Le blog scientifique vulgarisé de la Faculté des géosciences et de l'environnement
Une étude américaine publiée en mai a mis en évidence une déformation anormale du sol dans la région volcanique de l’Eifel, en Allemagne. Si elle n’a pas connu d’éruption depuis plusieurs années, elle est toujours considérée comme active.
Interview de Sébastien Pilet, professeur titulaire à l’Institut des sciences de la Terre et vice-doyen enseignement à la Faculté des géosciences et de l’environnement.
Interview de Christophe Lambiel, Maître d’enseignement et de recherche à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre.
La fonte du permafrost, sol gelé en permanence que l’on trouve dans les régions les plus froides de la planète, est un phénomène qui s’accélère en raison du changement climatique. Menace pour le bâti, il amplifie également, par rétroaction, le réchauffement climatique.
Dans cet interview, Augustin Fragnière, chargé de cours à l’Institut de géographie et durabililté et chef de projet au Centre interdisciplinaire de durabilité, évoque les parallèles à tirer entre crise sanitaire et le réchauffement climatique. La crise du Covid démontre qu’il est possible d’agir ensemble sur un problème global. Une prise de conscience du changement climatique à l’échelle globale est essentielle. A l’image de la pandémie, il est possible d’agir rapidement et collectivement sur des enjeux planétaires.
Le professeur Stuart Lane et plusieurs de ses collègues internationaux ont analysé les délais d’intervention en cas de fortes précipitations en Angleterre. Cartes et modélisations à l’appui, ils montrent que l’arrivée rapide des ambulances et des pompiers n’est plus assurée partout, et cela même lors de petites crues. Ce travail, qui devrait permettre de repenser l’organisation des services d’urgence anglais, nous invite aussi à réfléchir à la situation en Suisse.
Votre travail s’applique-t-il à d’autres contextes de crise ? En Suisse par exemple ?
Ce type d’analyse interdisciplinaire peut s’adapter à toute situation d’urgence. Pour le mener à bien, il faut avant tout des données précises : cartographie et localisation des bâtiments clés et des populations vulnérables. La Suisse est très bien dotée sur ce point. Et la Confédération mène une politique ouverte de partage des données sur la société et l’environnement.
Quelles leçons tirer de cette étude ?
La centralisation des soins hospitaliers permet certes d’augmenter leur qualité, mais elle pose du même coup un problème d’accessibilité, en particulier lorsque les routes sont coupées par des crues ou des engorgements. Ce problème est toutefois moins aigu en Suisse. Du fait du relief, les services d’urgences misent beaucoup sur les hélicoptères, susceptibles d’intervenir en cas de difficultés d’accès.
La Suisse vous parait donc prête à faire face à des crises ?
Dans nos pays, il est difficile d’imaginer que les soins nous soient inaccessibles. C’est d’ailleurs ce qui m’a frappé lors de la récente crise sanitaire du COVID-19 : à quel point il était choquant d’imaginer que le CHUV puisse être surchargé ! Même si ces crises sont peu fréquentes, la modélisation, telle celle que nous avons menée, permet d’identifier les limites de nos systèmes de protection. La Suisse dispose d’un atout : la population connait la réalité des risques naturels. Je le constate avec mes étudiants, qui sont particulièrement motivés pour travailler sur ce type de sujets. Ils ont conscience de l’existence de ces risques, en raison des avalanches et glissements de terrain.
Quel regard portez-vous sur le rôle des scientifiques dans la gestion des crises ?
Avant mon arrivée en Suisse, je me suis beaucoup engagé pour améliorer le dialogue entre science et société. Mais il m’est apparu rapidement qu’ici cette « démocratisation des pratiques scientifiques » était déjà très avancée. Je suis donc moins motivé pour m’impliquer dans cette démarche ! C’est sans doute lié au système démocratique suisse. Mes enfants apprennent les responsabilités d’un citoyen à l’école, et je ne connais pas beaucoup de pays où c’est le cas.
La gestion de la crise COVID a été d’autant plus fluide : j’ai été impressionné par la qualité des interactions de la Confédération avec les experts. La population était ainsi bien informée, nous n’avons pas été pris pour des idiots. Je suis convaincu que c’est une des raisons du bon respect global du confinement.
Stuart Lane et son groupe AlpWISE se penchent actuellement sur les impacts du changement climatique et des activités humaines sur les paysages alpins, en particulier les glaciers, l’hydrologie, la géomorphologie et les écosystèmes aquatiques. Leurs travaux s’étendent d’Europe, en Amérique du Sud, au Canada et en Nouvelle-Zélande, mais ils se concentrent principalement sur la Suisse.
Pour aller plus loin
Références bibliographiques
Dans cet interview, Leila Chakroun, assistante doctorante à l’Institut de géographie et durabilité, traite de la permaculture, de ses présupposés, de ses définitions, ainsi que de ses enjeux écologiques. Elle met également en lumière la corrélation entre le contexte du confinement et les activités permacoles en Suisse.
Thèse soutenue par Leonardo COLAVITTI le 26 juin 2020, Institut des sciences de la Terre (ISTE)
La sismologie passive utilise des sources naturelles pour imager l’intérieur de la Terre
Classiquement, les ondes longitudinales provenant des tremblements de terre sont enregistrées et utilisées ; si ces séismes sont proche et sous la zone d’étude, une bonne image de la croûte terrestre peut être obtenue. Plus récemment, le bruit ambiant sismique – causé par l’interaction des océans et de l’atmosphère avec la Terre solide – a été exploité pour tirer des informations sur la vitesse de propagation des ondes transversales dans le sous-sol. Ces deux méthodes ont chacune leurs limitations, ce que j’essaie de dépasser en proposant une nouvelle méthode d’imagerie 3-D. Dans ma thèse j’ai développé cette méthode et écrit les logiciels correspondants, pour ensuite l’appliquer aux Alpes Centrales. Cette zone a une histoire et structure tectonique complexe, et imager les détails reste un défi et un objectif d’actualité de la géophysique.
La nouvelle méthode développée ici se base sur le fait que des ondes longitudinales, en arrivant à une limite de couche franche dans la Terre, transforment une partie de leur énergie en ondes transversales. Le bord entre la croûte et le manteau étant la plus marquée de ces limites, et comme d’autres peuvent exister à des profondeurs plus faibles, la nouvelle méthode est particulièrement bien adaptée à l’imagerie de la croûte entière. La seule condition d’applicabilité est le déploiement d’un réseau suffisamment dense de sismomètres à la surface de la Terre, sans qu’il soit large ou qu’il y ait des séismes locaux, car c’est les séismes lointains autour du monde qui sont la source de l’énergie.
Les principaux avantages de la méthode sont l’imagerie en 3-D, la localisation des limites franches, et la détermination de la vitesse de propagation d’ondes transversales à travers toute la croûte. Pour ce faire, plusieurs éléments clés ont été développés et mis ensemble. D’abord, un calcul très exacte de la géométrie de la trajectoire des rais dans un milieu 3-D et en considérant la transformation longitudinale-transversale. Ensuite, une nouvelle façon de décrire la structure de la croûte terrestre, qui permet d’imager les limites franches en profondeur de manière flexible, et des variations de vitesses à la fois rapides (à travers ces limites) et lentes (à travers les couches). Finalement, une procédure d’inversion de données sismologiques, basée sur un échantillonnage aléatoire des paramètres du modèle, qui trouve la gamme des meilleurs résultats pas-à-pas le long d’un itinéraire couvrant la zone d’étude. De nombreux tests ont été effectués pour calibrer la méthode et améliorer sa performance.
L’application aux Alpes Centrales utilise une grande quantité des données sismologiques de haute qualité. Le modèle de départ se base sur des études précédentes, et puis notre méthode tourne pour livrer des résultats sur un maillage de 25 km de la zone d’étude. L’épaisseur de la croûte augmente sous les Alpes, et ainsi reflète la topographie. On trouve également un saut net à la limite entre les deux plaques à l’origine de la collision alpine, l’Europe et l’Adria (un terrain faisant partie de l’Afrique dans le passé). La carte des vitesses de propagation d’onde montrent une différence entre la chaîne et l’avant-pays européen. De plus, une zone particulière de vitesses peut être contournée, ou des séismes ont lieu dans la croûte inférieure : nous attribuons la différence de cette zone par rapport à d’autres à des différentes propriétés mécanique des roches dues à l’héritage tectonique.
Nos résultats sont encourageants, aussi en comparaison avec des études précédentes. Des développements futurs de cette méthode peuvent inclure des inversions conjointes avec la gravimétrie ou d’autres types de tomographies sismologiques.
Thèse soutenue par Luiz Gustavo RASERA le 12 juin 2020, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
Spaceborne remote sensing has enabled near-global mapping of the Earth’s topography. However, satellite-derived digital elevation models (DEMs) are unsuited for modeling fine-scale Earth surface processes due to their limited spatial resolution.
To this day, fine-resolution DEMs remain sparsely distributed across the planet owing to the technical challenges and substantial costs for producing densely sampled data sets. Over the last decade, multispectral satellite imagery (MSI) has become widely available, providing abundant fine-resolution data for monitoring the Earth’s surface. Although rendering no elevation information, MSI has the potential to provide indirect fine-scale information about topography. Statistical downscaling enables prediction of attributes at scales finer than that of the input data. Multiple-point statistics (MPS) simulation is a powerful alternative for stochastic downscaling due to its ability to replicate complex spatial patterns and assess the uncertainty of the predictions.
Conceptually, MPS simulation methods could be employed for downscaling of coarse-resolution DEMs by extracting spatial information from available fine-resolution DEMs and MSI of better-measured data sets. The application of MPS simulation for downscaling of DEMs is compelling, but there are many issues to be addressed. Trends in elevation pose a challenge for stochastic downscaling of mountainous terrain. MPS simulation algorithms are also notably difficult to parameterize, often requiring manual parameter calibration. As a result, the integration of disparate data sources, such as DEMs and MSI, into the downscaling becomes a daunting task.
Addressing these challenges requires the development of an automated data integration approach. In this thesis, a MPS-driven data integration framework for stochastic downscaling of coarse-resolution DEMs is developed. The approach is composed of algorithms designed for three primary tasks: the statistical downscaling of data sets with trends, the automation of the downscaling process, and the integration of secondary data into the downscaling.
The first contribution of this thesis is a novel MPS-driven downscaling algorithm with inbuilt capabilities for handling data sets with trends. Terrain elevation is modeled as a spatial signal expressed as the sum of a deterministic trend and a stochastic residual component. The approach enables accurate downscaling of coarse-resolution DEMs of either flat or steep terrain.
The second contribution addresses the parametrization of the MPS-driven downscaling algorithm. An automation routine is used to infer optimal algorithm parameters by framing the parameter calibration task as an optimization problem. The framework provides an efficient alternative for automatic generation of statistically accurate fine-resolution DEMs.
The third contribution builds upon the two aforementioned developments by integrating finer-resolution MSI-sourced data as secondary information into the downscaling process. Elevation and MSI data with varying spatial resolutions are integrated based on a probabilistic framework. The approach enables to enhance the structural accuracy of the fine-resolution simulated DEMs and to reduce the inherent uncertainty associated with the downscaling.
Developments in this thesis provide an efficient, low-cost alternative for downscaling of coarse-resolution DEMs based on the integration of available finer-resolution terrain and imagery data. Future research should focus on evaluating potential applications of the downscaled DEMs for the study of Earth surface processes, the planning and design of infrastructures, and the risk assessment of natural hazards.
Deux interventions de Nathalie Chèvre, maître de recherche et d’enseignement à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre.
La pandémie du coronavirus a créé de nouvelles habitudes notamment en matière d’hygiène et de désinfection. Attention toutefois, car l’abus de certains produits peut avoir des conséquence sur la santé comme sur l’environnement.
Dans l’article Scientists’ Warning to Humanity : Rapid degradation of the world’s large lakes, paru le 25 mai dans la revue Journal of Great Lakes research, les experts en limnologie et en pollution tirent la sonnette d’alarme sur l’état de crise écosystémique des grands lacs. Nos experts en la matière Nathalie Chèvre et Marie-Elodie Perga contribuent à cette mise en garde face à un danger majeur. Voici le résumé de l’article.
Les grands lacs du monde sont des habitats de diverses espèces, y compris de taxons endémiques. Ils constituent des ressources précieuses qui fournissent à l’humanité de nombreux services écosystémiques. Ils sont également des sentinelles du changement global et local, et des études récentes en limnologie et en paléolimnologie ont démontré de façon inquiétante leur dégradation générale en termes d’épuisement des ressources (eau et nourriture), de réchauffement rapide et de perte de glace, de destruction des habitats et des écosystèmes ainsi que de perte d’espèces et d’accélération de la pollution. Les grands lacs sont particulièrement exposés aux facteurs de stress anthropiques et climatiques.
Le deuxième avertissement à l’Humanité fournit un cadre pour évaluer les dangers qui menacent actuellement les grands écosystèmes lacustres du monde ainsi que pour évaluer les voies de développement durable plus respectueuses de leur apport continu de services.
Nous passons ici en revue les menaces actuelles et émergentes qui pèsent sur les grands lacs du monde, y compris des exemples emblématiques d’échecs et de succès en matière de gestion des lacs à partir desquels nous identifions les priorités et les approches pour les efforts de conservation futurs. L’examen souligne l’ampleur de la dégradation des ressources lacustres, qui résulte des perturbations cumulées au fil du temps par les impacts humains à long terme combinés à d’autres facteurs de stress émergents. Ce sont des décennies de dégradation des grands lacs qui ont engendré des défis majeurs en matière de restauration et de gestion. Ils ont laissé un héritage de coûts écologiques et économiques pour les générations futures. Les grands lacs nécessiteront des efforts de conservation plus intenses dans un monde plus chaud et de plus en plus peuplé.
Cet avertissement à l’humanité est également l’occasion de souligner la valeur d’un réseau d’observatoires des lacs à long terme pour surveiller et rendre compte des changements environnementaux dans les écosystèmes des grands lacs.
Auteur : CellComDec / Nicolas Bourquin
La relation entre pandémie et destruction des écosystèmes est maintenant bien établie, mais elle est ignorée par le grand public et les instances de décision. Une tribune collective, co-signée par 120 scientifiques, dont plusieurs chercheuses et chercheurs de la FGSE.
Depuis le début du confinement le programme Vacarme sur la RTS s’est transformé en Brouhaha, une émission radio visant les enfants des classes primaires. Chaque émission tourne autour d’un thème qui est traité par une histoire, un reportage et des questions en direct. György Hetényi, professeur assistant FNS à l’Institut des sciences de la Terre, répond aux questions des enfants sur la RTS.
Cette année, le cours «Perspectives sur l’Anthropocène » donné par Marie-Elodie Perga, professeure associée à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre a donné lieu à un exercice original. Les étudiants, en 3e année du Bachelor en sciences de l’environnement, devaient réaliser, individuellement ou en groupe, un non-essai (un film, une chanson, un sketch, un poème, un jeu, un podcast…) sur le thème « Vivre l’Anthropocène ».
Cette création devait pouvoir servir d’outil de communication à l’attention d’un large public, non nécessairement issu du monde scientifique. Il s’agissait présenter un ou plusieurs aspects liés à l’Anthropocène et aux changements globaux, la manière dont ceux-ci se manifestent et leurs implications. Avec pour objectif de déclencher un changement concret dans la perception que le public a de son rôle sur l’environnement et son évolution.
Six de ces travaux ont été sélectionnés et sont présentés ici.
BD par Clara Fiaux et Claudia Gasowska
Notre choix s’est porté sur le support BD parce que ce dernier est ludique et surtout vulgarise bien les sujets qu’il traite. Par ce biais, nous avons essayé de rendre accessible quelques notions liées à l’Anthropocène ainsi que de provoquer un certain « choc par le dessin ». Notre but était de démontrer que le Système Terre ne supporterait pas la croissance (économique) perpétuelle et que le choix revient à la population, aux lecteurs.
Vidéo en stop-motion (3 minutes) par Christina Grimm
Mon œuvre vise la sensibilisation du public à l’impact environnemental du secteur agricole, notamment en vue de la crise sanitaire actuelle pendant laquelle quasi notre seule raison de sortir est d’aller au supermarché. L’empreinte carbone énorme de certains aliments est présenté, ce qui devrait, dans l’idéal, engendrer un changement de conscience du spectateur ou de la spectatrice et, par la suite, mener à une consommation plus écologique. Cette thématique a été choisie car la nourriture est le moyen le plus direct et probablement le plus facile pour réduire son impact écologique personnel.
Clip (3 minutes) par Christophe Reis
À l’heure de toutes ces problématiques environnementales, nous parlons beaucoup mais agissons peu. Ce rap offre un petit diaporama des problèmes principaux qui traduisent l’état actuel de la situation. Le but est de réveiller les consciences car nous sommes un peu tous « coincé dans ce système » et nous devrions tous avoir un peu « honte » de nous-même!
Acrylique sur toile (40x80cm) par Liana Poma
Ce tableau est à lire comme une ligne du temps. J’ai représenté les perturbations humaines à travers des couleurs « non-naturelles », qui augmentent de manière soudaine et touchent toutes les éléments du tableau, comme c’est le cas des impacts humains qui touchent l’environnement dans son ensemble à partir des années 1950. On tend trop souvent à oublier que ces impacts se répercuteront inévitablement sur l’humanité elle-même. Le risque d’un effondrement de notre civilisation est réel et c’est pour souligner les incertitudes vers lesquelles notre civilisation se dirige que j’ai caché le futur dans la fumée.
Animation vidéo (3 minutes), par Daan Piovano, Zacharie Aubert, Imran Kazmi et Théodore Bossoney
Nous voulions réaliser une vidéo qui mette en avant les impacts de l’homme sur la terre, sans rentrer dans des détails scientifiques, de sorte que le plus de personnes possibles puisse en tirer quelque chose. Cette vidéo peut être une sorte d’introduction à l’anthropocène et au réchauffement climatique en général.
Vidéo (3 minutes) par Baptiste Poffet, Lucas Schmutz et Kyle Schnyder
Illustration de l’évolution dans le temps des multiples indicateurs de la Grande Accélération. Son but est d’exprimer, à travers deux perceptions, l’augmentation inédite de la production et de la consommation. La représentation et le message restent simples et accessibles, même aux moins initiés.
Des oiseaux qui chantent en ville, les eaux de la lagune de Venise à nouveau claire, un ciel dépollué : la Nature semble profiter de la mise en veille de l’être humain, du ralentissement de l’économie en cette période de confinement. Est-ce une aubaine pour les activistes du climat ? Intervention de Sophie Swaton, Maître d’enseignement et de recherche, et Dominique Bourg, professeur honoraire à l’Institut de géographie et durabilité.
Un article paru dans le blog de Sophie Swaton « L’ère de la transition », maître d’enseignement et de recherche à l’Institut de géographie et durabilité. La tragédie sanitaire a l’insigne mérite de dévoiler les faiblesses de nos sociétés : dépendance économique envers la Chine ou l’Inde (médicaments), souffrances et pénuries dans les métiers du soin, agonie des PME, violences pour les précaires, etc. Une crise inédite sur fond d’urgence sociale et écologique qui appelle autre chose que le nième retour d’une proposition qui n’est jamais parvenue à convaincre : un revenu de base inconditionnel (RBI).
Deux plaques tectoniques convergent sous le Népal, où le sous-continent indien glisse lentement (à l’échelle géologique) sous l’Eurasie. La chaîne himalayenne a été formée par cette collision.
Or, ce phénomène occasionne des secousses occasionnelles et tremblements de terre parfois catastrophiques. Un article de la revue Eos présente une démarche de recherche-action développée depuis plusieurs années par deux chercheurs de l’Institut de sciences de la Terre.
György Hetényi
professeur associé à l’Institut des sciences de la Terre
Shiba Subedi
doctorant à l’Institut des sciences de la Terre
L’article Bringing Earthquake Education to Schools in Nepal du 23 avril dernier présente les travaux de Shiba Subedi, doctorant népalais en sismologie des tremblements de terre à l’ISTE. Il travaille actuellement à changer la situation locale grâce au programme « Seismology at School in Nepal », à partir du constat que dans cette zone à haut risque sismique, les népalais sont mal ou trop peu formés à la préparation des tremblements de terre et des risques, notamment dans les écoles.
En avril 2015, un tremblement de terre dévastateur secoue le Népal au Nord-Ouest de Katmandou, la capitale. Il y a eu de nombreux dégâts et victimes. Subedi, alors sur place, voit des proches fortement impactés par cet événement. Il réalise alors que le manque d’infrastructures et de préparation aux tremblements de terres himalayens occasionne de sérieux dommages qui pourraient être évités.
Animé par la volonté d’aider sa communauté d’origine, il entreprend en 2017 un doctorat auprès du Prof. György Hetényi à Lausanne. Son but est de faire comprendre ces aléas le plus largement possible. Grâce à l’expertise de nos chercheurs, les risques de cette région ont pu être monitorés avec précision. L’installation de 22 sismomètres dans les écoles népalaises permet à présent une plus grande réactivité par la formation continue aux bonnes pratiques en cas de danger. Les deux chercheurs ont également donné des cours de sensibilisation couvrant le territoire de cette région de l’Himalaya.
Grâce à ce programme, la population locale est à présent mieux préparée. Les données des sismomètres sont accessibles à tous en open data. Subedi et Hetényi espèrent continuer à développer le projet, pour finalement étendre leur réseau à l’ensemble du pays.
Auteur : CellComDec / Nicolas Bourquin
