Ce modèle d'estuaire se compose de six sections adjacentes. Les murs séparant chaque section sont couverts de barreaux en acier dans lesquels ont été aménagé des entailles larges de 60 cm afin de permettre aux animaux et à l'eau de se déplacer entre les sections.

Pour maximaliser la diversité des espèces, différents types de communautés ont été introduites dans chacune des six sections marécageuses. Dans ce milieu, les amateurs de vie microscopique, de vivarium ainsi que les aquariophiles passionnés par les cyclidés et autres poissons d'eau douces seraient dans leur univers !

L'extrémité montagneuse du modèle contient un étang d'eau douce circulaire (59 m²). Taxodium distichum, Annona glabra, Salix caroliniana et Myrica cerifera sont les arbres dominants. Le marais oligohalin (32 m²) constitue la zone de transition entre les zones d'eau douce et les palétuviers. Ici l'Acrostichum danaeifolium, les Spartina spartinae, les Myrica cerifera et les Laguncularia racemosa sont les plantes dominantes.

La zone des palétuviers (52 m²) est située dans un marais salé représentant le début du milieu véritablement marin. Cette section est dominée par le Rhizophora et le Laguncularia racemosa.

La section dite noire des palétuviers (72 m²) est dominée par des Avicennia germinans. Les deux sections nordiques, le compartiment des huître (91 m²) et la frange des palétuviers rouges (129 m²) sont dominés par des arbres de l'espèce Rhizophora.

A gauche, un gros plan sur les hautes herbes poussant dans le biome des marais. A droite, fermant l'océan, à 40 mètres au fond du bassin on aperçoit les marais ainsi que la savane au-dessus de la falaise.

Depuis qu'il est en équilibre, le système des marais a été colonisé par des écrevisses, des escargots, des poissons moustiques, des killies, des mollies, des crabes de boue et de palétuviers, des crevettes, des amphipodes, des éponges et des anémones.

La diversité de la faune subit un déclin il y a quelques années, phénomène peut-être provoqué en réaction à l'isolement du bassin et à l'absence de marées.

Le désert

Le désert représente le gradient des climats et de la végétation d'une région équatoriale humide à subtropicale aride dont le but est de maintenir une biodiversité aussi élevée que possible.

Ce biome est utilisé pour étudier la fluctuation des activités biologiques en réponse aux précipitations, ainsi qu'aux projets de recherche des étudiants. Mais n'ayez crainte, scorpions, arraignées sauteuses et serpents vénimeux n'ont pas été introduits dans ce milieu !

A long terme il peut être transformé en prairie aride (compétition C3/C4) en collaboration avec le USDA.

Sa forme permet d'étudier un tapis onduleux relativement simple de végétation rassemblant un patchwork de différents types de sol et de régimes d'irrigation.

Vue générale et gros-plan sur la végétation du biome du désert.

Le désert est divisé en deux zones : le désert inférieur ou zone semi-désertique (voir plus bas) et le désert supérieur.

Son fonctionnement en circuit fermé est idéal pour calibrer les taux d'échange gazeux. Il permet aussi d'évaluer les différentes concentrations des flux de gaz carbonés en fonction de l'efficacité et de la croissance photosynthétique (à partir d'isotope distribués dans l'atmosphère et les sols).

Lorsqu'il fonctionne en mode semi-perméable le secteur désertique reçoit directement de l'air frais tandis que l'air vicié s'échappe par la forêt pluvieuse grâce à un ventilateur capable de brasser jusqu'à 280 m³ par minute. L'air peut aussi être renouvelé dans le système mécanique de filtrage.

Le semi-désert

Le secteur semi-désertique situé en contre-bas du désert a été conçu par Tony L. Burgess pour simuler la limite aride du biome de la savane caractérisé par des hivers secs aux pluies erratiques et des étés pluvieux. Pour le différencier du désert il supporte des précipitations fraîches durant l'hiver et des sécheresses intenses en été. Cela permet de préserver son caractère subtropical aride tout en maintenant la biodiversité dans ce secteur.

Cette zone a été prévue à l'origine pour faire partie du biome de la savane, mais des raisons de conception et de changement d'objectif l'ont progressivement séparé du reste de la savane.

La position du semi-désert à côté du biome du désert a exigé qu'il soit divisé en deux parties : le semi-désert supérieur situé au-dessus de la salle d'épuration et le semi-désert inférieur situé entre la salle d'épuration et le marais d'eau douce. Le semi-désert supérieur simule un dépôt relativement âgé constitué de matière volcanique similaire à celle que l'on retrouve à Sonora au Mexique.

La flore des biomes semi-aride et désertique : une fleur, une Kalanchoe beharensis de Madagascar, un cactus Stenocereus peruvianus et une Aloe vera.

La majeure partie du semi-désert inférieur simule un gisement côtier stabilisé de dunes typique de Sonora, de Baja Californie, du sud du Chili ou du sud-ouest de Madagascar. Des cônes volcaniques simulés par des talus ont été construits le long du côté occidental du semi-désert inférieur pour créer un habitat supplémentaire aux petits animaux et assurer une transition logique vers les falaises artificielles de rochers situés en-dessous du semi-désert supérieur.

Les plantes ont été collectées à proximité d'Alamos et de Sonora, deux villes localisées à la limite entre le semi-désert et la forêt tropicale à feuilles caduques de Sinaloan.

En raison de leur disponibilité, la plupart des plantes semi-désertiques sont des espèces de Sonoran : Bursera grandifolia (torote mulato), Jatropha cordata (torote de vaca), Fouquieria macdougalii (palo adan) et des arbres hauts de 6 m comme les Erythrina flabelliformis (haricot de corail) qui ont été transplantés racines nues dans la zone semi-désertique de Biosphère 2.

D'autres espèces ont été plantées encore juvéniles tandis que certaines plantes succulentes malgaches ont été achetées dans le commerce pour accroître la biodiversité (Alluaudia ascendens, Uncarina sp., Xerisicyos anguyit, Aloe vaombe).

Actuellement la végétation s'est développée au point que sa canopy ressemble aux sites prototypes tandis que les espèces qui peuplent les bois semblent capables de résister à l'invasion potentielle des hautes herbes de la savane.

La biodiversité semble être élevée bien qu'il n'y ait eu aucune comparaison formelle avec d'autres sites semi-désertiques.

Profils techniques

Systèmes de contrôle et de gestion. Biosphère 2 est géré à partir d'une salle de contrôle high-tech au look futuriste. Ce centre nerveux jouxte la serre de verre et fonctionne évidemment en permanence.

Rayonnement solaire. Situé à une altitude de 1200 mètres au-dessus de niveau de la mer à la latitude de 32.5° N en Arizona méridional, Biosphère 2 subit les régimes d'une région tempérée désertique. Le verre absorbe pratiquement tout le rayonnement UV et grâce aux composants structurels le rayonnement photosynthétique actif (RPA) est réduit d'environ 55%. Mais la latitude de ce système est telle que le RPA est d'environ 15 moles/m² par jour en hiver et de 25 moles/m² par jour en été, des valeurs supérieures aux flux qui s'établissent dans une serre chaude ordinaire rendant Biosphère 2 propice aux recherches.

Biosphère 2 produit sa propre énergie et gère les flux d'air et de gaz depuis un centre de contrôle ultra-moderne. De gauche à droite, le centre de commande, l'un des deux "poumons" à volume variable, la centrale électrique et les canalisations installées sous la serre.

Gaz atmosphériques. Une série de capteurs (analyseurs de gaz carbonique, température, humidité relative et luminosité) sont utilisées à l'intérieur de la serre pour surveiller la composition de l'atmosphérique et des conditions climatiques.

Chaque mésocosme terrestre isolé est équipé d'un injecteur de gaz carbonique et d'un système d'extraction d'air vicié dont la pression partielle de CO₂ peut varier entre 400 et 1200 ppm. Actuellement la serre contient une concentration de quelque 571 ppm de gaz carbonique, similaire à ce que devrait contenir l'atmosphère terrestre d'ici 2050 ans selon les prévisions, histoire d'évaluer les réactions de la biosphère dans de telles conditions.

Le chemin suivi par la circulation de l'air dans Biosphère 2 ne permet pas d'isoler les biomes de la savane, du semi-désert et des marais afin d'étudier les échanges gazeux. Ils sont uniquement maintenus pour d'autres projets de recherche, des démonstrations et à des fins didactiques.

Un système de surveillance continu des gaz extrait l'air vicié à raison de 5 litres/min de la forêt pluvieuse, de la savane, du désert ainsi que des zones agricoles et d'un laboratoire externe.

Des rideaux sombres permettent d'occulter à la demande la forêt pluvieuse tandis que trois sections de la zone de sylviculture intensive peuvent recevoir trois concentrations différentes de gaz carbonique. Quand la forêt pluvieuse est occultée, l'échange d'air se produit à un taux d'approximativement 1.4% par heure (nov.1997).

Vue générale des modules d'habitation, d'un appartement et de la bibliothèque.

Pression. Lorsque Biosphère 2 fonctionne en circuit fermé, la pression atmosphérique interne est maintenue aussi proche que possible de la pression extérieure grâce à l'utilisation de deux chambres à volume variable baptisées les poumons de Biosphère 2, situés sur les côtés est et ouest du bâtiment. Par sa géométrie variable, cette infrastructure permet d'éviter d'endommager la structure de verre lors de changements trop brutaux de pression ou de température.

Biosphère 2 est le système le plus hermétique jamais construit. Durant les deux premières années de fonctionnement le taux de fuite était de 7% par an.

Biosphère 2 contient également tous les modules qu'impose une vie estudiantine ou de recherche en communauté : il dispose d'une zone d'habitat, une salle de repos, une bibliothèque et bien sûr des services d'intendance.

Projets scientifiques et éducatifs