Le blog scientifique vulgarisé de la Faculté des géosciences et de l'environnement
Dans cet interview, Ignaz Strebel, Maître d’enseignement et de recherche à l’Institut de géographie et durabilité, montre comment de simples réparations peuvent aider à limiter la quantité de déchets au niveau mondial.
Dans le livre Repair Work Ethnographies (Palgrave Macmillan), dont il est le co-auteur, il nous interroge sur la surconsommation sociétale et l’extension souhaitable du cycle de vie des matériaux.
On peut se demander ce qui lie un volcan faisant éruption en Indonésie, des blocs erratiques qui parsèment le plateau suisse et la théorie glaciaire ? La réponse pourrait être : Jean de Charpentier, directeur des mines de sel de Bex au 19ème siècle.
Au mois d’avril 1815 le volcan Tambora fait éruption en Indonésie crachant dans l’atmosphère une quantité de gaz et de poussière telle que le rayonnement du soleil sur Terre en fut affecté. Les années suivantes furent particulièrement fraîches et pluvieuses ; 1816 fut d’ailleurs baptisée l’année sans été. Ce refroidissement temporaire du climat mondial a contribué à l’extension des glaciers alpins. Ce fut aussi le cas dans le Val de Bagnes où une crue du glacier de Giétroz, barrant la vallée, avait provoqué la formation d’un lac dont la vidange brutale pouvait menacer les villages situés en aval.
Ce phénomène de crue glaciaire et les dangers qui lui étaient associés ont attiré de nombreux scientifiques dans le Val de Bagnes entre 1815 et 1818. Deux d’entre eux, Ignace Venetz, Ingénieur valaisan appelé sur place pour tenter de vidanger le lac de retenue et Jean de Charpentier, directeur des mines de Bex firent la connaissance de Jean-Pierre Perraudin, paysan de Lourtier, qui leur servit de guide. Celui-ci leur fit part de ses observations et conclusions concernant les fluctuations des glaciers du val de Bagne. Selon lui, ces glaciers seraient descendus par le passé jusqu’à Martigny. Il s’agit là de la première mention de l’extension plus importante des glaciers dans les temps anciens, prémices de la théorie glaciaire.
Venetz et le réchauffement climatique
Sous l’influence de Perraudin, Ignace Venetz utilisa la position des moraines pour en déduire les variations de l’extension des glaciers et ainsi étudier les changements climatiques dans les Alpes. On peut donc considérer que l’étude de Venetz rédigée en 1821 et publiée en 1833 dans les Mémoires de la Société helvétique des sciences naturelles constitue l’une des premières, sinon la première étude sur le réchauffement climatique actuel (« Mémoire sur les variations de la température dans les Alpes de la Suisse »).
Jean de Charpentier et la théorie glaciaire
Sous l’influence de Perraudin et Venetz, Jean de Charpentier élabora la théorie glaciaire suivant laquelle les glaciers avaient occupé par le passé la totalité du plateau suisse en y transportant et en abandonnant des blocs erratiques provenant des Alpes.
Ces blocs étaient alors interprétés par certains scientifiques comme étant transportés par des courants d’eau gigantesques en relation avec le Déluge biblique. Les terrains qui contiennent ces blocs sont d’ailleurs regroupés sur les anciennes cartes géologiques sous le terme de « Diluvien ».
Jean de Charpentier publia en 1841 son ouvrage « Essai sur les glaciers et sur le terrain erratique du bassin du Rhône ». Il avait été précédé de peu par Louis Agassiz qui en 1836 fit un séjour de 5 mois à Bex auprès de Jean de Charpentier. Agassiz, nourri des discussions avec de Charpentier, publia en 1840 son livre intitulé : « Étude sur les Glaciers ». Louis Agassiz est parfois désigné comme étant l’inventeur de la théorie glaciaire, ce qui est erroné. Il s’agit clairement de Perraudin, Venetz et de Charpentier qui sont à l’origine de cette théorie. Agassiz, quant à lui, en a assuré la diffusion principalement au niveau international.
Les blocs erratiques dédiés à Jean de Charpentier à Monthey
Reconnaissant en Jean de Charpentier un savant d’exception et pour honorer sa contribution à l’étude des glaciers et de leurs mouvements, le Gouvernement du Valais prit en 1853 la décision d’offrir à ce savant deux blocs erratiques constitués de granite du Mont-Blanc. Il s’agit de blocs situés dans la région de Monthey et nommés : Pierre à Muguet et Pierre à Dzo. Après la mort de de Charpentier, ses héritiers cèdent ces deux blocs erratiques à la Société vaudoise des sciences naturelles (SVSN). Eugène Renevier, professeur de géologie à l’Académie de Lausanne et président en exercice de la SVSN fait graver diverses mentions sur ces blocs.
Les blocs de Bex, d’autres monuments à Jean de Charpentier
Dans la forêt au nord de la colline de gypse du Montet, non loin de la demeure de Jean de Charpentier aux Dévens, se trouvent plusieurs blocs erratiques calcaires. Deux de ces blocs sont tout à fait remarquables et ont été décrits en détail par de Charpentier dans son ouvrage de 1841. Il s’agit de la Pierra-Bessa (qui veut dire pierre double ou pierre fourchue) et le Bloc-Monstre (ce nom a été donné par de Charpentier lui-même).
Le 21 août 1877, lors de l’assemblée annuelle de la Société helvétique des sciences naturelles qui se déroulait à Bex, une manifestation particulière a été organisée aux abords immédiats de ces blocs avec forces discours, figurants déguisés en gnomes et en fées, bricelets, merveilles et vin d’honneur ! Cette cérémonie visait à rendre hommage au grand savant qu’était de Charpentier et marquer la donation des deux blocs à la Société vaudoise des sciences naturelles.
L’intérêt de la conservation de ces blocs est double. Il s’agit de monuments culturels rappelant l’œuvre de Jean de Charpentier. La motivation initiale, toujours d’actualité, est la conservation « inaliénable » de ces témoins de la présence et de l’extension des glaciers dans les temps anciens. Ces blocs font partie d’un patrimoine total de 14 blocs répartis sur le territoire vaudois et propriété de la SVSN. Il s’agit donc d’un patrimoine scientifique encore important de nos jours constitué à la suite d’un « Appel aux Suisses pour les engager à conserver les blocs erratiques » lancé en 1867 par la Société helvétique des sciences naturelles.
Blocs erratiques et bicentenaire de la SVSN durant l’année 2019
Dans le cadre des manifestations prévues pour fêter le bicentenaire de la SVSN, quelques visites de blocs erratiques sont actuellement organisées afin de mieux faire connaître ce patrimoine et son importance culturelle et scientifique.
La première visite à eu lieu à Bex le 27 avril dernier. Elle sera suivie par une visite de la Pierre à Peny à Mies le 29 juin 2019 et de la Pierre à Glisse et la Pierre Bleue à Lignerolle, le 5 octobre 2019. Il sera l’occasion de rappeler l’importance scientifique de ces blocs, non seulement par rapport à la théorie glaciaire, mais également pour d’autres aspects des sciences naturelles comme la population de mousses et lichens qui colonisent ces blocs ou pour la faune et la flore qui peut se développer en leur abords immédiats. Ces excursions sont gratuites et ouvertes au public.
Les renseignements sur les activités liées au bicentenaire de la société se trouvent sur le site de la SVSN.
Jean-Luc Epard, Pierre Gex
Dominique Bourg, professeur ordinaire à l’Institut de géographie et de durabilité, a été interviewé dans l’émission « Pardonnez-moi » de Darius Rochebin, diffusée le dimanche 12 mai.
Il y discute notamment de son parcours depuis la région du Doubs dont il est originaire jusqu’à ses triples doctorats. Le philosophe évoque la nécessaire sobriété sociétale pour atteindre la démocratie écologique et diminuer les risques liés au changement climatique. Spécialiste de l’environnement, Dominique Bourg s’exprime également avec enthousiasme sur la présence renforcée de l’engagement citoyen, toutes générations confondues, pour trouver des alternatives au modèle actuel.
Interviews d’Antoine Guisan, professeur ordinaire aux Facultés de biologie et de médecine et de géosciences et environnement à l’Université de Lausanne, et de Jacques Bourgeois, conseiller national (PLR/FR), directeur de l’Union suisse des paysans.
Thèse soutenue par Christelle Gabbud, le 9 mai 2019, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
Les cours d’eau alpins peuvent être fortement modifiés par les activités humaines. Les impacts directs comprennent notamment la construction de barrages et d’infrastructures de prélèvement d’eau ainsi que l’ingénierie des rivières pour la production d’énergie hydroélectrique. Ces modifications ont un impact à la fois sur le débit des cours d’eau et sur le transfert des sédiments, et en conséquence sur la faune et la flore en aval. Alors que les impacts liés aux barrages sont bien étudiés, les impacts liés aux prises d’eau sont beaucoup moins connus. (suite…)
Thèse soutenue par Mohamed Laib, le 3 mai 2019, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
Les récentes avancées dans la technologie de collecte et de stockage des données ont permis d’améliorer les systèmes de surveillance météorologique. Ainsi, il est possible d’enregistrer les paramètres météorologiques et climatiques à une fréquence plus élevée et d’utiliser un certain nombre de capteurs répartis spatialement dans plusieurs endroits différents. Par conséquent, l’exploration, la modélisation et la compréhension de ces paramètres environnementaux nécessitent la recherche de nouvelles techniques plus efficaces.
Cette thèse est composée d’articles publiés qui se basent sur les données du vent en Suisse. Elle propose des approches d’exploration et de modélisation de données environnementales multivariées. Les contributions majeures de cette thèse sont :
Cette thèse a pour but d’analyser les données multivariées. Elle propose des techniques basées sur les réseaux pour extraire le plus d’informations possibles afin de bien explorer ces données. Elle propose également une visualisation spatiale des caractéristiques temporelles des données. La thèse contribue à la littérature du ‘Machine Learning’ avec le nouvel algorithme de sélection de variables.
Finalement, la thèse cherche à améliorer la compréhension du mécanisme qui influence le phénomène du vent. De plus, les méthodes et l’algorithme proposés peuvent aussi être appliqués à d’autres phénomènes géospatiaux.
Thèse soutenue par Cyril Mumenthaler, le 2 mai 2019, Institut de géographie et durabilité (IGD)
Cette thèse s’intéresse à la montée en puissance de l’agriculture urbaine en Suisse. Elle cherche à répondre à deux objectifs principaux :
Elle repose sur trois cas d’étude : Genève, principalement, ainsi que Zurich et Lausanne et est composée de quatre articles scientifiques.
Les articles sont précédés d’une analyse statistique et cartographique qui fait ressortir les principales caractéristiques de l’agriculture des aires urbaines en Suisse, d’une présentation des cas d’étude et d’une revue de la littérature scientifique. Les principaux apports de cette revue de la littérature sont l’identification des critères souvent implicites à la définition de l’agriculture urbaine et l’élaboration une typologie de l’agriculture urbaine adaptée au contexte suisse.
Du point de vue de l’aménagement du territoire, les fermes urbaines, et l’agriculture urbaine de manière générale, correspondent à d’indéniables changements de pratiques (conception, opérationnalisation). Trois caractéristiques majeures de ces nouveaux aménagements agri-urbains modifient largement la façon de concevoir le projet urbain : une intégration de l’agriculture à plusieurs échelles (régions urbaines, villes et quartiers), une co-construction entre différents services cantonaux et avec les milieux agricoles, et, finalement, un mode alternatif de gestion des parcs publics. L’article 2 permet de définir plus précisément ce que sont les fermes urbaines et de tester la portée et les limites de ce processus d’hybridation des usages, de l’affectation du sol, des acteurs et du foncier.
Du côté de la politique agricole et des milieux agricoles, l’agriculture urbaine est également à l’origine de multiples changements et tend à donner une place inédite à la ville dans la stratégie agricole genevoise. L’agriculture urbaine modifie la façon de penser les politiques agricoles et l’agriculture de manière générale, et marque un retour de l’alimentation et de la ville dans la politique agricole. C’est bien ici la question urbaine qui s’immisce dans la stratégie agricole.
Que ce soit du côté de l’aménagement du territoire ou de l’agriculture, ces hybridations agri urbaines sont toutefois à nuancer et certaines limites à l’invention de l’agri-urbain sont à souligner. D’un côté, l’opposition ville et agriculture est encore très forte dans le contexte suisse. ll en résulte une résistance évidente des cadres réglementaires existants à la mise en æuvre de pratiques par définition hybrides. De l’autre, ce qui est beaucoup plus problématique, l’agriculture urbaine apparaît encore comme une intégration très superficielle des enjeux agricoles dans le projet urbain, se concevant largement en marge de l’agriculture conventionnelle et de la politique agricole.
Thèse soutenue par Benjamin Lehmann, 1er mai 2019, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
Afin d’appréhender l’effet des variations climatiques sur les environnements alpins, il est nécessaire d’étudier le passé des systèmes montagneux. Depuis le dernier maximum glaciaire (LGM), il y a environ 20’000 ans, les glaciers alpins se sont retirés des régions de plaine et de leurs zones d’accumulation en altitude. Cette transition modifia considérablement la géographie alpine en alimentant de grands lac d’eau douce, en libérant de considérable quantité de sédiments et en exposant d’importantes étendues de surfaces rocheuses.
Pourtant, les reconstitutions des conditions environnementales depuis le LGM restent peu documentées. Une des principales limitations est le manque de contraintes temporelles précises dans la reconstruction des extensions glaciaires passées. Différentes méthodes géochronologiques ont été développées et appliquées pour dater les marqueurs géomorphologiques ou sédimentaires spécifiques de la dynamique des glaciers.
Récemment, la datation de l’exposition de surface par luminescence stimulée optiquement (OSL) a été développée, offrant l’occasion d’améliorer les reconstructions des extensions glaciaires passées. Cette méthode est basée sur la sensibilité du signal OSL des minéraux à la lumière. Lors d’une exposition le signal OSL est remis à zéro dans les premiers millimètres supérieurs de la surface rocheuse exposée.
Dans cette thèse, j’étudie le potentiel de la datation d’exposition de surface OSL à partir de polis glaciaires sur les flancs de la Mer de Glace, glacier emblématique du massif du Mont-Blanc. Je montre tout d’abord que cette méthode permet de reconstruire les épaisseurs passées du glacier depuis le Petit Âge Glaciaire, c’est à dire depuis la deuxième moitié du XIXe siècle. Je montre ensuite que sur de plus longues périodes, la méthode est sensible à l’érosion de surface. En la combinant avec une autre méthode de datation, la datation par cosmogénie nucléïde, je montre qu’il est possible de contraindre l’évolution de l’érosion de surface et des variations d’épaisseur du glacier depuis 20’000 ans.
En appliquant cette nouvelle approche sur des profiles verticaux de surfaces de roches moutonées sur les bords de la Mer de Glace, je démontre que l’intensité de l’érosion varie avec l’altitude. Plus les surfaces sont haute, plus l’érosion est faible. De plus, les résultats montrent des intensités d’érosion très fortes par rapport à ce qui est généralement admis dans ces environnements de montagnes. La distribution vertical et l’intensité des taux d’érosion pourraient la conséquence des facteurs morphomètrique et climatiques propres aux environnement de haute montagne, comme la pente des surfaces rocheuses ou la distribution du manteau neigeux. Enfin, les reconstitutions glaciaires suggèrent des scenarios d’amincissement glaciaire potentiellement rapide à la fin du dernier maximum glaciaire.
Lors du match Sion-Lucerne du 7 avril dernier, l’onde de choc produite par l’enthousiasme des 8’900 spectateurs présents à Tourbillon suite au but marqué par Lenjani dans les 10 premières secondes du match a été captée par un sismographe installé à plus de deux kilomètres du stade !
En effet le prof. György Hetényi et son collègue doctorant Shiba Subedi (Institut des sciences de la Terre) pratiquent des tests en Valais dans le cadre d’un très intéressant programme pédagogique de prévention de risque sismique en voie d’installation au Népal.
Certes la vibration enregistrée ne correspond pas à un événement très important sur l’échelle de Richter (sa magnitude, négative, était d’environ –1,7 ca. 4 mégajoules), mais elle correspond grosso modo à l’énergie libérée par l’explosion d’un kilogramme de TNT. Or le sismographe était à plus de deux kilomètres des pieds des spectateurs ! (La magnitude étant une mesure relative de l’énergie sur une échelle logarithmique, elle est négative pour des petites quantités d’énergie.)
Le phénomène avait déjà été relevé, par exemple lors d’un match à Mexico en juin 2018.
A Tourbillon, la surprise du premier but précoce était heureusement plus forte que l’intensité de l’onde « sismique » ainsi provoquée et n’a pas fait beaucoup de dégâts, même sur l’équipe adverse, puisque la rencontre s’est soldée par un match nul…
Revue de presse
Dans l’article « Decadal-scale climate forcing of Alpine glacial hydrological systems » paru dans Water Resources Research, le Prof. et géomorphologue Stuart Lane, ainsi que son équipe, ont démontré que pour six bassins alpins de haute montagne en Valais, les fluctuations journalières des débits entre 1969 et 2014 ont changé en raison du réchauffement climatique. Les enjeux portent sur l’hydroélectricité et le charriage des sédiments.
Partant du constat que les bassins hydrographiques comportant une forte proportion de glace sont particulièrement sensibles au réchauffement climatique, on peut déterminer une montée et une baisse quotidiennes du débit d’une rivière. En effet, les variations journalières d’ensoleillement et de la température influencent les fluctuations de la neige et/ou la fonte des glaces.
Ces processus ont un impact fort sur le charriage des sédiments dans les cours d’eau alpins. En effet, ces variations journalières augmentent considérablement le taux de transport de ceux-ci. La neige et les glaciers eux-mêmes peuvent modifier le charriage des sédiments par des processus hydrologiques.
Dès les années huitante, les maxima journaliers des débits ont augmenté et les minima journaliers ont diminué. Ces changements sont la conséquence d’une diminution de l’accumulation de neige à la fin de l’hiver, donc d’une réduction de la protection de la glace par la neige pendant la saison de fonte précipitant une fonte glaciaire bien plus rapide. En conséquence, il faut vider les retenues d’eau utilisées pour l’hydroélectricité avec une fréquence bien plus élevée que dans le passé.
Référence bibliographique
Auteur : CellComDec / Nicolas Bourquin
Durant l’hiver 2018-2019, le brassage des eaux du Léman ne s’est pas fait complètement. Ce n’est pas une première et cela pourrait, à terme, avoir des conséquences fâcheuses. Interview de Marie-Elodie Perga, professeure associée à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre.
Le réchauffement climatique peut être une source d’angoisse, de tristesse ou de déni, provoquant l’inertie. Pour apprendre à gérer ses émotions et s’engager pour le climat, des ateliers d’écopsychologie fleurissent en Suisse romande. Témoignage de Sarah Koller, assistante diplômée et doctorante à l’Institut de géographie et durabilité.
Thèse soutenue par Aleksandar Licul, le 10 avril 2019, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
Les observations de la vitesse de la glace sur les calottes glaciaires et les glaciers suggèrent deux modes d’écoulement glaciaire très différents : l’écoulement lent et rapide, avec des différences de vitesse jusqu’à trois ordres de grandeur entre les deux. Comprendre les processus physiques qui déterminent l’écoulement des glaces est cruciale pour pouvoir prédire l’élévation future du niveau de la mer à cause du réchauffement de la planète. Cette hétérogénéité des vitesses d’écoulement peut s’expliquer par le couplage thermomécanique et par la mécanique d’instabilité liée au fluage. L’instabilité de fluage ou mécanisme d’emballement thermique est un processus qui repose sur un concept simple de rétroaction positive entre le taux de déformation de la glace et la température. En augmentant le taux de déformation, la température de la glace augmente, en chauffant la base, ce qui augmente encore le taux de déformation de la glace.
Malheureusement, la plupart des modèles actuels d’écoulement de la glace sont connus pour leur incapacité à prédire et à modéliser cette forte hétérogénéité observée dans les vitesses d’écoulement de la glace. Cela est principalement dû au fait que les modèles actuels sont exigeants en calcul et nécessitent souvent l’utilisation de supercalculateur modernes et d’algorithmes sophistiqués. De plus, la plupart des modèles d’écoulement de glace se basent sur une approximation simplificatrice et les processus physiques gouvernant l’écoulement ne sont donc pas bien représentés. En outre, la plupart des modèles d’écoulement de glace actuels ne sont pas bien adaptés aux tendances modernes de l’industrie d’équipement informatique basées sur de nombreuses architectures de base.
Dans cette thèse, j’adresse ces problèmes en développant un modèle d’écoulement de la glace basé sur la méthode de continuation pseudo-transitoire (PT) itérative. La méthode repose sur l’utilisation d’une méthode basée sur le gabarit sans matrice. Les propriétés de cet algorithme sont bien adaptées aux accélérateurs matériels modernes massivement parallèles tels que les cartes graphiques d’ordinateur. Nos résultats montrent qu’il est possible d’obtenir une augmentation de deux ordres de grandeur des performances par rapport à la version CPU de l’algorithme vectorisée sur un seul GPU, ce qui nous permet d’effectuer une modélisation tridimensionnelle à haute résolution du flux de glace couplé thermo-mécaniquement sur un ordinateur personnel. En outre, je montre qu’une résolution numérique spatiale et temporelle élevée est nécessaire pour résoudre complètement toutes les non-linéarités associées à la glace.
Enfin, j’ai étudié plus en détails à quel point le chauffage par contrainte de source de chaleur peut être important. Cette question n’est toujours pas résolue dans la littérature. J’ai découvert au cours de cette thèse que le chauffage par contrainte est la principale source de chaleur volumétrique interne dans la conservation de l’énergie. Son influence est dynamique et dépend principalement de la répartition des contraintes, de la vitesse de la glace et de la température. Par conséquent, il peut varier considérablement dans l’espace et dans le temps. Il peut constituer une source de chaleur importante dans certaines situations, mais pas dans d’autres. Néanmoins, il ne doit jamais être négligé car il constitue un équilibre crucial qui est nécessaire pour avoir une conservation appropriée de la masse, de l’énergie et de la quantité de mouvement. De plus, mes résultats montrent que le chauffage par contrainte est un processus qui fonctionne à différentes échelles de temps et que deux régimes distincts sont généralement associés au chauffage par contrainte. état transitoire et stable. Par conséquent, si l’on souhaite évaluer l’importance du chauffage par contrainte en tant que source de chaleur, il est nécessaire de prendre en compte les deux régimes.
Les sols sont vivants ; on estime qu’ils contiennent au moins un quart de la biodiversité globale et renferment sous forme de matière organique plus de carbone que la biosphère et l’atmosphère réunies ! Soit environ 1’500 millions de tonnes.
La plupart des études sur la composante organique des sols se focalisent sur les premiers centimètres du sol qui concentrent l’essentiel de la biomasse. Mais qu’en est-il des couches plus profondes, où les traces de la vie se font plus subtiles ? Des chercheurs de l’Université de Lausanne et de l’Université de Colombie Britannique mènent des études sur une variété de sols alpins, tempérés et tropicaux pour déterminer la contribution des horizons dits minéraux, généralement présents à des profondeurs de 20 cm à 1 m, au stockage de la matière organique.
Les résultats montrent que plus de 60% du carbone organique des sols se trouve à des profondeurs supérieures à 20 cm et que ce stock de carbone demeure réactif et vulnérable vis-à-vis des perturbations environnementales, comme celles engendrées par la coupe forestière ou l’établissement de pâturages.
Enfin, au-delà du premier mètre des sols, la vie est toujours présente ; il a été observé que certaines plantes pouvaient s’enraciner à une profondeur allant jusqu’à 10 m, et de récentes études de géobiologie ont montré que la vie microbienne pouvait exister à des profondeurs de plusieurs centaines de mètres sous la surface ou même plus dans des conditions particulières. Des recherches supplémentaires sont nécessaires afin de comprendre le comportement de ce réservoir biologique profond.
Pour plus d’information
Dre Stephanie Grand
stephanie.grand@unil.ch
Références
Interview de Stuart Lane, professeur à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre : « Aujourd’hui, la fonte des glaciers permet de remplir les barrages alpins quand il n’a pas assez neigé en hiver. En 2040, les glaciers auront tellement fondu qu’ils ne pourront plus jouer ce rôle ».
