Landsat met en évidence trente ans de développement des petits réservoirs d'eau dans le sud de l'Amazonie



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Quels liens entre développement agricole, déforestation et gestion de la ressource en eau ?

Associer la déforestation de l’Amazonie au développement de l’agriculture est une idée couramment admise. Cependant, les pratiques ont évolué rapidement ces dernières années : on assiste désormais, notamment dans le sud de l'Amazonie, à un découplage récent de la production agricole et de la déforestation. Celui-ci a été rendu possible grâce (1) à l'adoption de pratiques agricoles intensives, grâce à l'irrigation, et (2) à la diversification des activités économiques, du fait du développement soutenu de la pisciculture. Alors que ce nouveau modèle agricole a donné des résultats positifs pour contenir la déforestation, il implique dans le même temps des pressions nouvelles sur l'environnement, et en particulier sur la ressource en eau. Ainsi, de nombreux petits réservoirs d'eau artificiels ont été construits avec des utilisations différentes : pour l'irrigation des cultures, la production d'énergie, la pisciculture ou l'abreuvement du bétail.

Dans un article paru dans ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing en mars 2018, une équipe franco-brésilienne dans laquelle on retrouve Damien Arvor, Felipe R.G. Daher, Simon Dufour, Anne-Julia Rollet (LETG-Rennes / OSUR, université Rennes 2) présente une méthode originale pour cartographier automatiquement les petits plans d'eau à partir de séries chronologiques d'images satellitaires Landsat. La méthode a été testée dans la municipalité de Sorriso (État du Mato Grosso, Brésil). Les résultats statistiques ont validé l'efficacité de la méthodologie, bien que la résolution spatiale des images Landsat ait limité la détection de réservoirs très petits et linéaires. A Sorriso, on estime ainsi qu’entre 1985 et 2015, la superficie cumulée a plus que décuplé (de 153 à 1707 ha) et le nombre de petits réservoirs d'eau a quintuplé (86 à 522). Au-delà des aspects purement méthodologiques, les auteurs discutent également des nombreuses implications socio-environnementales soulevées par les impacts cumulés de ces petits réservoirs en pleine prolifération. Ils estiment ainsi que des approches intégrées sur l'ensemble du paysage sont nécessaires pour évaluer la façon dont les hydrosystèmes anthropisés peuvent contrecarrer ou au contraire exacerber les impacts socio-environnementaux de la déforestation et de l'agriculture intensive.

 

Sorriso, Etat du Mato Grosso, dans le sud de l’Amazonie

La zone d'étude est située dans l'état brésilien du Mato Grosso, au sud de l'Amazonie (Fig. 1). Cette région est depuis longtemps étudiée en raison des changements dramatiques dans l'utilisation des terres qui s'y sont produits depuis les années 1970, lorsque le gouvernement fédéral a décidé de soutenir le développement d'une agriculture extensive axée sur les produits de base. De fait, l'expansion de l'agriculture dans le Mato Grosso a eu de graves répercussions sur l'environnement, en particulier sur la déforestation. Conscient du problème, l’Etat fédéral brésilien a, dès le début des années 2000, lancé un vaste mouvement d'intensification et de diversification de l'agriculture dans le but d'accroître la productivité (i.e. avec de l’intensif plutôt que de l’extensif), de limiter la vulnérabilité économique à la monoculture (i.e. avec de la diversification dans la production), afin de contenir la déforestation. Cette politique a atteint ses objectifs : la déforestation a diminué rapidement après 2005, tandis que la production agricole continuait d'augmenter.

Ainsi, l'état du Mato Grosso est devenu le leader national dans la production de soja, de maïs et de coton et le troisième dans la production de poisson (le leader national étant l'état de Rondônia, également dans le sud de l'Amazonie).  

Dans le Mato Grosso, la municipalité de Sorriso est un bon exemple pour illustrer cette mutation ultra rapide. Sorriso a été fondée en 1986 (!) et couvre une superficie de 9329 km2 située le long de la route transamazonienne Cuiabá - Santarém (Fig. 1). Sorriso est connu comme étant le principal producteur de soja et de maïs à l'échelle nationale et, depuis quelques années, la pisciculture est également en plein essor en raison de la facilité d'accès aux crédits. Sorriso est classée quatrième au niveau national avec une production totale de poissons de 10679 tonnes par an.

Agriculture intensive, pisciculture : on comprend donc aisément les enjeux autour de l’accès et de la gestion de la ressource en eau.

 

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Fig.1 : zone d'étude située dans l'état brésilien du Mato Grosso, au sud de l'Amazonie

 

Données et méthodologie pour la classification des masses d'eau

Les séries temporelles de données Landsat sur la municipalité de Sorriso (4 scènes Landsat sont nécessaires) sont suffisamment longues, denses et régulières pour se prêter à une analyse robuste.

Une fois les données acquises (étape 0), la méthode de traitement des images s'est faite en cinq étapes principales de traitement (Fig. 2) :

(1) les données ont été pré-classées,

(2) deux indices ont été calculés pour chaque scène-année sur la base de l'analyse des séries temporelles,

(3) les indices ont été mosaïqués sur toute la zone,

(4) des masques d'eau annuels ont été produits,

(5) des règles de transition interannuelles ont été appliquées

(6) enfin, la méthode comprend une étape de validation pour évaluer l'exactitude des cartes produites.

 

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Fig.2 : les six étapes principales de traitement des images

 

Trente années de développement de réservoirs d'eau artificielle retracées

Une série chronologique de pré-classifications LSC (Landsat Spectral Classifier) est illustrée ci-dessous (Fig. 3) et montre la capacité du LSC à classer automatiquement les pixels d'eau.

 
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Fig.3 : série chronologique de pré-classifications LSC (Landsat Spectral Classifier)

 

Ces pré-classifications ont été analysées pour calculer les indices NumObs et NumWater pour chaque scène-année, qui ont ensuite été mosaïqués annuellement sur l'ensemble de la zone d'étude. Dans l'exemple de la Fig. 4, il est apparu que

(1) tous les pixels de l'image mosaïque ont été observés entre 7 et 18 fois en 2015

(2) un pixel a été classé en eau 16 fois au maximum.


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Fig.4 indices NumObs et NumWater calculés pour chaque scène-année
 

D'un point de vue statistique, les résultats ont validé le potentiel de la méthodologie pour détecter automatiquement et efficacement les réservoirs d'eau dans la zone d'étude : La précision globale indique que 87% des points de validation (répartis en 2 classes : eau et non-eau) ont été bien classés.

La production des masques d’eau annuels a permis notamment de suivre l'expansion rapide des masses d'eau à Sorriso au cours des trente dernières années. A titre d'exemple, la Fig. 5 présente deux zones de Sorriso qui illustrent deux cas différents de développement. Dans le premier cas (Fig. 5, à gauche), le développement des surfaces d'eau résulte de la multiplication des petits barrages agricoles de 1 en 1990 à quatre en 2015. Dans le second cas (Fig. 5, à droite), elle résulte des phases successives d'expansion d'un barrage agricole entre 1990 et 2015.

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Fig. 5 présente les deux zones correspondant à deux cas différents de développement à Sorriso

Pour donner des ordres de grandeur (de surface), à l'échelle de la commune de Sorriso, la superficie cumulée est passée de 153 hectares (valeur moyenne entre les estimations basses et hautes) en 1985, à 1707 hectares en 2015, soit la superficie d'une exploitation de taille moyenne dans la région (Fig. 6, en haut). La superficie cumulée a ainsi plus que décuplée en trente ans. Les résultats ont montré une prolifération particulièrement rapide après 2000, correspondant à la période d'intensification agricole dans la région, qui reposait en partie sur l'irrigation, et qui nécessitait par conséquent un accès accru aux ressources en eau.

Le nombre de plans d'eau a également augmenté rapidement au cours de la période d'étude, passant de 86 à 522 (valeurs moyennes de 1985 et 2015) (Fig. 6, en bas). Bien que ces chiffres doivent être examinés attentivement (du fait par exemple de la forte fragmentation et de l’inclusion de quelques plans d'eau naturels dans le dénombrement final), ces résultats mettent en évidence des tendances intéressantes.


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Fig. 6 superficie d'une exploitation de taille moyenne dans la région (Fig. 6, en haut) et augmentation du nombre de plans d'eau
 

Le nombre de masses d'eau a augmenté rapidement (50%, de 347 à 522, valeurs moyennes) entre 2010 et 2015 alors que la superficie cumulée n'a augmenté que modérément (14%, de 1494 à 1707 ha, valeurs moyennes). Cela signifie que les nombreux plans d'eau créés au cours de cette période étaient assez petits. Cette augmentation révèlerait donc des tendances quant au développement récent de nombreux petits barrages excavés dédiés à la pisciculture, qui n'ont pas pu être délimités avec précision à l'échelle Landsat, mais dont la détection peut servir d'indicateur pour observer le processus de diversification agricole dans le sud de l'Amazonie.

 

Les implications socio-environnementales

Contrairement aux impacts des grands barrages hydroélectriques, les effets cumulés des petits réservoirs d'eau artificielle sont largement sous-étudiés à ce jour, en particulier en Amazonie. La diversité dans leurs caractéristiques (distribution, taille, gestion, origine de l'eau, etc.) représente donc un énorme défi pour les scientifiques. Pourtant, ces micro-barrages soulèvent d'importantes questions socio-environnementales qui suscitent actuellement l'intérêt de la communauté scientifique et de la société civile. En Europe, par exemple, la directive-cadre sur l'eau (de 2000) a conduit à la suppression des barrages au fil de l'eau en dépit d'une demande encore élevée pour la création de nouveaux réservoirs à des fins agricoles.

Bien que la littérature scientifique sur le sujet soit encore limitée, des questions émergentes méritent d'être discutées dans le contexte spécifique du bassin amazonien.

 

Implications hydrologiques

Bien que les réservoirs d'eau soient généralement petits, leur multiplication peut affecter le débit des cours d'eau (et la vie aquatique) car l'eau captée est souvent utilisée pour l'irrigation et ne contribue donc plus au débit des cours d'eau. En outre, l'eau stockée peut s'évaporer ou s'infiltrer, ce qui entraîne une perte d'eau pour le réseau fluvial (en fonction du contexte climatique et des conditions géologiques locales). La stagnation de l'eau et le pelliculage dans les bassins de retenue modifient également les variations thermiques de l'eau des cours d'eau en raison des différences de température entre l'entrée et la sortie. Ces changements thermiques, associés au passage d'un système lotique (avec une « eau courante ») à un système lentique (avec un renouvellement lent), modifient la teneur en oxygène de l'eau. De plus, les réservoirs sont généralement des puits de nutriments et de polluants à l'échelle du bassin hydrographique et peuvent donc être affectés par l'eutrophisation. En aval des barrages, l'ensemble du système d'eau douce est également modifié en raison de changements hydrologiques et sédimentologiques qui peuvent affecter de façon significative la morphologie et les habitats de la rivière.

 

Implications écologiques

La biodiversité est affectée par la modification et la fragmentation hydrologique et morphologique des systèmes d'eau douce. Les barrages fluviaux peuvent représenter des obstacles à la migration des espèces en limitant leur mobilité, par les changements d'habitat, par la perturbation des régimes d’eau, et par la modification de la qualité de l'eau.

 

Implications climatiques

On sait que les réservoirs d'eau produisent beaucoup de gaz à effet de serre. Les forêts inondées – c’est le cas par exemple des varzeas, la partie de la forêt amazonienne qui est inondée de façon saisonnière en période de crue - ont été identifiées comme sources d'émissions de gaz à effet de serre en Amazonie. Ils sont particulièrement responsables de la libération de méthane dans l'atmosphère, dont le potentiel de réchauffement planétaire est 21 fois supérieur à celui du CO2. Ensuite, bien que les émissions des petits réservoirs d'eau soient encore limitées par rapport à d'autres sources anthropiques (par exemple, la déforestation), les auteurs de l’article défendent l’idée que leur impact supplémentaire est non-négligeable et devrait être pris en compte dans l'estimation des émissions mondiales de gaz à effet de serre.

En plus de leurs impacts sur le changement climatique, le développement de barrages au fil de l'eau peut également empêcher les communautés de s'adapter au changement climatique. Dans le nord de l'Espagne par exemple, les réservoirs ont eu pour effet – paradoxal à première vue - d’augmenter la fréquence et la gravité des sécheresses hydrologiques. Dans le Nord-Est du Brésil, une région semi-aride, des études ont montré comment les sécheresses hydrologiques peuvent se poursuivre bien au-delà des sécheresses météorologiques, à cause précisément d’un réseau dense de réservoirs de stockage d'eau de surface. Or, dans le sud de l'Amazonie, du fait du réchauffement climatique, la saison des pluies devrait se raccourcir et la fréquence des événements climatiques extrêmes devrait augmenter, comme en témoignent les récentes sécheresses. L'évaluation de la façon dont la construction de nombreux barrages peut exacerber (ou atténuer) les impacts d'événements climatiques extrêmes à l'échelle d'un bassin hydrographique, est plus que jamais une problématique scientifique en elle-même.

 

Implications sociales

La qualité de l'eau dans les zones d'agriculture intensive est affectée par l'utilisation importante de produits agrochimiques. Bien que des études récentes menées dans l'état du Mato Grosso aient montré que les concentrations de nitrates et de phosphates ne diffèrent pas entre les bassins versants forestiers et agricoles, la multiplication des barrages agricoles, agissant comme des puits de polluants, peut impacter ce résultat à long terme. Alors qu'il a déjà été démontré que l'utilisation massive de produits agrochimiques affecte la santé humaine au Brésil, des études supplémentaires sont aujourd’hui nécessaires pour évaluer les impacts de l'élevage de poissons dans des réservoirs d'eau potentiellement contaminés.

Pour finir, la construction d'énormes barrages hydroélectriques en Amazonie (par exemple le barrage de Belo Monte dans l'état de Para) a eu des impacts sociaux importants pendant longtemps. L'accès à l'eau étant appelé à devenir une question de plus en plus sensible dans un contexte de changement climatique, la multiplication des petits barrages peut également devenir une source de conflits et doit donc être contrôlée efficacement.

 

Quelques perspectives pour la télédétection

L'analyse des impacts cumulés des petits barrages est une tâche difficile qui implique d'adopter une perspective multisectorielle. A cet égard, depuis 2010, des études ont mis en évidence la nécessité d'une approche intégrée et globale des paysages tropicaux pour atteindre de multiples objectifs : par exemple la préservation de l'environnement, l'atténuation du climat, la production alimentaire.

En Amazonie, les impacts des petits barrages ne peuvent être dissociés de la déforestation, qui reste la principale menace pour l'environnement. De ce point de vue, la construction de barrages au fil de l'eau bien planifiée peut aider à réguler le réseau hydrologique. Dans la même optique, le Brésil prévoit des aides aux agriculteurs pour les encourager à reboiser les berges dégradées, avec un objectif à long terme pour restaurer les corridors écologiques, limiter l'érosion du sol, et enfin préserver la qualité de l'eau au niveau du paysage et du bassin versant.

Comment les hydrosystèmes anthropisés peuvent contrecarrer ou au contraire exacerber à la fois

(1) les impacts socio-environnementaux de la déforestation et de l'agriculture intensive

(2) et les efforts pour contrôler ces impacts

reste donc une question ouverte.

 

A cet égard, l'utilisation des données de télédétection est essentielle pour apporter des observations pertinentes à la communauté scientifique (hydrologues, écologistes, etc.). La méthode automatique proposée par les chercheurs du LETG-Rennes et leurs collègues brésiliens est un premier pas dans cette direction qui devra maintenant être poursuivie par une analyse plus fine au niveau régional et du bassin versant.

 


Référence

Damien Arvor, Felipe R.G. Daher, Dominique Briand, Simon Dufour, Anne-Julia Rollet, Margareth Simões, Rodrigo P.D. Ferraz. Monitoring thirty years of small water reservoirs proliferation in the southern Brazilian Amazon with Landsat time series. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 2018



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Analyse paysagère de l’aménagement foncier : exemple de l’implantation de la LGV Grand Ouest



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L’observatoire environnemental, mis en place par la société de BTP Eiffage pour accompagner l’implantation de la LGV, a réalisé une analyse paysagère à l’aide du logiciel CHLOE 4

L’observatoire environnemental, mis en place par la société de BTP Eiffage pour accompagner l’implantation de la ligne à grande vitesse (LGV) dans les régions Bretagne et Pays-de-la-Loire (BPL), a réalisé une analyse paysagère à l’aide du logiciel CHLOE 4.0 développé par la recherche. Etude réalisée par Pierline Tournant et Jacques Baudry (BAGAP / OSUR, INRA).


La filiale Egis Environnement du groupe Egis a été chargée par Eiffage de mettre en place l’observatoire environnemental pour analyser les impacts liés à la construction de la ligne à grande vitesse (LGV) Bretagne - Pays-de-la-Loire. Pierline Tournant et Jacques Buudry (BAGAP, INRA) ont réalisé l’étude post-construction de l’évolution du bocage dans la zone d’aménagement foncier de la LGV. Cette zone traverse trois départements : la Sarthe, la Mayenne et l’Ille-et-Vilaine et couvre une surface totale de 11 270 ha. Les travaux ont conduit à des opérations d’aménagements fonciers, d’arrachages et de plantations de haies ainsi qu’à des reboisements liés aux mesures compensatoires de l’implantation de la ligne. L’impact potentiel sur les réseaux de haies dans ces territoires, qui servent à la fois d’habitat pour de nombreuses espèces animales et favorisent leurs déplacements pour satisfaire leurs besoins vitaux (se nourrir, se reposer, se reproduire et se réfugier) a été analysé.

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Comm LGV BAGAP



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Jacques Baudry (BAGAP) / @


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Une géochimiste en mission aux îles Kerguélen


 AHLeGall    29/03/2018 : 08:38

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Retour sur la campagne d'été du projet TALISKER

Emilie Jardé (Géosciences Rennes / OSUR) revient d'un séjour de presque trois mois passé sur les îles Kerguélen, territoitres français subantarctiques. Cette campagne d’été 2017-2018 (du 5 décembre 2017 au 26 février 2018) fait partie du projet IPEV 1077 – TALISKER (Chemical Transfer accross the lithosphere of Kerguelen : from the mantle to the ocean).


Les travaux de recherche dans le cadre du programme TALISKER pendant la campagne 2017-2018 visaient plusieurs objectifs scientifiques :

  1. l’étude des systèmes hydrothermaux actifs
  2. l’étude de la mise en place des complexes intrusifs et paléo-circulations de fluides associés
  3. l’étude du transfert de matière terre-mer.

Ce programme contribue à la vocation de l’IPEV (Institut Polaire Français Paul-Emile Victor) de mettre en valeur les régions australes et de favoriser la sensibilisation du public aux problématiques propres à cette région en particulier, car ces îles volcaniques sont des laboratoires naturels exceptionnels pour la compréhension des changements climatiques globaux.

Ont participé à cette campagne : Guillaume Delpech (GEOPS, Géosciences Paris Sud), Emilie Jardé (UMR6118, Géosciences Rennes, Rennes), Damien Guillaume (responsable du programme, LMV@UJM, UMR6524, Université Jean Monnet) et Marc Le Romancer (UMR 6197, Laboratoire de Microbiologie des Environnements Extrêmes, IUEM).


L’archipel des Kerguelen (superficie 7215 km², un des cinq districts des terres australes et antarctiques françaises) est une des rares terres émergées de l'hémisphère Sud, nous y étudions les transferts de matière vers l'océan ; matière minérale et matière organique. C’est spécifiquement pour l’étude de la matière organique que je suis partie en campagne d’été cet hiver. Les transferts de matière apportent les nutriments qui sont ensuite à l'origine des chaines alimentaires dans les océans. Identifier et quantifier ces transferts permet de contraindre les flux globaux entre les réservoirs terrestres. Pour cette partie du programme cette année, l'objectif était d'échantillonner les rivières et lacs des bassins versants déjà étudiés au moins une fois lors des campagnes précédentes afin de quantifier l'apport côtier et d'identifier la variabilité et/ou l'évolution à court terme de ces apports, également de caractériser les systèmes terrestres et leur diversité. Ce travail a été fait sur Rallier du Baty sur les rivières de la vallée de Larmor, de la vallée de la Plage Jaune, du Mont du Commandant, de la rivière Milady et de la Vallée de la Mouche, et sur le Plateau Central sur les rivières ayant leur déversoir au niveau de la base d'Armor (Lac d'Armor et système des lacs d'Enfer, d'Argoat et du Volcan du Diable) et sur la rivière la Grisanche. Pour cela, des mesures physiques et des prélèvements de sols et dans les rivières et les lacs ont été réalisés cette année. La préparation des échantillons a été réalisée sur les sites de prélèvements ou à la base scientifique de Port-aux-Français, les analyses chimiques seront effectuées au retour dans les laboratoires en métropole.

Une mission vers les Kerguelen commence d’abord par le voyage et différents mode de transport. Pour moi, depuis Rennes, ce fût : train, avion, bateau, hélicoptère, bateau, chaland, zodiac, bateau, avion, train…
Pour le voyage aller : départ de Rennes en train, embarquement à Paris en avion pour Saint Denis de la Réunion puis embarquement sur le Marion Dufresnes le 6 décembre pour une arrivée le 15 décembre. Au retour, embarquement le 14 février sur la Curieuse pour une arrivée le 25 février à Saint Denis de la Réunion, avion vers Paris puis train vers Rennes.

Le débarquement se fait à la base scientifique des Kerguelen (Port-aux-Français dans le Golfe du Morbihan) installée sur la partie Est de l’île.
Pour partir sur le terrain, nous prenons la Curieuse, direction l’Ouest et la Péninsule de Rallier du Baty où nous sommes restés pendant 5 semaines. Dans cette région, par d’infrastructure permanente (nous sommes à une journée en bateau de la base), l’IPEV a installé deux cabanes sur deux sites (Deux Frères et la Mouche) à l’extrême sud-ouest de l’île sur la Péninsule. La péninsule de Rallier du Baty est bordée de glaciers et nous parcourons à pied les vastes vallées glaciaires au milieu desquelles nous prélevons les eaux de rivières contrastées (glaciaires et boueuses ou limpides), les sols et les roches.  

Le retour à la base scientifique (Port-aux-Français) se fait en Curieuse pour commencer le traitement des échantillons. Ensuite mission d’une semaine sur le plateau central de l’archipel pour continuer les prélèvements d’eau de rivières et de sols. Retour quelques jours à la base pour finaliser la préparation des échantillons, préparer le colisage des échantillons qui seront renvoyés par bateau en métropole, puis c’est le départ des Kerguelen en Curieuse vers la Réunion et avion jusqu’en métropole avec des souvenirs plein la tête et des images plein les yeux. Sur cet archipel en plus des paysages exceptionnels, il y a une faune et une flore bien différente de celle de la Bretagne : manchots, éléphant de mer, otarie, azorelle, chou de Kerguelen…


Carte Kerguelen

Marion Dufresne Curieuse
Marion Dufresnes (à gauche, 120 m de long) et La Curieuse (à droite, 25 m de long)


Campement Kerguelen
Campement des Deux Frères (à gauche) et de la Mouche (à droite)


Prelevement Eau Kerguelen
Prélèvement d’eau dans la rivière de la Vallée de la Plage Jaune (22 décembre 2017) – Péninsule de Rallier du Baty (Kerguelen)


Prelevement Eau Kerguelen2
Prélèvement d’eau dans la rivière de la Grisanche (04 février 2018) – Plateau Central


Manchots Kerguelen
Manchots papous (en haut à gauche) et royaux (en bas à gauche et à droite)


Otarie Kerguelen
Otarie


Elephants De Mer Kerguelen
Eléphants de mer


Equipe Kerguelen
La fine équipe devant le lac du Glacier de Plan Praz (01/01/2018) – Péninsule de Rallier du Baty (Kerguelen)


Mission Kerguelen



Paysage Lac Kerguelen
Entre paysage humide et paysage... aride

Vallee Kerguelen


Emilie Jarde Kerguelen



>>> En savoir sur projet IPEV 1077 – TALISKER (Chemical Transfer accross the lithosphere of Kerguelen : from the mantle to the ocean)


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Pesticides chlorés et destruction de la couche d’ozone : un lien possible ?


 AHLeGall    10/01/2018 : 13:06

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La dissémination massive de pesticides chlorés pourrait-elle affecter l’émission par la végétation de chlorométhane destructeur d’ozone ?

Dans un article récent de Trends in Plant Science (février 2018) intitulé "Plant-Pesticide Interactions and the Global Chloromethane Budget", Françoise Bringel (CNRS, Université de Strasbourg) et Ivan Couée (ECOBIO) discutent dans quelle mesure la dissémination massive de pesticides chlorés pourrait affecter l’émission par la végétation de chlorométhane destructeur d’ozone.

Les émissions de chlorométhane, composé organique volatil, sont actuellement majoritairement d’origine naturelle, avec une très forte contribution de production par la végétation. En tant qu’halocarbone le plus abondant dans l’atmosphère, le chlorométhane est responsable à lui seul de plus de 16% de la dégradation de l’ozone stratosphérique causée par les composés halogénés.

Rappelons ici que dans la stratosphère, l’ozone joue un rôle d’écran naturel et bénéfique vis-à-vis des ultraviolets solaires (UV) dangereux pour la matière vivante : c’est le « bon ozone » ; inversement, l'ozone troposphérique (ou « de basse altitude ») est un polluant nocif pour la faune et la flore, produit principalement par la transformation, sous l’effet du rayonnement solaire, des oxydes d’azote (NOx) et des Composés Organiques Volatils (COV) émis majoritairement par les activités humaines (échappements des véhicules, des cheminées, incinérateurs etc.) : c’est le « mauvais ozone ».

L’analyse publiée par Ivan Couée et Françoise Bringel semble indiquer que le métabolisme des pesticides chlorés pourrait se connecter à la dynamique du chlorométhane chez les plantes et leur microbiome. Des estimations indépendantes permettent de calculer que la dissémination de pesticides chlorés pourrait aboutir à une contribution de 7 à 75% du budget global d’émission annuelle de chlorométhane atmosphérique, et donc affecter le « bon ozone » protecteur.


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L’étude des processus écologiques et biochimiques impliquant les interactions plantes-microbiome dans ces connexions pesticides chlorés/chlorométhane prend donc une importance particulière dans un contexte où le budget global du chlorométhane reste mal connu et où le changement climatique dû à l’augmentation des gaz à effet de serre (GES) pourrait également moduler ces interactions.

La baisse des concentrations d'ozone de la stratosphère peut entraîner quant à elle des répercussions climatiques et biologiques, où diverses rétroactions sont à envisager, comme la réduction de l'activité photosynthétique des plantes par exemple… Or, moins de photosynthèse, cela signifie donc moins de fixation du CO2 par les plantes, donc plus CO2 qui reste dans l’atmosphère, CO2 qui accroît d’autant plus le réchauffement etc. etc..

En conclusion, si la diminution de l’ozone stratosphérique est bel et bien un problème distinct de celui du changement climatique, il n’en reste pas moins que les interactions complexes au sein même de l’atmosphère, et entre l’atmosphère et l’océan d’une part, l’atmosphère et les continents d’autre part, sont telles que des influences sont inévitables entre tous ces phénomènes. À l’échelle de la planète, la question de la sauvegarde de la couche d’ozone stratosphérique qui englobe et protège la Terre reste donc plus que jamais un excellent exemple de problème d’environnement global.


Référence
Bringel, F. and I. Couée "Plant-Pesticide Interactions and the Global Chloromethane Budget." Trends in Plant Science, Volume 23, Issue 2, February 2018, Pages 95-99. doi.org/10.1016/j.tplants.2017.12.001


Contact OSUR
Ivan Couée (ECOBIO) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @


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Archéologie et réalité virtuelle : les nouvelles techniques de production, d'exploration et d'analyse d'environnements archéologiques virtuels



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Jean-Baptiste Barreau, ingénieur d’études CNRS en informatique au sein de l’UMR CReAAH de l’OSUR, a soutenu le 10 juillet 2017 une thèse intitulée "Techniques de production, d'exploration et d'analyse d'environnements archéologiques virtuels".

Jean-Baptiste Barreau, ingénieur d’études CNRS en informatique au sein de l’UMR CReAAH de l’OSUR, a soutenu le 10 juillet 2017 une thèse intitulée "Techniques de production, d'exploration et d'analyse d'environnements archéologiques virtuels". Cette thèse, remarquable et remarquée, est originale, car elle est à l’interface de l’archéologie et des nouvelles technologies : modélisation 3D, reconstitution de sites et de monuments, interaction en réalité virtuelle.

Ces techniques sont particulièrement utiles aux archéologues, car elles donnent à voir et à analyser ce qui n’existe plus, de surcroît de manière dynamique et interactive. En effet, si les possibilités de numérisation 3D des vestiges actuels d'un site archéologique par le biais des dernières techniques d'acquisition 3D (photogrammétrie/scan laser) aident à la compréhension de son fonctionnement, elles peuvent aussi permettre de véritables hypothèses de reconstitutions du site tel qu'il a pu l'être à une époque donnée. En outre, les besoins de la communauté archéologique concernant ces restitutions de structures ou d'environnements sont considérables. Au-delà d'un intérêt évident en termes de valorisation du patrimoine, celles-ci permettent de véritablement mieux appréhender leurs fonctionnements et les sociétés qui les ont occupés.

Le travail de Jean-Baptiste a ainsi permis, dans un premier temps, d’opérer, traiter et analyser différents niveaux de production d'environnements archéologiques 3D pour la recherche archéologique ; puis, dans un second temps, de concevoir et mettre en place des méthodes d'interactions et de simulations immersives. Leur objectif est de permettre aux archéologues de démontrer certaines hypothèses de recherche, notamment en travaillant sur la perception d'indices visuels pertinents. Éminemment interdisciplinaires, ces recherches impliquent des collaborations étroites avec d’autres partenaires de recherches du pôle scientifique rennais : l’université de Rennes 1, l’IRISA (laboratoire INRIA), le CNRS, et l’INSA.


Quelques exemples de productions d'environnements archéologiques 3D

L’objectif de la production d’environnements 3D est de fournir in fine des « restitutions de l’hypothétique ». Le point de départ de cette démarche est basé sur la numérisation de l’existant. Les premières restitutions réalisées par Jean-Baptiste ont ainsi eu pour sujet des châteaux, ou parties de ces châteaux, et une citadelle syrienne. Du fait de leur solidité et de leur résistance à l’érosion du temps, ces restitutions reposent sur des vestiges existants plus ou moins conséquents. Voici 3 exemples pour illustrer cette démarche : la porte des Champs du château d’Angers (Maine-et-Loire), le château de Coatfrec (Côtes-d’Armor) et la Citadelle d’Alep (Syrie).

Pour la porte des Champs du château d’Angers, l’objectif scientifique étant d’obtenir un probable état de la porte au XIIIe siècle. À partir de photos et informations qualitatives et quantitatives fournies par l’archéologue référent, une première itération de restitution castellaire non texturée a donc pu être réalisée. À partir des volumes correspondant à l’existant de la porte des Champs, le travail a consisté à créer, éditer et supprimer différents éléments indiqués par l’archéologue. L’objectif est alors de rendre compte, d’un point de vue surtout qualitatif, du contenu des retours de l’archéologue et du travail induit.


Angers1
Première itération de la restitution de la porte des Champs du château d’Angers au XIIIe siècle


Angers2
Rendu de l’itération actuelle de la reconstitution 3D de la porte des Champs du château d’Angers au XIIIe siècle



Concernant le château de Coatfrec, les vestiges étaient moins conséquents. Une numérisation par une entreprise allemande a fourni le nuage de points résultant. Avec celui-ci, quelques plans, croquis et discussions avec les archéologues, ont permis de proposer une restitution. Les textures étant plus homogènes, le travail de texturage a été moins long que dans le cadre de la porte des Champs.



Coatfrec
Rendus 3D montrant les sections Nord et Ouest du château de Coatfrec



Enfin, il reste encore suffisamment de vestiges pour constituer un modèle 3D de l’architecture initiale de la citadelle d’Alep en Syrie. Cependant, la situation de guerre civile rendant extrêmement difficile une numérisation "classique" par photogrammétrie ou lasergrammétrie, Jean-Baptiste a expérimenté un procédé pour produire un modèle 3D « aussi pertinent que possible » uniquement à partir de quelques photographies touristiques. Ce processus combine modélisation 3D sur un nuage de points de mauvaise qualité et du texture mapping à partir d’un corpus d’images disponibles sur internet.



Alep
Photos de la Citadelle d’Alep prises par un archéologue touriste, nuage de points de faible qualité et rendu final texturé du modèle 3D



Mais parfois, l’existant est… inexistant : on est obligé d’en passer par le traitement de la documentation archéologique disponible. Plusieurs travaux de reconstitution 3D ont donc concerné des environnements archéologiques pour lesquels l’existant ne permet au mieux que de faibles hypothèses. Il s’agit alors, en plus des échanges avec l’archéologue, d’intégrer de façon optimale la documentation qu’il aura constituée et de suivre une approche descendante dans laquelle les itérations avec l’archéologue permettent de valider la compréhension de ladite documentation et d’affiner chaque élément de l’environnement. La reconstitution du navire de la compagnie des Indes le Boullongne suit cette démarche documentaire itérative.

La modélisation 3D du navire s’est fondée sur des plans dessinés dans une monographie (Boudriot, 1983). De nombreux plans à l’échelle ont ainsi été numérisés et intégrés dans un logiciel de modélisation 3D, permettant à des graphistes du CNPAO (Conservatoire Numérique du Patrimoine Archéologique de l'Ouest : lire plus bas) de modéliser les différents objets du navire et son gréement. Ces éléments 3D sont d’abord issus de la lecture de la documentation faite par les graphistes, puis corrigés par l’historienne référente. Le modèle informatique final est ainsi "mathématiquement" composé de 408 233 polygones et 224 570 sommets. Les éléments ont été texturés grâce à des données recueillies par l’historienne, cependant, la plupart des textures restent fortement hypothétiques.



Boullongne1
Boullongne2
Sections, plans et étapes de reconstitution 3D du Boullongne


Boullongne3
Vue éclatée du modèle 3D et rendu final du Boullongne



La navigation dans un environnement archéologique virtuel

Une étape encore plus avancée dans la virtualité - et encore plus intégrative - est désormais envisageable grâce à des méthodes d'interactions et de simulations immersives. En effet, malgré les apports d’une production menée avec et pour les archéologues, il subsiste des manques liés au contrôle des hypothèses et des incertitudes. Il est en effet important de rester lucide sur le fait que ces productions 3D correspondent majoritairement à un niveau que l’on peut qualifier au mieux d’expertise et au pire d’opinion. L’enjeu est donc désormais de concevoir des outils de réalité virtuelle, en l’occurrence immersive, pouvant proposer un chemin vers la preuve, voire le consensus scientifique. Ces nouvelles méthodes et outils visent donc à vérifier comment les possibilités de navigation, d’interaction avec un objet et de simulation peuvent amener des archéologues à la construction, à l’analyse et à la valorisation d’une reconstitution la plus pertinente possible. Voici donc 2 exemples pour illustrer cette démarche immersive : la navigation au sein du cairn de l’île Carn (Finistère) et la simulation de flore au sein de l’habitation sucrière de Rémire (Guyane française).

Il est à noter d’emblée que l’intérêt majeur de cette démarche vise la navigation et l’interaction avec des objets d’environnements archéologiques virtuels… mais à l’échelle 1:1

Les intégrations de différents sites du corpus du CNPAO au sein de la plateforme Immersia sur le campus de Beaulieu de l'université de Rennes 1 ont entraîné des réflexions autour des modes de navigation. En effet, les sites étant bien hétérogènes, notamment au niveau de leurs dimensions, plusieurs modes ont été implémentés.



Echelle 1 1
Navigation libre au sein de l’épave d’Erquy, de la chapelle de Languidou et de la plantation sucrière de Rémire



La première intégration d’environnement archéologique 3D au sein de cette plateforme Immersia fut celle du cairn de l’île Carn. Les premiers retours des archéologues furent la bonne qualité de sensation d’immersion et de rendu. La grande taille de la plateforme permet une vision périphérique complète et rapide de la structure architecturale du cairn : 9,60 mètres de long, 3 mètres de profondeur, 3 mètres de haut, Immersia est une des plus grandes salles de réalité virtuelle au monde. La possibilité de navigation naturelle en (X,Y), « physique » pourrait-on dire, et de lévitation au Flystick permet de se déplacer facilement partout dans le cairn, aux dimensions du même ordre que celles de la plateforme, et de bien observer des parties intéressantes telles que des peintures, pierres de couleur, fentes, etc.. Outre la lévitation, cette navigation en (X,Y) reste impossible dans la réalité en raison de l’exiguïté d’accès et de la dangerosité du site.



Cairn
Accès difficile, intégration de la restitution 3D et exploration immersive du cairn de l’île Carn



De la même manière, la navigation libre a été testée sur un autre environnement archéologique, la plantation sucrière de Rémire en Guyane, en mettant notamment en avant la question de l’éclairage naturel. En archéologie, l’étude des activités agricoles représente un volet important, car elles touchent nécessairement l’humanité au moins depuis la révolution néolithique. Les liens évidents entre agriculture et ensoleillement ont amené Jean-Baptiste à étudier l’intégration d’une simulation de l’évolution de la lumière du soleil pendant une journée complète sur le site de la plantation sucrière.



Sucrerie Lumiere
Action sur la vitesse de l’alternance jour/nuit au sein de la sucrerie



La flore constitue l’élément majeur du site de la plantation sucrière. Jean-Baptiste a ainsi planté virtuellement de la végétation sur un rectangle d'une superficie de 1800 hectares, dont la topographie résulte d’altitudes issues de sondages, de cartes actuelles et du XVIIIe siècle. La végétation aux XVIIe-XVIIIe siècles étant cependant différente de celle d’aujourd’hui, au-delà des plantes utilisées dans l’activité du site d’après les sources directement liées (cacaoyer, caféier, canne à sucre et coton), des sources documentaires ont été exploitées. En comparant avec les sources d’un botaniste ayant visité l’endroit à l’époque, les plantes suivantes ont été intégrées : Baumier du Pérou, Cannelier de Ceylan, Campêche, Goyavier à grandes fleurs, Hura crepitans, Cacaoyer et Palétuvier blanc. Ainsi, en plus de la canne à sucre et du citronnier, il a fallu stocker quasiment chacune de ces plantes, à partir d’une bibliothèque de plantes 3D quand elles s’y trouvaient, ou les modéliser dans le cas contraire. Le placement des caféiers, des zones forestières et des plants de canne à sucre a été effectué de manière semi-automatique dans des zones évoquées par les sources. Notamment pour les plants de canne à sucre, des paramètres de densité et de différences aléatoires de positions/dimensions s’imposaient et ont donc été utilisés pour simuler la non-homogénéité de la réalité. Ce ne sont pas moins de 787 000 plantes qui sont ainsi affichées dans l’environnement archéologique virtuel, dont 782 000 plants de canne à sucre.  Compte tenu de l’étendue du site, l’objectif a été de proposer une simulation visuelle de paysage, en plateforme immersive, au sein de laquelle l’utilisateur perçoit sans rupture la végétation proche et la lointaine.



Sucre1
Rendus 3D de cacaoyer, palétuvier blanc et cannelier de Ceylan


Sucre2
Simulation 3D de végétation sur la plantation sucrière de Rémire




Quelles perspectives ?

A travers ces quelques exemples de travaux sur la production, l’exploration et l’analyse d’environnements archéologiques virtuels, Jean-Baptiste démontre l’intérêt de développer – pour et avec les archéologues - la production adaptative et itérative d’environnements archéologiques 3D, mais aussi l’utilisation d’environnements archéologiques virtuels. Il est désormais possible d’imaginer comment la réalité virtuelle peut accompagner l’évolution du métier d’archéologue vers une sorte d’idéal : voir, sentir, entendre, manipuler, interagir avec des éléments certes virtuels, mais parfois parcellaires dans la réalité. Plus concrètement, les archéologues devraient dans le futur proche pouvoir mesurer, analyser, consulter des sources, interpréter, expérimenter et modéliser par le biais d’un système de réalité virtuelle : bref, pouvoir tester et valider en « situation » des hypothèses de travail.

Dans un futur encore plus lointain, les enjeux se situeront probablement au niveau de la simulation et de l’interaction avec des humains virtuels du passé. Pour restituer leurs gestes dédiés à des tâches disparues, les avancées technologiques permettront ainsi de simuler des humains en activités du passé. Pour l’archéologue immergé pouvant vérifier la cohérence de l’environnement, il serait ainsi envisageable d’appréhender les activités des humains virtuels, de faire interagir ces activités avec l’environnement archéologique virtuel, puis enfin de déduire de ces activités une narration du quotidien d’un site archéologique.

Nul doute que ses travaux futurs trouveront une prolongation également au sein du CNPAO, le Conservatoire Numérique du Patrimoine Archéologique de l'Ouest, dont Jean-Baptiste est le coordinateur. Une initiative originale qui fédère archéologues et informaticiens d’horizons divers (université de Rennes 1, CNRS, INSA, INRAP, INRIA), et qui lui avait valu en 2014 le prix Werner Weber.


Contact
Jean-Baptiste Barreau (CReAAH) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR)


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
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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

 

Art Perrichot Current Biology May2016c

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)

Art Perrichot Current Biology May2016d

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)

Art Perrichot Current Biology May2016e

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)