Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 6 décembre 2023 par Alessia Tagliaferri, rattachée à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.
La région Lépontine constitue le cœur des Alpes d’Europe centrale. Elle a une structure en dôme et à l’intérieur est formée par des unités rocheuses qui enregistrent des conditions de pression et de température typiques des orogènes de collision. Les températures enregistrées par les minéraux sont élevées (environ 600-650 °C) et l’origine de la chaleur qui a affecté les unités n’est pas encore claire.
Dans cette thèse, nous avons utilisé plusieurs branches de la géologie pour étudier la contribution des différentes sources de chaleur au bilan thermique global du dôme Lépontin. Notre étude a révélé l’âge des événements alpins qui ont juxtaposé les unités Lépontines, leur provenance et leur évolution.
Nous avons simulé l’empilement d’unités rocheuses à l’aide de modèles numériques. Ces modèles montrent que la chaleur est principalement transportée par le mouvement des roches et que la conduction agit simultanément.
Sur le terrain, nous avons réalisé une cartographie géologique extensive pour définir les lithologies et les structures des roches. Le travail sur le terrain nous a permis de découvrir de nouvelles unités rocheuses et de mieux caractériser la transition entre les unités à grande échelle constituant le dôme Lépontin. A partir de 13 échantillons, nous avons extrait 1158 cristaux de zircon que nous avons analysés et datés à l’aide de la technique U-Pb. Nous proposons un scénario géodynamique impliquant une unité alpine majeure à grande échelle qui s’est déplacée sur une zone de cisaillement pendant son exhumation. La mise en place de cette unité a généré le principal épisode de chauffage à 31-33 Ma, qui est diffus et qui a produit des conditions de température maximale. Localement, dans le sud, nous documentons des injections magmatiques/fluides datant de 22-24 Ma, qui proviennent de régions encore chaudes dans les racines de l’orogène.
L’évolution thermique après le principal épisode de chauffage a été régionalement complexe et spatialement hétérogène. Nous avons étudié l’histoire du refroidissement dans des conditions proches du pic (environ 31 Ma) pour 6 échantillons. Les roches se sont refroidies très rapidement (plus de 100 °C/Ma) dans la zone de cisaillement principale et lentement (2 °C/Ma) au cœur du dôme Lépontin. Les taux de refroidissement élevés dans la zone de cisaillement indiquent une production de chaleur à court terme pendant le pic, que nous associons à la chaleur produite par la friction pendant la mise en place de l’unité alpine principale.
En conclusion, le mouvement de l’unité majeure a provoqué un transport de chaleur et une production locale de chaleur due à la friction à sa base, ce qui a contribué avec la conduction au bilan thermique du dôme Lépontin.
Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 22 novembre 2023 par Emilie Macherel, rattachée à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.
Les contraintes présentes dans la couche externe de la Terre jouent un rôle fondamental dans de nombreux processus géologiques qui se produisent à différentes échelles spatiales et temporelles. Cependant, nous avons encore beaucoup à apprendre sur la manière dont ces contraintes sont réparties et à quel point elles sont importantes dans divers environnements géologiques.
L’objectif de cette thèse est de contribuer à notre compréhension de ces contraintes autour de deux caractéristiques géologiques particulières et de leurs conséquences. La première partie de la thèse se penche sur le diapirisme, un processus dans lequel une masse moins dense s’élève à travers une matière plus dense. Ce phénomène joue un rôle crucial dans le transport de chaleur et de matière à l’intérieur de la Terre. Pour mieux comprendre son importance dans différents contextes géologiques, il est essentiel de quantifier la vitesse à laquelle ces masses moins denses s’élèvent. Pour cela, nous avons développé un outil informatique en trois dimensions utilisant le langage de programmation Julia. Cet outil résout des équations mathématiques sous l’influence de la gravité, prenant en compte des lois de comportement visqueux des matériaux. En utilisant cette approche, nous pouvons calculer les champs de contraintes et de vitesses instantanées.
Dans la première partie, nous avons étudié un modèle où une masse moins dense s’élève dans un matériau plus dense en présence d’une déformation régionale. Nos résultats montrent que la vitesse de remontée de ces masses dépend de deux rapports de contraintes : sont impliqués dans ces derniers, la contrainte régionale (induite par la déformation a grande échelle), la contrainte de flottabilité (provoquée par la remontée du diapir lui-même) en regard d’une contrainte caractéristique dépendant du matériau. Celle-ci indique à quel moment le régime change d’une déformation lente à une déformation rapide. De plus, nous avons comparé nos résultats avec des estimations analytiques existantes, montrant que nos calculs sont précis et applicables è une variété de situations géodynamiques. Ce faisant, nous avons pu améliorer ces estimations en utilisant un facteur multiplicateur supplémentaire.
La deuxième partie de la thèse se concentre sur les plateaux continentaux, où la contrainte imposée par la topographie ne peut pas être simplement définie par la pression lithostatique afin de maintenir cette topographie sur de longues périodes. Bien que nous ayons des estimations de contraintes moyennées sur la profondeur et des hypothèses sur la résistance des matériaux, la répartition précise des contraintes dans la lithosphère reste floue. Notre objectif ici est de mieux comprendre cette répartition Nous avons utilisé le mème outil informatique que dans la première partie de cette thèse, en modélisant un plateau continental. Nous avons calculé les champs de contraintes et de vitesses générés uniquement par la gravité, tout en étudiant l’impact de différentes variables. Nos résultats montrent que la courbure a un effet mineur sur les contraintes, tandis que les coins du plateau ont un impact significatif, en particulier sur les contraintes de cisaillement. De plus, les différences de viscosité dans la croûte et le manteau lithosphérique influencent fortement les contraintes et les vitesses de propagation du plateau. Nos résultats suggèrent que la résistance de la lithosphère se trouve principalement dans la croûte plutôt que dans le manteau lithosphérique. Enfin, nos conclusions mettent en évidence que les contraintes ne sont pas nécessairement un indicateur de la résistance des matériaux dans ces contextes géologiques complexes.
Cédric Genoud et Lucie Noverraz, deux étudiant.e.s e en Master à la Faculté des géosciences et de l’environnement de l’UNIL, ont récemment pris part à une expédition océanographique au sud-ouest du Groenland, à bord du navire Sanna.
Durant cette expédition peu banale, ils ont étudié deux fjords aux caractéristiques contrastées : l’un doté d’un glacier se jetant dans la mer et l’autre, d’un glacier en retrait, situé à l’intérieur des terres.
Nous sommes Cédric et Lucie, deux étudiant·e·s de Master de l’université de Lausanne, en sciences de la Terre et en biogéoscience, respectivement. Du 21 au 29 août 2023, nous avons pris part à une campagne d’échantillonnage à bord du navire Sanna, explorant deux fjords du sud-ouest du Groenland. Notre expédition s’inscrivait dans le cadre du projet international et interdisciplinaire GreenFjord, financé par le Swiss Polar Institute et comprenant différents clusters (atmosphère, cryosphère, biodiversité, sols, humain, océan – notre groupe).
Le cluster océan regroupe des experts en chimie, écologie, biologie et géologie, et l’expédition entière à bord du navire Sanna s’est déroulée du 21 août au 6 septembre. Nous avons pu y participer durant 10 jours. Nous avons embarqué au port de Narsaq, puis avons accosté le 29 août au port de Qaqortoq. A ce moment, nous avons laissé notre place à Mathilde, étudiante de master à l’ETH, et à Aurélie, journaliste pour le journal Le Temps.
Analyser l’impact du réchauffement climatique sur les eaux des fjords de l’Arctique
L’objectif principal de cette campagne était de comparer deux fjords aux caractéristiques contrastées : l’un alimenté par un glacier se jetant dans la mer et l’autre, par un glacier situé en retrait dans les terres. Nous souhaitions étudier l’impact de la fonte des glaciers sur le fonctionnement physique et biogéochimique du fjord, ainsi que sur sa biodiversité. Le but étant de quantifier les flux de nutriments et de carbone entre les différents compartiments du fjord, à savoir l’océan, la cryosphère et la biosphère.
À bord du navire, chaque membre de l’équipe scientifique avait des objectifs spécifiques, mais tous convergeaient vers un but commun : analyser l’impact du réchauffement climatique sur les eaux des fjords de l’Arctique. Certains ont collecté des échantillons d’ADN, de carbone dissous ou particulaire, de métaux traces, d’azote (nitrate), tandis que notre travail était axé sur les particules sédimentaires. Ces échantillons seront ultérieurement analysés en laboratoire, notamment à l’UNIL.
Le travail de recherche de Cédric consiste à étudier comment l’eau de fonte des glaciers influence la fraction sédimentaire, selon que cette eau émane d’un glacier de marée (c’est à dire un glacier qui va amener l’eau de fonte par le bas, provoquant un brassage des eaux), ou d’un glacier situé en retrait dans les terres, qui provoque une stratification des eaux du fjord. Ces sédiments séquestrent du carbone et le stockent dans les sédiments du fjord. Avec sa recherche, Cédric vise donc à vérifier l’hypothèse selon laquelle les glaciers se terminant dans la mer libèrent des nutriments dans l’eau de fonte, favorisant le mélange vertical de ces éléments nutritifs, ce qui stimule la croissance du phytoplancton et conduit à des blooms estivaux (prolifération d’algues ou phytoplancton).
Lucie, quant à elle, va étudier l’origine de la matière organique, ainsi que sa composition. Tout d’abord, il s’agira d’en identifier la nature : si elle a été formée directement dans la colonne d’eau, ou si elle est d’origine terrestre. Ensuite, il faudra déterminer si les microorganismes de la colonne d’eau parviennent à décomposer cette matière organique, émettant ainsi du CO2, ou si l’interaction entre la matière organique et les sédiments environnants la protège de la décomposition, permettant ainsi au carbone d’être stocké dans les sédiments sous-jacents sur de longues durées.
Logbook – Les premiers jours
Le 19 août, toute notre équipe s’est rassemblée. Cédric avait déjà passé plusieurs jours sur place pour parcourir à la marche le fjord autour de Narsasuarq de long en large. Mathilde était également déjà sur place pour profiter des beautés de la région arctique. Le soir, nous nous sommes retrouvés à l’auberge de jeunesse de Narsasuarq pour le souper. Certains d’entre nous ont opté pour des pâtes, tandis que d’autres ont préféré déguster des repas lyophilisés. Le jour suivant, nous avons exploré la région autour de Qassiarsuk. Certaines d’entre nous sont parties en randonnée, tandis que Mathilde a commencé son périple, direction Narsaq. Cédric a opté pour une course à pied, qui s’est finalement transformée en un périple de 42 km à travers la campagne.
Le lendemain, nous nous sommes dirigés vers Narsaq, où notre taxi-boat nous a déposés directement sur le navire Sanna, donnant l’impression de pirates à l’abordage. Après avoir exploré le navire et rencontré l’équipage, nous avons commencé à organiser le laboratoire. Le 22 août, nous avons construit une salle blanche artisanale et finalisé les préparatifs. Avant notre départ, nous avons pris le temps de savourer une dernière bière. Le petit déjeuner était prévu à 6 heures, et une journée bien chargée nous attendait.
Logbook – La vie à bord
Les matins commençaient avec le petit-déjeuner entre 6 heures et 7 heures, suivis du déploiement de la CTD, qui mesure plusieurs paramètres tels que la salinité, la température, le taux d’oxygène et de chlorophylle α, et la conductivité en continu. Ces données nous aidaient à déterminer les profondeurs appropriées pour les échantillonnages.
Ensuite, chaque membre de l’équipe était mis à contribution pour collecter de l’eau à l’aide de bouteilles Niskin, des dispositifs se fermant par la chute d’un poids le long du câble, à une profondeur pré-déterminée. En général, nous effectuions des échantillonnages à six ou sept profondeurs différentes. Parallèlement, Virginie, notre écologue, prélevait des échantillons d’ADN dissous. Une fois les Niskin remontées à bord, nous nous retrouvions pour le repas à midi pile. Sur le navire, la ponctualité était essentielle. Les après-midis commençaient par une pause-café et un moment de détente avant de retourner au laboratoire et de prélever des échantillons dans la salle blanche.
Une partie de l’eau était directement conditionnée en échantillons, tandis que le reste de l’eau disponible était extraite de la salle blanche pour être ensuite filtrée par les membres de notre équipe de recherche, surnommés les « Minions », afin de recueillir les particules organiques carbonées dissoutes, les particules azotées et la silice biogène. Lorsque nous effectuions une station de recherche classique, le processus s’arrêtait là, et nous passions à une autre station. Cependant, nous avons aussi réalisé des « méga stations » où deux pompes étaient immergées à différentes profondeurs pour collecter une grande quantité de sédiments, qui seront utilisés ultérieurement en laboratoire. Cette manœuvre était répétée à deux reprises. Le dîner était servi à 18 heures, après quoi nous reprenions nos échantillonnages, parfois jusqu’à minuit. Quand Cédric retournait dans la cabine qu’il partageait avec Aqqaluk, notre géophysicien groenlandais, ce dernier se réveillait, puis se mettait au travail pour cartographier les fonds des fjords explorés. Lorsque nous terminions plus tôt, Cédric s’accordait un peu de temps pour faire de l’exercice, car nous disposions de quelques équipements pour rester en forme.
Après deux semaines passées au Groenland, nous regagnons l’UNIL. La prochaine étape est de définir une méthodologie cohérente pour analyser les échantillons qui arrivent et ensuite aller au laboratoire pour avoir des données précises sur l’évolution du réchauffement climatique dans ces terres polaires.
Cette expérience a été particulièrement intéressante, car nous avons pu découvrir la réalité du terrain de la vie d’un/e scientifique, et le travail que cela représente, ainsi que les savoirs qui sont nécessaires pour mener à bien une campagne océanographique. Nous avons appris à prioriser les éléments et à trouver des solutions aux problèmes qui se présentaient à nous. Et aussi réfléchir aux moyens d’avoir des échantillons de bonne qualité. Et bien sûr profiter d’une expérience incroyable !
Guillaume Jouvet, Institut des dynamiques de la surface terrestre
Des scientifiques de l’UNIL, UZH et UNIBE ont mis au point une simulation inédite qui permet de visualiser en 80 secondes les 120’000 dernières années de l’évolution des glaciers dans les Alpes.
Ce modèle informatique complexe est l’aboutissement de plusieurs années de recherche et d’une collaboration intense entre climatologues, glaciologues et géologues.
La dernière période glaciaire a commencé il y a environ 115’000 ans, et a été ponctuée de cycles froids et plus chauds, entraînant l’avancée et le recul des glaciers qui ont forgé le paysage des Alpes européennes et leurs alentours, creusant notamment les vallées. Un nouveau modèle informatique permet de reconstruire cette évolution, avec une précision encore jamais atteinte. Il offre une vision graphique directe des phénomènes, ainsi appréhendables par un large public. Fruit d’un travail de longue haleine, mené conjointement entre glaciologues, climatologues et géologues et des universités de Lausanne, Berne et Zürich, la recherche a été publiée dans Journal of Glaciology.
Climatologie et glaciologie se rencontrent
Le nouveau modèle numérique se distingue, car il intègre pour la première fois une modélisation complexe du climat du passé, réalisée par des climatologues de l’Université de Berne.
Les glaciologues ont ensuite transformé ces données en extension glaciaire en modélisant l’accumulation, la dynamique et la fonte de glace, et débouchant sur la simulation la plus précise à ce jour. Sa complexité inédite permet de comprendre la répartition passée des précipitations neigeuses dans les vallées alpines, ainsi que la progression des glaciers. «Il existe sur le terrain des indices géomorphologiques telles que les moraines ou les blocs erratiques, qui témoignent de l’empreinte passée des glaciers en plaine», explique Guillaume Jouvet, glaciologue à la Faculté des géosciences et de l’environnement de l’UNIL, et premier auteur de l’étude. «Nous avons utilisé ces traces pour valider notre simulation, et tout concordait», se réjouit-il. «Du fait de la sophistication de la modélisation, il nous a fallu 6 ans pour ajuster nos modèles climatiques et glaciologiques, et finalement obtenir le bon climat et des glaciers qui correspondent à ce que l’on observe dans la réalité.»
Les limites de la modélisation
Les traces laissées sur le terrain et oeuvrant comme jauge ne permettent toutefois pas de vérifier le modèle au-delà de 24’000 ans, période où les glaciers étaient à leur maximum. «Ce maximum glaciaire a détruit les preuves antérieures. Notre modèle est donc difficile à vérifier au-delà de 24’000 ans», explique Guillaume Jouvet.
Une mise en perspective du réchauffement climatique
La nouvelle simulation va permettre de mieux comprendre l’interaction passée entre climat et glacier, et la façon dont notre paysage s’est formé. Outre l’intérêt scientifique, elle permet de donner un contexte global au réchauffement climatique. «La mise en image des différents cycles glaciaires est assez parlante», commente Guillaume Jouvet «Il y a 24’000 ans, on voit que des villes telles Lausanne étaient couvertes par plus d’un kilomètre de glace. Il est évident que les cycles passés, causés par les variations orbitales de la terre, n’ont rien de comparable avec ce qui se passe actuellement, où les gaz à effet de serre jouent une part active dans la fonte des glaces».
Le plus frappant est la rapidité du changement climatique actuel (à peine quelques décennies) en comparaison avec le temps infiniment long des glaciations.
Guillaume Jouvet
Les scientifiques vont à présent travailler à améliorer encore la résolution de leur modèle. Celle ci n’est pas encore assez fine pour bien reproduire la topographie complexe des hautes montagnes, et cela cause une probable surestimation de la couche de glace. «Nous venons de commencer un nouveau projet qui utilise l’intelligence artificielle, et qui servira à accélérer nos modèles, et atteindre la résolution nécessaire de 200m», précise Guillaume Jouvet.
Cet été, des jeunes chercheuses, dont Léa Rodari (étudiante de Master en sciences de l’environnement) se sont rendues sur la Mer de Glace (Chamonix, France) afin d’extraire des roches prisonnières de la glace.
Leur objectif : mesurer le temps durant lequel ces roches ont transité à travers le glacier en utilisant la datation de la surface des roches par luminescence. Ce travail de terrain marque la première étape d’une approche inédite pour quantifier directement la dynamique glaciaire.
Les glaciers ne sont pas des objets inertes. Leur masse se déplace constamment du haut vers le bas, sous l’effet de la gravité. Avec la fonte due au réchauffement climatique, on retrouve actuellement toutes sortes de débris, de matériel – voire de restes humains – en bas de la langue glaciaire. Le plus souvent, ces objets ont été enfouis bien en amont et ont été entraîné vers l’aval avec leur gangue de glace. Mais en combien de temps ont-ils effectué leur trajet et sont-ils restés enfouis dans la glace ?Actuellement, l’évaluation de la dynamique glaciaire (c.à.d la vitesse de déplacement du glacier) se base essentiellement sur des données théoriques et des modèles numériques. La prof. Georgina King et son équipe cherche à obtenir des observations directes du mouvement du glacier. Pour ce faire, elle entend déterminer la durée d’enfouissement de roches ayant été entraînées au sein du glacier, jusqu’à leur réapparition à l’air libre. Cette nouvelle approche d’étude de la dynamique glaciaire se base sur la technique de luminescence des minéraux contenus dans les roches.
L’idée du projet vient du fait que, bien qu’on connaisse beaucoup de choses sur les glaciers, on ne sait pas combien de temps est nécessaire au transport de fragments en leur sein et que jusqu’ici aucune méthode ne permettait de mesurer cela.
Les mouvements du glacier peuvent avoir des conséquences sur le régime hydrique en aval (crues soudaines p. ex.) ou sur la stabilité des marges du glacier par exemple. Il est ainsi important de comprendre la dynamique glaciaire pour mieux anticiper ces risques.
La première étape de cette recherche s’est déroulée cet été à la Mer de Glace au-dessus de Chamonix (France). Léa Rodari étudiante de Master en sciences de l’environnement et Audrey Margirier (post-doctorante à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre IDYST) ont partagé leurs expériences de terrain dans ce cadre à la fois magnifique et physiquement et techniquement exigeant.
Le premier challenge de cette expédition a été de trouver des sites intéressants au milieu de l’immensité de la langue glaciaire, recouverte de débris rocheux. Les jeunes scientifiques ont marché durant deux jours pour repérer des échantillons potentiels, puis ont récolté leurs échantillons sur les trois jours suivants. L’une des principales difficultés était de distinguer les débris rocheux tombés récemment des sommets, de ceux qui avaient réellement séjourné dans la glace. Afin de contourner cet écueil, elles ont pris l’option de concentrer leurs recherches sur des pentes raides (en bordure de crevasses ou de la rivière supraglaciaire) sur lesquelles il n’y avait pas de débris (c.à.d où il était certain que les débris avaient bien transité dans le glacier) tombés des sommets ne pouvaient pas s’accrocher. Le deuxième challenge a été d’accéder à ces échantillons prisonniers des falaises de glace.
Il arrivait que nous repérions une roche intéressante dans une pente de glace en face de nous, mais que nous ne le voyions plus du tout une fois arrivée en haut de la falaise, la paroi étant trop verticale. Il a plusieurs fois fallu descendre en rappel « à l’aveuglette »
Audrey Margirier
Ci-dessus : différentes activités du travail de terrain et aperçus des roches recherchées par les scientifiques (toutes les photos de cet article sont de Léa Rodari, Audrey Margirier et Faye Perchanok – étudiante du master également présente lors de ce travail de terrain).
Les roches extraites de leur gangue de glace ont été directement emballées dans des sacs noirs opaques pour les protéger de la lumière du jour, qui interfère avec l’analyse de luminescence. Ces échantillons ont ensuite été préparés au laboratoire : on a découpé des carottes à la surface des roches, puis on a tranché ces carottes en fins disques de 1mm. Ces opérations se sont effectuées en lumière rouge afin de ne pas perturber le signal de luminescence des minéraux de la roche.
Extraits des roches emballés dans des sacs opaques pour les protéger de la lumière.Préparation des échantillons sous forme de disques pour l’analyse de luminescence
La prof. Georgina King nous explique ce qu’est la luminescence dans les roches
La luminescence est l’émission de lumière par des minéraux contenus dans les roches. La raison de cette émission de lumière est que ces minéraux, au fil du temps, ont été exposés à des radiations émises par les minéraux alentours, causant un déplacement d’électrons, qui se retrouvent piégés dans les défauts du minéral. L’exposition de ces échantillons à une lumière d’une certaine fréquence ou couleur dans le laboratoire (dans ce cas, de la lumière bleue ou infrarouge), provoque un retour de ces électrons à leur orbite originale. Ce mouvement s’accompagne d’une émission de lumière d’une autre couleur que l’on peut mesurer. La quantité de lumière émise alors correspond au temps durant lequel les échantillons sont restés enfouis dans le glacier, et donc au temps qu’il a fallu au glacier pour transporter ces roches dans la glace.
Il reste maintenant à effectuer les analyses en luminescence. Ce travail permettra de déterminer la durée d’enfouissement de la roche (temps durant lequel elle a été plongée dans l’obscurité au sein du glacier). L’équipe se réjouit d’avoir les premiers résultats afin de les comparer aux valeurs utilisées jusqu’ici.
Nous espérons que les valeurs que nous obtiendrons, correspondront aux valeurs prédites par les modèles numériques. Dans le cas contraire, nous aurons des discussions intéressantes avec les glaciologues pour identifier où se situent les différences observées.
Georgina King
Vue du glacier de la Mer de Glace avec le massif du Mont-Blanc au fond
Excursions et sécurité
Se rendre sur le terrain comporte des risques. Ils sont assez élevés dans le cas précis et ont nécessité des mesures adaptées qui en ont permis le bon déroulement.
La FGSE a établi une directive et un processus afin que les scientifiques se rendant sur le terrain puissent préparer leur sortie et évaluent les risques encourus (risk assesment préalable). Des ressources externes permettant de se renseigner sur la nature du terrain y sont également mentionnées (p. ex. WSL-dangers naturels pour des excursions en Suisse).
Cette recherche impliquant un travail sur un glacier, les participant·e·s doivent avoir effectué une formation préalable adéquate, surtout si elles n’ont que peu ou pas d’expérience de ce milieu afin d’acquérir les compétences requises : identification des dangers potentiels par la connaissance du milieu et de ses contraintes (manteau neigeux, repérage des crevasses, analyse et suivi de la météo, etc.), utilisation du matériel (bon usage des crampons, cordes, etc.). Dans le cas précis, le travail isolé est proscrit : préventivement, l’activité sur le glacier doit impliquer la présence simultanée plusieurs personnes, comme cette équipe de trois chercheuses.
Si les images peuvent refléter un paysage idyllique, et des activités « fun », ce travail de terrain, comme tous les autres, a nécessité une préparation très minutieuse et un entraînement préalable afin de mitiger au maximum les risques dans des conditions de terrain qui, comme les images le montrent, sont exigeantes pour les participant·e·s. Le risque reste toujours présent, y compris pour des personnes expérimentées et bien équipées et doit être une préoccupation de tous les instants, à la fois pour les autres et pour soi-même.
Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 23 octobre 2023 par Macarena Amaya, rattachée à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.
Pour étudier notre planète et son environnement, nous élaborons des idéalisations et des simplifications des systèmes naturels sous la forme de modèles conceptuels. La géophysique et l’hydrogéologie sont des disciplines scientifiques des géosciences qui étudient les propriétés et la dynamique du sous-sol. Dans ces domaines, les scientifiques ont mis au point des techniques de mesure sur le terrain qui fournissent des informations indirectes sur le sous-sol. Pour transformer les données acquises en quantités utiles caractérisant le sous-sol, nous devons effectuer des processus mathématiques et informatiques connus sous le nom d’inversions. L’approche bayésienne offre un cadre pour y parvenir ; au lieu de rechercher une solution optimale, elle décrit la probabilité de chaque réalisation possible du modèle.
Dans cette thèse, nous explorons une méthode bayésienne particulière qui n’a pas encore été popularisée dans les domaines de la géophysique et de l’hydrogéologie. Cette méthode, appelée adaptive sequential Monte Carlo (ASMC), incorpore des stratégies qui améliorent les chemins empruntés pour explorer les solutions possibles du problème, ce qui la rend potentiellement plus efficace et plus puissante que les méthodes standard. Elle présente également des avantages liés à sa nature adaptative qui permettent de réduire le temps de test et l’effort de l’utilisateur. Nous évaluons les performances de l’ASMC à l’aide de différents cas tests géophysiques et hydrogéologiques complexes. Nous comparons les résultats avec des approches de pointe largement utilisées en géophysique et en hydrogéologie, et nous constatons que l’ASMC surpasse souvent ces méthodes lorsque les problèmes sont difficiles. Nous proposons en outre des stratégies pour prendre en compte des modèles conceptuels plus réalistes sur le plan géologique, pour différencier les modèles conceptuels alternatifs, ainsi que pour accélérer l’inversion qui peut être très coûteuse en termes de calcul. Nous encourageons l’utilisation de l’ASMC en géophysique et en hydrogéologie, en particulier pour les problèmes non linéaires impliquant plusieurs modèles conceptuels géologiquement réalistes.
Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 26 octobre 2023 par Shiran Levy, rattachée à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.
La modélisation inverse est un élément central de la géophysique et est utilisée pour trouver un modèle de subsurface ou un ensemble de modèles d’une propriété physique en accord avec les données mesurées et d’autres contraintes. La réponse physique reliant le champ de propriétés du sous-sol aux données mesurées par un instrument peut être approximée par un modèle mathématique ou numérique (calculable). Les modèles numériques nécessitent la discrétisation du modèle de subsurface, c’est à dire la paramétrisation du modèle, en divisant l’espace ou le temps en intervalles discrets. En simulant la réponse physique, également appelée réponse directe, pour un ensemble spécifique de paramètres du modèle (une réalisation souterraine) et en comparant les données obtenues avec les données observées lors d’une expérience, nous pouvons quantifier dans quelle mesure les paramètres du modèle proposé expliquent les données mesurées. En répétant ce processus avec différentes réalisations de la subsurface, nous pouvons explorer laquelle d’entre elles est susceptible de bien décrire la distribution des propriétés physiques. Les méthodes d’inversion se divisent en méthodes déterministes et probabilistes. Nous considérons l’inversion probabiliste qui vise à trouver une distribution de solutions en accord avec les données et les connaissances antérieures. Les méthodes probabilistes sont très générales, mais elles sont souvent longues à calculer, en raison du calcul répété de lamodèle numérique.
Dans cette thèse, nous présentons des approches de modélisation inverse qui améliorent l’efficacité des méthodes probabilistes traditionnelles largement utilisées ou qui introduisent de nouvelles approches efficaces.
La première approche décrit un moyen d’utiliser des solveurs à terme peu coûteux représentant une version plus simple d’une réponse physique complexe, tout en tenant compte des erreurs résultant de cette simplification. Pour ce faire, nous apprenons une paramétrisation de ces erreurs à l’aide de modèles génératifs profonds, une technique d’apprentissage profond qui fait partie du domaine de l’intelligence artificielle, et nous l’utilisons pour générer des erreurs afin de corriger les données simulées au cours du processus d’inversion.
La seconde approche est basée sur la paramétrisation compacte de la subsurface par des modèles génératifs profonds et une autre technique d’apprentissage profond qui approxime efficacement le postérieur en utilisant l’optimisation basée sur le gradient et un modèle de flux transformant la distribution initiale en celle d’intérêt.
La dernière approche limite les simulations géostatistiques séquentielles à la génération de réalisations de la subsurface qui correspondent étroitement aux données mesurées. Ces simulations construisent progressivement un modèle de réalisation de la subsurface, dans lequel les paramètres du modèle sont conditionnés à la fois par une image affichant le modèle géologique souhaité et par les données mesurées.
Comparées aux méthodes d’inversion probabiliste traditionnelles, les trois approches ont démontré une réduction significative du temps de calcul tout en obtenant des résultats d’une précision similaire. Les approches développées dans la thèse créent de nouvelles opportunités et démontrent comment l’intégration des méthodes développées dans l’apprentissage automatique et les statistiques peut améliorer la performance des méthodes inverses géophysiques.
Thèse en sciences de l’environnement, soutenue le 25 octobre 2023 par Léa Friedli , rattachée à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) de la FGSE.
Les études géoscientifiques impliquent souvent la résolution de problème dits « inverses », dans lesquels des paramètres et propriétés environnementaux sont estimés sur la base de mesures disponibles et d’hypothèses de départ sur les phénomènes étudiés. Cette thèse se concentre sur l’utilisation de données géophysiques et hydrogéologiques pour déduire les caractéristiques géophysiques (par exemple, la conductivité électrique), géologiques (par exemple, la teneur en argile) ou hydrogéologiques (par exemple, la saturation en eau) sous la surface.
Lors de la résolution de problèmes inverses, il est important d’avoir conscience qu’il existe toujours une incertitude inhérente aux résultats obtenus. Pour y remédier, nous utilisons une approche d’inversion probabiliste qui fournit une gamme de solutions possibles (dite distribution postérieure bayésienne). Dans ce contexte, cette thèse se concentre sur deux questions de recherche principales :
Comment résoudre efficacement les problèmes d’inversion si les paramètres d’intérêt ne sont pas directement liés aux mesures ?
Comment combiner les approches d’inversion et d’évaluation des risques pour prédire la probabilité d’occurrence des événements dangereux ?
L’inversion probabiliste repose sur une fonction de vraisemblance, qui quantifie la probabilité qu’un ensemble spécifique de valeurs des paramètres du modèle soit à l’origine des données observées. Dans certains modèles, il est difficile d’évaluer la fonction de vraisemblance en raison de la présence d’une variable latente intermédiaire, qui brouille la relation directe entre les paramètres du modèle et les mesures. Nous considérons d’abord un scénario dans lequel les variables hydrogéologiques d’intérêt ne sont qu’indirectement liées aux mesures géophysiques par l’intermédiaire de propriétés géophysiques latentes.
Dans un second scénario d’intérêt, nous nous intéressons à l’estimation d’hyperparamètres tels que la moyenne et la structure de corrélation du domaine cible lorsque les mesures ne sont qu’indirectement liées à ces hyperparamètres par le biais de propriétés locales du domaine. Le calcul direct de la fonction de vraisemblance n’est possible dans aucun de ces deux scénarios. Pour surmonter cette difficulté, nous investiguons deux méthodes :
la méthode pseudo-marginale corrélée
et une approximation gaussienne linéarisée.
Alors que la méthode pseudo-marginale corrélée implique un échantillonnage et un calcul de moyenne sur les variables latentes, l’approximation gaussienne linéarisée repose sur une approximation locale. Dans nos cas d’essai, la méthode pseudo-marginale corrélée apparaît comme une approche généralement applicable et précise. En revanche, l’approximation gaussienne linéarisée est plus efficace sur le plan du calcul, mais au prix d’une perte de précision.
Dans notre deuxième question de recherche, nous nous concentrons sur l’estimation d’événements rares, où l’objectif principal n’est pas d’estimer les paramètres du modèle eux-mêmes, mais évaluer un risque qui dépend de ces paramètres. Un exemple d’évènement dangereux étudié en hydrogéologie est la contamination d’un aquifère, un processus qui est influencé par les propriétés hydrauliques entre la source de contamination et l’aquifère. Lorsqu’il s’agit d’événements rares, il est nécessaire de recourir à des approches spécialisées pour parvenir à une estimation précise de la probabilité d’occurrence. Tout d’abord, nous considérons une méthode de Monte Carlo séquentielle combinée à un échantillonnage par sous-ensembles. Dans cette approche, nous générons des échantillons de manière itérative et les rapprochons progressivement de la région critique associée à l’événement rare en question. Par la suite, nous introduisons une approche basée sur le concept d’énergie libre (Energy-based models; EBM) en utilisant un potentiel de biais pour forcer l’échantillonnage dans une région qui est pertinente pour la quantité d’intérêt.
De manière prometteuse, les deux approches montrent de bonnes performances dans l’estimation précise des probabilités d’événements rares, même lorsqu’ils se produisent à un taux inférieur à un sur un million. En résumé, cette thèse présente des avancées méthodologiques visant à améliorer l’efficacité computationnelle et le réalisme des approches d’inversion probabiliste pour l’estimation ciblée de propriétés et attributs des systèmes environnementaux.
Une équipe de six étudiantes et étudiants s’est lancé le défi de sensibiliser le public aux impacts socio-environnementaux du changement climatique dans un cadre ludique.
Les informations concernant le changement climatique sont abondantes et parfois contradictoires. De ce fait, il est difficile d’en saisir les enjeux et de savoir comment agir : quels sont les leviers d’action ? Quelles solutions sont réalistes ? Comment prendre en compte les intérêts des différents acteurs ? Six étudiantes et étudiants de l’UNIL et de l’EPFL ont voulu trouver un angle d’impact concernant ce thème, par le biais d’un jeu collaboratif.
Quatre membres de l’équipe nous décrivent l’historique et les objectifs de ce jeu.
Un projet né de l’enthousiasme partagé d’une équipe d’amis
En premier lieu, il y avait l’envie d’agir pour le climat et de transmettre cette envie d’agir à d’autres.
C’était assez difficile de rentrer chez soi après les cours et de se dire bon ben je vais manger mes pâtes…. Il fallait se sentir actif et faire quelque chose de ce qu’on avait appris aux cours.
Laure
Cette envie s’est concrétisée suite à un appel à projet de WWF Youth (dont font partie plusieurs membres de l’équipe) proposant de créer une activité mettant en évidence les disparités Nord-Sud. L’idée de créer un jeu s’est alors rapidement imposée. Outre des motivations personnelles, cette option semblait être la meilleure pour toucher un maximum de gens, indépendamment de leur intérêt pour les questions climatiques, et de les sensibiliser à ce thème dans un cadre ludique et amusant.
Selon nous, avant tout pour avoir un impact sur les gens, il faut qu’ils passent un bon moment …
Quentin
Créer une dynamique de jeu tout en conservant les objectifs éducatifs
L’objectif principal du jeu est de sensibiliser les joueuses et joueurs au changement climatique, et à ses impacts au niveau environnemental et social. L’aspect le plus complexe a été de transcrire les messages à faire passer sous format d’un jeu avec des règles, un plateau et des cartes. Il a fallu également effectuer un tri parmi les multiples idées de thèmes proposés au sein de l’équipe. Le choix s’est porté sur une dynamique de jeu positive, s’appuyant avant tout sur les solutions existantes (sous forme de cartes « Actions »). Les joueuses et joueurs incarnent des personnages ayant des intérêts propres (scientifiques, diplomates, artisan·e ·s), qui doivent mener des actions conjointes, afin de limiter le réchauffement climatique. Les décisions sont prises au terme de discussions, durant lesquelles les différents points de vue et intérêts des personnages sont exprimés. Le jeu crée ainsi des débats et échanges d’idée autour de divers thèmes liés au climat, tout en conservant des aspects concrets : mener à bien les différentes missions imposées et réussir le jeu.
C’est un vrai challenge de devoir montrer la complexité du changement climatique de manière drôle et ludique, tout en incitant à des changements de comportement et sans être moralisateur.
Laure
Un jeu fondé sur des bases scientifiques solides
Plusieurs membres de l’équipe ont effectué un cursus en environnement en FGSE (bachelor et/ou master) qui leur a permis d’acquérir des connaissances de base sur le climat, et les différents systèmes sociaux et environnementaux. Ce bagage, étoffé par de nombreuses recherches dans la littérature scientifique, a servi de base à la rédaction des différents types de cartes décrivant les phénomènes climatiques (ouragans, sécheresses inondations etc.), leurs conséquences (perte de biodiversité, migrations etc) et les actions à entreprendre (re-naturalisation des villes, gestion des ressources etc). Le contenu scientifique de ces cartes a été validé par des expertes et experts de la FGSE.
L’aspect esthétique des cartes a également été très soigné afin de d’illustrer les événements de manière parlante et de proposer un jeu attrayant.
Plusieurs atouts pour mener à bien ce projet
Le fait de travailler en équipe a permis de tirer parti des multiples compétences de chacune et chacun que ce soit pour les apports scientifiques ou pour les aspects créatifs (cf ci-dessous). Cette collaboration a également été un bel exercice pour concilier six caractères et dynamiques de travail différentes et de canaliser les multiples idées qui surgissaient tout au long de la création. Le fait que tous les membres soient motivés pour atteindre le même objectif a créé une belle émulation et l’équipe fonctionne très bien.
Il faut arriver à composer avec les différents caractères : certains sont spontanés et d’autres rigoureux et il faut arriver à jongler avec cela. Mais c’est un « plus » d’avoir ces différents profils.
Louise
La participation au HUB de l’UNIL a également été positive à différents points de vue : faire du réseautage, échanger des expériences, bénéficier d’un coach. Le fait de voir que d’autres gens étaient motivés par le projet a également apporté de la confiance à l’équipe. Certains aspects étaient moins bien perçus : nous étions moins emballés par le côté business qui ne correspondait pas toujours à nos valeurs. Les diverses activités liées au HUB ont pris passablement de temps en plus des études, ce qui a quelque peu retardé le développement du jeu.
Un jeu qui s’adressera à toutes et tous
Le jeu s’adresse à tous les publics à partir de l’âge de 12 ans. Il sera avant tout promu comme un jeu de société comme un autre (pas de mention spécifique du climat sur la boîte). Des contacts ont déjà été pris avec des écoles, afin de créer des ateliers de sensibilisation au changement climatique et d’utiliser le jeu dans un cadre pédagogique.
La participation à divers événements permettra d’affiner les règles et contenus si nécessaire avant la production finale et la mise en vente.
Et toujours entraînée dans son enthousiasme, l’équipe imagine déjà des extensions possibles pour de futures éditions.
L’équipe au complet : de gauche à droite : Antoine Brunner (site web), Laure Huysecom (conception-contenu), Alexia Pasteels (illustrations), Louise Cardinaux (contenu), Anthony Varaillon-Divanis (conception-contenu), Quentin Fueg (communication- promotion) . Le design du jeu a été réalisé par Fanny Blanchet
Dans cette série d’interviews, nous vous proposons les réflexions de notre communauté de recherche sur les pratiques de terrain et leur évolution. Sur ce sujet, vous pouvez aussi lire :
Dr Farid Saleh est paléontologue, spécialiste de la formation des gisements fossiles. En août 2023, il commence à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE) son projet Ambizione sur la préservation des fossiles du Cambrien datant de plus de 500 millions d’années.
Responsable de la diversité à la Palaeontological Association, il s’est engagé activement dans des initiatives visant à promouvoir la diversité. Son expérience internationale – au Liban, en France, au Maroc et en Chine – lui a permis de s’interroger sur les changements de pratiques dans le domaine de la paléontologie. Il nous expose comment il souhaite favoriser la collaboration et l’inclusion dans son propre travail.
Vous êtes responsable de la diversité à l’Association paléontologique (Palaeontological Association). Comment en êtes-vous venu à endosser cette fonction ?
En 2018, la Palaeontological Association a réalisé une étude sur la diversité parmi ses membres1. Les résultats ont révélé que plusieurs communautés étaient sous-représentées, en particulier les personnes issues de minorités ethniques et de milieux défavorisés. C’est suite à cela que l’association a décidé de nommer un responsable de la diversité, afin d’élaborer une stratégie d’égalité et de diversité et de mettre en place un plan d’action.
J’ai obtenu le poste que j’occupe pour une durée de trois ans, jusqu’en fin 2023. Mon expérience en tant que chercheur libanais ayant travaillé en France, en Chine, et maintenant en Suisse me permet en effet de comprendre les visions du Global South et des pays européens historiquement privilégiés.
Quelles ont été vos premières actions en tant que responsable de la diversité à la Palaeontological Association ?
Nous avons abordé, par exemple, la question des conditions de vie de certains membres, qui n’étaient pas prises en considération. Les frais d’adhésion à l’association, bien que très faibles, représentent une grosse somme pour une personne dont le salaire a fondu du fait de la crise économique, comme cela est le cas au Liban, ou pour des étudiant·es de certains autres pays. Nous avons donc réduit le prix pour les personnes de pays à revenu faible.
Nous avons aussi mis en place un nouveau système d’attribution des « Undergrad Research Bursaries », afin d’éviter les biais dans l’évaluation et d’augmenter la diversité des candidat·es. Le principe est celui d’une loterie aléatoire, mais avec une priorisation pour les communautés sous-représentées. Je m’explique : la commission vérifie que les projets candidats sont faisables et que les frais sont justifiés. Si ces critères sont validés, les projets rentrent dans le processus du tirage au sort. Par ailleurs, les candidat·es ont la possibilité de renseigner leur nationalité, leur ethnicité, leur orientation sexuelle, etc. Ces données, si elles sont fournies, restent confidentielles. Mais elles sont utilisées dans le tirage au sort pour favoriser les communautés sous-représentées.
L’Association paléontologique a également travaillé à un Code de conduite2, qui s’applique à tous ses membres dans le cadre de leurs activités professionnelles. Ce code vise à « créer un environnement inclusif et diversifié au sein de la paléontologie et à protéger ses membres contre le harcèlement et la discrimination ». Les membres doivent ainsi « promouvoir une culture d’intégrité scientifique et de recherche, de respect, d’équité et d’inclusion et éviter les conflits d’intérêts ».
Enfin, un système de tutorat (mentorship) international permet maintenant à des juniors d’être guidés dans leur trajectoire professionnelle, dans la recherche de poste, par une personne plus expérimentée. L’appui de scientifiques de différents instituts dans le monde permettra de réduire les inégalités d’accès à une supervision et expertise de qualité.
La paléontologie, en tant que discipline scientifique, a hérité d’une histoire coloniale qui a longtemps exclu les communautés locales de certains pays de la constitution de leurs collections. Qu’est-ce qui a changé dans la prise en compte des questions d’inclusion dans la profession ?
La situation s’est beaucoup améliorée durant les dix dernières années. Autrefois, les paléontologues considéraient qu’il était normal de récolter du matériel dans un pays lointain, de le ramener et de publier les données, sans tenir compte des personnes et de la région d’origine des échantillons.
La volonté d’intégrer les communautés locales, l’importance de documenter l’origine des fossiles dans la recherche ont émergé. Ce sont vraiment des changements radicaux, car quand j’ai commencé ma thèse en 2017, personne ne parlait de ces questions éthiques. J’étais moi-même peu conscient de ces enjeux.
Certains pays, comme le Brésil ou la Chine, ont maintenant des lois qui interdisent l’export des fossiles (certaines datent même des années 80). Au Maroc, où je travaille beaucoup, la volonté politique de protéger le patrimoine est de plus en plus présente.
Les pays qui détiennent de grandes collections de fossiles, comme la Suisse, la France, le Royaume-Uni mettent aussi en place des règlementations et des principes pour clarifier les interactions sur le terrain liées à l’acquisition et au travail avec les fossiles. Certains pays sont toujours en retard par rapport à ces questions, notamment pour la restitution du patrimoine géologique, mais la situation s’améliore et la prise de conscience est internationale.
Bien sûr, la restitution des fossiles est coûteuse et la mise en place des infrastructures nécessaires à leur bonne préservation sur place prend du temps. Afin d’accueillir un plus grand nombre de fossiles, le Maroc, par exemple, est en train de construire de nouveaux musées, en plus de ceux déjà existants. Pour augmenter aussi l’expertise locale, les scientifiques commencent à travailler avec les communautés locales, à les intégrer dans la recherche, à former les étudiant·es.
En parallèle, les maisons d’édition jouent un rôle dans le changement des pratiques. Certaines exigent des preuves sur l’origine des fossiles, demandent le permis d’exportation, le nom de la personne qui les a récoltés, etc. C’est pour elles aussi une garantie, car il est arrivé que des papiers scientifiques soient rétractés, par exemple parce que les auteurs ne pouvaient démontrer la provenance légale de leurs fossiles, ou parce que les fossiles ont été illégalement enregistrés hors leurs pays d’origine.
Dans le cadre de votre travail de responsable de la diversité, avez-vous aussi travaillé sur les questions du genre ou de l’appartenance à la communauté LGBT+ ?
L’étude sur la diversité menée à Palaeontological Association a montré que la communauté LGBT+ n’était pas sous-représentée parmi ses membres, ce qui est une très bonne nouvelle. Nous n’avons donc pas mené de projet de ce côté pour le moment. Néanmoins, nous nous efforçons de créer un environnement favorable et sécurisant dans toutes nos réunions, manifestations et activités parrainées. Toute forme de discrimination ou de harcèlement à l’encontre des membres de la communauté LGBTQ+ est strictement inacceptable et totalement interdite par notre Code de conduite3.
Par contre, les femmes restent minoritaires. L’association encourage maintenant une meilleure représentation des chercheuses. Mon expérience personnelle m’a aussi fait réfléchir à ces questions. Lors de la rédaction de mon premier article scientifique, nous étions quatre coauteurs, tous hommes, aucune femme. Pourtant, dans mon laboratoire lyonnais de l’époque, j’aurais facilement pu frapper à la porte du bureau voisin pour solliciter les conseils de plusieurs paléontologues femmes. Toutefois, j’ai considéré notre travail comme étant d’une qualité suffisante.
Or, une fois l’article publié, j’ai eu l’occasion de le présenter lors d’un séminaire, et une experte, que je connaissais bien, a émis des critiques constructives et utiles, qui auraient pu améliorer notre travail ! Désormais, j’ai pris l’habitude de présenter mes résultats dans des conférences avant même de les publier. Cette approche me permet de les affiner davantage et de prendre du recul. Bien que certains soutiennent qu’il faut se méfier des risques de spoliation en dévoilant des résultats non publiés, je considère que ces risques sont minimes par rapport aux avantages que je tire des précieux conseils reçus.
Interagir avec un grand nombre de personnes me permet de découvrir des bases de données et m’offre des perspectives nouvelles et différentes. Je veux éviter de construire des murs autour de moi et je suis convaincu que la diversité des points de vue enrichit notre compréhension.
Pendant votre propre travail sur le terrain, avec quels partenaires travaillez-vous ? Dans quels pays ?
Pendant ma thèse, j’ai travaillé sur le site marocain de Fezouata, très connu pour ses assemblages fossiles exceptionnellement préservés et diversifiés. Au Maroc, ce sont souvent des personnes locales qui récoltent les fossiles. Nous travaillons beaucoup avec Mohamed Ben Moula, un collecteur de fossiles professionnel. C’est lui qui a découvert, à la fin des années 90s, cette formation de Fezouata, sans doute le site fossilifère le plus important du Maroc. L’Association Paléontologique a reconnu la valeur de son travail et de son expertise en lui attribuant le prix Mary Anning4 en 2017. Ce prix récompense les amateur·rices en paléontologie, mais dont la contribution a eu un impact important dans le domaine.
J’ai travaillé ensuite deux ans avec la Chine, pour un postdoc. Et là, je n’ai jamais touché un fossile chinois ! La situation était particulière, car c’était durant la pandémie de COVID et je travaillais à distance. Mais il faut savoir qu’en Chine, c’est presque impossible d’exporter des fossiles. Cela s’explique par des lois très protectrices et grâce à une infrastructure et une expertise locale très fortes. J’ai donc pu mener à bien mon projet depuis mon lieu de confinement.
Au-delà des collaborations avec des amateur·rices et des paléontologues internationaux, c’est également important pour moi de former des personnes localement, pour qu’elles puissent à leur tour valoriser leur héritage géologique. Quand on était sur le terrain en mai dernier, au Maroc, nous avons par exemple aidé un étudiant motivé à récolter des données et monter un projet de thèse solide en Suisse.
Que conseilleriez-vous aux jeunes chercheur·es pour promouvoir l’inclusivité ?
Un principe fondamental auquel j’attache une grande importance est celui de favoriser la collaboration et de la rendre visible, et c’est un principe que je souhaite transmettre aux jeunes chercheur·es. Une manière de le mettre en pratique consiste à inclure dans la liste des auteur·es d’un article toutes les personnes qui ont rendu cet article possible.
Ce principe est pour moi primordial. Selon certains scientifiques et certaines revues, une personne ne mérite d’être coauteur que si elle n’a contribué à l’aspect « scientifique ». Pourtant, écrire un paragraphe ou changer la discussion est-il plus méritant que découvrir des fossiles ? À mon sens, un article scientifique est le fruit de l’accumulation de divers savoir-faire : de la personne qui a trouvé le fossile, l’a préparé, a permis son exportation, à celle qui l’a analysé ou rédigé les résultats.
Vous pourrez constater d’ailleurs que mes papiers comportent souvent une longue liste de contributeur·rices ! Par exemple, les collègues qui nous ont permis d’obtenir des permis d’exportation sont inclus dans mes publications de thèse. Sans elles, la thèse n’aurait pas eu lieu et je leur suis reconnaissant pour leur aide. Et bien que cela ne soit pas encore largement accepté, je ne suis pas seul paléontologue à inclure des amateur·rices dans mes publications. Cela démontre que, dans le domaine, leur rôle est de plus en plus considéré comme essentiel. Je pense que leur prise en compte révèle aussi l’importance de l’aspect humain dans une recherche paléontologique, au-delà de l’aspect scientifique : ne pas oublier que les échantillons ont une histoire, qu’ils viennent de quelque part. De plus, il manque parfois des paléontologues académiques locaux avec qui collaborer. Cela est en partie dû au passé colonial. Réfléchir à l’élargissement de la communauté scientifique et accorder une valeur au travail de chacun·e est essentiel pour faire progresser l’expertise des pays à revenu moyen et faible.
Farid Saleh, Institut des sciences de Terre
Dr Farid Saleh est taphonomiste : il étudie la dégradation (physique, chimique, biologique) des organismes dans la nature. Sur les gisements fossilifères, cela revient à essayer de résoudre ces questions : à quel point les fossiles trouvés reflètent-ils les écosystèmes d’origine ? À quel point sont-ils biaisés par la préservation ? Si on trouve les animaux A et B dans un site fossilifère, est-ce que cela veut vraiment dire qu’ils étaient seuls présents ? Ou est-ce que d’autres animaux vivaient à cette époque, mais leurs traces ne nous sont pas parvenues ?
Farid Saleh s’intéresse en particulier aux premiers écosystèmes complexes – remontant à plus de 520 millions d’années. Après des études au Liban et une thèse à Lyon, il travaille aujourd’hui à l’ISTE. Pour mener à bien son projet, il a mis en place de nombreuses collaborations internationales, avec La France, le Maroc, la Chine, l’Australie, le Canada et les États-Unis.
Notes
Les résultats et les recommandations de cette étude sur la diversité sont sur la page de la Palaeontological Association↩︎
Le Code de conduite de l’Association paléontologique énonce notamment sa volonté de créer un environnement divers et inclusif. « The Palaeontological Association will not discriminate on the basis of race, colour, ethnic origins, immigration status, religion, age, marital status, parental status, sex, sexual orientation, gender identity or expression, socioeconomic background, educational background, or disability. » ↩︎
Mary Anning (1799-1847), qui a donné son nom au prix amateur de l’Association paléontologique, était une paléontologue et collectionneuse de fossiles autodidacte et pionnière. Les découvertes d’Anning – comme premiers ichtyosaures, plésiosaures et ptérosaures – ont contribué à modifier notre vision sur l’histoire de la Terre. Aujourd’hui encore, ses découvertes constituent des éléments importants des grandes collections du Royaume-Unis. ↩︎
Dans cette série d’interviews, nous vous proposons les réflexions de notre communauté de recherche sur les pratiques de terrain et leur évolution. Sur ce sujet, vous pouvez aussi lire :
En tant que paléontologue, prof. Allison Daley se passionne pour les événements majeurs de l’histoire de la vie et l’évolution précoce des espèces animales. Son approche consiste à se pencher sur des spécimens d’une rare qualité de préservation, ce qui lui permet de lever des mystères sur des animaux depuis longtemps disparus.
Travaillant en laboratoire à l’Institut des sciences de la Terre (ISTE), mais aussi sur des sites fossilifères au Maroc, elle nous raconte les mutations qui s’opèrent dans son domaine et ses actions pour un travail d’équipe plus inclusif.
Quelle est la particularité de votre travail de terrain ?
Dans mon domaine de paléontologie, il existe deux grands types de travaux de terrain.
Les premiers sont l’exploration, dans le but de trouver de nouvelles localités fossilifères. C’est une quête difficile, même si on dispose de bonnes cartes géologiques et qu’on essaie de cibler des affleurements où l’on a des chances de trouver de nouveaux fossiles. L’accès est aussi parfois ardu, on peut avoir besoin d’un hélicoptère.
Les seconds consistent en la collecte d’échantillons dans des sites qui sont connus pour être riches et intéressants. On passe des semaines ou des mois à échantillonner des spécimens, en documentant leur contexte stratigraphique et sédimentologique.
Où se situe votre travail de terrain principal ?
Mon travail est basé essentiellement au Maroc. Je travaille beaucoup sur le site de Fezouata de l’ordovicien inférieur, qui comprend des fossiles dans un état de conservation exceptionnel. On y retrouve des parties molles d’animaux, parfois même leurs organes internes. Et ce site date d’une période qui me passionne : il se situe juste après l’explosion du Cambrien (il y a entre 541 et 530 millions d’années), mais avant une deuxième grande radiation évolutive qui a suivi l’Ordovicien. L’analyse de ces fossiles ouvre de passionnantes perspectives sur les premiers moments de l’histoire de la Terre et sur les origines de la biodiversité.
Avec quels partenaires locaux travaillez-vous ?
Mon équipe et moi y allons en moyenne une fois par an. Mais la plupart des échantillons sont prélevés par un collecteur professionnel de la région, Mohammed Ou Said Ben Moula et sa famille, avec qui nous travaillons beaucoup. C’est lui qui a trouvé cet affleurement exceptionnel, qu’il a fait découvrir aux paléontologues. Il n’a aucune formation en géologie, mais il connait le terrain comme sa poche et il a acquis une connaissance incroyable.
M. Ben Moula attache de l’importance à la recherche scientifique et il sait reconnaitre les fossiles rares et qui ont une grande valeur pour la paléontologie. Il propose donc ces échantillons à des musées et instituts de recherche du domaine (à Lausanne, Harvard, en République Tchèque…). Il tient également une boutique de fossiles, où sont vendus les spécimens standards, de moindre importance scientifique, provenant de tout le Maroc.
Dans certaines régions du Maroc, l’économie est basée sur la vente des fossiles. Des villages entiers sont dédiés à la recherche et à la préparation des spécimens – comme les trilobites vendus dans des « fossil fairs » – et à la vente de roches contenant des fossiles incrustés, souvent utilisées comme pierres de construction décoratives.
Au Maroc, Pierre Gueriau, chercheur à l’ISTE (au milieu), Lorenzo Lustri (à gauche) et Francesc Pérez Peris (à droite), anciens doctorants à l’ISTE, examinent les fossiles des schistes de Fezouata en compagnie de Lahcen Ben Moula, collectionneur de fossiles marocain (à l’arrière) (Crédit photo : A. Daley).
Quel est le devenir des fossiles provenant du Maroc ?
La vente de fossile suscite aujourd’hui de vives controverses. Dans l’état actuel des choses, l’exportation permet d’étudier ces spécimens et de les préserver sur le long terme de façon optimale. Mais cette pratique est perçue parfois comme un « pillage » du patrimoine naturel d’une région. Pour ma part, je comprends l’aspiration de conserver les fossiles localement au sein d’une institution marocaine, et j’espère qu’à terme, cela sera possible grâce au développement des infrastructures au Maroc.
Des changements majeurs sont déjà en marche dans le domaine de la paléontologie. On assiste par exemple à une prise de conscience d’un passé colonialiste. Il est vrai que des pays occidentaux ont collecté et se sont appropriés de nombreux spécimens, souvent sans aucune contrepartie pour les régions dont ils sont issus. Heureusement, l’attitude et les mentalités changent, et il y a de l’espoir quant à l’amélioration de la situation.
Des initiatives intéressantes commencent à voir le jour. Par exemple, chaque échantillon de la collection Fezouata, importé du Maroc, et actuellement conservée à l’Université Claude Bernard Lyon, se voit maintenant attribuer un numéro de spécimen dans les collections l’Université Cadi Ayyad de Marrakech, en vue d’un éventuel retour dans un futur musée à Marrakech. Pour le moment, Lyon héberge les fossiles marocains, en attendant la mise en place d’une infrastructure locale et la restitution des échantillons.
Cette initiative m’a personnellement inspirée et, en plus des collaborations avec Lyon et Marrakeh, je développe actuellement des collaborations avec des professeurs et musées à Rabat et Agadir. J’espère que lorsque des équipements adéquats seront disponibles sur place, nous pourrons transférer les collections dans ces institutions marocaines. Ainsi, nous contribuerons à la préservation du patrimoine paléontologique du pays et favoriserons la recherche scientifique au niveau local.
« Je pense que les pratiques évoluent dans le bon sens, et je voudrais participer au changement. »
Allison Daley
Quelles collaborations locales existent avec les chercheurs et chercheuses ?
L’expertise scientifique et l’intérêt des personnes locales pour la paléontologie ont augmenté. Un exemple : Khadija El Hariri est une chercheuse active et ambassadrice du site de Fezouata, avec qui nous avons coécrit plusieurs articles sur l’analyse de la préservation des parties molles du site de Fezouata. Vice-présidente de l’International Paleontological Association et chercheuse à l’Université Cadi-Ayyad, Khadija El Hariri est extrêmement engagée dans la préservation des sites fossilifères. Avec Khadija et des autres chercheurs de Maroc, de France, de Belgique, d’Espagne et de Suisse, nous avons œuvré pour que le site de Fezouata figure parmi les First 100 IUGS Geological Heritage Sites.
Autre exemple, sous la conduite d’un ensemble d’universités et d’organisations locales, il existe maintenant une initiative visant à la création d’un géoparc UNESCOdans la région de la vallée du Drâa, afin que les sites paléontologiques et archéologiques puissent être reconnus et protégés comme paysage d’importance internationale et puissent contribuer à l’éducation et au développement durable.
Les demandes de géoparcs émanent toujours du pays concerné, car si le projet voit le jour, cela va apporter énormément de changement. Par exemple, la vente directe de fossiles sera interdite, alors que beaucoup de familles vivent de ce commerce. Mais en contrepartie, ce projet pourra valoriser l’héritage naturel de la région et favoriser le tourisme. Cela peut créer de belles opportunités, la création d’un musée local à Zagora, des interventions de sensibilisations dans les écoles. Cela peut renforcer l’attachement des populations à leur région.
Le collecteur de fossiles marocain Mohammed Ou Said Ben Moula se tient près de la localité de Fezouata Shale, avec le panneau annonçant qu’elle fait partie des 100 premiers sites du patrimoine géologique de l’UISG (Crédit photo : A. Daley).
Quel est, selon vous, votre rôle en tant que chercheuse dans une institution suisse ?
J’ai été invitée à faire partie du comité scientifique de cette candidature à l’UNESCO. Je commente les documents du dossier, je documente l’importance scientifique du site. Mais je ne suis pas mêlée à la décision politique, qui revient à la région.
Mon rôle en tant que chercheuse étrangère peut aussi résider dans la formation, par exemple aux méthodologies scientifiques de phylogénie et taxonomie [sciences de la classification du vivant]. Ce n’est pas toujours facile. Certains étudiantes et étudiants marocain·e·s, bien que brillant·e·s et motivé·e·s, ne peuvent pas toujours accéder au doctorat chez nous, ou pas directement, s’ils ou elles proviennent d’une université trop technique, par exemple, ou parce qu’on ne parvient pas à obtenir un financement. Il faudrait sans doute mener une réflexion au niveau de notre université, afin de pouvoir accueillir et former des candidat·e·s étranger·ères prometteur·euses.
Je soutiens pour ma part les scientifiques marocains en début de carrière dans leurs demandes de bourses de la Confédération et j’espère accueillir bientôt des doctorants et des postdocs du Maroc ici à Lausanne.
Avez-vous besoin d’autorisations particulières pour échantillonner et ramener des échantillons ?
Oui, nous devons annoncer notre venue au niveau local et régional. C’est important pour la sécurité et la transparence. Lors de notre dernière exploration, ce sont des professeurs d’Agadir qui nous ont aidés à faire ces formalités et à avertir la mairie du village.
L’exportation d’échantillons collectés est aussi régulée par des permis. C’est une procédure assez lourde, qui prend du temps. Mais cela assure la traçabilité des fossiles. La collection de fossiles de Fezouata que nous avons achetée pour l’UNIL a été exportée après l’obtention des autorisations du Ministère de l’Énergie, des Mines et de l’Environnement du gouvernement fédéral du Maroc.
Un conseil pour les jeunes chercheur·es ? Que faut-il prévoir avant de partir sur le terrain ?
L’information sur les démarches à faire avant le terrain n’est pas toujours facile à obtenir. Quels personne ou service contacter ? Qui fournit des autorisations ? Bien s’informer est donc essentiel. Pour cela, bien sûr, un contact sur place est idéal. Car il sera mieux placé pour connaitre les procédures, qui ne sont pas toujours trouvables sur internet.
À quoi êtes-vous attentive lors de la préparation du terrain ? Qu’est-ce qui change aujourd’hui dans la manière d’organiser des fouilles ?
Quand j’ai commencé à mener des travaux de terrain en tant que jeune chercheuse, la question de l’inclusion ne se posait pas du tout. Il m’est arrivé de signaler des situations dans lesquelles je ne me sentais pas à l’aise, voire que je considérais comme dangereuses. J’ai alors été confrontée à des réactions insultantes visant à me ridiculiser.
Ce sont maintenant des discussions que je considère comme essentielles et que je mène au sein de mon groupe. Je ne veux pas que les personnes se retrouvent dans des situations que j’ai vécues. Nous accordons une grande importance au respect mutuel, afin que les inquiétudes et difficultés soient exprimées et prises en compte. Nous avons ces échanges avant de partir sur le terrain, mais aussi pour le travail quotidien. Nous allons donc au-delà des préconisations de la FGSE, qui recommande une évaluation du risque avant le départ!
C’est encourageant de constater que ces réflexions gagnent en visibilité, dans les congrès de paléontologie, mais aussi les revues scientifiques du domaine. Cela témoigne d’une évolution positive de la communauté scientifique. Les discussions abordent également des questions spécifiques aux femmes, telles que la grossesse, afin d’assurer une participation aux travaux de terrain sans discrimination. Il y a encore peu de femmes sur le terrain, même si leur proportion augmente.
Allison Daley au Maroc examinant des spécimens des schistes de Fezouata (Crédit photo : P. Gueriau).
Quels sont vos projets pour l’avenir ?
Un projet ambitieux qui mêle études paléontologiques avec études du tourisme… Il y a de belles collaborations en perspective, notamment avec un partenaire qui est impliqué dans le Géoparc.
Bien que le Népal soit l’un des pays les plus exposés à l’aléa sismique, il n’existe pas de politique d’éducation aux séismes dans cette république de l’Himalaya central de 30 millions d’habitants. Ceci est d’autant plus inquiétant que les risques associés aux tremblements de terre sont encore aggravés par les caractéristiques et la qualité du bâti. Des chercheurs à l’UNIL et au Népal s’interrogent sur les mesures à préconiser pour améliorer cette situation, principalement par la prévention dans le domaine éducatif.
Dans les mesures concrètes proposées, un élément-clé à portée de main serait d’introduire des chapitres obligatoires dans le matériel d’éducation, et ce à tous les niveaux : c’est ce que proposent György Hetényi, professeur à l’Institut des sciences de la Terre à l’UNIL, et Shiba Subedi, son ancien doctorant actuellement chercheur à la National Academy of Science and Technology à Katmandou. Le duo se base sur leurs expériences de recherche et d’enseignement pour lancer un appel à une série d’actions pragmatiques: production de contenus éducatifs et accès élargi à ceux-ci, coordination et formation des enseignants dans le pays, voies et fréquence de communication, respect du contexte social et religieux, ainsi qu’une proposition de calendrier.
Leur article récemment paru dans le journal Seismica, publié en Diamond Open Access, détaille et explique ces mesures.
Comment le prix que nous payons pour nos aliments est-il réparti ? A l’UNIL, des scientifiques ont démarré un nouveau projet de recherche qui vise à mettre en lumière les marges réalisées depuis la production agricole jusqu’à la consommation par les ménages, pour toute une gamme de produits agroalimentaires. Le projet est financé par le canton de Vaud, et va mettre sous la loupe des fruits et des légumes, mais aussi la production vaudoise de lait et de fromage, de viande, de pain et de vin.
La transparence des coûts et des marges réalisées entre la production et la vente au détail est un sujet sensible, qui revient souvent dans les médias suisses. Mais répondre à la question des marges est une tâche complexe et minutieuse, qui exige des discussions de confiance avec toute la chaine : depuis l’exploitation agricole, jusqu’à la distribution, en passant la transformation. C’est l’ambition et le travail quotidien de Floriane Gilliand et Armelle Rochat à la Faculté des géosciences et de l’environnement.
Les consommateur·rices accordent de plus en plus d’importance à la justice des prix alimentaires. Les acteur·rices des filières agricoles réclament aussi de leur côté des négociations plus équitables et une répartition meilleure des prix tout au long de la chaine de valeur. C’est dans ce contexte, que ce projet de recherche ambitieux Transparence économique de filières agricoles vaudoisesa vu le jour. Supervisé par Dominique Barjolle (IGD), ce projet se concentre sur le canton de Vaud, et est financé par la Direction générale de l’agriculture, de la viticulture et des affaires vétérinaires (DGAV).
En favorisant la transparence et en suscitant la discussion entre les différents actrices et acteurs, ce projet aspire à jeter les bases d’une répartition plus juste des prix, à renforcer la confiance entre les parties prenantes et à répondre aux attentes croissantes en matière de justice économique dans le secteur agroalimentaire.
Floriane Gilliand et Armelle Rochat, agronomes engagées pour ce projet, ont pour tâche de mener une mission cruciale : convaincre le plus grand nombre de parties prenantes de participer et de jouer le jeu de la transparence. Il s’agit de tisser une relation de confiance, afin de surmonter les réticences liées à l’analyse approfondie des données comptables. Bien que cette tâche puisse sembler délicate à première vue, il apparaît que plusieurs de leurs interlocuteur·rices sont déjà sensibilisé·es aux avantages que peut apporter une transparence accrue.
Cette question économique passionne Floriane Gilliand, qui y a consacré son travail de Master. « Quand on achète un fromage, on ne sait pas du tout où vont les centimes que l’on paye. » Armelle Rochat, qui a aussi travaillé comme maraichère, est consciente de la difficulté de décrypter les coûts de certains produits transformés. Un produit de base comme le pain, par exemple, passe entre des mains variées : du blé semé et récolté est moulu en farine, puis travaillé en boulangerie. Mais cette complexité et l’interaction passionnée avec l’ensemble des métiers de la chaine sont une source de motivation pour les deux agronomes chargées de mener ce terrain. Elles sont aussi convaincues que la transparence sera un avantage marketing pour les filières qui jouent le jeu. « Cela contribuera à apporter de la crédibilité au prix qu’on paye pour la nourriture. »
Traitement des données
Une fois les données collectées, elles seront traitées en toute confidentialité à l’aide d’un logiciel développé par une doctorante de l’UNIL, Inès Burrus, au sein de la start-up Equal Profit.
Spécialisé dans l’analyse des bénéfices équitables de produits exotiques, cet outil va être adapté pour être appliqué sur des produits vaudois. Les résultats des enquêtes sur le terrain, combinés aux bases de données anonymisées, seront analysés selon la méthodologie Transparent Profit et Equal Profit. Sur la base de ces résultats concrets, des ateliers réunissant les parties concernées vont favoriser un dialogue constructif entre chacune d’entre elles.
Gianalberto Losapio, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)
Les glaciers sont les gardiens de tout un écosystème, et leur disparition liée au réchauffement climatique va entraîner un déclin considérable de la biodiversité. Sur le terrain, les membres du « Biodiversity change group » étudient et documentent les effets de la fonte des glaciers. Rencontre.
« Cela peut paraître contre-intuitif, mais les glaciers et leurs alentours fournissent des conditions très propices à la biodiversité », explique Gianalberto Losapio, professeur à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre de la Faculté des géosciences et de l’environnement (FGSE). « Avec la disparition des glaciers, nous perdons des espèces végétales, dont certaines ont peut-être un fort potentiel médicinal, mais aussi toute la faune tels que des pollinisateurs, et tous les prédateurs qui leur sont associés ».
Avec son groupe de recherche « Biodiversity Change », Gianalberto Losapio passe une partie de l’été sur le terrain, à Ferpècle en Valais, afin de documenter et d’étudier l’impact du retrait des glaciers sur la biodiversité, ainsi que sur les fonctions de l’écosystème. Pendant plusieurs semaines, des étudiant.e.s Bachelor, Master, des doctorant.e.s et des scientifiques venus de différents pays effectuent des recensements d’insectes, de plantes, analysent les émissions de gaz du sol, et paramètrent des modèles pour prédire la distribution des espèces et préserver la biodiversité.
« Globalement, nous savons que dans un premier temps, la fonte des glaciers entraîne une augmentation de la biodiversité, avec l’arrivée de plantes pionnières et la colonisation d’insectes. Mais avec le temps, seules quelques espèces compétitives prennent le dessus, et un très petit nombre d’espèces, tels que les mélèzes et les rhododendrons dominent », illustre le professeur. « Ce mécanisme est déjà bien visible à l’œil nu. Une des missions de notre groupe est d’étudier des pistes pour préserver cette diversité ».
C’est le cas de Luca Eiholzer, qui réalise un master en sciences de l’environnement à la FGSE. Muni d’un carré de 1m2 et d’un GPS, il répertorie la présence/absence d’espèces spécifiques – soit des espèces bioindicatrices (arbres, mousse, graminées, etc.) dans une centaine de points distribués de manière aléatoire dans la marge proglaciaire. Ces données lui permettent ensuite de faire un bilan de la situation actuelle et des projections de la distribution des espèces, aidé d’algorithmes d’apprentissage automatique. « Nous espérons que ces informations pourront être utiles pour les autorités, et pourront les aider, par exemple, à définir des zones à protéger. En parallèle, le fait d’être sur le terrain me permet de me confronter aux difficultés de la collecte de données. C’est très instructif ».
Eléa Pierre étudiante master spécialisée en géosciences, écologie et environnement, s’intéresse pour sa part à l’influence que peut avoir la présence de bétail aux abords des glaciers. « J’effectue des recensements de plantes autours des glaciers de Zinal, d’Arolla et de Ferpècle », explique-t-elle. « Les effets du bétail sur ces nouveaux écosystèmes sont très incertains.
Mais d’après nos connaissances, ce sont les grands herbivores qui façonnent leur environnement, et non l’inverse, par leur régime alimentaire, leurs déjections, leur piétinement et leur comportement général.
.Ces données pourraient donc être utilisées pour élaborer différents scénarios de conservation en vue d’une gestion durable, étant donné que ces pâturages sont actuellement utilisés par la population locale ».
«Se préparer à la vie professionnelle »
La collecte de données est effectuée par une quinzaine de personnes et dure en général toute la journée. Les membres du groupe se retrouvent ensuite dans un refuge, où ils prennent leur repas et passent la nuit. « Le travail de terrain est une expérience géniale car, même si chacun travaille sur un projet spécifique, nous pouvons échanger avec les autres chercheurs/euses, s’entraider et collaborer », témoigne Eléa Pierre. Gianalberto Losapio ajoute : « nous tenons à ce que les projets soient menés de manière indépendante, et ce du début à la fin. L’idée étant notamment de préparer les étudiant.e.s à la vie professionnelle. »
Maëlle Cornut collabore avec la FGSE dans le cadre d’un projet art-science.
Rencontre entre art et science
Le travail et la recherche menés à Ferpècle comprennent en outre un volet artistique. Gianalberto Losapio collabore en effet avec l’artiste visuelle et chercheuse Maëlle Cornut, qui suit le groupe sur le terrain. Financé par Pro Helvetia et le Swiss Polar Institute, le projet art-science, qui durera près de deux ans, se concentre sur les conséquences de l’extinction des glaciers sur les écosystèmes, mais inclut des notions plus larges, abordant tour à tour l’écoféminisme, la décolonisation de l’écologie, ou encore la justice climatique. Il comprendra notamment des vidéos mettant en parallèle des images macroscopiques d’insectes et de plantes et des plans de paysage afin de montrer les interconnexions entre ces différentes échelles. « Jusqu’ici, nous avons beaucoup investigué et partagé nos pratiques, ainsi que nos idées. J’ai maintenant commencé la phase de production et installé plusieurs caméras cachées, et la partie concrète du projet démarre », explique Maëlle Cornut.
Gianalberto Losapio, Luca Eiholzer et Maëlle Cornut
Thèse en sciences de la Terre, soutenue le 19 septembre 2023 par Franziska Blattmann, rattachée à l’Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST) de la FGSE.
La présente thèse vise à mieux comprendre les perturbations du cycle du carbone suite à l’extinction Permien-Trias il y a environ 252 millions d’années, aujourd’hui considérée comme l’extinction la plus massive dans l’histoire de la Terre en raison de l’énorme perte de faune qu’elle a entraînée. Le Trias inférieur, l’époque après l’extinction Permien-Trias, est marqué par un rétablissement biotique ralenti et de grandes perturbations du cycle du carbone.
Le cycle du carbone est l’ensemble d’une multitude de processus de déplacement du carbone dans le système terrestre. Il inclut le transfert du carbone entre les organismes vivants, l’atmosphère, le sol, les océans et la géosphère, également appelés des réservoirs de carbone. Le carbone existe sous différentes formes, notamment le dioxyde de carbone, la matière organique et le carbone inorganique. Le déplacement du carbone entre les réservoirs est essentiel pour réguler le climat sur la Terre et pour la vie sur notre planète. Les perturbations du cycle du carbone peuvent entraîner des changements considérables du climat et des écosystèmes. L’étude de perturbations du cycle du carbone survenues dans le passé, en particulier celles liées à des extinctions massives, permet de comprendre comment le climat de la Terre et les écosystèmes ont réagi à ces perturbations. Ces connaissances sont d’autant plus importantes parce qu’elles peuvent contribuer à anticiper et à atténuer potentiellement les effets du changement climatique actuel et futur.
Aujourd’hui comme dans le passé géologique, les perturbations du cycle de carbone se manifestent par les fluctuations des isotopes de carbone. Les isotopes sont défini par le nombre de neutrons dans le noyau d’un élément. Les isotopes stables de carbone sont 12C et 13C, le premier étant le plus commun et le plus léger isotope de carbone, le deuxième plus rare et plus lourd, car il contient un neutron de plus. Cette différence de poids entraîne une incorporation préférentielle de 12C dans les réactions chimiques telles que la photosynthèse. Dans la photosynthèse, lorsque les organismes vivants absorbent le dioxyde de carbone (CO2) de l’atmosphère pour les transformer en sucres (c.-à-d. en carbone organique), l’isotope de carbone 12C, plus léger, est plus susceptible d’être incorporé. Il en résulte un rapport 13C/12C caractéristique, le δ13C. Cette absorption préférentielle s’appelle fractionnement, et elle permet d’utiliser les isotopes de carbone pour retracer l’origine, les flux et les rapports entre les différents réservoirs de carbone au sein du cycle du carbone.
Ma thèse porte sur les sous-étages stratigraphiques du Smithien et du Spathien du Trias inférieur, environ 2 million d’années (Ma) après l’extinction Permien-Trias et s’étendant sur quelques 2,5 Ma. Les travaux réalisés par le passé ont montré que la transition du Smithien au Spathien est marquée par une variation positive de δ13C à l’échelle globale, le passage d’un climat « de serre » à un climat « glaciaire », la radiation biologique, des vagues d’extinction d’organismes marins et un changement de la végétation terrestre. Les résultats de ma thèse approfondissent nos connaissances en montrant que la séquestration du carbone de l’atmosphère vers les réservoirs plus lents, tels que l’océan profond, s’est produite plus tôt et plus rapidement que ce que l’on pensait auparavant. Les systèmes marins et terrestres semblent avoir contribué différemment au cycle global du carbone par l’émission et la séquestration du carbone atmosphérique au cours de la période étudiée. C’est ce que montrent les différences entre les valeurs δ13C des réservoirs terrestres et marins. Ces différences peuvent être liées à divers mécanismes qui ont une influence sur la production, le stockage et la destruction de carbone organique, notamment la productivité primaire, qui est associée au cycle des éléments nutritifs, mais aussi des facteurs biotiques et abiotiques contrôlant la préservation de la matière organique dans les sédiments marins et les sols, et des facteurs physiques liés à la température tels que la circulation océanique. Le cycle terrestre du carbone était soumis à des fluctuations probablement en raison du changement de la végétation dominante, de l’augmentation du carbone piégé dans les sols par le biais de la création hypothétique de pergélisol et du ralentissement de la décomposition de la matière organique. Quant au système marin, l’efficacité de la pompe biologique du carbone a déterminé la séquestration du carbone dans l’océan profond et les sédiments marins. La pompe biologique du carbone désigne le processus par lequel les organismes marins facilitent le transport du carbone de la surface vers les fonds marins.Pour résumer, les résultats de cette thèse reflètent un changement irréversible des cycles terrestre et marin du carbone au cours de la période étudiée. Les changements observés du cycle du carbone sont étroitement liés à et ont des effets positifs sur d’autres cycles biogéochimiques et la température. Comme pour la plupart des recherches, il reste beaucoup de travail à faire afin d’atténuer davantage les effets du changement
