Dans un marais à marée sur la rive de la baie de Chesapeake, des dizaines d'enceintes transparentes s'étendent au-dessus des roseaux et des herbes, ressemblant à des cosses high-tech plantées par un vaisseau spatial extraterrestre. À peine audibles sur le bourdonnement des insectes, les moteurs alimentent des ventilateurs en bourdonnant, baignant les plantes à l'intérieur des chambres avec du dioxyde de carbone.
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Zones humides au Smithsonian Environmental Research Center. (Adam Langley, SI) 
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Pour les scientifiques du Smithsonian Environmental Research Center (SERC) d’Edgewater, dans le Maryland, c’est le marais du futur, une série d’expériences inhabituelles visant à simuler les effets du changement climatique et de la pollution de l’eau sur un écosystème vital. «Ce que nous étudions ici, c’est étudier les processus des plantes pour prévoir les conditions de zones humides telles que celle-ci - et les zones humides soumises aux marées partout - dans environ 100 ans», déclare Patrick Megonigal, scientifique au centre, alors qu’il avance sur un trottoir le marais de 166 acres.
L’étude de terrain, issue d’une expérience commencée en 1987, est la seule du genre à l’échelle mondiale qui examine les effets de multiples facteurs tels que les polluants de l’air et de l’eau sur les zones humides soumises aux marées - des écosystèmes en crise qui deviendront encore plus importants en tant que tampon contre la les tempêtes et l'élévation du niveau de la mer qui devraient accompagner le réchauffement climatique.
Fabriqué à partir de tuyaux en PVC et de feuilles de plastique transparentes, chaque enceinte à toit ouvert est le microcosme d’un marais attaqué. Une fois par mois, les scientifiques de SERC injectent de l'eau riche en azote dans le sol à l'intérieur des enceintes, reproduisant ainsi le ruissellement d'engrais qui s'infiltre de plus en plus dans des étendues d'eau comme le Chesapeake. Les plantes sont exposées à une concentration de dioxyde de carbone environ deux fois plus élevée que celle de l'atmosphère actuelle; Les scientifiques ont prédit que le niveau supérieur deviendra la norme d'ici 2100, en grande partie à cause de la combustion de combustibles fossiles. Le gaz provient des mêmes réservoirs que ceux utilisés dans les machines à boissons gazeuses. «Notre fournisseur nous dit que nous utilisons plus de CO2 que Camden Yards», déclare Megonigal à propos du stade de baseball des Baltimore Orioles. "En fait, j'ai calculé le nombre de sodas et c'est impressionnant: environ 14 millions de bouteilles de 16 onces."
Les plantes ont bien sûr besoin de dioxyde de carbone et d'azote. Des études de la SERC ont notamment révélé que certaines espèces végétales croissaient plus rapidement lorsqu'elles étaient exposées à une concentration plus élevée de CO2 et d'azote, tandis que d'autres ne réagissaient que très peu, une dynamique susceptible de modifier la composition générale du marais. Néanmoins, il est difficile de prévoir les conséquences. Ces nutriments en excès stimulent la croissance des plantes et la formation des sols, ce qui pourrait contrecarrer l'élévation du niveau de la mer. Mais l'azote stimule également l'activité microbienne, accélérant la décomposition de la biomasse dans le sol et réduisant la capacité de la zone humide à servir de puits de carbone pour compenser les émissions de dioxyde de carbone.
Dernièrement, les chercheurs étudient un troisième risque environnemental: une espèce envahissante. L'herbe haute et plumeuse, Phragmites australis, a été introduite d'Europe à la fin du XIXe siècle grâce à son utilisation comme matériau d'emballage à bord des navires. Contrairement à la souche indigène de phragmites, la version européenne est devenue l’un des envahisseurs les plus redoutés de l’est des États-Unis, déplaçant agressivement les espèces indigènes. Dans les marais de la SERC, les phragmites invasives couvrent maintenant 45 acres, soit environ 22 fois plus qu'en 1972.
Dans des expériences en serre, Megonigal et ses collègues ont constaté que la pollution de l’air et de l’eau était une aubaine pour les phragmites européens. Avec des niveaux élevés de dioxyde de carbone, ses feuilles étaient plus épaisses, permettant une croissance globale plus rapide sans plus d'eau; avec une teneur élevée en azote, il a consacré moins d’énergie à la croissance des racines et davantage à la croissance des pousses. Il était «plus robuste dans presque tous les caractères de plantes que nous avons mesurés, tels que la taille et le taux de croissance», dit Megonigal.
Dans les salles du marais, les expériences de Phragmites semblent constituer une fenêtre sur un avenir peu souhaitable: une tempête parfaite de changement climatique, de pollution de l'eau et une espèce exotique sur le point de frapper les zones humides de haut en bas de la côte est. Selon Megonigal, une invasion de phragmites "a un effet en cascade, avec des implications pour les réseaux trophiques et la biodiversité de la vie sauvage en général".
