Comment la recherche d’iCRAG constituera le fondement de notre avenir vert



Sam Cox jette un coup d’œil à l’intérieur du centre de recherche iCRAG pour découvrir comment les gens peuvent continuer à extraire ce dont nous avons besoin de la Terre sans la détruire.

Les gens bougent rapidement. Ils vivent, travaillent et s’adaptent. Les roches, bien sûr, sont beaucoup plus lentes. Les continents changeront et leurs plantes et systèmes météorologiques changeront. Mais, comparés à leurs habitants humains, de tels changements sont presque imperceptibles. Des années de recherche et d’études ont prouvé que la Terre n’est pas encore aussi bien.

En 2018, Greta Thunberg est apparue pour la première fois sous les projecteurs des médias, marquant une nouvelle ère de voix fraîches dans une bataille vieille de plusieurs décennies. Portant le manteau de Rachel Carson et du mouvement environnemental, elle représente la continuation d’un débat influencé à la fois par la science et l’opinion publique.

C’est cette interaction qui est au cœur de l’iCRAG, le centre de recherche de la Science Foundation Ireland pour les géosciences appliquées, qui a reçu en février 2021 un financement SFI de 28 millions d’euros pour les cinq prochaines années.

Pour la nature stable de la Terre et de ses composants, il peut sembler étrange que la conversation soit si chargée. Les minéraux, minerais et matériaux qui forment notre Terre, qui construisent nos structures et font fonctionner nos machines sont à la fois protégés et utilisés dans un équilibre difficile à concilier. La conservation de l’environnement n’équivaut pas toujours à la préservation, car l’énergie verte repose sur les métaux rares de la Terre qu’il peut être nécessaire d’extraire.

L’interaction de ceux-ci, à la fois dans leur acquisition et dans leur utilisation, continue d’influencer notre système terrestre tout entier. À mesure que l’eau coule à travers les montagnes et dans les ruisseaux et les rivières qui alimentent nos océans, des zones géographiques éloignées se connectent dans tous leurs éléments. Ce que nous mettons et ce que nous retirons modifie l’équilibre du système, le forçant à rechercher un nouvel équilibre.

Expliqué en ces termes, les fusées géologiques en importance. Parlez du besoin d’eau potable et le public écoute. Décrivez les batteries au lithium pour les futurs téléphones et voitures électriques qui peuvent alimenter les rêves d’Elon Musk et les flux d’investissement. Mais mentionnez la lithosphère, l’atmosphère, la biosphère et tout autre terme lourd de géologie, et la conversation s’arrête souvent. iCRAG vise à maintenir cette conversation.

De ses cendres, une solution de capture du carbone surgit

Hébergé par l’University College Dublin, l’emplacement d’iCRAG sur une petite île peut sembler un inconvénient pour devenir un contributeur mondial majeur dans la recherche. Sa taille s’est toutefois avérée avantageuse. «Assez petit pour tester, assez grand pour prouver», est la phrase répétée à maintes reprises.

L’utilisation d’analogues signifie que les domaines de recherche en Irlande peuvent être appliqués à l’Afrique et à l’Amérique du Nord. Pourquoi voyager à des hauteurs inaccessibles pour mesurer l’altération des silicates alors que les montagnes de Wicklow en offrent l’opportunité – suffisamment petites pour être testées, mais suffisamment grandes pour le prouver.

C’est ce que la paléobotaniste Prof Jennifer McElwain, chercheuse principale à l’iCRAG, espère faire. À l’aide de plantes fossilisées, McElwain reconstitue l’histoire des gaz dans l’atmosphère. En examinant la composition chimique de ces plantes, elle suit l’évolution du dioxyde de carbone dans l’atmosphère sur des millions d’années. Chez iCRAG, elle espère combiner différents domaines afin de créer des solutions de géo-ingénierie pour la crise climatique.

Une altération chimique améliorée implique l’utilisation d’un processus qui se produit naturellement sur des centaines de milliers d’années. Lorsque l’eau de pluie tombe, la roche nue est usée chimiquement. Cela conduit à des silicates de calcium et de magnésium entrant dans les cours d’eau, s’écoulant dans les rivières et, éventuellement, dans l’océan. Lorsque cette eau atteint l’océan, les silicates sont remplacés par du carbone, ce qui entraîne un piège à carbone et la réduction du dioxyde de carbone dans l’atmosphère.

McElwain et son équipe espèrent reproduire ce processus en ajoutant des cendres volcaniques aux cultures. Comme la chaux est souvent ajoutée aux sols irlandais, la cendre pourrait être utilisée pour obtenir des résultats similaires. Ces cultures décomposeraient les silicates, s’écouleraient dans l’eau et accéléreraient le piégeage du carbone. La santé des cultures s’améliore. Le climat s’améliore. Aucune dépense importante n’est nécessaire. C’est simple et efficace – du moins en tant que concept.

«Nous avons la théorie, mais nous devons faire des expériences et déterminer quelles plantes et quel niveau de cendres sont nécessaires, et à quelle profondeur enterrer les cendres», a déclaré McElwain. «Nous devons déterminer quelle combinaison donnera le maximum de carbone extrait de l’atmosphère.»

Et donc, un géochimiste, un hydrologue, un physiologiste végétal et un scientifique social entrent dans un laboratoire. Basés près des quais de Dublin, ils disposent de six chambres de contrôle climatique de trois mètres de haut. Les chambres sont remplies de terre et de cendres. Des instruments sont introduits pour surveiller l’équilibre chimique et mesurer comment différentes compositions interagissent avec les plantes à l’essai.

«  Si nous trouvons une solution de géo-ingénierie, éthiquement, nous ne voudrons peut-être pas aller de l’avant avec elle  »
– PROF JENNIFER MCELWAIN

N’importe quel climat dans le monde peut être introduit dans le laboratoire à l’intérieur de ces chambres. Le comportement des plantes dans les badlands américains peut être comparé aux prairies irlandaises. Même les conditions de Mars pourraient être imitées. Il y a un contrôle complet des cycles jour-nuit, de la chaleur et de l’humidité. Les chercheurs peuvent étudier comment créer le piège à carbone optimal. Ils peuvent observer ce que font les silicates et comment les cendres affectent le processus.

Une fois ces résultats connus, l’équipe se déplacera vers des parcelles expérimentales sur le terrain, vérifiant constamment les aspects scientifiques et sociaux. Quelles sont les pratiques agricoles actuellement en place? Quel serait l’impact de cette science sur ces pratiques? Mesurer la présence de magnésium dans le ruissellement ne suffit pas – la question centrale est de savoir ce que ce ruissellement de magnésium signifierait pour la terre et ses habitants.

Bien avant la construction des imposantes chambres climatiques de McElwain, elle s’est rendue en Sicile afin de voir les cendres volcaniques dans son lieu de repos – des histoires de lave vieille de 2000 ans par rapport à son frère plus âgé de 20000 ans. Nichées dans cette roche volcanique se trouvent les plantes et les cendres qui pourraient être la clé de la crise climatique.

«On peut lire des choses dans un livre, mais je continue de m’inspirer d’avoir été en Sicile avec un volcanologue. Je vais lire sur une famille de plantes en particulier et mon esprit pensera immédiatement à voir cette plante sur les pentes les plus extrêmes de [Mount] Etna, exposé au soufre et aux cendres nues, pas de terre. Et je pense, mon Dieu, à cette famille de plantes – comment fait-elle cela? Comment concentre-t-il différents métaux lourds? Comment survit-il? »

Elle a ajouté: «Je devrais dire tout d’abord, l’étape la plus importante est que nous arrêtons de brûler des combustibles fossiles et passons à la technologie de l’énergie verte. C’est le numéro un, et si nous trouvons une solution de géo-ingénierie, nous ne voudrons peut-être pas aller de l’avant d’un point de vue éthique. » Cela peut sembler une contradiction compte tenu du temps, des efforts et des ressources investis dans le travail, mais cela souligne la façon dont iCRAG réfute un modèle de la tour d’ivoire de la science et s’efforce de savoir comment leurs solutions affecteront le monde réel et ses habitants.

Marier le social à la science

Des questions difficiles comme celles-ci sont la raison pour laquelle le professeur Murray Hitzman dirige l’iCRAG. Alors qu’il continuerait à démontrer un éventail mondial d’expérience à la fois académique et industrielle en géologie ,. La qualification initiale de Hitzman était un baccalauréat en géologie et anthropologie du Dartmouth College en 1976. Ses études sur les minéraux étaient secondaires à sa fascination pour la culture et son évolution. Dans un effort pour se rendre au Guatemala pour une étude d’anthropologie sous-financée, Hitzman a accepté une excursion géologique plus facilement financée dans la même région. Et donc il a étudié les deux – trouvant plus d’intégration et de pertinence qu’il ne s’y attendait.

Cette origine des sciences sociales est au cœur de la philosophie désormais fondamentale d’iCRAG. L’utilisation des minéraux et leur extraction du sol a un impact massif sur une société et son développement. Depuis sa création, iCRAG a été repensé en tant que groupe qui pourrait montrer la voie en matière de décarbonisation – un «exercice non trivial», a déclaré Hitzman.

«La plupart des gens ne pensent qu’à l’aspect énergétique, et c’est vraiment compliqué. Mais de tous les matériaux nécessaires… nous devons reconstruire les bâtiments pour les rendre économes en énergie. Nous devons refaire nos flottes de transport pour les faire fonctionner avec de nouveaux types d’énergie. Toutes ces choses, la quantité de matériaux dont nous aurons besoin, sont stupéfiantes. Comment faire cela sans foirer la planète? C’est difficile mais c’est faisable.

Hitzman a décrit «l’électrochimie parfaite» du cobalt qui ne peut être égalée par aucun de ses pairs. Ce qui était autrefois considéré comme un sous-produit indésirable peut désormais être exploité pour ouvrir la voie à l’énergie renouvelable. Ses descriptions des bactéries mangeuses de soufre et de leurs habitudes comportementales sont remplies d’une passion profonde et d’une résonance avec son travail. Il est difficile de transmettre cela aux politiciens et aux décideurs, mais il a souligné l’importance de donner vie à cette science.

S’engager avec la Terre

La recherche acoustique sous-marine en est un exemple en Irlande. Bien que nous puissions considérer l’Irlande comme une masse continentale, la frontière nationale s’étend loin dans l’océan. Pour cartographier cela, un gros canon est utilisé pour faire un jet d’air («un gros« pop »sous l’eau») qui exerce une pression sur le fond de l’océan. Cela va dans la terre et rebondit. Ces rebonds sont mesurés et le fond marin est cartographié.

Bien que ces explosions ne puissent être entendues à la surface, on s’inquiétait de ce que le processus ferait sur la vie marine. L’effet de l’acoustique forte sur les populations de marsouins, de baleines et de poissons ne relevait pas de la compétence des géologues, c’est pourquoi l’iCRAG a embauché des biologistes marins pour enquêter, amenant la recherche à être interrompue jusqu’à ce que l’on en sache plus. La stratification causée par la température et la salinité signifie que le son se déplace à des vitesses différentes. Non seulement cela, mais tout comme à la surface de la Terre, le fond de l’océan a des canyons, des montagnes et une topographie. Et tout comme elles le feraient au-dessus du niveau de la mer, ces vallées résonnent sous l’eau.

Les nouveaux problèmes nécessitent de nouvelles solutions. Plutôt que de perturber la faune en utilisant des méthodes traditionnelles sur le terrain, l’iCRAG a plutôt utilisé les sons naturels de la terre pour créer des cartes similaires.

Alors que les activités sismiques et les ondes océaniques génèrent des vibrations, les chercheurs affinent ce «  battement de cœur de la planète  » à l’aide de capteurs dans un tube de force en titane. Ces capteurs sont conçus pour flotter à la surface de l’eau une fois leur déploiement terminé, leur permettant d’être collectés sans perturber la vie marine. Nommés avec l’aide d’écoliers irlandais dans le cadre d’un programme d’engagement du public, des capteurs tels qu’Allód, Quakey et Wilson reviennent aux chercheurs avec un minimum de déchets et aucune interférence avec la faune – puisant dans le monde naturel sans le perturber.

«  La science sans l’adhésion de la société n’a pas de sens  »
– PROF MURRAY HITZMAN

En faisant référence aux Annals of the Former World, l’œuvre lauréate du prix Pulitzer de John McPhee sur la géologie de l’Amérique du Nord, Hitzman s’illumine. Il dit que l’auteur a fait des sommes colossales pour donner vie à la géologie pour le public profane. L’idée de préservation contre conservation, et comment extraire les ressources nécessaires pour aider l’environnement mondial, est au cœur des écrits de McPhee sur l’écologiste David Brower.

McPhee a apporté une étincelle au sujet et une considération humaine que Hitzman a intégrée dans sa propre approche. Les roches se déplacent lentement et les gens se déplacent rapidement, mais le travail du directeur d’iCRAG est d’anticiper les deux et de s’ajuster en conséquence.

Il a dit: «La science sans l’adhésion de la société n’a pas de sens. Vous devez marier les sciences sociales, la psychologie et le comportement des gens avec les connaissances scientifiques. » Parfois, cela implique de nommer des capteurs océaniques en titane dans la salle de classe pour donner vie à la recherche. D’autres fois, il s’agit de fusionner des ressources anciennes comme les cendres volcaniques avec des pratiques agricoles modernes.

Cependant, tout le travail consiste à reconnaître que la Terre est loin d’être inerte et, grâce à la science géologique, nous pouvons répondre aux besoins de la planète et de tous ceux qui l’habitent.

Par Sam Cox

Sam Cox a été nommé lauréat de la science et de la technologie aux National Student Media Awards 2020 (Smedias). Cette catégorie de prix est parrainée par Science Foundation Ireland et comprend une bourse de 1000 € pour soutenir et encourager le journalisme scientifique et technologique en plein essor.

Les Smedias 2021 sont désormais ouverts aux inscriptions. La date limite de dépôt des candidatures est le 15 avril 2021.

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