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Le blog scientifique vulgarisé de la Faculté des géosciences et de l'environnement

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  • La couverture médiatique de la recherche sur le changement climatique ne provoquerait pas l’envie d’agir 

    La couverture médiatique de la recherche sur le changement climatique ne provoquerait pas l’envie d’agir 

    Marie-Elodie Perga, Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Le traitement médiatique des avancées scientifiques sur les enjeux climatiques ne serait pas à même d’activer les mécanismes connus en psychologie pour déclencher une action chez les individus et les groupes.

    Telle est la conclusion d’une étude menée par des scientifiques de sciences sociales et de géosciences de l’Université de Lausanne (UNIL).

    La planète se réchauffe à cause des activités humaines et les conséquences seront dévastatrices pour tous les êtres vivants, y compris les humains : à l’heure actuelle, nul ne peut prétendre passer à côté de cette information. Comment les revues scientifiques et les médias relayent-t-ils la recherche liée à ces thématiques ? Les angles des articles sont-ils efficaces pour provoquer chez les gens l’envie d’agir face à cette réalité ? 

    Dans une étude publiée dans Global Environmental Change, des scientifiques de l’UNIL spécialisé·e·s en géosciences et en psychologie se sont penché·e·s sur ces questions. Une analyse de la collection des quelque 50’000 parutions scientifiques de l’année 2020 sur le changement du climat a été menée, pour identifier lesquelles, dans cet imposant corpus, ont reçu des échos dans les médias grand public. Résultat : la majorité des recherches relayées sont issues des sciences naturelles, et étaient focalisées sur des projections climatiques de large ampleur et qui se produiront dans le futur – menaces sur les ours polaires, sécheresse et fonte des glaciers, notamment. Or ce type de narration ne permettrait pas d’activer les mécanismes connus en psychologie pour engager des comportements pro-environnementaux chez les lecteurs. Cette sélection pourrait même à l’inverse provoquer le déni et l’évitement.  

    Présenter le problème, mais aussi les solutions

    L’étude parle ainsi d’une possible réaction de distanciation de la part du public, découlant de cette approche globalisante. « Les individus exposés à ces faits, ne se sentant pas directement concernés, tendront vers un traitement périphérique, superficiel et distrait de l’information. Or seule une prise en considération centrale, profonde et attentive permet au public de transformer ce qu’il sait en mécanismes d’action et d’engagement », explique Fabrizio Butera, professeur à l’Institut de psychologie de l’UNIL, et co-auteur de l’étude. Marie-Elodie Perga, professeure à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre de l’UNIL et co-autrice de l’article ajoute : « Si le but d’une recherche donnée est d’avoir un impact sociétal, alors il semble que nous appuyions sur tous les boutons qui ne fonctionnent pas ». 

    Si le but d’une recherche donnée est d’avoir un impact sociétal, alors il semble que nous appuyions sur tous les boutons qui ne fonctionnent pas

    Marie-Elodie Perga, Professeure à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Les menaces de grande ampleur susciteraient par ailleurs la peur. Or, comme le rappelle Fabrizio Butera : « les recherches sur le comportement humain démontrent que la peur peut entraîner un changement de comportement chez les individus et les groupes, mais à condition que le problème présenté soit accompagné de solutions ».  Face à des articles purement descriptifs, le public aura ainsi tendance à occulter le problème, rechercher de l’information moins anxiogène et s’entourer de réseaux qui lui présentent une réalité plus sereine.  

    Recherche, revues scientifiques et média

    Que faire alors, pour communiquer de façon efficace, encourageante, permettant d’engager toute la société dans des processus d’action ? « Le traitement des sujets environnementaux de manière transversale et axée sur les solutions serait utile. Il s’agirait de montrer que le changement climatique a des conséquences directes sur nos modes de vie, notre environnement immédiat ou nos finances, par exemple », illustre Marie-Elodie Perga. Une approche qui impliquerait tant les responsables de communication des institutions de recherche que les publications scientifiques, en passant par les médias.  

    « Pour l’instant, les publications scientifiques les plus renommées privilégient les études avec des projections pour la fin du siècle », explique-t-elle encore. « Les journalistes couvrent ensuite très largement les parutions de ces revues, qui sont les mieux cotées. »

    Perspectives 

    Le débat sur le traitement des questions climatiques est déjà présent au sein du monde médiatique « En France, par exemple, un collectif de journalistes a mis au point une charte prônant l’adaptation du traitement médiatique de ces questions, et appelant à plus de transversalité. », évoque Marie-Elodie Perga « Notre étude est un appel à l’interdisciplinarité et à l’action. Isolément, un être humain n’aura pas d’impact, mais des actions collectives sont très efficaces. Il existe des solutions, mais il faudrait les mettre en lumière, au-delà des initiatives locales ».  

    Cette recherche a été facilitée par le biais du Centre pour l’impact et l’action climatique (CLIMACT), affilié à l’UNIL et l’EPFL. CLIMACT a pour mission de promouvoir des solutions systémiques pour lutter contre les changements climatiques. Il collabore avec le monde politique, médiatique et culturel pour renforcer le dialogue entre la science et la société.

    Bibliographie
  • Un « mode d’emploi » pour intégrer les espèces dans la restauration de la biodiversité 

    Un « mode d’emploi » pour intégrer les espèces dans la restauration de la biodiversité 

    Un écosystème de forêt fluviale dans le nord de la Californie, aux États-Unis, dans l’aire de répartition historique du castor américain (Castor canadensis). L’intégration des ingénieurs d’écosystème dans les décisions de restauration et de gestion peut conduire à de meilleurs résultats pour le fonctionnement de l’écosystème. (Crédit Photo : © Understory)

    Par leur simple présence, certaines espèces, plantes ou animales peuvent fortement modifier le paysage, créer de nouveaux habitats pour la faune et augmenter la biodiversité. A l’Université de Lausanne (UNIL), des scientifiques ont mis au point une « boîte à outil » décrivant les mécanismes et conséquences liés à l’introduction de ces « ingénieurs des écosystèmes ». Cette feuille de route est destinée aux agences environnementales et aux responsables de programme de conservation, notamment. Elle vise à permettre l’intégration de ces espèces dans les projets de conservation de la biodiversité, quel que soit l’écosystème.

    Gianalberto Losapio, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)

    De manière générale, dans les écosystèmes, toutes les espèces interagissent les unes avec les autres et avec leur environnement, participant ainsi au fonctionnement du milieu. Certaines espèces exercent cependant une influence bien plus importante que d’autres sur leurs semblables et sur l’environnement. On les appelle les ingénieurs des écosystèmes. 

    L’un des exemples le plus connu est celui du castor. En construisant des barrages, les castors modifient le débit des cours d’eau et transforment les écosystèmes terrestres en zone humide, entraînant toute une cascade de processus et l’arrivée de nouveaux animaux. Or si les cas particuliers sont bien documentés, les mécanismes à l’œuvre dans leur globalité ne sont pas encore bien compris. 

    En collaboration avec une équipe de Stanford, des scientifiques de l’UNIL ont mis au point une «boîte à outil» pour prédire et mesurer l’influence des espèces sur les écosystèmes, selon différentes conditions. Cette feuille de route pourrait être utilisée par différents acteurs tels que les gestionnaires de zones protégées, les agences environnementales ou les responsables de programme de conservation et de restauration. Le but étant d’inclure les ingénieurs des écosystèmes dans les processus de préservation de la biodiversité, et de maintien des écosystèmes. Leur «review» a été publiée dans le journal Functional Ecology.

    De l’observation à l’élaboration d’une marche à suivre

    Pour établir ce cadre, les scientifiques ont procédé en plusieurs étapes. D’abord, il a fallu collecter les connaissances et la littérature concernant les ingénieurs des écosystèmes. Sur cette base, les chercheuses et chercheurs ont développé un cadre permettant de modéliser les effets des espèces, puis de les quantifier. Enfin, ils ont mis au point une marche à suivre pour permettre d’inclure autant que possible ces régulateurs naturels sur le terrain. 

    « Ce guide vise à aider spécialistes et les collectivités à se poser les bonnes questions lors de la mise en place de programmes de conservation. Par exemple : quel est le but à atteindre ? Quelles sont les caractéristiques du terrain, ainsi que le contexte spatial ? », explique Gianalberto Losapio, chercheur à la Faculté des géosciences et de l’environnement de l’UNIL et auteur principal de l’étude. « Si vous souhaitez réintroduire une espèce spécifique de poisson dans un milieu, par exemple, vous ne pouvez pas simplement apporter les animaux dans le lieu choisi, il faut réfléchir de façon plus globale », illustre-t-il. Le « guide » fournit également des outils pour évaluer l’impact des actions menées, de sorte à adapter l’activité, si besoin. « Certains projets de restauration finissent par être abandonnées car les arbres qui ont été plantés meurent, ou les espèces introduites ne peuvent pas survivre », ajoute le chercheur. « Nous pensons qu’une approche globale aura plus de chances de réussir ». 

    Référence bibliographique
    • G. Losapio, L. Genes, C. J. Knight, T. N. McFadden, L. Pavan, Monitoring and modelling the effects of ecosystem engineers on ecosystem functioning, Functional Ecology, 2 avril 2023
      doi.org/10.1111/1365-2435.14315
  • Des phénomènes d’oxydation auraient eu lieu bien plus tôt que pensé sur la planète

    Des phénomènes d’oxydation auraient eu lieu bien plus tôt que pensé sur la planète

    Johanna Marin Carbonne et Juliette Dupeyron (© Bastien Ruols, UNIL)

    En analysant des milliers de données émanant d’échantillons de roches vieilles de 3,8 à 1,8 milliardsd’années, une équipe de scientifiques de l’UNIL a démontré que le phénomène de l’oxydation du fer se serait produit bien plus tôt que ce que l’on pensait sur la terre. Cette découverte pose beaucoup d’interrogations. Quelle est la cause de cette oxydation ? Des bactéries ? De l’oxygène ?

    De quand date l’apparition de l’oxygène sur la Terre ? D’après le consensus scientifique, il se serait massivement accumulé dans l’atmosphère il y a près de 2,4 milliards d’années, oxydant son environnement. Avant cet événement, les hypothèses traditionnelles considèrent qu’il n’existait pratiquement aucun phénomène d’oxydation. 

    A l’Université de Lausanne (UNIL), des scientifiques ont donc été surpris d’observer des traces d’oxydation de fer dans des roches datant de -3,8 à -1,8 milliards d’années, soit bien avant ce que l’on nomme communément « la grande oxydation ». Les résultats ont été publiés dans Earth and Planetary Science Letters. 

    Un échantillon en cours d’analyse (© Bastien Ruols, UNIL)

    Derrière cette découverte se trouve une méthode d’analyse novatrice utilisée par les scientifiques. Grâce à cette approche inédite, ils ont pu analyser des grains de minéraux d’une taille allant jusqu’à 5 microns, et étudier un panel de roches bien plus large que ce que permettent les méthodes classiques. « J’avais dans mes tiroirs différents types de roches très anciennes que j’avais collectées au fil des années, en provenance d’Australie, d’Afrique du Sud et du Gabon », explique Johanna Marin Carbonne, co-auteure de l’étude et professeure à la Faculté des géosciences et de l’environnement de l’UNIL. « Dans un premier temps, nous les avons analysées avec cette méthode prometteuse, ce qui n’avait jamais été fait à cette échelle. » La chercheuse Juliette Dupeyron, alors étudiante en Master et aujourd’hui doctorante à l’Institut des sciences de la Terre, s’est ensuite attelée à compiler ces données et dégager des tendances. Elle a débouché sur ces résultats inattendus. 

    Deux hypothèses à départager

    Que signifient ces nouvelles données ? Que ces roches anciennes ont été confrontées à un oxydant bien avant l’apparition massive de l’oxygène. Trois hypothèses se dessinent pour l’instant. Le fer aurait pu être oxydé par de la lumière UV; par des micro-organismes tels que des bactéries ; ou par de l’oxygène, produit par des bactéries. « Le scénario des rayons UV a probablement eu lieu, mais dans de faibles proportions et ne serait pas suffisant pour expliquer nos observations », commente Juliette Dupeyron, première auteure de l’étude. Quant aux deux hypothèses suivantes, il n’est pas possible de les départager en l’état actuel des choses. « Ce qui est certain, c’est que ces résultats interrogent. Ils posent des questions par rapport aux modèles actuels, en particulier, quant à la date des débuts de l’oxygénation sur terre ». 

    Tout reste cependant à découvrir. « Nous aimerions que d’autres études scientifiques soient menées, afin de creuser cette découverte », déclare la chercheuse. « Il y a encore énormément de travail à réaliser afin de faire la lumière sur ces observations ». Johanna Marin-Carbonne ajoute : « Seuls 10% des roches de cet âge-là sont disponibles actuellement pour les scientifiques. Ainsi, il est difficile de reconstituer avec certitude tous les phénomènes qui ont eu lieu à cette époque. »

    Les techniques derrière cette découverte 

    Traditionnellement, les scientifiques utilisent, pour l’analyse des roches anciennes, la méthode de la spectrométrie de masse à source plasma (MC-ICP-MS), une méthode qui nécessite de séparer le minéral d’intérêt, ici la pyrite, du reste de la roche, puis de passer par différents procédés chimiques pour récupérer l’élément chimique souhaité, le fer. L’inconvénient, c’est que l’analyse de roches pauvres en pyrite est fastidieuse, ce qui a limité les études précédentes à un seul type de roche. 

    Utilisées dans cette étude, les techniques de spectrométrie de masse à ions secondaires (SIMS) et à ablation laser (LA-MC-ICP-MS) ouvrent quant à elles de nouvelles portes car elles permettent d’analyser des grains de minéraux de l’ordre du micron, et peuvent ainsi s’appliquer à panel de roches bien plus large. Enfin, elles offrent la possibilité d’étudier directement la surface de l’échantillon, sans besoin de séparer le minéral d’intérêt du reste de la roche, préservant ainsi l’organisation de la roche. 

    De quelles roches parle-t-on ?

    Les roches portent la marque de leurs interactions passées avec leur environnement. En analysant des roches très anciennes, il est possible de retracer leur évolution et d’en déduire les phénomènes environnementaux des différentes époques. Dans cette étude, les scientifiques s’intéressent à la présence de grains de pyrite dans les roches, qui est un minéral contenant du soufre et du fer. La composition chimique du fer – sa composition isotopique, plus précisément- contient en effet des informations très importantes pour comprendre le passé.   

    Référence bibliographique 
  • « Il ne faut pas attendre les rapports du GIEC, mais agir immédiatement »

    « Il ne faut pas attendre les rapports du GIEC, mais agir immédiatement »

    © Grégoire Mariéthoz, UNIL

    Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) s’est réuni à Interlaken pour adopter la synthèse de 7 ans de travaux sur le réchauffement climatique, entamés en 2015. Ces textes seront un point d’appui majeur pour la COP28, qui se tiendra en décembre à Dubaï. Le point avec Julia Steinberger et Samuel Jaccard, deux professeur·e·s de la Faculté des géosciences et de l’environnement de l’UNIL, qui sont également experts du GIEC.  

    Julia Steinberger, Institut de géographie et durabilité

    Julia Steinberger est professeure à l’Institut de géographie et durabilité (IGD) de l’UNIL. Elle est auteure principale groupe du travail III du GIEC publié le 4 avril 2022, et co-directrice académique du Centre pour l’impact et l’action climatique (CLIMACT).

    Samuel Jaccard, Institut des sciences de la Terre

    Samuel Jaccard est professeur à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de l’UNIL. Il est auteur principal du groupe de travail I du GIEC et professeur affilié au Centre pour l’impact et l’action climatique (CLIMACT).

    Quel est le contenu et l’enjeu principal de cette synthèse ?

    Julia Steinberger : La synthèse est le résumé des messages principaux des 6 rapports récents du GIEC qui forment le « 6th Assessment Report » ou AR6 (voir image ci-dessous).

    Ce sont trois rapports spéciaux (1,5 degrés, océans et cryosphère, terres) et les trois rapports des groupes de travail (science physique, impacts et adaptation, atténuation). Chacun de ces rapports a apporté des messages d’envergure importante, et la synthèse a pour objectif de les condenser à l’essentiel. 

    En résumé, le réchauffement climatique est réel. Il est causé par les activités humaines (surtout la combustion d’énergies fossiles (gaz, pétrole, charbon) et l’agriculture-déforestation). Les impacts du réchauffement sont déjà visibles et dangereux, à la fois pour les sociétés humaines et la biodiversité, dans toutes les régions du monde (terres, océans, cryosphère), avec une intensification des évènements climatiques extrêmes clairement causés par le réchauffement. Les impacts vont continuellement s’aggraver jusqu’au moment où le réchauffement sera stabilisé. Il est possible dans certains cas de s’adapter aux impacts du réchauffement, mais au-delà de 2 degrés, même cette adaptation partielle ne sera plus possible. 

    « La diminution de la demande énergétique, et une alimentation dominée par les plantes permettraient aux renouvelables d’approvisionner l’entièreté de la demande énergétique, tout en garantissant un niveau de vie décent à tous. »

    Julia Steinberger

    Les politiques actuelles des gouvernements nous amèneraient, cependant, autour de 3 degrés de réchauffement d’ici la fin du siècle. Pour respecter l’accord de Paris et rester le plus proche possible des 1,5 degrés, il faudrait diminuer les émissions de moitié d’ici 2030 et les amener proche de zéro (nettes) d’ici 2050. Il faut donc immédiatement et massivement réduire les émissions, car chaque dixième de degré compte. Les énergies renouvelables sont maintenant moins chères au kilowatt-heure que les énergies fossiles (moyenne mondiale). La diminution de la demande énergétique, et une alimentation dominée par les plantes, sont porteuses d’espoir, car elles permettraient aux énergies renouvelables d’approvisionner l’entièreté de la demande énergétique, tout en garantissant un niveau de vie décent à tous. 

    Samuel Jaccard : En ce qui concerne le premier volet du rapport (bases physiques du changement climatique), les connaissances, bien qu’incomplètes, sont suffisantes depuis des années pour démontrer que le dérèglement climatique est directement associé aux activités anthropiques et que ces activités ont des conséquences néfastes sur les écosystèmes et la biodiversité. De plus, il est maintenant établi que le dérèglement climatique est la principale cause des événements climatiques extrêmes (inondations, sécheresse, canicule) dont on a beaucoup parlé dans les médias ces dernières années. 

    Voilà des années que les experts internationaux sonnent l’alarme, sans que des actions suffisantes ne soient entreprises. Quelles sont vos attentes face à cette publication ? 

    J.S : Il existe énormément de résultats scientifiques qui sont publiés chaque jour, et le « Emissions Gap Report » du PNUE est publié toutes les années. L’inaction des politiques, entreprises et citoyens (je pense notamment au fait, dans l’académique, de prendre l’avion à l’autre bout du monde pour faire une intervention d’un quart d’heure) ne relève pas du manque d’information provenant du monde scientifique, mais de la désinformation et de la corruption de nos politiques par les lobbys fossiles, pour dire les choses très clairement.

    S.J : Le rapport de synthèse ne présente en tant que tel, aucune nouvelle conclusion, on peut toutefois espérer que sa publication permette de remettre l’attention médiatique/politique sur la question climatique, tout en comprenant bien sûr que ce n’est pas le seul sujet qui touche la population en ce moment

    « Il faut atteindre une situation de zéro émission nette le plus rapidement possible, globalement. »

    Samuel Jaccard

    Est-il encore temps d’agir et de combien de temps disposons-nous ?

    J.S : C’est comme demander s’il est trop tard d’arrêter de nous cogner sur la tête. Bien sûr que nous aurions mieux fait d’arrêter les émissions plus tôt, mais chaque Gigatonne, tonne et kilogramme d’émissions empêchée sera toujours bénéfique pour notre avenir. Chaque fraction de degré de réchauffement compte. Le message n’est pas de se focaliser sur une année, ou d’essayer de se donner la permission de ne plus rien faire, comme pourrait le suggérer cette question. Notre obligation, en tant qu’humains, est de réduire les émissions à zéro aussi rapidement que possible. Un point c’est tout.

    S.J : Bien sûr qu’il est encore temps d’agir. Cela dit, il faut bien avoir en tête le fait que le temps qui passe ne joue pas en notre faveur. Il faut des actions concrètes, durable et concertées internationalement, afin de peut-être pouvoir mettre en œuvre des mesures efficaces qui permettent de stabiliser, puis de diminuer les émissions de gaz à effet de serre. Il faut atteindre une situation de zéro émission nette le plus rapidement possible, globalement.

    Quelle est la prochaine importante étape pour le GIEC selon vous ? 

    J.S : Il ne faut pas se fixer sur le GIEC. Son travail est important mais bien trop lent. Nous ferions mieux de nous focaliser sur l’action. En Suisse, nous avons une loi climat à faire passer, et énormément d’efforts à faire sur nos propres émissions (par exemple notre parc automobile, composé de SUVs bien trop lourds, est un des plus polluants d’Europe). La vaste majorité de nos institutions économiques, à commencer par la Banque Nationale Suisse, refusent de désinvestir des énergies fossiles. Il ne faut pas attendre les rapports du GIEC, mais agir immédiatement. C’est cela, le message principal.

    S.J : En principe, le GIEC devrait être mandaté pour produire un 7e rapport d’évaluation d’ici à quelques années. J’espère que le focus sera mis pour les aspects adaptation, mitigation, afin d’offrir des solutions tangibles aux décideurs politiques qui permettront de réduire durablement les émissions.

  • Le charriage sédimentaire dans les cours d’eau de montagne. Application de nouvelles méthodes de mesure

    Le charriage sédimentaire dans les cours d’eau de montagne. Application de nouvelles méthodes de mesure

    Thèse en sciences de l’environnement, soutenue le 10 mars 2023 par Gilles Antoniazza, rattaché à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST) de la FGSE.

    Le charriage représente le transport par les cours d’eau de la fraction la plus grossière des sédiments, par roulement, glissement ou saltation des particules dans le fond du lit des rivières. Le charriage, particulièrement important dans les environnements de montagne, est un enjeu majeur pour la gestion durable des bassins versants alpins. Il représente à la fois une contrainte pour les activités humaines en étant un moteur d’érosion et de dépôt du lit et des berges, qui peuvent conduire à des dégâts importants de biens et de personnes. Mais il est également une composante importante de l’écologie fluviale et alluviale, qui doit impérativement être maintenue. Afin de développer des politiques équilibrées et durables de gestion des bassins versants de montagne, des mesures et prédictions précises du charriage de sédiments par les cours d’eau sont donc nécessaires. 

     Malgré les enjeux qu’il représente, le charriage reste un processus extrêmement difficile à mesurer et à prédire correctement. La physique du processus est complexe, et le manque de techniques de mesure de terrain fiables et abordables a également limité les progrès dans la discipline, ce qui implique que la dynamique du charriage dans les bassins versants de montagne est finalement très mal connue. Les développements récents, notamment dans les techniques acoustiques et sismiques, ont toutefois un potentiel majeur pour la mesure du charriage dans les rivières alpines. Le but de cette thèse de doctorat a été de développer plus avant les connaissances sur ces nouvelles technologies, et de les appliquer afin d’étendre notre compréhension des flux sédimentaires dans les bassins versants de montagne. 

    Les résultats de cette thèse ont amélioré les connaissances sur la mesure acoustique et sismique du charriage dans les rivières de montagne, permettant d’obtenir des séries temporelles continues et fiables du processus. L’analyse de ces données a conduit au gain de nouvelles connaissances sur la dynamique du charriage dans les bassins versants de montagne. Nous avons notamment pu identifier les principaux moteurs hydrologiques du charriage (fonte de neige, pluie, événements mixtes) pour des bassins versants alpins dont le régime hydrologique est dominé par la fonte de neige. Ceci améliore notre capacité à prédire les événements de charriage dans les conditions climatiques actuelles, mais également dans un contexte de changement climatique et de ses effets sur l’hydrologie des régions de montagne. Nous avons par ailleurs, pour la première fois, pu décrire avec précision la dynamique d’un événement de charriage monitoré avec un réseau dense de capteurs distribués dans un bassin versant alpin. Cette approche présente un potentiel majeur en vue de l’amélioration des prédictions de charriage, une étape nécessaire pour la mise en place d’une gestion équilibrée et durable des bassins versants de montagne.

  • Euchélicères du biote de Fezouata : révélation de l’histoire évolutive précoce du groupe

    Euchélicères du biote de Fezouata : révélation de l’histoire évolutive précoce du groupe

    Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 17 février 2022 par Lorenzo Lustri, rattaché à l’Institut de sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.

    Les animaux les plus abondants sur Terre sont les arthropodes. Ces derniers regroupent : insectes, crustacés, mille-pattes, araignées et de nombreux autres groupes éteints tels que les trilobites. Les arthropodes sont des animaux ayant connu un immense succès évolutif étant apparus il y a plus de 500 millions d’années, durant la période du Cambrien. Dès leur apparition, ils ont dominé les écosystèmes marins au sein desquels ils étaient l’un des constituants majeurs des communautés faunistiques.

    Parmi eux, les chélicérates sont rapidement devenus des prédateurs importants au spin de ces écosystèmes précoces. Les chélicérates modernes regroupent notamment les araignées et les scorpions, mais de nombreux anciens chélicérates, aujourd’hui disparus, étaient entièrement aquatiques et comprenaient des prédateurs au sommet de la chaîne alimentaire tels que les scorpions géants de mer, qui se sont éteints à la fin du Permien, il y a 252 millions d’années.

    Au cours de l’Ordovicien (il y a 485 à 443 millions d’années), une diversification biologique majeure s’est déroulée durant laquelle est apparu un autre membre iconique au sein des chélicérates, les limules (Xiphosurida). Les limules sont communément appelés « fossiles vivants » dû au fait que leur anatomie est restée presque inchangée durant les derniers 445 millions d’années, depuis leur apparition jusqu’à nos jours, où quatre espèces peuplent toujours les océans.

    Datant de I’Ordovicien Inférieur (environ 478 millions d’années), le site fossilifère marocain du biote de Fezouata a fourni deux nouvelles espèces éteintes de limules. Ce site est un « Konservat-Lagerstritte », l’un des rares sites fossilifères dans lequel une préservation exceptionnelle des tissus mous des animaux a été possible. Ces deux nouvelles espèces du biote de Fezouata représentent les plus anciennes limules connues à ce jour et constituent dès lors une mine d’informations concernant l’évolution anatomique basale de ce groupe.

    L’une de ces espèces (nomen nudum 1) appartient à un groupe particulier ressemblant aux limules, les synziphosurines. Ce nouveau synziphosurine du biote de Fezouata met en lumière l’évolution des membres et de l’architecture corporelle des chélicérates, permettant de mettre en évidence la transition qui s’est déroulée au sein des chélicérates passant d’un corps avec des appendices constitués de deux parties distinctes (biramé) à des appendices constitués d’une seule partie (uniramé). Cette nouvelle espèce témoigne également de l’évolution de la segmentation du corps chez les chélicérates. De plus, de nouveaux fossiles appartenant à une espèce plus jeune déjà décrite de synziphosurines (Bunaia woodwardi) des USA a également été étudiée. Les nouvelles données anatomiques découvertes sur ces fossiles confirment I’histoire suggérée par les fossiles provenant du biote de Fezouata. C’est d’autant plus vrai concernant la partie terminale du corps des chélicérates.

    L’autre nouvelle espèce de limule (nomen nudum 2) du biote de Fezouata atteste pour la première fois de la présence d’yeux rétractiles pédonculés chez les limules, et elle fournit également des indications sur l’évolution du système respiratoire de ce groupe. La présence de tels organes chez les limules n’avait jamais été documentée et remet en cause le fait que ces animaux soient considérés comme des « fossiles vivants ».

    Finalement, le comportement, I’habitat et le développement de cette espèce (numen nudum2) ont été examinés. Cette thèse a étudié le développement et les comportements de ces animaux en lien avec les différents paléoenvironnements où ces fossiles ont été découverts. Bien que les résultats de cette étude aillent à l’encontre de l’idée selon laquelle ces animaux n’ont anatomiquement pas changé depuis leur apparition, leur habitat et leur mode de vie, comprenant une migration vers des eaux peu profondes dans le but de se reproduire et grandir pour ensuite migrer à nouveau vers des eaux profondes à l’âge adulte, sont restés inchangés depuis I’apparition du groupe, ll y a 478 millions d’années de cela.

  • Expédition maritime au large de Vancouver : première étape pour mieux comprendre le cycle du chrome dans les océans

    Expédition maritime au large de Vancouver : première étape pour mieux comprendre le cycle du chrome dans les océans

    Isabelle Baconnais, Institut des sciences de la Terre

    Isabelle Baconnais, membre du groupe de recherche BOAT (Laboratory for Biological Oceanography Across Time, Institut des sciences de la Terre – ISTE), a mené en octobre 2022 une expédition maritime au large de Vancouver.

    Elle y a récolté divers échantillons d’eau de mer et de particules en suspension afin de mesurer leur teneur en chrome. Son objectif est de déterminer si cet élément pourrait fonctionner comme un traceur de l’activité des pompes biologiques marines, qui ont un rôle important dans le cycle du carbone océanique.

    Ces pompes permettent en effet de transformer et déplacer le CO2 dissous des eaux de surface au fond des océans, aidant ainsi à la régulation du climat de la planète. Une quantification plus précise de la capacité des pompes biologiques à transporter le CO2 dans les eaux profondes permettrait de mieux prédire leur rôle dans la régulation du changement climatique.

    Les océans couvrent plus de 70% de la surface de la Terre. Ils influencent considérablement le climat, notamment via l’absorption du gaz carbonique atmosphérique (CO2), l’un des principaux gaz à effet de serre. Les microorganismes photosynthétiques (phytoplanctons) situés dans les eaux de surface utilisent le CO2 dissous dans l’eau pour le transformer en carbone organique, à l’instar des plantes terrestres. Le phytoplancton est ensuite ingéré par d’autres organismes, et une partie de ce carbone organique « coule » au fond de l’océan avec les excréments ou les cadavres. Les procédés biologiques participant à la séquestration du carbone dans les océans sont décrits sous le nom de pompe à carbone biologique (biological carbon pump, BCP). Cette pompe est essentielle à l’équilibre climatique. Depuis le début de l’ère industrielle, elle a déjà permis d’absorber environ un tiers des émissions de CO2 liées à la combustion d’énergies fossiles.

    source : ocean-climate.org

    Plusieurs équipes scientifiques essaient d’évaluer dans quelle mesure l’activité de ces BCP est, ou pourrait être, impactée par le changement climatique et inversement. Les modélisations sont difficiles à réaliser car elles sont liées à de nombreuses incertitudes (changement de la circulation des masses d’eau ou des apports de nutriments vers l’Océan par exemple). L’utilisation du carbone même comme traceur de la BCP est limitée par sa présence en forte concentration dans les océans, et par son utilisation dans divers processus physiques et biologiques (photosynthèse, respiration, dissolution etc.) qui ne permettent pas de distinguer et quantifier facilement les processus spécifiquement liés à la BCP.

    Un intérêt s’est récemment porté sur le chrome et sa relation avec le transport du carbone vers les eaux profondes dans les océans. Cependant, on ne dispose actuellement d’aucune mesure directe du chrome dans les particules marines pour confirmer cette dernière connexion (voir encadré). Isabelle Baconnais mène une recherche afin de combler cette lacune.

    La chercheuse nous décrit ci-dessous son expédition au large de Vancouver pour récolter des échantillons d’eau de mer et de particules en suspension (photos de Maxime Curchod).

    Un automne à Vancouver

    En octobre 2022, nous sommes montés à bord des aéroglisseurs SIYAY et MOYTEL de la Garde côtière canadienne, pour six jours passionnants dans le détroit de Georgia et Saanich Inlet, dans le Pacifique Est canadien. Le détroit de Georgia est un environnement dynamique qui sépare la ville de Vancouver de la pittoresque île du même nom. Saanich Inlet est un fjord partiellement anoxique (avec peu d’oxygène dissous dans l’eau) de l’île de Vancouver.  

    Le site de Vancouver offrait l’opportunité de collaborer avec des scientifiques de l’Université de Colombie Britannique (UBC). Le laboratoire du professeur Roger François a notamment fourni les pompes utilisées pour la récolte des particules en suspension. Son équipe (soit Maureen Soon) a également facilité le contact avec les gardes côtes pour l’organisation des sorties en mer. Le matériel et l’expérience mis à disposition sur place ont grandement contribué à la réussite de cette phase d’échantillonnage.

    L’équipe de scientifiques lausannois et canadiens sur le pont de l’aéroglisseurs SIYAY.
    De gauche à droite : Isabelle Baconnais, Edward Mason (étudiant à UBC, derrière), Roger François (professeur à UBC, devant), Maxime Curchod (étudiant de la FGSE), Lisa Kester, Nicole McHugh et Morgan Griffith (étudiants à UBC). Deux membres de l’incroyable équipe des garde-côtes en arrière-plan.

    Chaque matin, nous arrivons à la base des garde-côtes pour trouver l’aéroglisseur massif qui nous attend sur l’asphalte. Une fois que les gardes et les scientifiques ont fini de charger leur équipement respectif, l’aéroglisseur se gonfle et se retrouve sur l’eau en un clin d’œil. Il se déplace si rapidement et le courant d’air est tel qu’il nous est interdit de sortir de la cabine durant le trajet, de peur que nous soyons emportés par-dessus bord. En contrepartie, nous arrivons rapidement sur notre site d’études et commençons à échantillonner dans la fraîcheur matinale d’automne de la côte ouest canadienne. Nous avons été particulièrement chanceux concernant la météo, puisqu’il a fait beau durant pratiquement tout le séjour.

    Aéroglisseur des gardes côtes de Vancouver : ces engins peuvent se mettre très rapidement à l’eau et voguent à grande vitesse. Ils sont équipés de treuils et câbles permettant de plonger les lourdes pompes nécessaires à l’échantillonnage des particules marines. Les sorties en mer ont été réalisées sur trois fois deux jours.

    Travailler avec les garde-côtes signifie que les missions de secours ont la préséance sur l’échantillonnage. En cas d’appel d’urgence, tout l’équipement d’échantillonnage doit être ramené à bord et sécurisé afin de partir au plus vite. Ceci ne s’est heureusement produit qu’une fois durant toute la campagne de récolte, et dans ce cas précis, nous avons pu nous remettre à l’échantillonnage rapidement.  

    Échantillonnage en pleine mer

    Sous le regard curieux des saumons, des baleines et des otaries, nous procédons au prélèvement d’échantillons : nous immergeons les pompes d’une trentaine de kilos chacune à des profondeurs préalablement définies, au travers desquelles passent des centaines de litres d’eau de mer dont les particules en suspension sont récupérées sur des filtres. Nous récoltons également de l’eau de mer dans des bouteilles de 20 litres spécialement conçues pour l’échantillonnage de métaux sensibles aux contaminations, que nous appelons des bouteilles Go-Flo. Nous répartissons l’eau dans des flacons spécifiques qui serviront à différentes analyses (salinité et oxygène de l’eau, concentration de cadmium, concentration de chrome dissous, concentration en carbone organique particulaire).

      Récolte d’échantillons d’eau de mer à partir des bouteilles Go-Flo. Les flacons doivent être bien identifiés selon les différentes mesures auxquelles ils serviront. Les bouteilles Go-Flo sont accrochées sur une ligne et immergées dans l’eau, chacune a une profondeur définie. Un système de clapet permet de les fermer pour piéger l’eau de mer qu’ils contiennent. Ces bouteilles sont fabriquées sans éléments métalliques afin de ne pas contaminer les échantillons. De manière générale, tout le matériel entrant en contact avec l’eau récoltée (treuils, récipients etc…) doit être traité pour éviter les contaminations métalliques des échantillons.

    Le temps exceptionnellement chaud du début de l’automne 2022 a entraîné une activité biologique élevée. Les filtres récupérés dans les eaux de surface en ont témoigné, avec leur couleur beige à verdâtre, et leur odeur de sushi. L’échantillonnage le plus remarquable a eu lieu dans les eaux profondes de Saanich Inlet, où le manque d’oxygène pouvait être détecté directement à partir de la forte odeur d’œuf pourri dégagée par l’eau récoltée, caractéristique de la production de sulfure d’hydrogène H2S en milieux anoxiques.

    Deux orques, natives de la région, nous joignent dans notre échantillonnage, profitant de l’abondance de nourriture offerte par une arrière-saison clémente.
    Différence de couleur des filtres à Saanich Inlet qui reflète la composition variée des particules marines : des eaux de surface riches en production biologique (à gauche) aux eaux de fond anoxiques sous 140 m de profondeur (à droite).  Les filtres échantillonnés à 90 m et 125 m sont enrichis en oxides de fer et de manganèse, leur donnant leur couleur rougeâtre.  

    Pourquoi cet intérêt pour le chrome ? 

    Le chrome est un élément qui se trouve en trace dans l’eau de mer, dans des concentrations de l’ordre de 0.0000001 g par litre d’eau de mer Sa concentration et son isotopie varient en fonction de sa répartition entre chrome 6 (Cr(VI)) et chrome 3 (Cr(III)). Le Cr(VI) reste préférentiellement sous forme dissoute dans l’eau de mer, alors que le Cr(III) isotopiquement plus léger et formé par réduction naturelle du Cr(VI), a tendance à s’adsorber sur les particules marines.

    La mesure des concentrations et des rapports isotopiques du chrome dissous a permis d’observer la perte de chrome dans les eaux de surface et leur reminéralisation en profondeur, qui semblent liées à l’activité biologique en surface et au cycle des particules marines. Il manque actuellement des mesures directes du chrome dans les particules marines pour confirmer ces observations. 

    Cette étude, et plus largement le projet SCriPT (voir réf. en bas de l’article), visent à établir une méthode de mesure de la concentration et des rapports isotopiques du chrome dans les particules marines afin de potentiellement utiliser le chrome comme traceur du flux de carbone vers les eaux profondes, en d’autres termes, de l’activité de la BCP océanique.

    Premier objectif atteint

    Malgré les difficultés techniques rencontrées au cours de ce voyage (fonctionnement parfois aléatoire des pompes filtrantes), l’échantillonnage a été globalement réussi concernant à la fois la quantité et la qualité des eaux et particules récoltées. Il s’agit maintenant de mesurer le chrome et ses rapports isotopiques contenus dans ces échantillons de manière précise. Des protocoles existent pour le chrome dissous dans l’eau, mais il faut établir celui pour le dosage du chrome fixé sur les particules en suspension. Ces échantillons représentent les premiers pas vers une compréhension plus poussée du cycle du chrome dans les océans. 

    Le chrome, qui n’est pas utilisé dans des processus biologiques, deviendrait donc un excellent traceur des particules qui entrainent le carbone des eaux de surface vers les eaux profondes, et par conséquent, un indicateur des variations de la BCP dues à l’impact du changement climatique.

    Pour en savoir plus

    Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet de recherche européen Horizon2020 SCrIPT : Stable Chromium Isotopes as a Productivity Tracer (projet obtenu par le professeur Samuel Jaccard de l’Institut des sciences de la Terre)

  • Development of a method for testing neurotoxicity of organophosphate pesticides on behavior in early developmental stages in X. laevis

    Development of a method for testing neurotoxicity of organophosphate pesticides on behavior in early developmental stages in X. laevis

    Thèse en sciences de l’environnement, soutenue le 24 mars 2023 par Laurent Boualit, rattaché à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST) de la FGSE.

    L’utilisation de molécules neurotoxiques dans Ia protection des cultures contre les nuisibles a connu un essor depuis les années 30. Bien que très efficaces contre les insectes, ces molécules présentent un risque environnemental en raison de leur impact sur des espèces non-cibles.

    De nombreux outils biochimiques et basés sur la culture cellulaire ont été développés afin de mettre rapidement en évidence le caractère neurotoxique de ces molécules. Néanmoins, ces outils ne permettent pas de prédire les impacts au niveau de l’individu et leur pertinence écologique est donc faible.

    Le trait ciblé par les neurotoxiques est le comportement. Chez l’animal, le comportement est une composante très connectée aux processus écologiques (par ex: taux de survie, reproduction) et il est possible de nos jours de connaître l’impact d’une altération comportementale sur la dynamique d’une population. Malgré cela, l’intérêt pour l’écotoxicologie comportementale n’a connu un essor que depuis le début des années 2000. En conséquence, peu de méthodes ont été développées afin de caractériser et de quantifier ces altérations et de nombreux chercheurs recommandent d’implémenter des mesures comportementales aux tests actuels ou de développer de nouvelles méthodes permettant de mesurer des métriques comportementaux.

    Parallèlement aux traits comportementaux, il est aussi recommandé de mesurer des traits permettant de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents de ces altérations. Les amphibiens semblent être de bons candidats pour étudier les impacts environnementaux des pesticides organophosphorés, en raison du déclin global auquel ils font face, de leur présence dans les zones agricoles et de l’importance de leur comportement.

    Le but de ce travail a été de développer un protocole permettant de mettre en évidence l’impact des OPI sur le comportement de nage des larves chez X. laevis. Ces mesures comportementales eéaient également accompagnée de mesures de traits biochimiques, morphologiques et d’histoire de vie.

    Pour tester cette méthode, nous avons utilisé comme molécules modèles le diazinon et le chlorpyrifos. Les résultats ont démontré une forte altération du système nerveux par les deux pesticides mais étonnamment, seul l’exposition au chlorpyrifos a engendré des altérations du comportement. La méthode parait prometteuse et d’autres OPI devraient être testés afin de pouvoir tester sa capacité à mesurer ces altérations chez tous les OPI.

  • Production, circulation and application of scientific knowledge: forest hydrology and policy-making in Chile

    Production, circulation and application of scientific knowledge: forest hydrology and policy-making in Chile

    Thèse en sciences de l’environnement, soutenue le 21 février 2023 par Astrid Oppliger Uribe, rattachée à l’Institut de géographie et durabilité (IGD) de la FGSE.

    Les forêts et les communautés végétales jouent un rôle clé dans la régulation du cycle hydrologique. Au cours des dernières décennies, les plantations forestières d’espèces d’Eucalyptus – ou de Pinus et d’Acacias – sont devenues prédominantes dans les paysages de nombreux pays et ont suscité des inquiétudes quant à leurs effets sur la disponibilité de l’eau. Le phénomène est devenu un sujet de controverse. C’est le cas au Chili, où, malgré l’existence d’un large éventail d’études internationales et nationales sur l’hydrologie forestière, la question reste contestée. Comme la connaissance scientifique joue un rôle clé dans le développement des sociétés, en fournissant, par exemple, la base de connaissances pour la prise de décision ou l’élaboration de politiques, la science de l’hydrologie forestière – qui étudie comment l’eau s’écoule à travers les forêts et les communautés végétales – pourrait aider à comprendre ces contestations de la connaissance environnementale.

    Cette recherche a été initiée afin de comprendre la science de l’hydrologie forestière et pour savoir si, dans sa production sociale, sa circulation et son application de la connaissance, il était possible de trouver des raisons à ces contestations de l’eau et de la forêt. Pour ce faire, l’enquête s’appuie sur trois corpus de littérature :

    1. la science de l’hydrologie forestière,
    2. les études scientifiques,
    3. l’écologie politique.

    Empiriquement, cette recherche se base sur trois campagnes de terrain au Chili, en Afrique du Sud et en Australie. La méthode de recherche est structurée en trois phases. Premièrement, elle s’appuie sur une revue systématique de la littérature sur les Eucalyptus dans ces trois pays, revelant pour la science de l’hydrologie forestière. Les deuxième et troisième phase de la recherche se concentrent sur le Chili. Inspiré par des travaux interconnectant des sciences studies et l’écologie politique, la recherche opérationnalise la « théorie du champ » et le « cadre de la coalition de défense » en tant qu’outils théoriques pour analyser la production sociale, la circulation et l’application des connaissances scientifiques sur l’hydrologie forestière, sa gouvernance et s’utilisation dans l’élaboration des politiques. A cet égard, la science de l’hydrologie forestière et la politique du « Protocole de Plantation Forestière (PPF) » au Chili sont prises comme étude de cas.

    Les résultats sont présentés en trois chapitres. Premièrement, les résultats démontrent que la plupart des études scientifiques confirment que les Eucalyptus ont des taux d’utilisation de l’eau plus élevés que d’autres couvertures terrestres telles que les forêts ou arbustes sauvages, l’agriculture, les prairies, la végétation des zones humides et d’autres espèces d’arbres de plantation telles que Pinus radiata ou Acacias. Ces résultats hydrologiques sont valables indépendamment du fait que les Eucalyptus soient présents en tant qu’arbres indigènes ou non indigènes. L’examen suggère que les variations et les nuances dans ces résultats peuvent résulter de variations dans le design de l’étude, notamment sur les facteurs bioenvironnementaux et de gestion forestière.

    En deuxième lieu, la recherche sur la production et la circulation des connaissances dans le domaine de l’hydrologie forestière révèle que les académiciens, l’État et les entreprises forestières sont des producteurs de connaissances. Ces acteurs contribuent et contestent les connaissances de différentes manières. Certains acteurs gouvernementaux de haut niveau affirment ne pas être au courant de l’existence de la recherche en hydrologie forestière dans le pays. D’autres chercheurs, pour leur part, reconnaissent l’existence de plusieurs études sur l’hydrologie forestière et les effets des plantations forestières sur les ressources en eau. Mais certaines personnes remettent en question la légitimité et l’autorité scientifique de certaines études d’hydrologie forestière de différentes manières. Elle montre l’existence de deux tendances ou approches scientifiques dans le domaine de l’hydrologie forestière : l’approche écosystémique et l’approche hydrogéologique forestière. Elle démontre également que les relations politico-économiques externes dans lesquelles le domaine est intégré, façonnent la production et la circulation des connaissances en matière d’hydrologie forestière, et que certaines de ses pratiques remettent en question son autonomie relative.

    En troisième lieu, la recherche sur la circulation et l’application des connaissances en hydrologie forestière dans l’élaboration de la politique du PPF, démontre que les connaissances prises en compte sont une combinaison d’approches d’hydrogéologie forestière et de science des écosystèmes. Ces deux approches correspondent à deux coalitions opposées sur les questions de régulation des eaux et des sols dans le PPF : l’industrie forestière et les acteurs gouvernementaux, et chacun de leurs alliés. Cependant, la plupart des académiciens invités ont soutenu la coalition industrielle, et certains acteurs gouvernementaux l’ont également défendue. Il est démontré que certains académiciens nient la connaissance et génèrent le doute sur certains thèmes. Malgré cela, il est démontré que la connaissance scientifique a joué un rôle dans la production de la politique par la circulation et l’application d’articles scientifiques pour soutenir les résultats de la politique. Les voies du changement politique sont une combinaison d’événements externes (feux de forêt en 2017), d’un certain apprentissage et d’un processus de négociation où des critères socio-économiques sont également appliqués. La recherche montre également que les événements externes peuvent modifier relativement l’équilibre des pouvoirs de négociation, et que la politique ou les accords précédents peuvent établir stratégiquement les marges de négociation des résultats politiques.

    Cette étude théorique et empirique contribue à la littérature de trois manières. Premièrement, elle contribue à la compréhension des discussions sur l’hydrologie forestière. Deuxièmement, elle approfondit empiriquement et géographiquement la recherche en écologie politique et en études des sciences travaillant sur la production, la circulation et l’application des connaissances environnementales. Troisièmement, il contribue à enrichir le travail de l’écologie politique et des études scientifiques en opérationnalisant les concepts de « théorie du champ » et de « cadre de coalition de plaidoyer », en soulignant le rôle de la connaissance scientifique, sa gouvernance et sa fonction dans l’élaboration des politiques.

  • Trilobitomorphs from Fezouata biota and the Ordovician radiation

    Trilobitomorphs from Fezouata biota and the Ordovician radiation

    Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 21 février 2023 par Francesc Pérez Peris, rattaché à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.

    Les trilobites sont un groupe éteint d’animaux proche des insectes, crustacés, araignées, scolopendres et mille-pattes, plus communément appelés arthropodes. Les trilobites sont apparus dans les océans il y a près des 530 millions d’années avant de s’éteindre après un règne de plus de 250 millions d’années.

    Au sein de ces anciens écosystèmes, les trilobites étaient l’un des groupes d’organismes les plus florissant, ayant colonisé tous les types d’environnements marins, et dont les fossiles peuvent être trouvés de nos jours dans les roches du monde entier. Par conséquent, les trilobites jouent un rôle important dans la recherche visant à mieux comprendre l’origine des animaux et l’établissement des écosystèmes marins actuels.

    Deux événements majeurs ont influencés l’évolution des premiers animaux, l’explosion cambrienne (approximativement de 540 à 510 millions d’années) et la radiation ordovicienne (approximativement de 485 à 440 millions d’années).

    Au cours de l’explosion cambrienne, la majorité des groupes d’animaux est apparus en un laps de temps relativement court d’un point de vue géologique (environ 30 millions d’années). L’étude de cet événement majeur a été possible grâce à la découverte de sites fossilifères montrant des préservations exceptionnelles, dont les organismes sont souvent très complets allant même jusqu’à préserver intacts les tissus mous (peu résistants à l’épreuve du temps) à l’instar des habituelles parties dures telles que les coquilles qui sont très résistantes au passage du temps.

    Durant la radiation ordovicienne, les animaux ont vécu l’une des plus importantes bio-diversification de leur histoire. Cependant, de tels sites de préservation exceptionnelle, si utiles quant à la bonne compréhension de l’explosion cambrienne, sont rares durant l’Ordovicien. Par conséquent, notre connaissance vis-à-vis des changements au sein des anciens écosystèmes marins est incomplète.

    L’un des seuls sites permettant d’avoir une vue d’ensemble sur ces écosystèmes marins au cours de l’Ordovicien Inférieur (~ 481 millions d’années) sont les schistes de Fezouata, un site localisé au Maroc et caractérisé par une préservation exceptionnelle des fossiles. Les fossiles du biote de Fezouata sont dès lors fondamentaux quant à la compréhension des changements s’étant produits dans les débuts de l’histoire évolutive des animaux entre l’explosion cambrienne et la radiation ordovicienne.

    Cette thèse se concentre sur l’étude des trilobites de l’Ordovicien et sur un de leur proche cousin arthropode afin d’identifier les étapes majeures de l’évolution des arthropodes au début de la radiation ordovicienne. De nouveaux fossiles du biote de Fezouata ont été décrits, comprenant une nouvelle espèce d’un petit arthropode proche des trilobites, Tarricoia taragurtensis. La préservation partielle du système digestif a permis de faire des comparaisons avec l’anatomie du tube digestif d’autres arthropodes. De plus, les incroyables fossiles du biote de Fezouata ont révélé pour la première fois ce à quoi ressemblaient les pattes chez le trilobite Anacheirurus adserai. Bien que l’on soit dans l’Ordovicien, le tube digestif de Tarricola lazagurtensis ainsi que les pattes de Anacheirurus adserai sont très similaires à ce qui est connu chez des espèces du Cambrien, témoignant que la radiation ordovicienne était un lent processus qui a mis quelques millions d’années à démarrer.

    Cette thèse adopte ensuite une vision plus large de l’histoire évolutive des trilobites de l’Ordovicien afin de comprendre exactement comment, pourquoi et quand ces animaux se sont diversifiés durant la radiation ordovicienne. Dans cette optique, les relations entre différentes espèces de trilobites ont été étudiées afin de créer un arbre de la vie (connu comme arbre phylogénétique) pour un important sous-groupe de trilobites de l’Ordovicien. La reconstruction des relations entre différentes espèces de trilobites permet une compréhension plus en profondeur des étapes évolutives caractérisant leur histoire à l’Ordovicien.

    Finalement, cette thèse a jeté un oeil à la distribution autour du globe des différentes espèces de trilobites de l’Ordovicien, révélant le rôle joué par la géographie et la position des anciens continents durant la diversification des trilobites. Regardés simultanément, les résultats présentés lors de cette thèse suggèrent que l’Ordovicien Inférieur était une période de grands changements dans l’histoire évolutive des trilobites comme en témoignent les différents changements de morphologies, de distribution globale et de diversités observés au sein de ce groupe. Tous ces changements représentent le prélude à l’ensemble des diversifications que connaitra ce groupe durant la radiation ordovicienne.

  • COP15 : « Les mesures ne sont ni suffisantes, ni satisfaisantes »

    COP15 : « Les mesures ne sont ni suffisantes, ni satisfaisantes »

    Sabot de Vénus, une espèce menacée en Suisse (© Pascal Vittoz)

    Lors de la COP15, les pays du monde entier ont conclu un accord qualifié d’historique à Montréal. Ce pacte vise notamment à protéger 30% de la planète d’ici 2030, et à débloquer 30 milliards d’aide internationale annuelle pour la biodiversité. Bonne nouvelle ? Le point de vue de deux experts de la Faculté des géosciences et de l’environnement.

    Antoine Guisan, Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Antoine Guisan est chercheur à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre de la FGSE, et au Département d’écologie et évolution de la Faculté de biologie et médecine (FBM). Il est membre du Forum Biodiversité de l’Académie des sciences.

    Le pacte signé à l’issue de la COP15 contient une liste de mesures et d’objectifs, parmi lesquelles la création d’aires protégées sur 30% de la planète. Est-ce que c’est un programme réalisable ?

    Sur le principe, oui. Pour rappel, la partie « Vision 2050 sur la biodiversité » contient 4 objectifs principaux, qui visent à maintenir, améliorer et restaurer l’intégrité, la résilience et la connectivité des écosystèmes, mais aussi à stopper totalement l’extinction des espèces menacées, réduire par dix le risque d’extinction pour les autres espèces, et à restaurer l’abondance des espèces natives à des niveaux sains et résilients. 

    « Nous devons faire attention à ce que ces investissements aillent dans des solutions efficaces et ne servent pas, une fois de plus, à financer du « green washing ».  

    Antoine Guisan, Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Ce programme est ensuite complété par 23 objectifs plus ciblés (targets), établis pour 2030. La cible numéro 3 consiste en effet à conserver de manière effective 30% d’aires terrestres, d’eaux douces, côtières et marines d’importance pour la biodiversité. 

    Cependant, le texte est assez flou et permettra certainement des interprétations peu contraignantes.  Il faut savoir que, depuis la création de l’Union internationale pour la conservation de la nature (UICN) en 1948, de nombreux accords ont déjà été signés dans le passé pour améliorer la biodiversité. Pourtant, malgré tous ces pactes, la biodiversité n’a cessé de s’effondrer. La différence, aujourd’hui, c’est que nous atteignons un niveau de gravité vraiment très critique, qui menace notre propre survie à long-terme. On peut donc espérer que les gouvernements prennent cet accord au sérieux. 

    Par ailleurs, des sommes importantes ont été théoriquement dédiées par les parties prenantes pour affronter ces défis, avec des aides (30 milliards) qui devraient être octroyées par les pays riches aux pays ayant le moins de moyens. Il faudra voir comment les états utilisent ces fonds, et si cela peut inverser la tendance. Je pense que nous devons rester très prudents à ce stade. Il faut veiller à ce que ces investissements aillent dans des solutions efficaces, et ne servent pas, une fois de plus, à financer du « green washing ».  

    Les gouvernements se félicitent de cet accord. Pensez-vous que ce qui est proposé soit suffisant et satisfaisant ?

    Il me semble clair que ce n’est pas le cas : elles ne sont ni suffisantes, ni satisfaisantes. Mais au moins, il semble qu’il y ait une reconnaissance plus importante que jamais de la gravité et de l’urgence de la situation de la biodiversité à l’échelle planétaire. On peut espérer que cela fera aussi réfléchir les populations des différents pays, et que la pression ira grandissante pour enrayer le déclin actuel qui est, il faut le rappeler, vraiment très inquiétant. C’est aussi le cas en Suisse, pays qui a d’ailleurs terminé dernier de classe en Europe, avec le label « lanterne rouge », c’est-à-dire avec le moins de surfaces protégées et la plus grande proportion d’espèces menacées.  

    Quelles seraient selon vous les mesures complémentaires et prioritaires à prendre ? 

    Des mesures de protection réellement contraignantes sont nécessaires, alors que l’accord n’en contient quasiment aucune. Il faudrait qu’un organisme ait la charge de faire respecter les objectifs, ce qui est loin d’être le cas actuellement. 

    « Il faudrait mettre en place un tribunal international environnemental qui puisse juger les crimes environnementaux majeurs ».

    Antoine Guisan, Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Au contraire, il existe dans le nouveau pacte une mention claire quant à la souveraineté de chaque état en la matière. Enfin, la mise au point d’une déclaration du type de celle des droits humains, mais pour la nature, me semble indiquée, tout comme l’existence un tribunal international environnemental, qui puisse juger des états, des multinationales ou des personnes pour des crimes environnementaux majeurs. Nous en semblons toutefois très loin.

    Que signifie cet accord pour la Suisse ? Quel impact aura-t-il pour notre pays ?

    La Suisse était présente et active à la COP15 sur la biodiversité. Cela lui donne donc une certaine responsabilité morale par rapport aux principes édictés dans l’accord. Les 4 objectifs majeurs pour 2050 et les 23 objectifs spécifiques pour 2030 pourraient s’avérer des outils importants pour mieux guider la politique suisse. Il sera probablement plus difficile désormais de nier le problème de la biodiversité et de la faire passer systématiquement après les autres problèmes. Dans le contexte des changements climatiques et de la transition nécessaire vers des énergies non-fossiles et renouvelables, notamment, cela montre clairement que les solutions à développer ne doivent pas s’inscrire en porte-à-faux avec la conservation des écosystèmes et de la biodiversité. Puisse notre parlement l’entendre et l’intégrer dans la nouvelle politique énergétique.

    Pascal Vittoz, Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Pascal Vittoz est chercheur à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre de la FGSE et membre du Forum Biodiversité de l’Académie des Sciences.

    En parcourant la presse, l’impression générale qui se dégage est que les gouvernements font, à chaque fois qu’ils se réunissent, un pas de géant. Dans les faits, si l’on regarde en arrière, cela donne plutôt une impression de surplace. Bien des points soulignés dans l’accord de Kunming-Montréal figurent par exemple déjà dans la Convention sur la Biodiversité de 1992.

    Et l’histoire se répète. En 2002, les pays signataires de la Convention sur la biodiversité, réunis à Johannesburg, avaient décidé de réduire sensiblement l’érosion de la biodiversité d’ici à 2010. L’Europe, y compris la Suisse, s’étaient alors engagée à stopper cette érosion. Ce fut un échec tant en 2010 qu’en 2022. Cet objectif a maintenant été repoussé à 2050. 1 

    De même, si l’on revient sur quelques-uns des objectifs d’Aichi, résultats de la COP10 et signés en 2010, on remarque de grandes similitudes avec l’accord de la COP15. Ce qui change, ce sont les dates pour atteindre ces objectifs. Ainsi, les échéances sont passées de 2020 à 2030 ou 2050. Et nous sommes passés de 17% à 30% de surfaces protégées. Comme peu de pays ont atteint les 17%, et en tout cas pas la Suisse (7% actuellement), difficile d’y voir un progrès et d’espérer un avenir bien meilleur.

     « Nous avons besoin d’une vision large de la protection de la biodiversité, et cela sous-entend une gestion agricole qui fait de cette protection sa priorité. »

    Pascal Vittoz, Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Concernant ces 30% de zones à protéger énoncées dans l’accord, il faut être réaliste. En Europe, personne ne sait où les trouver. En Suisse, il serait possible de les situer en haute montagne. Cependant, cela ne serait guère utile, car les problèmes principaux ne se trouvent pas là, mais en plaine, autour de nous. Une vision large de la protection, est donc nécessaire, et elle sous-entend une gestion agricole ménageant la biodiversité, voire donnant la priorité à la biodiversité. La Suisse y réfléchit depuis quelques années avec une amélioration de son infrastructure écologique (mise en place d’un réseau de surfaces favorables à la biodiversité pour connecter les aires protégées). 

    Toutefois, cela va faire beaucoup d’agriculteurs à convaincre, beaucoup d’argent à investir et donc beaucoup de politiciens à persuader qu’il ne suffit pas d’augmenter le budget de l’OFEV d’une poignée de millions. Entre cantons et Confédération, des centaines de millions seront nécessaires. Inversement, il faut aussi revoir les subventions néfastes à la biodiversité, qui se chiffrent en milliards chaque année (voir Gubler et al. 2020). C’était d’ailleurs l’un des objectifs d’Aichi pour 2020, mais pour lequel la Suisse n’a (presque) rien fait. Tout comme la majorité des pays, qui se donnent maintenant quelques années de plus avec le nouvel accord.

    La biodiversité peut être protégée dans des surfaces exploitées par l’agriculture. En Europe, cette dernière est même souvent nécessaire pour conserver les espèces, comme celles liées aux prairies maigres. De même, la biodiversité peut être protégée dans des forêts labellisées FSC ou dans les mers avec une pêche artisanale. Mais cela nécessite d’être clair sur les objectifs visés en matière de protection, et d’assurer une gestion adaptée. Avec cet accord non-contraignant, il y a un grand risque de « green washing » en déclarant protégées des surfaces tout aussi mal utilisées qu’avant. 

    Au final, le point positif de ces grands rassemblements est surtout qu’on parle de biodiversité quelques jours dans la presse.  

    1 En 2010, le Forum Biodiversité avait fait le point de la situation pour la Suisse, avec la parution de l’ouvrage Evolution de la biodiversité en Suisse depuis 1900. Haupt, Berne. de Lachat et al. (2011 pour la version française).

  • Mieux prédire les vagues de chaleur, qui affectent toutes les zones habitées

    Mieux prédire les vagues de chaleur, qui affectent toutes les zones habitées

    Daniel Domeisen, Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Menaces majeures pour la santé humaine et les écosystèmes, les vagues de chaleur vont encore s’intensifier à l’avenir dans pratiquement toutes les régions habitées. Pour le moment, les modèles de prédiction n’utilisent pas tout leur potentiel.

    Parue dans Nature Reviews Earth & Environment et menée par une chercheuse de l’UNIL, une étude dresse un état des lieux des capacités de prédiction, émet des recommandations et avertit : il faut mettre au point des plans d’urgence globaux. 

    Quelques jours, voire quelques semaines. Telle est la capacité maximale des modèles actuels de prédiction des vagues de chaleur. Au-delà de cette période, il est seulement possible de fournir des estimations et de dessiner des tendances. Les modèles actuels n’utilisent pas tout leur potentiel de prévision. Dans ces conditions, il n’est pas possible d’anticiper correctement ces phénomènes, dont l’impact socio-économique est désastreux, et qui affectent tant l’humain que les écosystèmes.

    Dans une étude parue dans Nature Reviews Earth & Environment, une équipe de chercheuses et de chercheurs internationale fait un état des lieux des moyens de prédiction des vagues de chaleur, et émet des recommandations pour améliorer ces systèmes. 

    Ces prochaines années, les vagues de chaleur vont en effet devenir encore plus fréquentes, persistantes et intenses, impactant directement les forêts, l’agriculture, les infrastructures, la demande en énergie, les écosytèmes, le pergélissol et la santé humaine. Les chaleurs humides, qui s’intensifieront particulièrement en Asie du Sud, sont une menace réelle pour la vie des habitants. Il est donc crucial de pouvoir prédire ces événements.

    « Nous devons élaborer des modèles prédictifs plus performants pour soutenir la mise en place de plans d’actions efficaces dans toutes les régions, même celles qui ne sont habituellement pas concernées et donc peu préparées », commente Daniela Domeisen, professeure à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST), et première auteure de l’analyse. « Les mesures actuellement en place ne seront pas suffisantes pour faire face aux changements sans précédent qui se profilent », prédit-elle. « Tous les gouvernements doivent se préparer dès à présent ». 

    Côté recherche, les scientifiques recommandent de travailler à une meilleure compréhension des facteurs déterminants pour les vagues de chaleur, et une meilleure représentation dans les modèles. Ces améliorations incluent la dynamique de l’atmosphère, tout comme l’humidité de l’atmosphère et du sol. Il s’agit en outre d’établir une meilleure représentation des ondes atmosphériques stationnaires à grande échelle dans les modèles météorologiques et climatiques. Ces ondes déterminent les trajectoires des tempêtes, ainsi que la distribution de l’humidité et de la température dans les zones extratropicales. L’augmentation de la résolution dans les modèles de simulation des blocages est une autre piste à suivre. 

    De meilleures prédictions permettront de mettre en œuvre un plan d’action sur différentes échelles de temps. A court terme, cela implique la création de centres de refroidissement, des alertes à la population et des mesures de protection pour les groupes vulnérables. À l’échelle d’un mois ou d’une année, l’élaboration de plans d’action chaleur-santé et une collaboration accrue entre les décideurs, les services météorologiques et sanitaires. Enfin, en termes d’années ou de décennies, un travail en profondeur sur la planification urbaine et les infrastructures, et sur l’atténuation du changement climatique.

    L’équipe de chercheur souligne enfin que même si l’amélioration des mesures d’urgence permettra de sauver des vies, la priorité absolue reste la réduction drastique des gaz à effet de serre, pour garantir un futur durable.

    Les canicules constituent une menace considérable en Suisse également, avec une forte mortalité liée à la chaleur pendant les canicules d’été. Afin de faire face aux vagues de chaleur, le nouveau projet HEATaware, financé par le fonds commun CROSS de l’UNIL et de l’EPFL, sous la direction de Daniela Domeisen à l’UNIL et de Michael Lehning à l’EPFL, évaluera le potentiel des modèles météorologiques et climatiques pour prédire les vagues de chaleur dans les zones alpines et de basse altitude de la Suisse, ainsi que le potentiel d’émettre des alertes sur une gamme d’échelles de temps pour réduire la mortalité humaine due aux vagues de chaleur, en collaboration avec MétéoSuisse et l’Université de Berne. 

    Plus d’informations sur l’article

    Daniela I.V. Domeisen, Elfatih A.B. Eltahir, Erich M. Fischer, Reto Knutti, Sarah Perkins-Kirkpatrick, Christoph Schär, Sonia I. Seneviratne, Antje Weisheimer, and Heini Wernli, « Prediction and projection of heatwaves », Nature Reviews Earth & Environment

    Version complète de l’article: rdcu.be/c1xxk

    Plus d’information sur le projet HEATaware

    HEATaware
  • Un site fossilifère révèle que des arthropodes géants dominaient les mers il y a 470 millions d’années

    Un site fossilifère révèle que des arthropodes géants dominaient les mers il y a 470 millions d’années

    Menée par des chercheurs de l’UNIL, une équipe de scientifiques internationale a fait une découverte inédite sur un nouveau site fossilifère majeur au Maroc : des arthropodes géants – parents d’animaux modernes comme les crevettes, les insectes et les araignées – auraient dominé les mers il y a 470 millions d’années.

    Les fouilles ont été effectuées à Taichoute, au Maroc, sur un site autrefois sous-marin mais aujourd’hui désertique. Elles font état de nombreux arthropodes, qui ont la particularité d’être des « nageurs actifs », et de mesurer jusqu’à 2 mètres de long. Ces animaux géants dominent par ailleurs largement la faune de cette nouvelle zone fossilifère : ils composent près de 50% de la biodiversité observée.

    Les scientifiques à l’origine de cette découverte affirment que le site et ses fossiles sont très différents des autres sites du célèbre schiste de Fezouata, situés à 80 km de là et décrits et étudiés précédemment (voir ci-dessous). Ils ouvriraient ainsi de nouvelles voies à la recherche paléontologique et écologique. 

    « Tout est nouveau dans cette localité – sa sédimentologie, sa paléontologie et même la préservation des fossiles – ce qui souligne l’importance du biote de Fezouata pour compléter notre compréhension de la vie passée sur Terre », déclare l’auteur principal de l’étude, le Dr Farid Saleh, chercheur à l’Institut des sciences de la Terre de l’Université de Lausanne, et également rattaché à l’Université du Yunnan.

    La Prof. Xiaoya Ma, de l’Université d’Exeter et de l’Université du Yunnan, ajoute : « Les arthropodes géants que nous avons découverts n’ont pas encore été entièrement identifiés, certains peuvent appartenir à des espèces précédemment décrites dans le biote de Fezouata, et d’autres seront certainement de nouvelles espèces. Néanmoins, leur grande taille et leur mode de vie en nage libre suggèrent qu’ils ont joué un rôle unique dans ces écosystèmes. » 

    Ce n’est pas la première fois que des fossiles d’arthopodes sont découverts dans le biote de Fezouata. Cependant, lors des découvertes précédentes – dans la région de Zagora au Maroc – ces animaux nectoniques – c’est-à-dire des nageurs actifs – vivaient dans une mer peu profonde, et ne constituaient que 1 à 2% de la biodiversité observée.

    La nouvelle étude portant sur Taichoute révèle des fossiles préservés dans des sédiments plus jeunes de quelques millions d’années que ceux de la région de Zagora et dominés par des fragments d’arthropodes géants. 

    « Les carcasses ont été transportées dans un environnement marin relativement profond par des avalanches sous-marines. Cela contraste avec les découvertes précédentes de carcasses préservées dans des milieux moins profonds, et qui étaient enterrées sur place par des dépôts de tempête », déclare le Dr Romain Vaucher, de l’Université de Lausanne.

    La nouvelle étude apporte aussi des informations sur les rapports entre espèces. La Prof. Allison Daley de l’Université de Lausanne, ajoute : « Des animaux plus petits tels que des brachiopodes sont trouvés attachés à certains fragments des arthropodes géants. Cela indique que ces grandes carapaces servaient de réserves de nutriments pour la communauté vivant dans les fonds marins, une fois qu’ils étaient morts et gisaient sur le plancher océanique. »

    Co-auteur de l’article, le Dr Bertrand Lefebvre, de l’Université de Lyon, travaille sur le biote de Fezouata depuis deux décennies. Il conclut : « Le biote de Fezouata ne cesse de nous surprendre, avec de nouvelles découvertes inattendues ».

    L’article a été publié dans la revue Scientific Reports, qui fait partie du portfolio de Nature. 

    Le site de Fezouata

    Le grand site de Fezouata, au Maroc, a été sélectionné récemment comme l’un des 100 sites géologiques les plus importants au monde, en raison de son rôle clé pour la compréhension de l’évolution durant l’Ordovincien, il y a près de 470 millions d’années. De nombreuses zones ont déjà été passées sous la loupe.

    Situé à la frontière entre le Maroc et l’Algérie, le site de Tachoute fait partie du biote de Fezouata, mais il est localisé à 80 kilomètres au nord-est des zones déjà étudiées. C’est la première fois qu’il fait l’objet de recherches scientifiques.

  • À quel point le changement climatique est-il responsable de la libération de dépouilles et d’épaves dans les glaciers alpins ?

    À quel point le changement climatique est-il responsable de la libération de dépouilles et d’épaves dans les glaciers alpins ?

    Guillaume Jouvet, Institut des dynamiques de la surface terrestre

    Cet été a de nouveau battu des records de température et de fonte des glaciers. En parallèle, les journaux se sont fait l’écho de la libération des restes de malheureux alpinistes, d’épaves d’avions et d’autres objets piégés dans la glace depuis plusieurs décennies. Associées à de graves sécheresses et à des incendies de forêt, ces résurgences ont été essentiellement attribuées au changement climatique par les médias, sans plus d’explications sur les facteurs glaciaires sous-jacents.

    Le professeur Guillaume Jouvet, glaciologue à l’IDYST, analyse ici pour nous dans quelle mesure le changement climatique explique la libération de toutes ces dépouilles sur les glaciers alpins.

    Si la fonte accrue en été facilite naturellement la réapparition de tout objet englacé, peut-on vraiment attribuer entièrement cette résurgence au réchauffement climatique ? Pour répondre à cette question, il faut comprendre comment les glaciers se forment, se déplacent et fondent.

    Les glaciers se forment parce que de la glace s’accumule dans les montagnes de haute altitude en raison de la compression des précipitations neigeuses, qui perdurent du fait des températures basses. Sous l’effet de la gravité, la glace se déplace comme un fluide visqueux, lentement vers l’aval dans une zone où la fonte dépasse les chutes de neige : là, le glacier perd de la masse. Tout objet abandonné sur un glacier à haute altitude sera naturellement « avalé » par celui-ci, déplacé vers l’aval par le flux de glace, jusqu’à être libéré à la surface en raison de la fonte prédominante à basse altitude. Par conséquent, l’émergence de dépouilles, d’avions et de tout autre objet à la surface des glaciers, comme on l’a vu cet été, est le résultat d’un phénomène naturel, qui se produit dans tous les cas, indépendamment de la variabilité du climat. Ce phénomène a amené le gigantesque glacier qui coulait le long de la vallée du Rhône après le dernier maximum glaciaire (il y a environ 24’000 ans) à déplacer et libérer de nombreux blocs erratiques. Ils ont parsemé le paysage alors que le climat était beaucoup plus froid qu’aujourd’hui.

    Tout objet abandonné sur un glacier à haute altitude sera naturellement « avalé » par celui-ci, déplacé vers l’aval par le flux de glace, jusqu’à être libéré à la surface.

    Guillaume Jouvet
    La trajectoire des objets transportés dans la glace des glaciers est le résultat de processus d’accumulation, de mouvement et d’ablation.

    Les conditions climatiques influencent bien entendu les vitesses d’enfouissement et de réapparition, et donc la trajectoire de tout objet se déplaçant dans la glace. Le réchauffement atmosphérique en cours, particulièrement marqué depuis la fin des années 1980 (voir la série de températures réelles en rouge ci-dessous), favorise la fonte de surface. Il contribue ainsi à amincir les glaciers, et à raccourcir le temps durant lequel ces objets sont pris des glaces. Mais, d’un autre côté, ce même amincissement des glaciers ralentit leur mouvement, contribuant ainsi à allonger le voyage dans la glace. Par conséquent, l’impact du réchauffement des dernières décennies sur la libération récente des reliques glaciaires est loin d’être évident. Pour mesurer l’impact du réchauffement post-1990, j’ai réalisé une expérience de modélisation basée sur l’histoire de l’avion Piper, qui s’est écrasé en été 1968 au-dessus du grand glacier d’Aletsch. L’épave du Piper a été retrouvée à la surface du glacier cet été par des randonneurs . Après le crash de 1968 sur le « Jungfraufirn », l’avion a été enterré et transporté par la glace, avant de réapparaître environ 5 km en aval du lieu du crash, près du « Konkordiaplatz ». La trajectoire de l’avion dans la glace peut être reconstituée à l’aide de la modélisation numérique de l’écoulement, de l’accumulation et de la fonte de la glace. Grâce à cette même technique, j’ai par le passé reconstitué le chemin emprunté par de malheureux alpinistes dans le glacier d’Aletsch (Jouvet et Funk, 2014), ainsi que le l’avion Dakota dans le glacier de Gauli (Jouvet et col., 2020).

    J’ai ainsi reconstitué la trajectoire de l’avion Piper à partir du lieu connu du crash en 1968 jusqu’au site où les épaves ont été retrouvées en juillet 2022. Le grand avantage de la modélisation numérique est qu’elle permet d’explorer d’autres scénarios climatiques (voir en images les résultats de simulations sur le glacier d’Aletsch). J’ai donc effectué une deuxième simulation en supprimant les anomalies de réchauffement climatique observées à partir des années 1990 (figure ci-dessous, panneau inférieur). Cela est fait en supposant que le climat observé entre 1960 et 1990 (qui était relativement stable) se répète après 1990. En conséquence, si le climat ne s’était pas réchauffé à partir des années 1990, le Piper serait réapparu environ 250 m en aval et 7 ans plus tard par rapport à la position et au moment où l’épave a été trouvée (figure ci-dessous, panneau supérieur). Bien que cela semble significatif, cela ne représente en fait que 5 % et 13 % de la longueur totale et de la durée de la trajectoire. Par conséquent, j’en conclus que le réchauffement observé depuis la fin des années 1980 n’a provoqué qu’une modification mineure de la trajectoire.

    L’avion Piper aurait émergé environ 250 m plus loin sans le réchauffement post-1990 (points bleus), que la trajectoire réelle avec le réchauffement post-1990 (points rouges). La trajectoire résultant de la modélisation basée sur la série de températures (en °C) du graphe inférieur (ligne rouge : températures réelles ; ligne bleue : série pour laquelle j’ai retiré les anomalies de réchauffement climatique observées à partir des années 1990).

    La démocratisation de l’alpinisme et de l’aviation au 20e siècle a contribué à augmenter le nombre d’accidents, et donc le nombre de dépouilles au sein des glaciers. On s’attend donc à voir des rejets par les glaciers plus fréquents. La fonte accrue des glaciers au cours des dernières décennies a contribué pour sa part à accélérer ce phénomène émergences, mais celles-ci se seraient de toute façon produites à un moment donné. Cependant, cela n’a eu qu’un impact limité dans le cas du Piper, et vraisemblablement pour un certain nombre d’autres cas. On s’attend toutefois à ce que ce facteur ait de plus en plus d’impact à l’avenir, avec le rétrécissement majeur probable du glacier des Alpes au cours du 21e siècle, prévu par les derniers modèles (Zekollari et col., 2019).

    La fonte accrue des glaciers au cours des trois dernières décennies a contribué à accélérer ce phénomène émergences, mais celles-ci se seraient de toute façon produites à un moment donné.

    Guillaume Jouvet

    Le réchauffement de la planète entraîne un rétrécissement considérable des glaciers dans le monde entier, et de nombreux indicateurs directs témoignent clairement de son impact majeur sur la transformation en cours et à venir de notre paysage. Cependant, son influence générale sur la libération de vestiges glaciaires cet été est plus complexe. Quantifier avec précision l’impact du réchauffement climatique est un travail crucial que les scientifiques doivent accomplir pour fournir au public l’image la plus précise de la situation.

    Pour en savoir plus

    • Notre appel des glaciers : un appel à agir contre l’effondrement des systèmes naturels (G. Jouvet, novembre 2022).
    • Glacial Mystery : un mini reportage vidéo (en anglais) sur les malheureux alpinistes tombés en 1926 et retrouvés sur le glacier d’Aletsch (G. Jouvet, janvier 2015).

    Articles scientifiques cités dans le texte

    • G. Jouvet and M. Funk. Modelling the trajectory of the corpses of mountaineers who disappeared in 1926 on Aletschgletscher, Switzerland. Journal of Glaciology, 60(220):255–261, 2014. doi: 10.3189/2014JoG13J156
    • G. Jouvet, S. Röllin, H. Sahli, J. Corcho, L. Gnägi, L. Compagno, D. Sidler, M. Schwikowski, A. Bauder, and M. Funk. Mapping the age of ice of Gauligletscher combining surface radionuclide contamination and ice flow modeling. The Cryosphere, 14(11):4233–4251, 2020.
      doi: 10.5194/tc-14-4233-2020
    • H. Zekollari, M. Huss, and D. Farinotti. Modelling the future evolution of glaciers in the European Alps under the euro-cordex rcm ensemble. The Cryosphere, 13(4):1125–1146, 2019. 

    Guillaume Jouvet remercie Pascal Stoebener, Igor Canepa et Adrienne Bellwald pour avoir fourni les informations sur l’avion nécessaires à la conduite du travail de modélisation.

  • Quantitative Interpretation Approaches for GPR and Seismic Reflection Data in Complex Environments

    Quantitative Interpretation Approaches for GPR and Seismic Reflection Data in Complex Environments

    Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 9 décembre 2022 par Yu Liu, rattaché à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.

    La subsurface de la Terre présente une hétérogénéité à plusieurs échelles. Les méthodes géophysiques de surface, en particulier le géoradar (GPR) et la sismique, sont efficaces pour étudier l’hétérogénéité et améliorer notre compréhension de la subsurface. Dans cette thèse, quatre nouvelles techniques d’interprétation sont proposées, dont trois pour explorer la vélocité des ondes radar ou la structure de corrélation du sous-sol peu profond en utilisant le GPR, et une pour caractériser les structures sub-verticales dans un environnement cristallin en utilisant la sismique.

    Pour le sous-sol peu profond, la connaissance détaillée des propriétés diélectriques, par exemple la vitesse d’onde radar, est particulièrement intéressante car elle fournit une image à échelle fine pour décrire l’hétérogénéité. La première étude de cette thèse développe une approche qui permet d’obtenir l’image de la vitesse de l’onde radar à haute résolution à partir de données GPR. Une étape importante de cette méthode est l’estimation du modèle de vitesse de fond à partir des champs d’ondes diffractés.

    Une deuxième étude de cette thèse présente une stratégie de pondération pour améliorer ses performances. Une autre façon de caractériser les sous-sols peu profonds complexes avec des données GPR est d’estimer les propriétés géostatistiques liées à l’hétérogénéité.

    Pour réaliser cette estimation de manière efficace, une troisième étude propose un schéma d’apprentissage supervisé. Les résultats des tests de données synthétiques et de terrain confirment la viabilité de cette méthode.

    Dans la dernière étude de cette thèse, les données sismiques de la zone d’Ivrea-Verbano sont prises comme exemple pour tester la capacité d’utiliser les champs d’ondes diffractées et une vue géostatistique pour interpréter les structures à fort pendage dans un environnement cristallin.

    Les données sismiques de terrain permettent d’évaluer la continuité et l’angle de pendage dominant des structures sub-verticales dans la région sondée. Ce travail fournit des informations intéressantes et potentiellement de nouvelles perspectives concernant les études de sismique réflexion dans les terranes cristallins. En fin de compte, les avancées techniques de cette thèse ont le potentiel d’améliorer notre compréhension des environnements complexes de subsurface.