 Gigatonnes de carbone d’ici 2100.

Ces nouvelles données prouvent la nécessité de prendre en compte les interactions écologiques à petite échelle, comme l’effet priming induit par les racines, pour avoir des projections plus précises dans les modèles globaux d’émissions de gaz à effet de serre.