En 1991, huit personnes sont entrées dans Biosphère 2, un vaste complexe de verre en Arizona, pour y vivre enfermées pendant deux ans. Au cours de la première mission, la concentration d’oxygène a pourtant baissé d’environ 21 % à 14 % en seize mois. L’épisode a révélé une difficulté centrale des écosystèmes clos : même lorsque l’on suit les échanges visibles, des processus biologiques et chimiques peuvent déplacer la matière autrement que prévu.
L’épisode montre pourquoi un bilan de l’air doit tenir compte du vivant, mais aussi des matériaux de la construction.
Une expérience à l’échelle d’un paysage
Biosphère 2 réunit sous une enveloppe vitrée plusieurs milieux : forêt tropicale, savane, désert, mangrove et océan, auxquels s’ajoutait une zone agricole. Le projet devait permettre d’observer comment des humains et différents écosystèmes pourraient fonctionner ensemble dans un espace isolé. La première mission habitée a commencé le 26 septembre 1991.
« Fermé » ne signifiait pas pour autant indépendant de toute infrastructure. L’Université de l’Arizona, qui a repris le site en 2011, décrit une installation dotée de systèmes mécaniques pour réguler la température et l’humidité, filtrer l’air et produire de l’eau condensée. Le fonctionnement du laboratoire nécessite une alimentation électrique continue. Biosphère 2 était donc à la fois un milieu biologique isolé et une construction technique complexe.
Cette distinction compte pour comprendre l’expérience. Le projet ne consistait pas simplement à placer des organismes sous une cloche et à attendre. Il fallait maintenir des conditions physiques compatibles avec la vie, tout en suivant les échanges entre plantes, sols, eau, air et matériaux du bâtiment.
L’oxygène baisse, mais où va le carbone ?
L’air contenait au départ près de 21 % d’oxygène, une proportion comparable à celle de l’atmosphère terrestre. Au fil de la première mission, elle a diminué jusqu’à environ 14 % après seize mois. Or, si des organismes consomment de l’oxygène en respirant et rejettent du dioxyde de carbone, on s’attend à voir ce dernier s’accumuler dans l’air.
Les observations ont révélé un bilan moins direct. Selon le récit de Futura, les sols riches en matière organique ont alimenté une forte activité microbienne. En décomposant cette matière, les microbes consommaient de l’oxygène et produisaient du dioxyde de carbone. Mais une partie de ce gaz ne restait pas dans l’atmosphère : elle réagissait avec le béton de la structure et formait du carbonate de calcium.
Une analogie permet de visualiser le problème, à condition de ne pas la prendre au pied de la lettre. On peut imaginer un inventaire où l’on suit l’oxygène qui sort d’un compte, mais où une partie du carbone, au lieu d’apparaître dans l’air, est transférée vers un autre « compte » : ici, le matériau des murs. La comparaison décrit un bilan de matière, pas une réserve de gaz qui disparaîtrait sans laisser de trace.
La baisse d’oxygène et l’absence d’une hausse équivalente du dioxyde de carbone dans l’air ne se contredisent donc pas. Elles signalent que plusieurs mécanismes agissaient simultanément : la respiration et la décomposition dans les sols, puis une réaction chimique entre le dioxyde de carbone et le béton.
Un résultat écologique, pas une preuve d’autonomie
L’apport d’oxygène extérieur, en janvier 1993 puis de nouveau en août, a mis fin à l’isolement atmosphérique strict de la première mission. Les huit occupants ont quitté l’installation en septembre 1993, après deux ans. Sur le critère d’une autonomie complète, l’expérience n’a donc pas atteint son objectif : l’atmosphère a nécessité une intervention extérieure.
Mais cette limite ne résume pas sa valeur scientifique. Détecter une consommation d’oxygène ne suffisait pas ; il fallait aussi comprendre pourquoi le dioxyde de carbone mesuré ne suivait pas le scénario attendu. Le rôle conjoint des sols et du béton a rendu visible une interaction entre le vivant et la construction elle-même, souvent absente des modèles simplifiés d’un écosystème.
La leçon n’est pas qu’un écosystème clos serait imprévisible en toute circonstance. Elle est plus précise : un modèle dépend des échanges qu’il inclut et des paramètres qu’il mesure. Si le sol consomme des ressources ou si les parois absorbent une partie des produits d’une réaction, ces éléments modifient le bilan général. Les isoler dans l’analyse peut conduire à attribuer à l’air seul un phénomène qui se joue aussi dans les matériaux.
De l’expérience habitée au laboratoire actuel
Biosphère 2 a ensuite connu d’autres usages et d’autres missions. L’Université de l’Arizona indique que deux missions d’enfermement se sont déroulées entre 1991 et 1994, puis que le site a été réorganisé pour la recherche et l’enseignement. Aujourd’hui, l’université le présente comme un laboratoire consacré à l’étude des écosystèmes et des changements environnementaux.
L’épisode de l’oxygène conserve ainsi un intérêt au-delà de la tentative de vie autonome. Il rappelle que les cycles biologiques n’existent pas à côté de la chimie des bâtiments : ils rencontrent les surfaces, les sols et les systèmes qui composent leur environnement. Pour étudier un milieu, il faut donc suivre non seulement ce qui entre et sort de l’air, mais aussi ce qui se transforme ailleurs dans l’ensemble observé.
Références
- Université de l’Arizona, « About the Facility: Purpose & Evolution »
- Futura, « En 1991, huit personnes s’enferment dans une immense serre… »
- Severinghaus et collaborateurs, étude « Oxygen loss in Biosphere 2 », 1994 (résumé)
L’intérieur de Biosphère 2, le laboratoire installé dans le désert d’Arizona.
Crédit : Colin Marquardt — Wikimedia Commons — Domaine public.
