Eutrophisation. Manifestations, causes, conséquences et prédictibilité


 AHLeGall    20/09/2017 : 10:45

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Le CNRS, l'Ifremer, l'Inra et Irstea ont présenté, lors du colloque de restitution qui s'est déroulé mardi 19 septembre à Paris, le rapport de l'expertise scientifique collective (ESCo) sur l'eutrophisation, qu'ils ont menée à la demande du ministère de la Transition écologique et solidaire et de celui de l'Agriculture et de l'Alimentation, avec le soutien financier de l'Agence française pour la biodiversité. Cette expertise est pilotée par Gilles Pinay - directeur de l'OSUR - en partenariat avec Chantal Gascuel (Inra), Yves Souchon (Irstea) et Alain Ménesguen (Ifremer); le soutien au comité de pilotage et la coordination du groupe d'une quarantaine d'experts nationaux et internationaux sont assurés par Morgane Le Moal (CNRS InEE, OSUR).

Le CNRS, l'Ifremer, l'Inra et Irstea ont présenté, lors du colloque de restitution qui s'est déroulé mardi 19 septembre à Paris, le rapport de l'expertise scientifique collective (ESCo) sur l'eutrophisation, qu'ils ont menée à la demande du ministère de la Transition écologique et solidaire et de celui de l'Agriculture et de l'Alimentation, avec le soutien financier de l'Agence française pour la biodiversité. Cette expertise est pilotée par Gilles Pinay - directeur de l'OSUR - en partenariat avec Chantal Gascuel (Inra), Yves Souchon (Irstea) et Alain Ménesguen (Ifremer); le soutien au comité de pilotage et la coordination du groupe d'une quarantaine d'experts nationaux et internationaux sont assurés par Morgane Le Moal (CNRS InEE, OSUR).

[Source : communiqué de presse du CNRS / 20 sept. 2017]

L'eutrophisation génère des perturbations majeures pour les écosystèmes aquatiques et a des impacts sur les biens et les services associés, sur la santé humaine et sur les activités économiques. Ses manifestations les plus connues sont les efflorescences de cyanobactéries toxiques dans les lacs et cours d'eau et les proliférations de macroalgues vertes dans les zones côtières. Ces proliférations représentent de fortes biomasses dont la décomposition par des bactéries induit un appauvrissement ou un épuisement en oxygène du milieu, voire l'émission de gaz toxiques. Les débats sur l'identification des facteurs et des niveaux de risque d'eutrophisation ont conduit à la réalisation d'une expertise scientifique collective. Elle vise à fournir aux pouvoirs publics un état des connaissances scientifiques sur lequel s'appuyer pour aider la décision politique. Effectué à la demande des ministères français de la Transition écologique et solidaire et de l'Agriculture et de l'Alimentation, ce travail a mobilisé une quarantaine de scientifiques français et étrangers, dans les domaines de l'écologie, de l'hydrologie, de la biogéochimie, des sciences biotechniques, des sciences sociales, du droit et de l'économie. Ils se sont appuyés sur un corpus bibliographique d'environ quatre mille références scientifiques.


Quelle est l'évolution de l'eutrophisation à l'échelle mondiale ?

L'augmentation de la croissance démographique mondiale et le développement des concentrations urbaines, l'industrialisation et la spécialisation de l'agriculture, l'extraction minière du phosphore et le procédé chimique de fabrication d'azote minéral ont entraîné une augmentation des flux et des concentrations en nutriments (azote et phosphore) dans l'environnement, et in fine dans les milieux aquatiques. Sur la base des modèles les plus récents déployés à l'échelle mondiale, les flux sortants à la mer ont quasiment doublé au cours du XXe siècle, aussi bien pour l'azote que pour le phosphore. Au niveau mondial, le nombre et l'emprise des zones très pauvres en oxygène en milieu marin ont triplé depuis les années 1960. Un recensement de 2010 les porte à près de 500, avec une emprise géographique de 245 000 km². On observe également une augmentation de la diversité, de la fréquence, de l'importance et de l'extension géographique des proliférations de microalgues toxiques ces dernières décennies. Bien qu'il soit encore difficile d'extrapoler les tendances observées d'une région à l'autre, le lien entre l'augmentation des flux de nutriments et celle de ces proliférations toxiques est souvent établi.

De ce travail pluridisciplinaire, il ressort notamment l'importance de considérer tout le continuum terre-mer (de l'amont à l'aval) pour caractériser et prédire les risques d'eutrophisation. Il convient aussi de prendre en compte le changement climatique. Observée dès le début du XXe siècle, l'eutrophisation est un phénomène dont on observe aujourd'hui une nouvelle vague et qui pourrait prendre de nouvelles formes à l'avenir. De plus en plus précis, les modèles mathématiques permettent de mieux comprendre le fonctionnement des écosystèmes, de prédire leurs évolutions sous contraintes, et ainsi d'accompagner le choix de stratégies de remédiation. L'importance d'une gestion intégrée, adaptative, prenant en compte l'azote et le phosphore est soulignée. Cet exercice livre des pistes d'investigation scientifiques futures, comme la mise en place d'un cadre d'analyse du risque d'eutrophisation et le développement d'approches systémiques et pluridisciplinaires pour étudier ce phénomène.


L'ensemble des documents disponibles :

Télécharger le résumé en PDF (8 pages)

Télécharger la synthèse en PDF (148 pages)

Gilles Pinay, Chantal Gascuel, Alain Ménesguen, Yves Souchon, Morgane Le Moal (coord), Alix Levain, Florentina Moatar, Alexandrine Pannard, Philippe Souchu. L'eutrophisation : manifestations, causes, conséquences et prédictibilité. Synthèse de l'Expertise scientifique collective CNRS - Ifremer - INRA - Irstea (France), 148 pages.


Télécharger le communiqué de presse CP ESCo Eutrophisation 


Pour en savoir plus
, consulter l'article CNRS le journal Quand les écosystèmes saturent

Contacts :

Presse CNRS
Priscilla Dacher : @ - 01 44 96 46 06

 


Traitement des eaux usées des zones humides artificielles : vers une sélection des espèces végétales adaptées pour la métaremédiation


 AHLeGall    20/09/2017 : 07:33

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Une équipe dirigée par Abdelhak El Amrani (ECOBIO) en collaboration avec des chercheurs américains publient en octobre 2017 dans la revue Journal of Environmental Management un article basé sur huit ans d’étude en site pilote (Temacine, Algérie).

Une équipe dirigée par Abdelhak El Amrani (ECOBIO) en collaboration avec des chercheurs américains publient en octobre 2017 dans la revue Journal of Environmental Management un article basé sur huit ans d’étude en site pilote (Temacine, Algérie). L'objectif était d’améliorer le traitement et à la réutilisation des eaux usées des zones humides artificielles en utilisant les plantes et le microbiome de leur rhizosphère. Ces huit ans d’étude révèlent que les monocotylédones ont été sélectionnées au cour de l’évolution pour supporter de fortes pollutions en zone humide en comparaison aux dicotylédones. Ces résultats trouvent des applications en métaremédiation.

En raison d’une activité anthropique croissante et des mauvaises politiques de gestion des eaux usées, l'humanité est aujourd'hui confrontée dans de nombreuses régions du monde à des pénuries d'eau et/ou à des crises de la qualité de l'eau. Plusieurs études ont montré que seulement 20 % des eaux usées dans le monde recevaient un traitement adéquat (UNESCO, UN-WATER) et que la capacité de traitement est d’environ 8 % dans les pays en voie de développement.. De nombreuses stratégies ont été utilisées pour tenter de résoudre cette question du traitement. A côté des procédés mécaniques, physico-chimiques, des stations de traitement « classiques », des stratégies écologiques et vertes se sont révélées des approches peu coûteuses, efficaces et socialement acceptées.

D’autre part, les récentes approches "omiques", lorsqu'elles sont combinées à d'autres méthodes, comme l’utilisation de sondes isotopiques stables (SIP) par exemple, peuvent renseigner sur les associations végétales/microbiome possibles au sein d’une communauté, associations qui permettent de métaboliser un substrat particulier dans des écosystèmes complexes : il devient donc possible de lier des groupes taxonomiques à la dégradation des polluants organiques. En clair : ces approches permettent de mettre évidence que des polluants organiques complexes sont susceptibles d’être métabolisés par des associations microbiennes et des assemblages de plantes non aléatoires. Ces approches novatrices apportent de nouvelles connaissances sur la façon dont les organismes peuvent agir comme une entité à part entière - une sorte de méta-organisme - pour assainir les écosystèmes pollués et, ce faisant, traiter efficacement les eaux usées humaines et industrielles, et prévenir la contamination des ressources en eau.

En effet, on sait aujourd’hui que les plantes constituent le principal « ingénieur écologique » dans les environnements pollués, car leurs racines libèrent des exsudats qui contiennent de nombreuses molécules nutritives et de signalisation qui influencent les populations bactériennes et fongiques de la rhizosphère. Dans les milieux humides, les plantes adaptées aux zones hypoxiques (manque d’oxygène) sont capables de mettre en place des tissus aérés, appelés aérenchyme, pour acheminer de l’oxygène vers les racines, créant ainsi des micro-zones où les microbes aérobies peuvent prospérer. Les interactions complexes de ces populations jouent un rôle central dans la biodégradation des xénobiotiques organiques complexes. Les études actuelles basées sur de nouvelles approches intégratives, telles que la méta-génomique, la méta-transcriptomique, la méta-métabolomique et la méta-protéomique, illustrent comment les approches "omiques" peuvent apporter de nouvelles connaissances pour décrypter les mécanismes moléculaires de degradation des polluants, à la fois au niveau de l'espèce et au niveau de la communauté végétale.

Une approche basée sur la métaremédiation

Compte tenu du fonctionnement de l'ensemble du biome impliqué dans la décontamination, les données accumulées jusqu’à présent montrent que les plantes adaptées aux écosystèmes contaminés influencent profondément le microbiome associé à la rhizosphère (définie comme la zone située à proximité des racines) et reprogramment en quelque sorte le microbiome dans cette zone. Ainsi, la métaremédiation - qui se distingue de la phytoremédiation, de la bioremédiation ou de la myoremédiation, qui considèrent séparément les plantes, les bactéries ou les champignons – se pose aujourd’hui comme une potentielle stratégie d'assainissement des milieux pollués. Des données récentes suggèrent que l'action conjointe des associations plantes fongiques-bactéries entraîne une dégradation rapide et efficace des molécules complexes. Par conséquent, dans les écosystèmes naturels, il s’avère que l'assainissement doit être évalué au niveau métaorganisme. Pour atteindre un potentiel catabolique élevé, i.e. pour optimiser l'ensemble des réactions de dégradations moléculaires d’un organisme considéré, il est donc nécessaire de prendre en compte l'échelle globale métaorganisme/holobiont afin d’augmenter l'efficacité de l'assainissement biologique.



Art Journal Environmental Management El Amrani 2017a

Représentation schématique de la station de pilotage
A. Le traitement primaire a été effectué dans une fosse septique anaérobie. Les flèches jaunes indiquent l'écoulement par gravité. L'eau ainsi traitée a été réutilisée par écoulement gravitationnel pour irriguer un champ avec des cultures et des arbres.
B. Observation visuelle des échantillons d'eaux usées prélevés à différents points : conduites 1,2, 3 et 4.
C. Aspects phénotypiques et morphologiques des espèces agronomiques et commerciales qui se sont développés dans le champ d'irrigation en surface au cours des huit ans de suivi.



Un exemple grandeur nature avec la zone humide artificielle de Temacine (Algérie)

Les zones humides artificielles sont des systèmes conçus pour exploiter les processus naturels des zones humides, qui associent hydrologie, les sols, les micro-organismes et les plantes, pour traiter les eaux usées. Les études récentes ont montré que la rhizosphère dans les zones humides est particulièrement efficace pour réduire les contaminants et améliorer la qualité de l'eau.

Cette approche technologique s'est développée dans le monde entier : des milliers de zones humides artificielles sont opérationnelles dans de nombreux pays, sous des climats et des contextes écologiques variables. Plusieurs décennies d’expérimentations démontrent que cette approche permet une production d’eau de haute qualité, dans des conditions extrêmement diverses : historiquement, c’est d'abord l’Afrique du Sud qui a expérimenté cette technique, puis à la fin des années 1990, des zones humides ont été testées dans d’autres régions du monde. Toutefois, il n'existe aucune information sur la longévité du fonctionnement de ces écosystèmes de zones humides et sur l'évolution de leur biodiversité initiale. Bref, aucun suivi scientifique n’avait été jusqu’ici diligenté.

La zone humide de Temacine située à Wilaya de Ouargla (Algérie) fonctionne sur le principe des systèmes de traitement et de recyclage des eaux usées des zones humides à haute biodiversité. Ces systèmes sont basés sur l’écoulement souterrain des eaux usées : ils ont été développés par la NASA et ont ensuite évolué en "Jardins d'eaux usées" (projet Biosphère 2). Le système étudié a été mis en œuvre par Mark Nelson et Florence Cattin du Wastewater Gardens International (www.wastewatergardens.com). Le projet a été financé par le Ministère des Ressources en Eau du Gouvernement algérien, la Direction de l'Assainissement et de la Protection de l'Environnement (DAPE/MRE) et la ville de Temacine avec le soutien de la Coopération Technique Belge pour la partie étude et formation du projet. D'une superficie de 400 m2 et en forme de croissant de lune, le système Wastewater Gardens a été conçu pour traiter 15 m3 d'effluents d'eaux usées quotidiens de 100 à 150 personnes.

Temacine

L’étude associant entre autres Mohamed Mounir Saggaï, Abdelkader Ainouche et Abdelhak El Amrani (tous membres de l’OSUR) s’appuie sur des données recueillies entre 2008 et 2015 dans une station pilote d'un programme national algérien visant à utiliser le traitement biologique des eaux usées pour des petites communautés agricoles et de petites villes. Les résultats obtenus à Temacine montrent que le traitement des eaux usées de la station a permis d'obtenir une réduction significative de la charge organique dans un climat aride : elle a produit un effluent d'eau de haute qualité, qui répond aux exigences sanitaires pour une utilisation dans l'irrigation agricole et horticole.

Cette étude montre qu’a partir d’une biodiversité très élevée de plantes initialement utilisée dans le projet, certaines espèces se sont révélées intolérantes à des milieux humides et pollués : malgré leur réintroduction dans le système à plusieurs reprises, elles ont été "désélectionnées" naturellement. De manière surprenante, seules les espèces appartenant au grand groupe des monocotylédones se sont maintenues. Ainsi, l’étude propose un ensemble complet d'espèces végétales qui pourraient être utilisées pour un programme de traitement à long terme et à grande échelle des eaux usées dans les zones humides. Ces données serviront pour l’amélioration de la métaremédiation en zone humide


Art Journal Environmental Management El Amrani 2017b
Diagramme de Venn montrant qu’à partir d’une grande biodiversité (25 espèces initialement utilisées en 2008), six sur les sept espèces maintenues en 2015 font parties des monocotylédones. Contrairement aux dicotylédones qui ont ‘désélectionnés’ (voir zone hachurée du diagramme) malgré plusieurs tentatives de réintroduction


Source
Mohamed Mounir Saggaï, Abdelkader Ainouche, Mark Nelson, Florence Cattin, Abdelhak El Amrani. Long-term investigation of constructed wetland wastewater treatment and reuse: Selection of adapted plant species for metaremediation. Journal of Environmental Management, 201, 1 October 2017, 120-128. doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.06.040



Contact OSUR
Abdelhak El Amrani (ECOBIO) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)


Un nouveau modèle pour adapter les vignobles au changement climatique


 AHLeGall    18/09/2017 : 08:30

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Cartographier les températures à l'intérieur des zones viticoles par la combinaison de deux modèles spatiaux à échelle fine, tel est l'objet de la publication à paraître dans Agricultural and Forest Meteorology en décembre 2017, avec notamment Renan Le Roux, Thomas Corpetti et Hervé Quénol du labo LETG-COSTEL (université Rennes 2, CNRS).

Cartographier les températures à l'intérieur des zones viticoles par la combinaison de deux modèles spatiaux à échelle fine, tel est l'objet de la publication à paraître dans Agricultural and Forest Meteorology en décembre 2017, avec notamment Renan Le Roux, Thomas Corpetti et Hervé Quénol du labo LETG-COSTEL (université Rennes 2, CNRS).


Le changement climatique est un enjeu majeur pour la filière vinicole. Le climat, et en particulier la température, joue un rôle clé dans la physiologie et la phénologie, i.e. l’apparition d'événements périodiques, de la vigne. Les températures peuvent en effet être très variables à l'intérieur d'une région viticole et sont fortement liées à l'environnement local : caractéristiques de la topographie, présence éventuelle de plans d'eau, types de végétation, zones urbaines.... Or les modèles actuels de circulation générale et les modèles régionaux dynamiques ne peuvent pas tenir compte de cette variabilité locale en raison de leur faible résolution. Pour la modélisation à échelle fine, une option classique consiste à créer un modèle basé sur la régression linéaire multiple (MLR) en utilisant la température comme une variable dépendante et les paramètres locaux comme des variables prédicteurs. Cependant, bien qu'efficace, l'hypothèse de non-linéarité est une contrainte forte qui limite les performances des modèles spatiaux à l'échelle du vignoble.

Dans cette étude, les auteurs ont comparé deux méthodes entièrement automatisées qui permettent d'estimer les températures journalières de température et les sommes de température à une échelle très fine, basée sur des hypothèses linéaires (MLR) et non linéaires (Support Vector Regression: SVR). Les données ont été enregistrées grâce à un réseau d'enregistreurs de température installés en 2011 dans des sous-appellations renommées de la région bordelaise, dont Saint-Emilion et Pomerol. Trois saisons de croissance ont été étudiées en 2012, 2013 et 2014. La validation du modèle a montré que la SVR présentait de meilleurs résultats dans chaque cas grâce à la composante non linéaire, pour un temps de calcul équivalent. La présente étude a mis en évidence qu'un réseau à haute densité produit des cartes avec une gamme de températures plus large que les réseaux à moyenne et basse densité couramment utilisés à l'échelle régionale. Les auteurs ont mis au point un modèle reproductible et très précis pour produire des cartes de température à l'échelle fine. Ce modèle intéressera immanquablement l’industrie vinicole car l'évaluation de la variabilité précise des températures à une échelle fine est essentielle pour celle-ci si elle veut s'adapter au changement climatique.


La température, facteur clef de l’évolution des terroirs… et donc des vignes

La viticulture est un secteur agricole important dans de nombreuses régions du monde, voire une activité économique clé dans divers pays. Une superficie de 7,5 millions d'hectares de terres arables est occupée par la vigne dans le monde. Ces vignes sont très sensibles aux conditions environnementales qui influencent le rendement, la composition du raisin, la qualité du vin et le style de vin. Le concept de terroir quant à lui représente l'effet combiné du sol, du climat et de la topographie ; il intègre également l'impact des facteurs humains, par exemple la viticulture - i.e. la gestion du vignoble - et le choix du cultivar. La variabilité du climat d'une année à l'autre (effet dit « millésimé ») fait donc partie intégrante du terroir, mais on constate cependant qu'il existe depuis quelques décennies une tendance à une hausse des températures dans les régions viticoles en lien avec les effets actuels du changement climatique : une augmentation d'environ 1°C a été enregistrée au cours du siècle dernier (GIEC, 2013). Une autre augmentation de 1 à 3°C est attendue vers la fin du XXIe siècle, dont l'ampleur dépend du taux d'émissions de gaz à effet de serre. Ainsi, au cours des prochaines décennies, les vignerons seront confrontés à une modification des caractéristiques climatiques qui se traduira par une expression différente de chaque terroir. Parmi la diversité des variables climatiques qui influent sur la physiologie et la phénologie de la vigne, la température est souvent considérée comme la plus importante.

De nombreuses études ont été consacrées à l'évaluation de cet effet sur le comportement de la vigne. Les superficies viticoles ont ainsi été classées par indices en fonction de la chaleur accumulée ou par degrés-jours. D'autres indices ont été mis au point qui établissent un lien entre la concentration de sucre dans le raisin et la température, ou encore l'occurrence de stades phénologiques clés avec les totaux de température. Les relations entre ces indices et le comportement de la vigne ont été étudiées dans le monde entier. Dans ces études, les données d'une station climatique au sein de chaque région viticole sont souvent utilisées : ces données sont supposées représenter l'ensemble de la zone. Or, cette méthode n'est pas optimale, car les températures sont susceptibles de montrer une grande variabilité aux échelles fines. Dans une étude de 2014, Hervé Quénol et Valérie Bonnardot (LETG-COSTEL) ont ainsi montré une différence possible de plus de 2 °C sur une surface viticole donnée, soit du même ordre de grandeur que la hausse de température globale estimée pour l’ensemble du XXIe siècle ! Cette marge d’incertitude étant évidemment trop importante, il apparait essentiel de mieux connaître la variabilité climatique locale pour mieux concevoir et mettre en œuvre des stratégies d'adaptation face aux changements climatiques futurs.


Définir avec précision la variabilité climatique locale : les différents modèles

Différents types de modèles existent pour représenter le climat sur Terre à différentes échelles. Pour les échelles globales, à l'échelle planétaire donc, mais avec une faible résolution spatiale (de 500 à 50 km), les modèles de circulation générale (MCG) sont principalement utilisés pour la prévision météorologique, mais aussi pour élaborer des scénarios de changement climatique et estimer les paramètres climatiques futurs tels que la température, les précipitations et le vent. De toute évidence, ce type de modèle ne permet pas de tenir compte de la variabilité des températures à l'échelle locale du vignoble. Plusieurs études ont tenté d'améliorer la résolution des MCG, ce qui a mené à l'élaboration de différents modèles climatiques régionaux, comme les modèles RAMS (Regional Atmospheric Modeling System) et WRF (Weather Research and Forecasting). Dans le contexte de la variabilité climatique des vignobles, RAMS a été utilisé dans la région viticole du district sud-africain de Stellenbosch pour étudier les modèles climatiques locaux à une résolution de 200 mètres. Cependant, les résultats ont montré d'importantes erreurs de prévision à cette échelle. Le modèle WRF a récemment été utilisé pour caractériser le climat et modéliser la phénologie de la vigne dans la région de Marlborough, en Nouvelle-Zélande, à une résolution de 1 kilomètre. Toutefois, les études ont montré que, pour un endroit et une période précis, le modèle WRF peut représenter la variation de température à une échelle plus fine mais uniquement sur des périodes courtes (quelques années) en raison notamment des temps de calcul. WRF a également été utilisé à une résolution de 4 kilomètres sur l'ensemble de la Bourgogne viticole mais pas à une échelle plus fine. Par conséquent, à ce stade, force est de constater que les modèles dynamiques fondés uniquement sur des processus biophysiques ne sont pas en mesure de représenter de façon adéquate les variations de température à l'échelle locale.

D’autres pistes sont explorées : en plus d'appliquer des modèles locaux basés sur la physique, des techniques de réduction d'échelle basées sur les relations statistiques entre variables globales et variables locales peuvent être utilisées pour représenter les variations de température à plus petite échelle dans les régions viticoles. Cependant, les résolutions spatiales de ces modèles ne sont généralement pas encore assez précises pour être utilisées par les viticulteurs. Les techniques de télédétection fournissent également des informations thermiques intéressantes à des échelles fines de température, mais la résolution temporelle n'est pas assez élevée pour créer des cartes de température quotidiennes.

Comme nous l'avons déjà mentionné, la composante climatique du terroir viticole, dans lequel la température joue un rôle clé, varie sur de très courtes distances, influençant les caractéristiques du vin sur les zones viticoles. Un modèle correct et précis de la température est donc nécessaire pour caractériser précisément ce composant.



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Enregistreur de données et son bouclier solaire dans le vignoble du site d'étude


Un nouveau modèle hybride observation/modélisation qui prend en compte la topographie

Pour compenser la difficulté des modèles dynamiques à représenter avec précision la variabilité locale des températures, des réseaux d'observation fine ont été mis en place pour suivre les températures du vignoble. La distribution spatiale des sondes de température est déterminée sur la base des caractéristiques topographiques dérivées des modèles altimétriques numériques (MAN). Bien que la variabilité de la température soit régie par un grand nombre de paramètres tels que l'humidité du sol, le vent et le rayonnement solaire, on sait désormais que ces paramètres dépendent également de la topographie. Par conséquent, l'explication de la variabilité des températures en utilisant les caractéristiques topographiques comme variables explicatives est un moyen de réduire le nombre de données d'entrée nécessaires à la modélisation spatiale. La relation entre la température et ces variables topographiques peut être utilisée pour estimer la variabilité de la température à une échelle très fine afin de fournir une meilleure analyse du comportement des plants. Des études menées en 2011 ont montré que des plantes spécifiques poussent dans les climats locaux en fonction des variations locales de température. Dans un vignoble, les dégâts sur les vignes dus au gel peuvent être très localisés et sont généralement fortement liés à la topographie locale. C'est la raison pour laquelle les approches améliorées de la cartographie des températures à haute résolution fournissent des outils prometteurs pour l'industrie du vin.

Plusieurs auteurs ont établi des cartes de températures à échelle précise dans les régions viticoles en combinant des réseaux d'observation de capteurs de température à haute résolution avec des modèles d'interpolation à échelle fine. Pour les études climatiques axées sur la température, on a utilisé avec succès la régression linéaire multiple en couplant entre la température et les caractéristiques topographiques dérivées d'un modèle numérique d'altitude. Ces études supposent que la température a une relation linéaire avec chaque prédicteur. Bien qu'efficace, l'hypothèse de linéarité demeure une contrainte importante qui limite peut-être la performance du modèle et, compte tenu des progrès récents dans le domaine de la puissance de calcul et des méthodes statistiques, il est maintenant possible d'utiliser la régression non linéaire pour estimer la distribution spatiale de la température.


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Pour cette étude, un réseau d'enregistreurs de température a été mis en place en 2011 dans les fameuses sous-appellations de la région viticole bordelaise, dont Saint-Emilion et Pomerol. Cette zone viticole est largement documentée en ce qui concerne les conditions du sol, l'absorption d'eau et le climat régional. Pour comprendre l'impact du changement climatique à l'échelle du vignoble et comprendre comment le secteur viticole pourrait s'adapter à ce changement, un programme de recherche complet était nécessaire. Ces travaux s'appuient donc sur plusieurs programmes scientifiques (dont le programme européen LIFE-ADVICLIM1) traitant de l'impact du changement climatique sur la viticulture à petite échelle. Il complète l'effort de développement d'une méthodologie basée sur la combinaison de l'observation climatique et agronomique in situ et sur la modélisation spatiale, qui permet d'évaluer la variabilité spatiale des paramètres atmosphériques à l'échelle du terroir, ce qui est crucial pour les viticulteurs, en permettant de générer des cartes de températures précises et reproductibles à l'échelle locale. Une fois validés, ces modèles seront à même de proposer pour le futur des scénarii de changements climatiques à petite échelle.


En conclusion, cet article permet de mieux comprendre la variabilité du climat dans un sous-ensemble d'appellations renommées de la région bordelaise. Le microclimat, et en particulier la température, sont une caractéristique importante des terroirs viticoles. Les températures influencent la phénologie, or la période de maturation est cruciale pour la production de vins de haute qualité : quand les raisins mûrissent trop tard, les vins sont acides et ont un goût vert ; lorsque les raisins mûrissent trop tôt, les vins sont déséquilibrés à cause d'un excès d'alcool et d'un manque de fraîcheur. Les enjeux sont clairs : si on peut apporter aux producteurs une connaissance précise des températures locales, alors ils pourront s’adapter en choisissant du matériel végétal ad hoc (variétés et porte-greffes) et adopter des pratiques de gestion efficientes (temps d'élagage, hauteur du tronc, gestion de la canopée). Ces adaptations pourront être mises en œuvre à l'échelle de la parcelle, avec une parcelle viticole de moins d'un hectare en moyenne. Par conséquent, la connaissance du climat, et en particulier des températures, à l'échelle du microclimat, est essentielle pour les producteurs.

Les auteurs démontrent que le modèle non linéaire SVR (Support Vector Regression) peut être un outil utile pour améliorer la modélisation climatique des vignobles à l'échelle locale. En effet, des modèles stables et précis à l'échelle fine sont essentiels pour établir un lien avec les modèles mondiaux et régionaux du changement climatique. A terme, ils pourraient constituer une étape vers une modélisation fine des scénarii de changement climatique, afin de projeter à l'échelle de la parcelle l'adaptation nécessaire pour que les viticulteurs puissent continuer à cultiver des vins de haute qualité dans un climat changeant.


Source
Renan Le Roux, Laure de Rességuier, Thomas Corpetti, Nicolas Jégou, Malika Madelin, Cornelis van  Leeuwen, Hervé Quénol. Comparison of two fine scale spatial models for mapping temperatures inside winegrowing areas. Agricultural and Forest Meteorology, 247, December 2017, 159-169. doi.org/10.1016/j.agrformet.2017.07.020




Contact OSUR
Renan Le Roux (LETG-COSTEL)
Hervé Quénol (LETG-COSTEL)
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)


L’Atlas des Prairies. Le montage des images


 AHLeGall    12/09/2017 : 12:40

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L’atlas des prairies est présenté aux rencontres doctorales en architecture et paysage qui se tiennent à l’École Nationale Supérieure d’Architecture de Paris La Villette du 12 au 14 septembre 2017. Les rencontres sont dédiées cette année à la question des représentations.

L’atlas des prairies est présenté aux rencontres doctorales en architecture et paysage qui se tiennent à l’École Nationale Supérieure d’Architecture de Paris La Villette du 12 au 14 septembre 2017. Les rencontres sont dédiées cette année à la question des représentations. Caroline Cieslik, collaboratrice de l'OSUR, doctorante en Esthétique à l'université Rennes 2 et enseignante en photographie à l'Ecole Européenne Supérieure d'Art de Bretagne (site de Rennes), intervient dans l’axe 3 : "la représentation comme outil heuristique et analytique".



Les friches, espaces intermédiaires

Le paysage est un concept polysémique qui légitime une approche pluridisciplinaire. Entre réalité et représentation, le terme ne désigne pas uniquement un espace purement topographique donc figé, mais un lieu mouvant car en plus ou moins lente ou brutale modification du fait de l’écosystème, de l’action et de la perception humaine. Cette mobilité est perceptible à travers la disparition de certaines typologies d’espaces (urbain / industriel / rural) au profit de friches qualifiées d’espaces intermédiaires dans une dimension spatio-temporelle. Situées en périphérie des territoires gérés, leur marginalité repose sur un point de vue spatial et idéologique. Pour les dynamiques spécifiques qu’elles impulsent, elles sont qualifiées de "catalyseurs urbains" (1).


Observatoire Photographique du Paysage - observatoire d’écologie urbaine

Les Prairies Saint-Martin (Rennes) sont en l’état, exemplaires de cette intermédiarité. Cet espace végétal, situé en centre-ville de Rennes, site d’anciennes tanneries et de jardins familiaux est depuis 2013 en friche, dans l’attente d’un projet de parc naturel urbain (aujourd'hui en cours de réalisation). La ville de Rennes n’a pas la maitrise foncière de la totalité du site. La friche coexiste avec le chantier. En 2011, l’Institut Écologie et Environnement du CNRS a souhaité la mise en place d’un observatoire d’écologie urbaine sur le site. Le thème fédérateur de cet observatoire est le paysage au sens large du terme.

Au sein de celui-ci est mené depuis 2013 un Observatoire Photographique du Paysage (OPP)Cette recherche s'inscrit dans le cadre de la Zone Atelier Armorique de l'OSUR. Sur les 29 ha du site, vingt-quatre points de vues sont reconduits à la chambre quatre fois par an.


Dynamique des espaces : cycles et alternatives

Chaque image de l’observatoire est prise dans la multiplicité d’une série. Leur analyse permet de caractériser les dynamiques de ces espaces : les cycles (saisons végétales (fig.1-2), usages (fig. 3 à 6)), les ruptures (coupes, tas (fig. 7-8), squat (fig. 3)) puis l’adaptation de la végétation (colonisation, développement d’autres espèces (fig. 6)) et celles des usagers : en 2016 des blocs de pierres ont été posés par la ville pour empêcher le stationnement des camions (fig.9). Ceux-ci se sont déplacés à d’autres endroits du site puis récemment quelques-uns des blocs ont été enlevés par certains afin de pouvoir de nouveau garer leur camion (image en cours de développement).


De l’archive à l’atlas, les différents montages

« L’atlas choisit à un moment où l’archive refuse de choisir pendant longtemps. Il vise un argument et procède par coupes violentes là où l’archive renonce à l’argument et impose l’inembrassable de sa masse (...) . L’atlas est le devenir voir et le devenir savoir de l’archive » (2).

L’enjeu de cette recherche est d’abandonner la représentation du paysage comme un système stable et reproduire ses dynamiques à travers un ensemble d’images hétérogènes. La base d’images issues de l’OPP classées et montées sous formes de planches constitue une archive des paysages du site. Les données météorologiques (température, précipitation, vent) issues des capteurs du site légendent les photographies pour une perception phénoménologique des paysages. Le montage ordonné rend perceptible les continuités des cycles et les ruptures.

Une seconde forme est envisagée : l’atlas est un type d’édition d’origine scientifique, réapproprié par des artistes ou des historiens de l’art. Les images ne sont pas des illustrations (il n’y a pas subordination à un texte) mais plutôt la raison d’être de l’atlas (3). La forme envisagée s’inspire Der Bilderatlas Menmosyme d’Aby Warburg (fig.10).

Si l’expérience de l’observatoire des prairies est le fil conducteur de cet atlas, celui-ci articulera sur chaque planche plusieurs sources d’images : les photographies issues de l’observatoire, les images utilisées par d’autres disciplines (images satellites fig. 15-16) qui permettent de croiser d’autres échelles du site, un corpus d’oeuvres d’art issues de différents modèles de représentation du paysage en lien avec les photographies des prairies (le modèle pastoral, les paysages de friches) qui marquent l’évolution de notre perception de la nature et du paysage (fig. 11-14). Les multiples images de l’atlas seront montées en constellation (4) afin d’expérimenter une forme qui, relevant plus de l’intuition et de la spontanéité semble être le montage le plus juste pour traduire les énergies spécifiques des paysages de friches.


1 Philipp Oswalt et al. Urban catalyst. The power of temporary use, 2013.
2 Georges Didi Huberman, Atlas ou le gai savoir inquiet, L’oeil de l’histoire 3, 2011, p. 290.
3 Lorraine Datson, Peter Galisson, Objectivité, 2012
4 Anne Immelé, Constellation, 2015.


OPP1

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OPP4

OPP5a




Contact OSUR
Caroline Cieslik (Doctorante en Esthétique à l'université Rennes 2, Enseignante en photographie à l'Ecole Européenne Supérieure d'Art de Bretagne - site de Rennes)
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)


La surpêche entraîne l'effondrement fréquent des populations de poissons, mais de rares extinctions


 AHLeGall    07/09/2017 : 09:57

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Olivier Le Pape, professeur à Agrocampus Ouest et chercheur à l’UMR ESE (INRA/ACO) associée à l’OSUR vient de publier une Letter dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) en août 2017, en réponse à un article de Burgess et al.

Olivier Le Pape, professeur à Agrocampus Ouest et chercheur à l’UMR ESE (INRA/ACO) associée à l’OSUR vient de publier une Letter dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) en août 2017, en réponse à un article de Burgess et al. paru dans la même revue en avril 2017.


L’article de Burgess paru dans PNAS sous le titre "Range contraction allows harvesting to extinction" (« La réduction de l'aire de répartition permet la récolte jusqu' à l'extinction », avril 2017), fournit une perspective très utile sur les conséquences des contractions des aires de répartition des espèces en permettant de maintenir des densités suffisantes de populations locales en déclin. Burgess suggère que cette contraction sur la densité des populations permet de maintenir des rendements de pêche ou de chasse au niveau local, - et donc une rentabilité économique - qui permettent aux populations naturelles d'espèces marines et terrestres appauvries d'être chassées jusqu' à leur effondrement puis leur extinction finale. L'approche proposée par Burgess qui combine modélisation et observation empirique couvre un large spectre d'espèces (éléphant, esturgeon, thon rouge) avec des résultats tout à fait convaincants.

Cependant, bien que le lien direct entre la surexploitation et le risque élevé d'extinction soit bien documenté et vérifié pour les espèces terrestres, force est de constater que l'homme a causé peu d'extinctions complètes de mollusques, crustacés et poissons en mer. Olivier Le Pape et ses collègues tempère donc l’approche radicale et catastrophiste de Burgess dans une Letter parue dans PNAS en août 2017 sous le titre « Overfishing causes frequent fish population collapses but rare extinctions » (« La surpêche entraîne l'effondrement fréquent des populations de poissons, mais de rares extinctions »). La surpêche entraîne effectivement des effondrements fréquents de population, car la pêche réduit les niveaux de population de plusieurs ordres de grandeur. Néanmoins, on observe que les populations de poissons marins peuvent demeurer à des niveaux très faibles en termes de quantité ; quant aux aires de répartition des espèces elles peuvent rester contractées pendant des années, voire des décennies, sans pouvoir se rétablir et retrouver leur état initial. Cela est particulièrement vrai pour les poissons pélagiques qui vivent en bancs.

Mais ces effondrements conduisent rarement à des extinctions, comme l'illustrent la surpêche de la morue du Nord et du thon rouge de l'Atlantique et du Sud. Le faible niveau d'extinction des poissons marins peut ainsi s’expliquer par leur stratégie démographique spécifique. En effet, la stratégie de vie de la plupart des espèces de poissons marins se caractérise par une fécondité élevée, la production puis l’émission de grandes quantités d'œufs dans le milieu marin, et enfin l'absence d’assistance parentale. Cette stratégie entraîne une mortalité élevée aux premiers stades de la vie, avec une forte variabilité de l'abondance et des taux de survie de l’œuf à maturité de l’ordre de 1 pour 100 000. En comparaison, les mammifères et les oiseaux ont peu de descendance par événement reproducteur (<20) mais des taux de mortalité plus faibles. Cependant, cette stratégie de vie a aussi pour résultat – et avantage - une probabilité beaucoup plus faible d'extinction de la population, car quelques poissons marins femelles peuvent potentiellement générer des millions de juvéniles.

Il va de soi que la réduction des menaces de surexploitation mérite une plus grande attention pour les poissons marins, comme pour les autres espèces. Même si les risques d'extinction sont faibles, Il est néanmoins d'une importance primordiale d'éviter l'effondrement des stocks de poissons marins, avec une diminution durable et dramatique de leurs populations et une contraction de leurs aires de répartition. Le problème de la conservation des espèces au niveau mondial n'est pas seulement celui de l'extinction des espèces, mais aussi et surtout celui de l'état précaire des populations, dont il ne reste parfois que peu de vestiges d'espèces autrefois répandues, avec des conséquences importantes à l'échelle des écosystèmes.

Sources
Burgess MG, et al. (2017) Range contraction enables harvesting to extinction. Proc Natl Acad Sci USA 114:3945–3950 
Le Pape O, et al. (2017) Overfishing causes frequent fish population collapses but rare extinctions. Proc Natl Acad Sci USA 114: E6274 


Contact OSUR
Olivier Le Pape (ESE, Agrocampus Ouest/INRA)


Expo "Éternité, rêve humain et réalités de la science"


 AHLeGall    23/05/2017 : 14:36

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Romain Causse-Védrines, technicien au labo ECOBIO, a collaboré à l'exposition "ÉTERNITÉ, RÊVE HUMAIN ET RÉALITÉS DE LA SCIENCE" proposée du 19 mai 2017 au 12 mars 2018 au Muséum d'histoire naturelle de Nantes.

Romain Causse-Védrines, technicien au labo ECOBIO, a collaboré à l'exposition "ÉTERNITÉ, RÊVE HUMAIN ET RÉALITÉS DE LA SCIENCE" proposée du 19 mai 2017 au 12 mars 2018 au Muséum d'histoire naturelle de Nantes. On peut le retrouver à travers des vidéos de vulgarisation comme "Les 10 plus vieux animaux" et "La méduse immortelle"



Bandeau Eternite Web


L’Homme a toujours rêvé d’éternité. Cette exposition le replace dans la diversité du vivant et l'histoire de la Terre.

Depuis l’Antiquité, des croyances variées animent chaque civilisation : la résurrection chez les Égyptiens, le paradis pour les perses, la réincarnation des hindous. Au Moyen Âge, c’est l’alchimie qui tente de répondre à la question de la vie éternelle par la confection d’élixirs et de la pierre philosophale.

Aujourd’hui, ce rêve d’éternité s’insinue dans notre réalité grâce aux progrès technologiques et médicaux. L’homme peut-il être considéré comme une machine dont on remplacera les pièces défaillantes par des prothèses bioniques ? Pourra-t-il, à l’instar d’autres animaux comme la salamandre, régénérer tout ou partie de son corps ? Pourrons-nous faire repousser des tissus ou même des organes entiers ? Les nouvelles technologies semblent pouvoir nous aider à nous battre contre la mort, à repousser toujours plus loin les limites de la vie.

Et les autres ? Afin de replacer l’Homme dans la diversité du vivant et l’histoire de la Terre, l’exposition propose un voyage dans le temps : le temps de vie des autres êtres vivants, le temps d’existence des espèces (l’espèce Homo sapiens existe depuis près de 200 000 ans) et le temps de la Terre et de l’Univers.

>>> En savoir plus sur l'expo



A propos de la contribution de Romain

Dans cette expo multi-supports, Romain - plus connu sur la toile sous le pseudo de Professeur Lablouse - propose des contenus audiovisuels : des vidéos en format court dont il est particulièrement friand puisqu'il anime une chaine youtube dédiée à la vulgarisation scientifique en biologe/écologie. En voici deux exemples proposés dans le cadre de l'expo






On peut retrouver et suivre Romain dans ses pérégrinations sur les réseaux sociaux

> youtube
> twitter
> facebook



Contacts OSUR
Romain Causse-Védrines (ECOBIO)
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)


Workshop: Where land becomes stream


 AHLeGall    15/03/2017 : 13:12
 Aucun    Caroussel

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Where land becomes stream: connecting spatial and temporal scales to better understand and manage catchment ecosystems

Where land becomes stream: connecting spatial and temporal scales to better understand and manage catchment ecosystems


Date and location: Rennes, France, 7-8 March 2017.
Number of participants: 24
Number of countries: 5
Number of institutes: 11


On the 7th and 8th of March 2017, 24 international experts on hydrology and ecology held a conference in Rennes France at the OSUR. In addition to colleagues from France, there were participants from the UK, Sweden, Germany, and the USA (see full list of participants below). The workshop was convened by Dr. Gilles Pinay (University Rennes 1, France), Dr Benjamin Abbott (Michigan State University, USA), Professor Florentina Moatar (University of Tours, France), and Dr. Ophélie Fovet (INRA Rennes, France).

Participants worked together to develop new tools and data to address environmental issues of water quality in headwater streams. While headwater streams represent the vast majority of stream length and are the primary conveyor of water, solutes, and particulates, they have such high spatial variability that is difficult to relate concentrations and fluxes to catchment characteristics. Given the high cost of high-frequency water quality monitoring, how can we quantify this heterogeneity in an ecologically meaningful way?

Specifically they addressed the following questions:
• How can we integrate multiple, non-uniform data sources (e.g. occasional synoptic sampling, high-frequency time series, agency water quality data)?
• What are the limits to extrapolating high-frequency data from a single catchment?
• What tools can be used to scale spatially and temporally in headwater catchments to address management issues and improve hypothesis testing?

Specific working groups investigated:
• Analysis of concentration-discharge (C-Q) relationships at multiple spatial and temporal scales, providing a stream network perspective of hysteresis and chemostasis.
• Long-term changes in seasonality as indicators of ecosystem health and efficacy of management actions.
• Optimizing monitoring designs to leverage intensive and extensive water quality sampling depending on the monitoring objectives (e.g. diagnostic, preventive action plan assessment).
• Synchrony and stationarity of headwater catchment water quality.
• Novel modelling techniques to link hydrological and biogeochemical functioning.

Sub-groups of participants contributed to the production of discussion papers prior to the meeting; these provided a basis for discussion at the start of the workshop, feeding into plenary sessions later on.




Where Land Becomes Stream2b
Headwater streams like this one in Brittany France, make up the majority of the terrestrial-aquatic interface and global river habitat. They respond quickly to changes in precipitation, experiencing huge swings in water flow and water chemistry. Photo: G. Pinay.

Where Land Becomes Stream3b
Human activity has profoundly impacted small streams. Urbanization and agriculture alter stream ecology with nutrient-rich runoff, and physical modifications change hydrological behavior, like the diking of this channel near the Mont Saint-Michel World Heritage Site. Photo: B. Abbott.


The main conclusion was that current water quality monitoring schemes are a consequence of historical priorities and choices. Consequently, they are not always able to evaluate whether current regulations are being met. Most regulatory frameworks are focused on not exceeding legal thresholds or annual load limits. If monitoring designs are not able to evaluate these parameters, they are unlikely to usefully inform management efforts to improve water quality. While downstream annual loads in large catchments are relatively well constrained, bias in sampling currently prevents quantification of concentration thresholds through the stream network, which requires higher-frequency and more distributed sampling. This raised four questions for further consideration in a follow-up discussion paper: i) What are the most relevant regulatory goals? ii) What kinds of interventions would be most effective to improve performance in regard to those goals? iii) How long will it take before improved management will be reflected in performance? iv) How can a monitoring framework be developed to better integrate and create synergy between scientific researchers and land managers?

In addition to the discussion paper, other papers will be written as outcomes of the meeting: one on emergent properties, looking at how and why variance in water quality varies with spatial scale; a second paper on the characterization, classification and prediction of solute (co)variability in catchments and in ungauged basins; and a third paper which will consider new metrics of water quality data. Finally, we will prepare two letters, one to be sent by hydrologists to aquatic ecologists and another from aquatic ecologists to hydrologists. In both cases we are interested to learn what disciplinary differences prevent hydrologists and ecologists from working together. The letters will address the following questions: What does the other side get wrong? What is intimidating or confusing about the other side - why are their concepts hard to master? What collaboration opportunities do you wish they would offer? In due course, we aim to produce short commentaries for both communities outlining opportunities for future scientific collaboration.



Participant list:

Nicholas Howden (University of Bristol)
Tim Burt & Fred Worrall (University of Durham)
Jay Zarnetske & Ben Abbott (Michigan State University, USA)
Francois Birgand (North Carolina University, USA)
Andreas Musolff (Leipzig UFZ, Germany)
Sarah Godsey (Idaho State University, USA)
Zhang Qian (USEPA Chesapeake Bay Program, USA)
Kevin Bishop (SLU, Sweden)
Gilles Pinay, Gérard Gruau, Jean Marçais, Jean-Reynald de Dreuzy, Camille Vautier (CNRS, University Rennes 1, France)
Florentina Moatar & Camille Minaudo (University of Tours, France)
Ophélie Fovet, Rémi Dupas, Chantal Gascuel, Patrick Durand, Laurent Ruiz, Zahra Thomas (INRA Rennes, France)


Where Land Becomes Stream4



>>> More information see publication in EOS 2017/07/07 : Abbott, B. W., G. Pinay, and T. Burt (2017), Protecting water resources through a focus on headwater streams, Eos, 98, https://doi.org/10.1029/2017EO076897. Published on 07 July 2017.



Contact OSUR

Ben Abbott / @
Gilles Pinay / @





Une allocation d'installation scientifique commune de Rennes Métropole


 AHLeGall    10/03/2017 : 09:45
 Aucun    Caroussel

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Claudia Wiegand et Anniet Laverman viennent de se voir attribuer une allocation d'installation scientifique commune de Rennes Métropole d'un montant global de 75000 €.

Claudia Wiegand et Anniet Laverman viennent de se voir attribuer une allocation d'installation scientifique commune de Rennes Métropole d'un montant global de 75000 €. Celle-ci va permettre l’acquisition d’un automate ayant une capacité d’analyse d'échantillons (sédiments, eau, tissus organismes,…) à haut débit permettant du monitoring environnemental, à raison de 200 échantillons par heure.
Logo Rennes Metropole


Claudia Wiegand
 est professeure à l'université de Rennes 1 et chercheuse à ECOBIO depuis septembre 2015, spécialiste du stress en écologie et en écotoxicologie.

Anniet Laverman est chargée de recherche CNRS au laboratoire ECOBIO depuis juillet 2014 ; elle est spécialiste d'écologie microbienne, biogéochimie et modélisation.

Leur projet commun porte sur les "flux de matière environnemental sous pression anthropique : transformations biogéochimiques et rétroactions sur la biodiversité et la qualité des ressources en eau".


AIS2017 RM Wiegand Laverman
Représentation schématique des thèmes proposés pour ce projet de recherche


L’empreinte croissante de l’homme sur son environnement menace la durabilité du fonctionnement des écosystèmes et des biens et services qu’ils fournissent à nos sociétés. La pression anthropique a un impact considérable sur la biodiversité et sa capacité à transformer et recycler les flux des matières dans les écosystèmes. Ce projet de recherche a pour objectif de comprendre les conséquences de ces changements sur la diversité et sur les transformations biogéochimiques des nutriments et des polluants qui contrôlent en retour la qualité des ressources en eau. Afin de comprendre les effets des activités anthropiques sur l'environnement et la rétroaction entre biodiversité et transformations biogéochimiques des matières et in fine de prévoir des stratégies d'atténuation et/ou de remédiation, nous proposons dans une démarche intégrative d’étudier l’adaptation des organismes aux niveaux macro et microscopiques. Plus précisément, ce projet vise à (1) examiner les effets de la pollution environnementale sur les cycles biogéochimiques des nutriments et des polluants; (2) évaluer l’impact d’un panel croissant de polluants chimiques dans l’environnement ; (3) identifier la diversité de tolérance/sensibilité à l’exposition à un stress environnemental des espèces ingénieures et/ou indicatrices de la qualité de l’habitat lorsqu’exposer à un stress environnemental.

Ces recherches produiront in fine des éléments essentiels de l’appréciation des effets de différents scénarios de stress environnementaux. Toutefois, pour réussir ces travaux, il est indispensable d’avoir une capacité d’analyse des échantillons (sédiments, eau, tissus organismes,…) à haut débit permettant le monitoring environnemental. L’acquisition d’un automate de type Gallery (Thermo Fisher), répond à cette exigence puisqu’il permettra de manière robuste et simple d’analyser 200 échantillons par heure. Cette évolution technologique de haut-débit contribuera à étendre l’attractivité et les capacités analytiques de l’OSUR, auquel ECOBIO appartient, et ce à des fins de profilage métabolique et chimique de l’environnement pour le diagnostic environnemental. Les données seront intégrées dans des approches prédictives (modélisation) et fourniront in fine des éléments d’aide à la décision pour les gestionnaires de la biodiversité et des ressources en eau et éclairer les politiques publiques.
Un tel équipement soutiendra fortement plusieurs projets en cours ou déposés par les deux porteurs de la demande i) dans lesquels plusieurs structures et entreprises publiques et privées sont d’ores et déjà impliquées (CRESEB, ANSES, entreprise BIOTRADE), et ii) dont les applications pratiques concernent la gestion des zones humides et la conservation de la qualité des eaux continentales.

Enfin, ce projet conjointement porté par Anniet Laverman et Claudia Wiegand - deux chercheuses allemandes nouvellement arrivées à Rennes et ayant fait leur début de carrière à l’étranger - participe à l’’attractivité du site rennais et à la politique de mutualisation des équipements mi-lourds préconisés dans ECOBIO et l’OSUR. Il s’accompagne également d’une extension substantielle des compétences sur les flux et d’un renforcement des recherches à l’interface environnement-santé en cohérence avec les priorités scientifiques d’ECOBIO/OSUR et les orientations de recherche de l’université Rennes 1 pour le futur quinquennal.



Contacts OSUR
Anniet Laverman (ECOBIO)
Claudia Wiegand (ECOBIO)


Des licornes prédatrices au Crétacé  


 AHLeGall    26/05/2016 : 17:00

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Des licornes prédatrices au Crétacé >>> Avec Vincent Perrichot (Géosciences Rennes)

Une équipe internationale de paléontologues, menée par Vincent Perrichot, enseignant-chercheur de l'université de Rennes 1, membre du laboratoire Géosciences Rennes de l'OSUR (CNRS) a mis au jour des fossiles spectaculaires d'une fourmi-licorne datée de 99 millions d'années, et dont la morphologie extrême suggère une écologie déjà très sophistiquée pour cette fourmi appartenant pourtant à la lignée la plus primitive. Ces travaux sont publiés dans la revue Current Biology en mai 2016.

 

Depuis des débuts modestes au Crétacé inférieur, vraisemblablement vers 120-130 millions d'années, les fourmis se sont largement diversifiées jusqu'à devenir aujourd'hui les insectes sociaux les plus abondants (on dénombre plus de 13000 espèces actuelles), présents dans la plupart des écosystèmes terrestres. Leur succès écologique est généralement attribué à leur comportement social remarquable. Toutes les fourmis sont sociales et vivent en colonies variant de quelques dizaines à plusieurs millions d'individus. En revanche, toutes ne coopèrent pas à des activités en groupe, et certaines des prédatrices les plus efficaces chassent en solitaire, armées de puissantes mandibules capables de se refermer très rapidement sur leurs proies (les anglo-saxons parlent de 'trap-jaw ants'). Des études récentes sur l'évolution des fourmis ont suggéré que les précurseurs des lignées actuelles vivaient en petites colonies de prédatrices spécialisées et chassant en solitaire, mais aucun fossile n'était venu étayer cette hypothèse jusqu'à présent (les fossiles crétacés sont rares et la plupart ont une morphologie générale ne permettant pas de conclusions claires sur leur écologie).

Une nouvelle fourmi primitive de type 'trap-jaws', découverte fossilisée dans l'ambre crétacé du Myanmar (Birmanie) par Vincent Perrichot et ses collaborateurs, vient conforter cette hypothèse et suggère que certaines des premières fourmis étaient spécialisées pour la prédation solitaire de larges arthropodes. Moins de 10 mm de long, mais des mandibules surdimensionnées en forme de faucille et surtout la présence extraordinaire d'une corne frontale spatulée inconnue chez toutes ses congénères: voici à quoi ressemblait, il y a 99 millions d'années, cette fourmi baptisée Ceratomyrmex ellenbergeri

 

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Ceratomyrmex ellenbergeri (fossiles préservés dans l'ambre crétacé du Myanmar).
Vue générale et vues latérale et ventrale de la tête montrant les mandibules surdimensionnées (flèches noires) et la corne frontale spatulée (flèches blanches) (© V. Perrichot)

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Vue schématisée de la tête de Ceratomyrmex ellenbergeri illustrant le mécanisme de piège formé par les mandibules surdimensionnées et la corne spatulée, et déclenché par contact des soies sensitives (© V. Perrichot)

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Reconstitution de Ceratomyrmex ellenbergeri basée sur les fossiles exceptionnellement préservés découverts dans l'ambre crétacé du Myanmar (© V. Perrichot)

 

 

 

Ceratomyrmex appartient à une lignée aujourd'hui disparue, les Haidomyrmecines, qui vivaient au Crétacé et possédaient de curieuses mandibules en forme de faucille. Les biologistes sont longtemps restés perplexes quant à l'écologie de ces étranges fourmis, les mandibules semblant fonctionner comme un piège rapide à la manière des fourmis 'trap-jaws' actuelles, mais manoeuvrant verticalement par rapport à l'axe du corps plutôt qu'horizontalement comme chez toutes les autres fourmis. A la différence des autres Haidomyrmecines, Ceratomyrmex possédait des mandibules énormes et une corne frontale dotée d'un lobe apical épineux à l'évidence sensitif, le tout formant un large système préhensile pour écraser voire empaler des proies de grande taille, par exemple des myriapodes. La corne couverte de soies et d'épines devait vraisemblablement permettre de palper et d'immobiliser la proie pour la transporter.

Bien qu'appartenant à la lignée la plus basale des fourmis, Ceratomyrmex possédait une morphologie raffinée semblable à celle des fourmis 'trap-jaws' actuelles, mais par le biais d'une morphologie encore plus extrême, ce qui suggère qu'elle chassait probablement comme elles, en solitaire. La découverte de ce nouveau fossile indique que peu après l'avènement des fourmis, certaines montraient déjà une écologie très sophistiquée.

 

 

Source:

Perrichot V., Wang B., Engel M.S., 2016. Extreme morphogenesis and ecological specialization among Cretaceous basal ants. Current Biology. doi:10.1016/j.cub.2016.03.075.

 

Contact OSUR :

Vincent Perrichot, Université Rennes 1 (Géosciences Rennes, OSUR, INSU-CNRS)

@ / (33) 2 23 23 60 26



Entretien avec Vincent Perrichot réalisé par Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)



  • AHLG : Quel est le contexte de formation des ambres insectifères ?

VP : L'ambre est issu de la fossilisation des résines produites par les arbres, et provient donc de milieux forestiers anciens. Des insectes et d'autres organismes vivant dans ces forêts ont été piégés dans les coulées de résine gluante lorsqu'elle était encore fraîche. Ces coulées une fois solidifiées ont le plus souvent été emportées par les cours d'eau lors de crues et se sont accumulées dans des sédiments lacustres ou littoraux où on les découvre aujourd'hui. Trois périodes géologiques ont été particulièrement favorables à la formation et la préservation d'ambre, les gisements les plus fossilifères datant du Crétacé entre 130 et 80 millions d'années, de l'Eocène vers 50 millions d'années, et du Miocène vers 20 millions d'années.

 

  • Quelle est la répartition géographique actuelle des gisements d'ambres de ce type dans le monde ?

Les gisements très fossilifères comme celui du Myanmar sont tous situés en hémisphère nord: surtout en Amérique du Nord, en Chine, en Inde, en Russie, au Liban et en Europe, notamment en France. En revanche on en connait très peu en hémisphère sud car pendant longtemps il y a eu un manque de prospection dans ces régions et ce n'est que depuis 2010 que l'on a trouvé des gisements, par exemple au Pérou ou au Congo.

 

  • Quelles sont les méthodes d'investigation pour trouver et identifier ces inclusions animales ou végétales ?

La méthode la plus simple et la plus rapide est la microscopie optique classique (loupe binoculaire); on repère et on observe les inclusions en diffusant un maximum de lumière à travers l'ambre. Mais cela reste limité à l'investigation des ambres translucides, or il existe de nombreux ambres plus ou moins opaques pour lesquels l'étude d'inclusions ne peut se faire que par radiographie en rayons X et imagerie 3D, un peu sur le principe du scanner médical mais à beaucoup plus haute résolution. Cette méthode extrêmement performante a été développée plus généralement pour les études paléontologiques depuis une dizaine d'années, mais elle reste beaucoup plus coûteuse à mettre en oeuvre.       

 

  • Quel est l'intérêt scientifique de ces préservations exceptionnelles ?

Les organismes fossilisés dans l'ambre sont extrêmement bien conservés et un seul gisement peut fournir des milliers de spécimens qui sont très peu susceptibles de fossiliser par ailleurs. La chimie de l'ambre renseigne en outre sur les plantes à l'origine de la résine. L'ambre offre donc une fenêtre exceptionnelle sur les écosystèmes forestiers anciens et permet de mieux comprendre l'origine et l'évolution des organismes dont résulte la biodiversité actuelle. Avec des collègues nous avons par exemple montré une grande similitude entre les fourmis présentes aujourd'hui dans le sud de l'Asie et celles qui existaient dans les forêts tropicales d'Europe il y a 50 millions d'années. Cela suggère une co-évolution étroite entre les fourmis et les plantes de ces écosystèmes tropicaux, dont la distribution géographique a été fortement affectée par les changements climatiques.  

 

  • Quel est le plus gros spécimen fossile découvert dans de l'ambre ?

Les fossiles dans l'ambre mesurent en moyenne 2 mm de long, mais il arrive parfois de trouver des arthropodes, des feuilles, ou des fleurs de 4 ou 5 cm, et plus exceptionnellement des petits lézards pouvant atteindre 6 ou 7 cm.

 

  • Le paléontologue que vous êtes a-t-il un "fantasme" particulier sur une hypothétique découverte extraordinaire qui pourrait venir d'un ambre exceptionnel ?

Non, l'évolution naturelle fait preuve d'une créativité suffisamment fascinante. Les découvertes que je suis amené à faire dans l'ambre, comme cette fourmi-licorne ou encore un champignon carnivore prédateur de nématodes, vont au-delà de ce que je pourrais espérer. Il est d'ailleurs amusant de constater que bon nombre de créatures fantastiques imaginées pour les films de science-fiction finissent par trouver leur pendant chez les insectes actuels ou fossiles, montrant à quel point la nature peut être autant sinon plus inventive que l'homme. 

Contact OSUR :

Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) : @ 



Revue de presse / Tour du web

https://www.univ-rennes1.fr/actualites/24052016/une-fourmi-de-presque-10-mm-avec-une-corne-sur-la-tete
http://www.insu.cnrs.fr/node/5827
http://passeurdesciences.blog.lemonde.fr/2016/05/26/une-etrange-fourmi-licorne-de-99-millions-dannees/ 
http://france3-regions.francetvinfo.fr/bretagne/des-chercheurs-decouvrent-une-fourmi-licorne-1007213.html 
https://fr.wikipedia.org/wiki/Ceratomyrmex_ellenbergeri
http://www.lespritsorcier.org/
http://www.echosciences-bretagne.bzh/articles/des-licornes-predatrices-au-cretace


Des vers de terre à la carte ! 1ère cartographie des lombrics à l'échelle de l'Europe



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Des vers de terre à la carte >>> Avec Daniel Cluzeau (ECOBIO)

Les lombrics - plus communément appelés vers de terre - sont extrêmement abondants, et pourtant ils sont très souvent absents des études scientifiques, et donc des publications. Des chercheurs européens, parmi lesquels on retrouve Daniel Cluzeau et Muriel Guernion du labo ECOBIO de l'OSUR, ainsi que Guénola Pérès de l'INRA SAS, espèrent qu'une première carte de répartition des populations à l'échelle européenne publiée dans Applied Soil Ecology suscitera un intérêt scientifique plus grand pour ce "modeste" ver de terre, qui joue pourtant un rôle si fondamental dans l'élaboration des écosystèmes des sols.

En 2015, plusieurs initiatives ont ainsi été lancées dans le but de rendre un peu de justice à ces systèmes écologiques "oubliés" - i.e. les environnements édaphiques - sur lesquels nous marchons tous les jours et qui nous nourrissent, mais qui permettent aussi aux forêts, aux prairies et aux cultures des champs, entre autres, de fonctionner correctement.

Pour avoir une meilleure idée de la biodiversité et de la distribution des vers de terre à travers l'Europe, les auteurs ont analysé des données d'enregistrement (d'inventaire) de lombrics de 3 838 lieux différents à travers huit pays européens.

Les résultats, publiés dans la revue Applied Soil Ecology* en janvier 2016, permettent de cartographier pour la première fois les lombrics européens : cette cartographie unique permet de mettre en exergue la distribution des populations et la densité de la biodiversité des espèces communes comme Aporrectodea caliginosa et Lumbricus terrestris.

Cette première synthèse - qui ne demande qu'à être approfondie - est la première étape pour créer une base de données des vers de terre en Europe : parmi les pays étudiés, la France, l'Irlande et l'Allemagne disposent des plus vastes archives sur les lombrics, tandis que les corpus de données d'autres pays, comme l'Espagne par exemple, ont fait défaut. Les chercheurs espèrent donc que cette carte encouragera les scientifiques en Espagne - et ailleurs ! - à explorer la biodiversité lombricienne... sous leurs propres pieds.

Plus globalement, les auteurs espèrent qu'une étude comme celle qui vient d'être publiée donnera du crédit à la nécessité de comprendre la diversité de ces invertébrés qui sont si importants pour le bon fonctionnement des sols.

* M. Rutgers et al. (2016). Mapping earthworm communities in Europe. Applied Soil Ecology, 97. DOI : 10.1016/j.apsoil.2015.08.015

Art Cluzeau Jan2016

La première carte des vers de terre en Europe révèle la distribution des populations et la densité de la biodiversité (crédit :  SINC)

Contact OSUR :

Daniel Cluzeau (ECOBIO, Station biologique de Paimpont)

Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)