Thèse soutenue par Luciano Villalba, le 26 mai 2021, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
La gestion des déchets municipaux est un défi majeur dans les pays en développement, où le recyclage est souvent effectué par des chiffonniers dans des conditions précaires. Dans ce contexte, les questions suivantes sont cruciales : Comment passer d’un système de gestion des déchets déficient à un système amélioré ? Qu’est-ce que cela signifie ? Comment intégrer les récupérateurs dans le système formel ? Cette thèse a pour but d’améliorer la gestion des déchets de Tandil (Buenos Aires, Argentine), et en particulier la situation des chiffonniers. Nous y avons combiné une approche locale qui vise la transformation sociétale, l’Extension Latino-américaine, avec d’autres approches internationales. D’autre part, nous avons étudié en détail le système local de gestion des déchets.
La thèse comporte trois articles publiés ainsi que plusieurs chapitres d’introduction dans lesquels nous justifions l’approche adoptée et décrivons le travail qui complète les articles.
Dans le premier article, nous avons travaillé avec des chercheurs et des étudiants argentins sur l’application d’une méthodologie de caractérisation des déchets afin d’obtenir le taux de génération par catégorie de déchets (matière organique, plastique, verre, etc.). Nous avons identifié dans nos résultats plusieurs spécificités, qui peuvent être liées à des habitudes typiques de notre région, comme par exemple la consommation de yerba mate (herbe avec laquelle on prépare le typique « mate » argentin).
Dans le deuxième article, nous avons utilisé les données obtenues dans le premier article et d’autres informations pour calculer les pourcentages de déchets allant au recyclage à travers le circuit formel (la municipalité) et informel (les recycleurs urbains). Nos résultats ont aussi permis d’évaluer le fonctionnement du système de gestion des déchets. Ils ont par ailleurs montré que, comme dans d’autres villes de pays en développement, la valorisation informelle est supérieure à la valorisation formelle. Finalement, nous avons montré que les stratégies locales de valorisation ne sont pas en adéquation avec la législation en vigueur. Ces informations et différentes interventions (à la radio, à la télévision et dans la presse écrite) ont soutenu la création de la coopérative de recycleurs urbains de Tandil.
Dans notre dernier article, nous avons analysé l’évolution de l’intégration des recycleurs informels à Tandil, au regard de la situation locale et de certains changements importants survenus au niveau national.
Tout au long de notre travail, nous avons essayé d’impliquer le gouvernement local dans une dynamique de cocréation, visant à coconstruire une vision du futur système de gestion des déchets. Cependant, nous n’avons jamais atteint cet objectif.
Thèse soutenue par Anaël Lehmann, le 20 mai 2021, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
La paléoécologie est l’étude de l’histoire d’un écosystème à l’aide d’enregistrements sédimentaires. L’étude des conditions environnementales passées d’un écosystème particulier se fait grâce à l’analyse de la composition minéralogique, chimique, isotopique et biologique de ses sédiments. Le sujet revêt aujourd’hui une importance particulière avec un impact grandissant de l’influence anthropique liée à la croissance démographique et à l’augmentation parallèle de l’activité agricole et industrielle subie par de nombreux lacs, deltas ou marais. En plus de représenter une précieuse ressource en eau, ces écosystèmes se révèlent également être importants pour le tissu social, écologique et économique des populations présentes au sein du bassin versant. Les milieux humides en climat aride représentent un type d’écosystème particulier d’importance majeure pour une flore et une faune souvent spécialisées dont la présence d’eau dans ce milieu inhospitalier représente une source vitale. Cependant, ces milieux représentent des écosystèmes particulièrement fragiles car ils réagissent de manière sensible à tout changement climatique ou environnemental.
L’étude présente se concentre sur les régions de Caprivi, en Namibie ainsi que du nord Botswana. Ces régions contiennent le deuxième plus grand delta endoréique du monde. La spécificité de ce paysage est le résultat d’une activité tectonique active liée au rift est-africain et de l’accommodation de cette dernière avec les mouvements différentiels entre plaques tectoniques et cratons rigides. Il en résulte une zone de déformation appelée Okavango Graben qui se traduit par la présence de failles normales sur toute la surface de ces deux régions. Ce réseau de failles affecte et contrôle le cours des rivières Okavango, Kwando et Zambèze. Il en résulte un réseau complexe de chenaux et de plans d’eau. Un mouvement de faille liée à l’activité tectonique de la région, même mineur, peut démontrer une redistribution complète du réseau de rivières suite à l’impact géomorphologique. De nombreuses études se sont concentrées sur le delta de l’Okavango. En revanche, le bassin de Linyanti-Chobe ainsi que le lac Liambezi situé en son centre n’ont été que peu étudiés et de nombreux sujets restent à découvrir. De plus, les études sur le climat du Quaternaire dans les régions du nord de la Namibie et du Botswana ont démontré la difficulté d’obtenir des archives paléo-environnementales contenant un matériel permettant une datation fiable et précise. Les résultats obtenus présentent parfois des incohérences, voire même des contradictions. Le choix s’est donc porté sur cette région d’une richesse naturelle exceptionnelle, montrant une grande complexité de connexion entre les rivières et les différents plans d’eau.
Le lac Liambezi a été étudié à l’aide de carottes de sédiments en utilisant une approche multidisciplinaire incluant la minéralogie, la géochimie, la composition de la matière organique ainsi qu’une méthode novatrice visant à l’utilisation de l’ADN de populations de bactéries. Une reconstruction de l’évolution climatique et environnementale pour la région du lac Liambezi comprenant les derniers 5400 ans AP est proposée. Il en résulte la description de l’alternance de périodes relativement sèches et humides ainsi que l’observation de changements dans le régime hydrologique du lac Liambezi. Toutefois, les modifications majeures au sein du lac, tel que l’évolution de sa forme ainsi que l’évolution de ses conditions environnementales, semblent être reliées à l’activité tectonique liée au graben de l’Okavango. La présence importante de bactéries thermophiles soutient cette hypothèse. Une première datation estimée à 5420 ans AP semble démontrer l’ouverture tectonique du bassin nord du lac Liambezi. L’extension de ce premier bassin intervient probablement aux alentours de 1650 ans AP. Le bassin sud se forme lors du dernier événement tectonique enregistré, daté à environ 1000 ans AP. Les dépressions ainsi formées se remplissent dès lors de sédiments de types lacustres et fluvio-deltaïques. Le type de sédiment est contrôlé par les conditions environnementales qui découlent du bassin versant, du climat et de la géomorphologie du site.
Les matériaux permettant une datation précise au sein d’archives paléo-environnementales de milieux continentaux avec une activité tectonique sont difficiles à cibler. Le travail présent démontre la pertinence d’une approche multidisciplinaire dans un milieu aussi complexe. L’utilisation intégrée des diverses méthodes a permis la construction d’un modèle d’âge cohérent pour les sédiments du lac Liambezi ainsi qu’une reconstruction paléo-environnementale et paléo-climatique pertinentes. Cette approche a permis en outre de démontrer le potentiel indéniable de l’utilisation d’ADN de bactérie (populations totales et/ou sporulantes) pour identifier les changements et la variabilité des conditions environnementales d’un tel milieu. Une telle approche, y incluant l’utilisation d’ADN de bactérie est tout-à-fait pertinente pour une utilisation à plus large spectre d’environnements.
La paléoclimatologie — étude des climats passés à partir d’enregistrements sédimentologiques — pourrait-elle fournir des outils cruciaux pour tester nos modèles de prévision de changements climatiques ? Le nouveau projet SPARK« More uncertainties for more certainty: using uncertainties to connect fossil pollen records in space and time and better reconstruct past climate dynamics » relève ce défi.
De gauche à droite : Manuel Chevalier et Fabio Oriani
Manuel Chevalier, qui a conçu le projet, nous explique ses motivations et ses ambitions. À l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST), Fabio Oriani sera responsable de développer le projet.
Quel est l’objectif principal de votre projet Spark ?
MC : Notre but est de reconstituer la variabilité passée du climat. Pour cela, nous allons développer une méthode peu conventionnelle d’analyse de pollen fossile. Les premières analyses de ce type remontent au début des années 1970 . Et bien que les méthodes d’analyse aient largement évolué depuis, l’approche conceptuelle de la reconstitution climatique, n’a quant à elle pas changé : chaque enregistrement (chaque échantillon de pollen même !) est considéré indépendamment des autres. Les reconstitutions dites « ponctuelles » produites sont généralement associées à l’endroit où les sédiments ont été prélevés. Or les échantillons de pollens fossiles ne fournissent pas un enregistrement unique et précis, tel un thermomètre ou un pluviomètre dans votre jardin. Les échantillons de pollens fossiles sont des traces de la biodiversité végétale présente et de sa dynamique pour un certain laps de temps et une certaine région — plus particulièrement toute la région d’où peuvent provenir les grains de pollen observés dans les sédiments — et ne peuvent donc pas être traités indépendamment.
L’objectif central de ce projet Spark est donc de développer un modèle d’analyse statistique capable de prendre en compte ces caractéristiques spatiales (le « bassin d’attraction pollinique » de chaque enregistrement) et de les utiliser à bon escient. Nous produirons ainsi des reconstitutions climatiques spatialisées, à partir d’enregistrements polliniques fossiles ponctuels.
L’instrument Spark soutient des projets originaux et à fort impact. En quoi votre projet possède-t-il ces qualités ?
MC : Intégrer l’information spatiale et temporelle des enregistrements polliniques dans la reconstitution du climat : c’est l’innovation centrale de ce projet. Cette approche est résolument à contre-courant de ce qui se fait depuis un demi-siècle.
Les méthodes d’analyse classiques tendent plutôt à minimiser ces effets spatio-temporels. Ici au contraire, nous allons essayer d’en extraire le plus d’informations possible. Outre l’avantage de produire une modélisation plus proche de la réalité, cette approche va permettre de « connecter » les reconstitutions entre elles. Ainsi, lorsque leurs bassins d’attraction se chevauchent, nous pourrons créer les premières reconstitutions climatiques continues et spatialisées, et ainsi produire des reconstitutions à large échelle « sans trous ».
Une fois le modèle développé, l’objectif est à moyen terme de créer une nouvelle génération de reconstitutions paléoclimatiques plus robustes un peu partout dans le monde. Cela nous aidera à mieux comprendre la dynamique passée du climat et ainsi mieux appréhender les changements climatiques qui nous attendent dans les prochaines décennies.
Quel sera le principal défi de ce projet et quelles sont vos forces pour le relever ?
MC : Ce projet est complexe pour de nombreuses raisons. Le problème principal que l’on va rencontrer va probablement être lié à la définition d’un modèle qui va bien prendre en compte les caractéristiques spatiales des enregistrements polliniques. Nous allons devoir trouver un bon équilibre entre une trop grande complexité — qui rendrait notre méthode peu généralisable (et possiblement trop gourmande en temps de calcul !) — et une trop faible complexité — qui ne permettrait pas ce saut conceptuel entre reconstitution ponctuelle et reconstitution spatialisée.
Fabio et moi allons donc attaquer le problème avec des compétences différentes, mais complémentaires, ce qui devrait nous permettre de trouver la bonne formule ! Fabio a une bonne connaissance des méthodes de modélisation spatiale, ce qui va nous permettre d’élaborer une approche statistique avancée. De mon côté, mon expérience des reconstitutions climatiques ponctuelles et des données polliniques va nous permettre de structurer l’information a priori pour informer les modèles et d’assurer que les résultats sont cohérents d’un point de vue paléoenvironnemental.
Les enregistrements polliniques existants dans le monde (gauche) et les reconstitutions climatiques qui en sont dérivées (droite) sont répartis de manière très hétérogène entre différentes régions. Notre projet permettra de produire des reconstitutions dans ces régions sous-représentées, avec un premier accent sur l’Afrique et l’Amérique du Sud (en vert).
Comment le projet a-t-il vu le jour ?
MC : La première fois que j’ai eu cette idée — ou en tout cas une des versions de cette idée — date d’il y a quelques années déjà. Je regardais une carte de tous les enregistrements polliniques fossiles en Europe dans le but d’effectuer des reconstitutions. Le constat le plus évident était que certaines zones avaient une densité de points plutôt élevée et d’autres plutôt clairsemées. Il me fallait donc trouver une façon de « créer de l’information » là où il n’y en avait pas, afin de produire des reconstitutions homogènes dans ma zone d’étude.
Une solution est d’aller faire des prélèvements sédimentaires dans les régions sous-échantillonnées, et ainsi de produire ces données manquantes… Mais quand on travaille à l’échelle européenne, comme c’est le cas pour ce projet, la logistique à mettre en place est coûteuse en temps, en argent et en personnel !
Une approche alternative est de maximiser le potentiel de ce qui est déjà disponible en travaillant sur la modélisation. L’avantage de développer ainsi de nouvelles méthodologies est qu’elles peuvent produire des résultats beaucoup plus rapidement. En outre, elles peuvent servir dans d’autres régions que l’Europe et ainsi avoir un impact beaucoup plus global.
Comment allez-vous vous assurer que ces reconstitutions dans des zones vides de données polliniques soient correctes ?
MC : Nous aurons plusieurs possibilités pour vérifier nos prédictions climatiques. En particulier, la première étape du projet sera entièrement dédiée à l’analyse d’enregistrements de pollen modernes. L’avantage de ces échantillons modernes est que l’on connait le climat qui leur est associé. On pourra donc comparer nos reconstitutions avec la réalité. La même logique s’appliquera pour nos reconstitutions des régions sans données. En utilisant le modèle spatial avec des données modernes, on pourra aussi y mesurer la précision de nos reconstitutions. C’est d’ailleurs de cette façon que l’on pourra affiner notre modélisation pour produire des résultats aussi proches que possible de la réalité, et ces résultats nous donneront un degré de confiance dans nos reconstitutions passées.
En quoi l’IDYST est-il le bon endroit pour réaliser votre projet ?
MC : Bien que l’étude des fossiles pollens fossiles — et la reconstitution climatique associée — ne soit pas un axe de recherche développé à l’IDYST, le cœur de ce projet va être en réalité très technique. Pour cela, il est important d’avoir une structure où nous pourrons trouver un support adapté. Je me suis donc tout naturellement adressé au Prof. Mariéthoz pour lui proposer de nous accueillir dans l’équipe GAIA. Son expertise dans le développement de méthodes stochastiques pour caractériser la variabilité spatiale et temporelle des systèmes naturels est un atout pour le projet. Fabio et moi avons travaillé à l’IDYST depuis plusieurs années maintenant et nous savons comment fonctionne l’institut. Nous n’avons aucun doute que c’est un excellent endroit pour réaliser ce projet. Du point de vue technique, le département nous fournit aussi les ressources computationnelles nécessaires pour calibrer des modèles statistiques complexes et mettre en place des stratégies de big data.
En quoi ce projet est-il important pour vous ?
MC: Pour plusieurs raisons. Tout d’abord, c’est la première fois que je réalise un projet avec mes propres fonds et c’est pour moi une grande fierté de pouvoir développer ma propre recherche. Ce projet va me permettre de développer et tester un modèle unique de reconstitutions spatialisées dans différentes conditions afin de comprendre les conditions dans lesquelles il est le plus performant.
De façon plus générale, ce projet représente pour moi la première pierre d’un objectif de recherche plus large et que je veux développer au cours des prochaines années. Un de mes axes de recherche est de reconstruire l’histoire du climat dans des régions où elle est généralement manquante. En particulier, les régions tropicales de l’Afrique et l’Amérique du Sud sont largement sous-étudiées, malgré leur importance dans la régulation du climat global. Décrire de manière robuste le paléoclimat dans ces régions va avoir un impact significatif sur notre compréhension de la dynamique du climat tropical, et par extension du climat mondial.
Nos reconstitutions serviront également à tester les modèles prédictifs actuels, qui tentent d’estimer les changements climatiques dans les années et décades à venir. Nous serons en mesure de comparer à large échelle nos simulations paléoclimatiques avec ces modèles prédictifs. En identifiant où et quand les données fossiles et les modèles prédictifs concordent, ou ne concordent pas, nous mettrons en évidence les forces et les faiblesses de ces modèles et pourrons ainsi affiner notre capacité à mieux prédire les changements climatiques futurs.
Thèse soutenue par Alexandra Demers-Roberge, le 28 avril 2021, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
L’eau est un élément fondamental pour le fonctionnement de la Terre, autant pour les interactions de surface que pour celles ayant lieu en profondeur. Dans le manteau terrestre, l’eau se retrouve dans les minéraux dits anhydres (NAMs en anglais) sous forme d’hydrogène, incorporé dans les défauts cristallins, se liant aux atomes d’oxygène préexistants dans la structure des minéraux silicatés (olivine, clinopyroxène, orthopyroxène, grenat). L’eau dans les NAMs a un effet important sur les propriétés rhéologiques, physiques et chimiques du manteau et par conséquent sur des processus à grande échelle, tels que la tectonique des plaques.
Dans ce travail de thèse, j’ai combiné l’étude d’orthopyroxènes expérimentaux et naturels afin de mieux comprendre les mécanismes d’incorporation de l’hydrogène dans ce minéral, le second plus abondant du manteau supérieur.
Dans la première partie de ce travail, une série d’expériences de déshydratation sur des cristaux d’orthopyroxènes naturels a été produite en variant la température, l’activité de la silice, la fugacité d’oxygène et la composition. Ces expériences ont été effectuées dans le but d’étudier les effets de ces paramètres sur la diffusivité de l’hydrogène ainsi que sur les spectres obtenus par Spectroscopie Infrarouge Transformée de Fourier (FTIR) de l’orthopyroxène. Les spectres FTIR sont composés de pics dont la position varie selon l’énergie vibrationnelle moléculaire entre les éléments chimiques dans les cristaux. Dans le cas présent, la région d’intérêt est celle des interactions oxygène-hydrogène. Chaque pic dans cette région représente un mécanisme d’incorporation de l’hydrogène dans les défauts cristallins. L’étude expérimentale de ces pics permet de comprendre les mécanismes de substitution de l’hydrogène dans l’orthopyroxène.
Dans la deuxième partie de ce travail, une étude pétrographique et géochimique, combinant éléments majeurs et traces, ainsi que l’estimation des contenus en eau évalués avec le FTIR, a été effectuée sur des xénolithes mantelliques provenant de huit localités sur un transect d’arrière-arc SW-NE en Patagonie du Sud. Ces xénolithes montrent des textures de réactions ainsi qu’un enrichissement en éléments traces qui témoigne d’un processus de métasomatisme. Le long du transect, les contenus en eau des orthopyroxènes ainsi que leurs spectres FTIR sont variables.
Les conclusions principales sont les suivantes :
les diffusivités de l’hydrogène qui ont été mesurées dans cette étude sont rapides et suggèrent que le mécanisme de diffusion dit « proton-polaron » est dominant,
l’influence de la fugacité d’oxygène, la température et l’activité de la silice sur un pic de FTIR situé à 3600 cm-1 suggère des réactions inter-sites,
le long du transect en Patagonie, les spectres FTIR de l’orthopyroxène mantellique peuvent être séparés en deux groupes et cette séparation n’a pas de systématique de l’échelle locale à l’échelle régionale,
la combinaison entre des diffusivités rapides de l’hydrogène et l’observation de nombreux profiles de déshydratation dans l’orthopyroxène mantellique suggèrent que les contenus en eau originaux du manteau ont été modifiés.
Cela signifie que l’orthopyroxène n’enregistre pas de façon totalement fiable les contenus originaux en eau du manteau.
Thèse soutenue par Alejandro Romero Ruiz, le 26 mars 2021, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
Le sol est une ressource naturelle essentielle et le compartiment biologique le plus actif de la biosphère. Les sols sont les supports de l’agriculture et de la sylviculture, et ils abritent des processus hydrologiques qui contrôlent en grande partie la recharge des ressources mondiales en eaux souterraines. La structure ou l’architecture du sol, i.e., la liaison et la disposition des constituants du sol entre eux, est un paramètre important pour les fonctions hydro-écologiques du sol. La structure du sol détermine les propriétés mécaniques et hydrauliques du sol qui sont difficiles à caractériser à grande échelle spatiale.
En général, la caractérisation de la structure du sol est effectuée en laboratoire sur des échantillons de sol à petite échelle ou sur des mesures épisodiques sur le terrain à petite échelle. Cela offre des informations limitées sur les variations spatiales et temporelles de la structure du sol. La motivation de cette thèse repose sur le besoin de techniques de caractérisation qui fournissent des informations sur la structure du sol à de grandes échelles spatiales (par exemple, pour des applications dans l’exploitation et la gestion agricoles) et peuvent guider les stratégies de maintien d’une structure de sol favorable. L’objectif principal est d’évaluer le potentiel de l’utilisation de méthodes géophysiques pour caractériser la structure du sol aux échelles mentionnées. Nous avons identifié les méthodes géophysiques qui présentent le plus grand potentiel pour mesurer les états mécaniques et hydrauliques du sol. Pour cela, nous avons choisi la méthode sismique sensible aux propriétés mécaniques du sol et les méthodes géolectriques sensibles à la teneur en eau du sol et aux caractéristiques du réseau poreux.
Dans nos études, nous intégrons la suivi de données géophysiques sur le terrain et la modélisation physique des données géophysiques mesurées. Cela permet d’interpréter les signaux mesurés en termes de structure du sol. Nos études ont été réalisées sur le site expérimental du Soil Structure Observatory (SSO), situé à proximité de Zürich, en Suisse. Le SSO est un site d’études expérimentales sur le long terme conçu pour étudier l’évolution des propriétés du sol après un événement de compactage qui a eu lieu au printemps 2014. Nous avons suivi les données géophysiques dans les sols non compactés et les sols compactés. Nous avons mesuré la vitesse des ondes de pression dans les sols au printemps et à l’été 2019. Les vitesses mesurées ont été fortement affectées par le compactage du sol et étaient environ 30 % plus élevées pour les sols compactés que pour les sols non compactés.
Notre modèle interprète ces différences comme une augmentation de la zone de contact mécanique entre les agrégats du sol causée par le compactage. De la même manière, nous avons suivi la résistivité électrique du sol au printemps et à l’été 2018. Ces données ont révélé que le compactage du sol produit une diminution de la résistivité électrique du sol (sim15%). Sur la base de notre modélisation, ces différences peuvent être interprétées comme une réduction de la macroporosité du sol et de sa connectivité par l’événement de compactage. Les données sismiques et géolectriques suggèrent que les propriétés du sol ne se sont pas entièrement rétablies du compactage.
De plus, la teneur en eau mesurée sur le terrain a révélé que les sols compactés sont généralement plus secs que les sols non compactés. Notre modélisation suggère que cela est dû à une évaporation plus élevée dans les sols compactés. La recherche rapportée ici est une première étape pour utiliser des méthodes géophysiques pour relever un défi de longue date de la quantification de la structure du sol pour informer les activités agronomiques et aider à calibrer des modèles climatiques qui reposent sur des informations actuellement incomplètes sur les sols.
Thèse soutenue par Lorenzo Candioti, le 25 mars 2021, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
La formation d’orogènes, comme les Alpes occidentales et l’Himalaya, est une manifestation impressionnante de la tectonique des plaques. Les processus tectoniques, tels que l’initiation de la subduction, conduisant à la formation de chaînes de collision, s’inscrivent dans des cycles géodynamiques à long terme ($>160 \si{\mega\année}) impliquant souvent des phases d’extension, de refroidissement sans déformation des plaques et de convergence. Les observations des ceintures orogéniques indiquent l’enfouissement et l’exhumation de roches crustales continentales et océaniques.
En fait, des roches de (ultra)haute pression (UHP) ont été découvertes pour la première fois dans les Alpes occidentales en 1984 et ont, depuis, été observées aux limites des plaques convergentes dans le monde entier. La quantification des mécanismes physiques conduisant à la formation et à l’exhumation des unités (U)HP fournit des informations cruciales sur les processus tectoniques formant des chaînes de montagnes.
De nombreux aspects géodynamiques liés aux orogenèses restent méconnus, notamment :
les héritages structurels et thermiques ayant un impact sur les processus liés à la subduction,
l’ampleur et l’importance relative de la flottabilité et des forces de cisaillement entraînant la formation de ceintures orogéniques,
les mécanismes, compatibles avec les données naturelles, expliquant la formation et l’exhumation des roches (U)HP.
Cette thèse vise à jeter un nouvel éclairage sur la formation des ceintures orogéniques intégrées dans les cycles géodynamiques à long terme de déformation de la lithosphère. À cette fin, des modèles numériques en deux dimensions et à haute résolution en pétrologie-thermo-mécanique sont présentés. Les phases de déformation suivantes sont modélisées :
formation de marges hyper étendues pauvres en magma et ouverture d’un bassin marin dont le sol est constitué de manteau exhumé,
refroidissement sans déformation des plaques tectoniques établissant une convection du manteau supérieur,
initiation et fermeture du bassin marin par subduction cohérente avec le modèle,
formation et exhumation d’unités (U)HP dans une chaîne de montagne en croissance.
Les vitesses de déformation appliquées sont limitées par les reconstructions du mouvement des plaques européennes et adriatiques. L’impact de la convection du manteau supérieur sur les différentes étapes, les forces dominantes qui régissent la dynamique au sein des orogènes en croissance et les mécanismes d’exhumation des unités (U)HP sont étudiés.
Il est démontré que :
L’hyper-extension, le refroidissement sans déformation des plaques, l’initiation de la subduction et l’évolution d’une zone de subduction, couplée à la convection du manteau supérieur, peuvent être prédits par un modèle unique. L’emplacement de l’initiation de la subduction et la polarité de la subduction se mettent en place spontanément. L’intensité de la convection du manteau supérieur contrôle l’évolution d’une seule ou de deux zones de subduction divergentes.
La dynamique des orogenèses, dominées par la force de cisaillement, forme des prismes de poussée et des grands volumes crustaux de la plaque en subduction s’échappent rapidement de la subduction. En revanche, la dynamique des orogenèses dominées par la force de flottabilité implique un enfouissement profond et soit l’exhumation d’importants volumes crustaux, soit la relamination de zones crustales sous la plaque supérieure.
L’exhumation des roches (U)HP s’explique par deux mécanismes successifs : premièrement, le forçage tectonique induit un plissement dans la croûte supérieure de la plaque en subduction. La nappe de plis ainsi exhumée déclenche une extension de la plaque supérieure. Secondement, sous l’effet des forces de flottabilité, des unités crustales profondément subductées s’exhument de manière cohérente sous forme de diapirs individuels le long du canal de subduction. Les chemins pressions-température prédits et l’historique des déformations des unités cohérentes de roches (U)HP exhumées sont conformes aux données naturelles et aux observations structurelles des zones contenant des roches (U)HP des Alpes occidentales et de l’Himalaya.
Les modèles à haute résolution présentés ici fournissent de nouvelles informations sur les processus de la tectonique des plaques à long terme qui conduisent à la formation de chaînes de montagnes.
Thèse soutenue par Gabriel Cotte, le 26 mars 2021, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
Le Léman, situé à la frontière entre la Suisse et la France, est le plus grand lac d’Europe occidentale. Il alimente en eau potable environ 900 000 habitants vivant le long de ses côtes. En plus de soutenir l’activité de quelques 140 pêcheurs professionnels, le lac accueille une large diversité de plantes et d’animaux.
Pendant la deuxième moitié du 20e siècle, le Léman a souffert d’eutrophisation. Ce phénomène de croissance algale accrue fut provoquée par l’augmentation des apports en nutriments dans ces eaux, due à l’intensification des activités humaines. Entre autres, le phytoplancton, ces algues se développant dans la zone pélagique du lac, c’est-à-dire dans sa colonne d’eau, ont considérablement proliféré suite à l’augmentation des concentrations en phosphore. Ces plantes utilisent la lumière du soleil et les nutriments dissous dans l’eau pour effectuer la photosynthèse et ainsi croître. Un fois mortes, elles sont décomposées par les bactéries du lac. Ce processus consomme de l’oxygène présent sous forme dissoute dans l’eau. La prolifération des algues a donc entraîné une forte diminution de la teneur en oxygène dans l’eau. Ce phénomène, appelé hypoxie, peut provoquer d’intenses bouleversements dans les écosystèmes aquatiques. Par exemple, l’hypoxie des couches profondes du Léman a provoqué une forte diminution de la population de corégone, ce poisson ne pouvant survivre en dessous d’une certaine concentration en oxygène. Par ailleurs, l’eutrophisation des plans d’eau peut déclencher l’apparition d’espèces toxiques d’algues telles que les cyanobactéries.
Afin de lutter contre ce phénomène répertorié dans de nombreux lacs autour du monde, la CIPEL (Commission Internationale pour la Protection du Léman) a mis en place des mesures de réduction d’apport en phosphore au lac à partir des années 70. De nouvelles stations d’épuration ont été construites et des systèmes de déphosphatation des eaux usées ont été installés. De plus, les détergents à base de phosphate ont progressivement été interdits. Ces mesures ont permis une diminution de la concentration en phosphore dans le lac et une amélioration de qualité de l’eau. Cependant, la quantité d’algue mesurée chaque année n’a pas diminué. Ce paradoxe amène à la question suivante : pourquoi le phytoplancton croit-il toujours autant avec moins de nutriments ? Actuellement, l’effet supplémentaire du changement climatique perturbe l’écosystème lémanique et empêche un retour aux conditions d’avant 1950. En effet, le réchauffement climatique provoque une augmentation de la température de l’eau et une extension de la saison de croissance des algues. Dans ce contexte, il est primordial de bien comprendre la dynamique des nutriments à travers le lac pour comprendre et prévoir l’évolution de cet écosystème.
Le fleuve Rhône, qui prend sa source dans le canton du Valais à 160 km en amont du Léman, est le principal affluent du lac. Le glacier du Rhône qui recouvrait l’emplacement du Léman lors du dernier maximum glaciaire, il y a environ 20 000 ans, se trouve maintenant au fond de sa vallée à 2341 m. En plus d’être le principal apport en eau et en sédiment, le Rhône apporte au lac la majorité du phosphore indispensable à la croissance des algues. Pour son développement, le phytoplancton a besoin d’un équilibre entre plusieurs paramètres : la lumière, la température et la concentration en nutriments. Au cours du printemps, la couche de surface qui reçoit les rayons du soleil, appelée zone euphotique, est progressivement appauvrie en nutriments par la photosynthèse. L’apport en nouveaux nutriments ne s’effectue donc que par le recyclage des algues mortes ou par les rivières. Selon le mélange des eaux de la rivière avec les eaux du lac qui les reçoit, différents effets de fertilisation peuvent être observés. Si la rivière, moins dense que les eaux du lac, flotte sur ce dernier, les nutriments qu’elle transporte seront alors directement (bio)disponibles pour le phytoplancton. En revanche, si la rivière plus dense, plonge au fond du lac, ses nutriments n’atteindront pas la zone euphotique et ne produiront pas d’effet de fertilisation. Et donc, qu’en est-il du rôle du Rhône dans la fertilisation du Léman ? Cette thèse s’est ainsi portée sur la dispersion des eaux du Rhône et de ses nutriments dans le Léman et à leur effet de fertilisation engendré dans le lac. La première question posée a été celle de la dispersion du Rhône : où retrouve-t-on ses eaux dans le Léman selon la saison ? Il a été observé du printemps à l’automne un scénario intermédiaire aux deux présentés ci-dessus. Le Rhône, entre 8 et 12°C à cette période de l’année, va tout d’abord plonger dans les couches de surface plus chaudes du Léman avant de s’introduire dans la colonne d’eau à la profondeur où sa densité équivaut celle du lac. Cet écoulement, mesuré entre 10 et 20 m en été, est ensuite dirigé par les courants du Léman. Ces courants prennent la forme de tourbillons, comme dans les océans, appelés gyres. Ceux-ci sont provoqués par la force du vent et de la rotation de la Terre, dite de Coriolis. Il a ainsi pu être constaté que cet écoulement d’eau du Rhône était dispersé à l’échelle de tout le lac par ces gyres et qu’il pouvait atteindre le Petit-Lac en seulement trois mois.
Par la suite, la question de l’impact de ce transport des eaux du Rhône dans la dynamique des nutriments du Léman s’est posée. Pour y répondre, une étude a été menée à la nouvelle plateforme scientifique LéXPLORE, ancrée à 500 m du port de Pully, à l’Est de Lausanne. Il en est ressorti qu’un apport important en nitrates et en silice des eaux plus profondes pouvait avoir lieu lorsque le lac était agité par de forts vents. De plus, l’apport en silice du Rhône, via l’écoulement intermédiaire décrit plus haut, a pu être mis en évidence au niveau de cette station située au milieu du Grand-Lac.
Enfin, dans le but de déterminer le rôle de fertilisation du Rhône dans sa zone d’embouchure, une étude multidisciplinaire menée par des équipes de recherche de l’UNIL, l’UNIGE et l’EPFL s’est portée sur la zone du Haut-Lac. Les résultats ont montré que cette partie orientale du lac était une zone privilégiée pour la croissance du phytoplancton du fait de la fertilisation directe des eaux du Léman par les nutriments du Rhône.
Les conclusions de cette thèse permettent de mieux comprendre la relation entre le Léman et son tributaire principal, le Rhône, et son rôle dans la fertilisation de cet écosystème lacustre.
Ludovic Ravanel est géographe de formation, chargé de recherche 1ère classe au CNRS et rattaché au Laboratoire EDYTEM (Environnement de Dynamiques des Territoires de Montagne) de l’Université Savoie Mont Blanc à Chambéry.
Ludovic Ravanel, Centre interdisciplinaire de recherche sur la montagne
Ludovic Ravanel, vous êtes géographe de formation, chargé de recherche 1ère classe au CNRS et rattaché au Laboratoire EDYTEM (Environnement de Dynamiques des Territoires de Montagne) de l’Université Savoie Mont Blanc à Chambéry. Quelles ont été vos premières motivations pour travailler sur le milieu alpin et de manière générale, quelles sont vos affinités avec le milieu montagnard ?
Je suis né et j’habite à Chamonix (c’est plus rapide pour moi de venir au CIRM que dans mon propre labo !). Je suis issu d’une longue lignée de guides de haute montagne, une des plus anciennes à Chamonix. Je suis d’ailleurs moi-même membre de la Compagnie des Guides. On retrouve des Ravanel au moins jusqu’en l’an 1300. Sachant que Chamonix est rentré dans l’histoire en 1091, on n’est pas loin du compte ! Grandir au pied du Mont Blanc, c’est être chaque jour dans un environnement exceptionnel. Je me suis très tôt intéressé à tous les pans de la montagne ; je ne manquais pas une conférence sur les sciences de la montagne ! Sportivement, je suis venu à la montagne par l’escalade que j’ai pratiqué plusieurs années en compétition. Puis la cascade de glace dans un groupe jeunes alpinistes (FFME), puis la haute montagne… J’ai également été aide-gardien dans un grand refuge du côté de l’Aiguille du Midi (les Cosmiques, 140 places) puis gardien, 5 années durant, d’un tout petit refuge au pied de l’Aiguille Verte (la Charpoua, 12 places). Et j’ai entamé des études de géographie physique, avant une thèse de Doctorat et plusieurs post-docs dont un à l’UNIL. J’ai également dirigé le Service de Prévention des Risques et de Secours en Montagne de Chamonix pendant deux ans.
Vos travaux portent notamment sur les impacts des changements climatiques en montagne. Quels sont les principaux risques naturels actuels et à venir pour les populations alpines en lien avec les changements climatiques ?
La haute montagne est certainement l’une des meilleures « sentinelles » du climat. Ses milieux physiques sont non seulement très sensibles (glaciers, permafrost, etc.) mais le changement climatique y est fortement accéléré : les Alpes se réchauffent deux à trois fois plus vite que le reste du globe ! Ainsi, on assiste à un véritable cortège de phénomènes géomorphologiques associé au réchauffement : déstabilisations de parois rocheuses et de formations superficielles à permafrost, déstabilisations de glaciers et de moraines, vidanges de poches d’eau glaciaires… Pour les vallées, ce sont les effets en cascade qui sont le plus à craindre : un écroulement rocheux qui déclenche une avalanche, la rupture d’un glacier rocheux qui se solde par une lave torrentielle, etc. On a vu cela récemment avec un terrible événement qui a frappé le nord de l’Inde (Himalaya) début février.
Pouvez-vous nous décrire les mécanismes du permafrost en milieu montagnard ?
Le permafrost (ou pergélisol) est un état thermique, ça ne se voit pas. C’est souvent un héritage des dernières glaciations. Cela correspond à tous les terrains (sols, parois, éboulis, etc.) durablement gelés. Il est difficile de donner des altitudes tant la distribution du permafrost est complexe dans les Alpes en raison de la topographie, des types de surfaces, de la présence ou non de neige et de glace, etc. Globalement, au-delà de 2300/2500 m en versant nord et de 3000/3200 m en versant sud, il y a du permafrost, voire même plus bas dans certaines conditions. Ce gel permanent permet habituellement la présence de glace dans les fissures ou dans les anfractuosités du terrain. Quand cette glace est à température largement négative, la glace a un rôle de maintien : c’est le « ciment des montagnes ». Mais quand cette glace se rapproche de 0°C, différents mécanismes se produisent et concourent à la rupture des terrains.
Quel est l’état de la recherche en géomorphologie sur les mouvements de terrain ?
Il y a beaucoup de travaux sur les instabilités rocheuses d’une manière générale. Cela est influencé par les besoins de la société pour l’aménagement des territoires. En haute montagne, c’est moins le cas, même si les risques existent bel et bien pour les personnes qui la parcourent (alpinistes, randonneurs), les infrastructures (remontées mécaniques notamment), et les vallées. Dans les Alpes, on doit être une quinzaine à travailler sur ces questions. Nous ne nous plaignons pas, nous parvenons à financer nos travaux contrairement à d’autres disciplines scientifiques. Les résultats sont là et on comprend de mieux en mieux l’origine des mouvements de terrain. Reste encore à les prévoir !
Vous travaillez entre autres sur les pratiques de l’alpinisme en haute montagne. En quoi les changements climatiques affectent celles-ci et les pratiques de la montagne au sens large ?
L’alpinisme est probablement la pratique sportive la plus affectée par le réchauffement climatique : les itinéraires évoluent très rapidement et cela se traduit par une difficulté croissante et une augmentation des risques. Avec Jacques Mourey dont j’ai dirigé la thèse de Doctorat, nous avons montré qu’environ 25 processus glaciologiques et géomorphologiques affectaient les itinéraires d’alpinisme dans le massif du Mont Blanc. Sur les « Les 100 plus belles courses » de Gaston Rebuffat (1973), trois ont déjà disparu, et deux tiers sont moyennement ou très affectées par le réchauffement climatique. Mais ce n’est pas la fin de l’alpinisme : les grimpeurs s’adaptent !
Pouvez-vous nous parler de votre séjour de recherche au CIRM ? Quelles sont vos attentes à la FGSE ? Pouvez-vous nous décrire votre projet en tant que chercheur invité ?
Je suis « savant Invité » au CIRM durant 5 mois, de janvier à mai 2021. C’est un véritable honneur que me font son directeur Prof. Emmanuel Reynard et toute son équipe puisque je suis le premier dans ce cas ! Malheureusement, la pandémie en a déjà enlevé un et demi. Le projet est double : 1) approfondir les travaux sur l’alpinisme avec Jacques Mourey (actuellement en contrat post-doctoral au CIRM) et Christophe Lambiel (IDYST), notamment en se déplaçant du massif du Mont Blanc qui a été le « hot spot » de nos travaux vers les Alpes valaisannes, et 2) développer un axe de recherche innovant sur la glace des faces nord (couvertures glacio-nivales et glaciers suspendus). On ne va pas trouver toutes les réponses en 5 mois mais ce séjour va permettre de renforcer les collaborations et surtout de les pérenniser. Nous avons des projets communs et plusieurs travaux de Master en co-encadrement.
Comment voyez-vous l’avenir de la collaboration régionale franco-suisse notamment, sur le milieu montagnard ?
Les collaborations alpines sont indispensables pour avancer sur les questions qui sont les nôtre. Chaque pays alpin a un peu ses spécialités et il nous faut nous rencontrer régulièrement pour confronter nos travaux. Le changement climatique est si rapide qu’il est impératif de travailler en réseau. Le montage de projets internationaux est par exemple conditionné par ces collaborations. Pour ma part, j’avais déjà travaillé avec l’UNIL il y a quelques années. En 2018, français, suisses et italiens avions organisé à Chamonix une conférence internationale sur le permafrost ; 450 chercheurs avaient été réunis durant une semaine. Cette nouvelle expérience sédunoise ne fera que renforcer les liens.
Quelles sont vos perspectives professionnelles et personnelles dans un horizon de dix ans ?
Après Sion, je serai de retour à Chamonix pour l’été avant un départ pour un an en Norvège (avec femme et enfants cette fois) où je vais développer des collaborations avec l’Université d’Oslo. Le réseau n’est donc pas uniquement alpin : partout où il y a des glaciers et du permafrost, il y a des problèmes ! D’ici 10 ans, j’espère que nous serons allés vite car la haute montagne ira malheureusement encore moins bien qu’aujourd’hui. Ce n’est pas très positif comme vision mais c’est un fait et c’est stimulant pour les chercheurs que nous sommes.
Le Dr Ravanel a fait en février 2018 une intervention dans le cadre des Journées Biennales de la FGSE, consacrée à « La stabilité des parois de haute montagne à l’épreuve du climat : une décennie de recherche dans le massif du Mont-Blanc » dans le cadre du cycle « La montagne face au changement climatique » – vidéo ici sous l’onglet « Conférence »
Le Dr Ravanel donnera deux conférences en ligne le 3 mars à 17h et le 8 mars à 16h15:
Il y a 66 millions d’années, un immense objet a frappé la Terre, y provoquant l’extinction d’une grande partie de la vie, dont celle des dinosaures. L’objet en question ne serait pas un astéroïde, comme communément pensé, mais un fragment de comète venue des confins du système solaire.
Une interview de Thierry Adatte, professeur titulaire à l’Institut des sciences de la Terre
Santiago Solazzi, Institut des sciences de la Terre
En vue de faire du stockage du CO2 dans des réservoirs géologiques souterrains une alternative sûre et durable, en utilisant des techniques géophysiques, le Dr Santiago Solazzidirige la participation de l’UNIL à un réseau de grande envergure. Son nouveau projet européen DISCO2STORE « Discontinuities in CO2 Storage Reservoirs », qui durera 4 ans, débute en février 2021. Il implique aussi activement les Prof. Klaus Holliger et Dr Nicolas Barbosa de l’Institut des sciences de la Terre.
Qu’est-ce qu’un projet Marie Curie RISE ?
L’instrument de financement Research and Innovation Staff Exchange – RISE est l’une des actions européennes Marie Curie. Par l’échange de personnels, elle vise à générer des collaborations internationales entre les universités et les entreprises et à promouvoir le partage réciproque des connaissances et des idées entre la recherche et le marché. L’idée derrière ces échanges : promouvoir la créativité et l’esprit d’entreprise, en aidant à transformer les idées en produits ou services innovants. Ce transfert de connaissances est nécessaire pour relever les défis mondiaux, le changement climatique étant sans aucun doute l’un des plus cruciaux.
Quel est l’objectif principal de DISCO2STORE?
Nous sommes tous conscients que des milliards de tonnes de CO2 sont produites chaque année par l’activité humaine. Cette énorme quantité de CO2 est principalement libérée dans l’atmosphère, ce qui augmente l’effet de serre naturel et, par conséquent, contribue au réchauffement climatique. Le stockage souterrain du CO2 est une option immédiate pour réduire la quantité de ce gaz à effet de serre libéré dans l’atmosphère.
En termes simples, les opérations de stockage et de séquestration du CO2 proposent de réinjecter le CO2 dans la terre, dans des réservoirs géologiques qui contiennent de l’eau salée (à des milliers de mètres sous terre). Naturellement, si nous souhaitons développer et appliquer cette technologie largement dans le monde, nous devons pouvoir assurer le maintien du CO2 dans le sous-sol. Cette tâche ne peut être accomplie que par une compréhension approfondie du réservoir géologique et le développement de méthodologies permettant de suivre avec précision les mouvements et les estimations de volume de CO2. Dans ces opérations, le CO2 injecté est piégé dans la formation par divers processus, mais en général, nous avons besoin d’une roche couverture, c’est-à-dire d’une roche relativement imperméable qui forme une barrière au-dessus de la roche réservoir afin que les fluides ne puissent pas refluer à la surface. Or, nous savons que les principaux risques de fuites sont associés aux discontinuités du réservoir ou de la roche couverture, comme la présence de failles et de fractures. Notre objectif est de développer de nouvelles techniques pour identifier les discontinuités mécaniques dans le sous-sol, les caractériser et évaluer leur impact dans le stockage du CO2. Notre but étant d’étudier les discontinuités dans les réservoirs de stockage du CO2, le projet s’appelle DISCO2STORE, un nom que j’aime bien pour son esprit un peu festif…
Comment ce projet RISE a-t-il émergé ?
Ce projet a débuté par une série de conversations entre chercheurs concernant les discontinuités dans les réservoirs. Les principales questions que le projet DISCO2STORE vise à aborder nécessitent une approche intersectorielle et l’utilisation de différents laboratoires, installations de calcul et le savoir-faire de divers groupes. L’action Marie Curie RISE offre cette possibilité de construire des passerelles pour créer de nouveaux réseaux et une formation innovante à la recherche pour les jeunes scientifiques.
Quels sont les principaux acteurs impliqués et que vont-ils apporter au projet ?
Les institutions publiques et privées de R&D sont les principaux acteurs impliqués dans le projet. Selon moi, le monde universitaire se concentre principalement sur la création de nouvelles connaissances, c’est-à-dire une meilleure compréhension du monde ; et les entreprises privées sont principalement concernées quant à elles par la résolution pratique de problèmes complexes et la création de nouvelles applications, avec une technologie de pointe. Or, nous avons besoin des deux pour progresser et résoudre les défis de plus en plus complexes d’aujourd’hui.
Les participants à DISCO2STORE dans le monde, principalement en Europe et en Amérique du Sud.
Par exemple, notre groupe à l’Institut des sciences de la Terre essaie de mieux comprendre comment détecter les fractures et le contenu en fluide des roches en utilisant les ondes sismiques. C’est-à-dire, que l’on envoie des ondes à travers la roche et l’on interprète ensuite les informations contenues dans les réflexions et les réfractions (comme un écho-Doppler médical, mais à d’autres échelles et fréquences). Cette méthode a l’avantage d’être non invasive : nous ne forons pas pour obtenir l’information. Il est important de détecter les régions fracturées du réservoir géologique où le CO2 va être stocké, car les fractures affectent la perméabilité.
Nous allons aussi vérifier expérimentalement certaines théories intéressantes qui permettraient de détecter des fractures assez petites, en dessous du niveau de résolution des ondes sismiques. L’on pourrait ainsi obtenir des informations à partir d’une image de caractéristiques plus petites que le pixel de l’image. Ce serait génial ! Ce travail sera la mission de notre groupe à l’UNIL, de la CNEA et de l’Y-TEC (Argentine) et de la SINTEF (Norvège) – des institutions de R&D publiques et privées. Ce n’est là qu’un exemple du travail plus global qui sera effectué dans le cadre de ce projet RISE, bien entendu.
Quel sera le principal défi de ce projet et quels sont vos atouts pour le surmonter ?
Notre défi est de comprendre comment utiliser les informations géophysiques et géologiques, pour rendre le stockage du CO2 plus sûr et viable en tant qu’alternative à long terme. Cela peut se faire en développant des stratégies pour mieux caractériser les formations avant les opérations d’injection ou en trouvant les moyens de mieux surveiller l’évolution des fluides.
Schéma montrant le stockage du CO2 dans un aquifère salin profond avec le « caprock » ou roche couverture empêchant les fluides de refluer à la surface depuis la roche réservoir. Figure tirée de Bentham & Kirby (CO2 storage in saline aquifers. Oil & gas science and technology, 60(3), 559-567. 2005 10.2516/ogst:2005038).
Cependant, sur un plan personnel, je pense que le principal défi est de pouvoir sortir de notre zone de confort, et de réussir à amener les modèles numériques en laboratoire, de l’Université vers l’industrie, et d’utiliser ces fertilisations réciproques pour développer une nouvelle compréhension des processus. Construire ces passerelles est pour moi une motivation de longue date, et les connaissances et l’expérience acquises au cours de mon doctorat et de mon post-doctorat sont certainement des atouts importants. Toutefois, je dirais que mon atout le plus important est notre groupe de recherche, c’est-à-dire les personnes avec lesquelles je travaille dans ce projet. La science est une construction collective, et les projets RISE de Marie Curie sont basés sur ce principe.
En quoi ce projet est-il important pour vous ?
C’est une excellente occasion d’essayer de répondre à certaines questions que je me suis toujours posées sur la détection sismique des fractures et des fluides. Nous sommes ambitieux dans nos objectifs, et c’est plutôt exigeant, mais aussi profondément motivant. Par exemple, nous prévoyons d’imprimer ici à l’UNIL des échantillons en 3D qui imitent les roches fracturées et de les emmener en Norvège pour en mesurer les propriétés mécaniques. Dans ce processus, des scientifiques argentins se joindront à nous pour effectuer des mesures et apprendre à utiliser le dispositif de mesure, avec l’idée de reproduire l’appareil dans leurs installations. Je dirigerai une partie importante de la recherche, principalement la partie de caractérisation sismique, et la gestion d’un projet comme celui-ci est une tâche profondément formatrice. Enfin et surtout, nous souhaitons établir des liens nouveaux et durables entre l’UNIL et d’autres institutions.
Laine Chanteloup, Institut de géographie et durabilité
Laine Chanteloup fait partie, avec sept autres membres de la FGSE, de la toute nouvelle Commission d’éthique de la recherche de la FGSE (CER-GSE). Cette commission répondra aux demandes des chercheur·e·s d’évaluer les aspects éthiques des projets de recherche.
Laine Chanteloup partage avec nous sa longue expérience en matière de demande de certification éthique, accumulée au cours de son travail sur le terrain au Canada auprès des populations autochtones. A l’Université de Montréal où elle a effectué son doctorat jusqu’en 2013, le processus éthique est une étape préalable obligatoire à tout projet de recherche de terrain. Mettre sur le papier le projet ficelé avec toute sa méthodologie avant d’entamer quoi que ce soit est un exercice intéressant, mais difficile, surtout quand la recherche entreprise est inductive.
1. Comment avez-vous vécu cette approche éthique nord-américaine ? Était-ce une source de contraintes ou un avantage pour votre recherche ?
2. Que vous fallait-il prévoir avant de partir sur le terrain, lors de la construction d’un projet, pour répondre à ce processus éthique ?
3. Quelle est la particularité du travail avec les populations autochtones du Canada ?
LC raconte la politique des Trois Conseils en vigueur au Canada, basée sur les principes OCAP selon lesquels les autochtones contrôlent les processus de collecte de données dans leurs communautés (Ownership, Control, Access, and Possession). Les équipes de recherche doivent ainsi concevoir les lettres d’invitation à solliciter avant de partir sur le terrain.
4. Votre façon de monter un projet a-t-elle évolué à la suite de cette expérience ?
LC expose comment elle co-construit ses projets avec les partenaires de terrain.
5. Qu’est-ce que cette expérience a changé dans vos pratiques ?
LC partage ses expériences sur les différents types de « retours » de la recherche aux participants (monétaires, non monétaires) et ses observations sur les différentes cultures de la recherche en vigueur au Canada et en Europe.
6. D’après vous, que peut apporter une commission éthique au sein de la FGSE ?
7. Cette réflexion éthique est-elle propre aux Sciences humaines et sociales ? Ce processus de réflexion sur les aspects éthiques d’un projet concerne-t-il aussi les sciences de la Terre, qui ne travaillent pas avec ou sur des participants humains ?
LC nous livre sa réflexion sur les pratiques éthiques à considérer dans les recherches de terrain, sur l’impact parfois sous-estimé de la recherche en sciences naturelles sur la population locale par exemple lorsqu’elle n’est pas informée.
Thèse soutenue par Nasrin Amini Tehrani, le 8 février 2021, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
Il est universellement admis que le monde perd de la biodiversité en raison de la pression croissante des activités anthropiques. Les populations d’espèces vulnérables sont de plus en plus réduites, ce qui entraîne une perte de biodiversité mondiale et, par conséquent, l’extinction d’espèces. Il est donc urgent d’examiner les facteurs qui affectent la répartition des espèces et de comprendre comment les facteurs de changement environnemental influent sur la répartition des espèces.
Les modèles de distribution des espèces (SDMs) pourraient être utilisés comme outil clé pour prévoir l’adéquation des habitats aux espèces, puis appliqués à des fins de prise de décision et suggérer et soutenir la prise de décision en matière de conservation. Divers facteurs (par exemple, la taille de l’échantillon, la technique de modélisation, la variable environnementale) et les erreurs/biais (c’est-à-dire les fausses présences/absences) ont été constatés pour influencer la performance prédictive des espèces et de l’ensemble des SDM (c’est-à-dire les S-SDMs). Il est donc essentiel d’examiner comment ces facteurs qui affectent la prévision de la distribution des espèces pourraient être améliorés.
Dans le premier chapitre de ma thèse, j’ai développé une approche de modélisation multi-échelle qui utilise des variables focales à différentes échelles pour évaluer l’efficacité de chaque prédicteur, puis nous avons contenu la collection finale de variables pour créer un ensemble de petits modèles d’ensemble (ESMs) et générer des cartes de distribution des espèces comme outil de conservation. Les résultats de notre analyse montrent que les variables les plus importantes se trouvaient dans le groupe des variables bioclimatiques comprenant « Bio11 » (température moyenne du trimestre le plus froid), et « Bio 4 » (température saisonnière), et les ESMs pourraient être une méthode solide et complète pour mieux comprendre l’écosystème dans un environnement très hétérogène.
Dans le deuxième chapitre, j’illustre l’analyse pour examiner comment les SDM des oiseaux peuvent être développées et utilisées pour extraire les EBV spatiales des oiseaux au niveau régional. J’ai démontré que l’adéquation calculée par les SDMs pouvait être utilisée comme une de « distribution spatiale des espèces » EBV (SD EBV) et pouvait illustrer la qualité de l’habitat et l’impact du climat et des tendances d’utilisation des terres sur les populations d’oiseaux et faciliter le suivi et la conservation des oiseaux dans le temps et l’espace.
Enfin, dans mon troisième chapitre, j’ai étudié et analysé deux approches différentes (mise en commun des données et intégration des données basées sur des modèles) pour l’incorporation de divers ensembles de données sur les oiseaux afin de déterminer le meilleur ensemble de données sur les oiseaux pour la prévision de la distribution des espèces dans les Alpes de Suisse occidentale. Mon analyse a montré que la collecte de données sur l’intégration de données basée sur un modèle pourrait être plus précise qu’une approche de mise en commun de données.
Martin Müller, Institut de géographie et durabilité (IGD)
Une étude longitudinale de l’Université de Lausanne montre que les méga-événements sportifs ne parviennent pas à répondre aux exigences de durabilité. Martin Müller, professeur de géographie humaine à l’Université de Lausanne, a comparé les impacts des méga-événements.
Les régions polaires, et notamment l’Océan Austral jouent un rôle prépondérant dans les échanges gazeux entre l’océan et l’atmosphère. Ces régions, caractérisées par un fort brassage à cause de vents tempétueux persistants (les fameux 50e hurlants), laissent les eaux océaniques de profondeur (riches en CO2) remonter vers la surface de l’océan, qui entrent ainsi en contact avec l’atmosphère.
Une série d’études récentes auxquelles a participé Samuel Jaccard (Professeur associé à l’Institut des sciences de la Terre) a retracé l’évolution du brassage entre eaux profondes et eaux de surface dans l’Océan Austral sur la base de carottes sédimentaires marines récoltées à plus de 2 km de profondeur dans le Sud de l’Océan Indien. Ces archives sédimentaires, longues de plusieurs dizaines de mètres, ont été récoltées en 2011 dans le cadre d’une mission du navire de recherche océanographique français, le Marion Dufresne.
Les analyses géochimiques montrent que les eaux profondes de l’Océan Austral contenaient davantage de CO2 dissous lors du dernier âge glaciaire, il y a de cela 20’000 ans. En outre, une forte diminution du brassage océanique lors de cette période a également permis de diminuer le transfert de CO2 de l’océan profond vers l’atmosphère. En réduisant ainsi la quantité de CO2 s’échappant des océans vers l’atmosphère, ce phénomène a contribué à atténuer l’effet de serre, induisant par conséquent une période glaciaire prolongée.
Lorsque le climat global s’est réchauffé à la fin de la dernière glaciation, de grandes quantités de CO2 ont été libérées des profondeurs abyssales des océans vers l’atmosphère, favorisées en cela par un renforcement du brassage océanique. L’augmentation rapide des concentrations de CO2 atmosphérique a ainsi contribué au réchauffement global, accélérant ainsi la déglaciation. Ces résultats démontrent que la région Antarctique joue un rôle crucial dans les phases de changement climatique.
Ce phénomène est d’une importance capitale pour une meilleure compréhension de la situation actuelle de réchauffement climatique. En effet, les scientifiques observent depuis quelques décennies une intensification des vents d’ouest, en réponse au réchauffement lié à nos activités industrielles, favorisant le brassage et donc le relâchement de CO2 océanique dans l’atmosphère.
A terme, ce phénomène pourrait renforcer les effets du réchauffement planétaire. Cela dit, cette tendance pourrait être compensée par d’autre facteurs, notamment celui de l’augmentation des précipitations et à terme de la fonte de la calotte glaciaire du continent Antarctique. Les effets à long terme de ces phénomènes restent incertains et des simulations du climat sont dès lors nécessaires afin de mieux comprendre l’évolution de la dynamique de la circulation océanique de l’Océan Austral dans le futur.
