Systématique animale : d'Aristote aux phylogénies moléculaires



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D'Aristote aux phylogénies moléculaires : histoire, concepts et méthodes de la classification

Maxime Hervé (Université de Rennes 1, IGEPP), maître de conférences en biologie animale à l'Université de Rennes 1, est l'auteur de l'ouvrage "Systématique animale. D'Aristote aux phylogénies moléculaires : histoire, concepts et méthodes de la classification" édité chez De Boeck Supérieur en septembre 2020.


L'objectif général de ce livre est de comprendre comment la systématique actuelle s'est construite aux cours des siècles, sur quelles méthodes elle a successivement reposé et surtout dans quels cadres conceptuels elle s'est placée. Le focus est sur la systématique animale, mais tout ce qui touche aux cadres conceptuels et aux méthodes modernes s'applique au-delà de la zoologie.


Le livre peut être lu par des étudiants de L2 et L3 mais il vise particulièrement les étudiants préparant le CAPES et l'Agrégation, les enseignants du secondaire et les enseignants du supérieur. Il s'accompagne du lexique le plus complet publié à ce jour sur le sujet (plus de 130 entrées).

>>> En savoir plus (édition De Boeck Supérieur) >>>

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Maxime Herve




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Maxime Hervé (IGEPP) / @ 


Halle Buffon : où en est-on ?


 AHLeGall    21/09/2020 : 13:25

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L'opération immobilière est financée dans le cadre du Contrat Plan Etat Région 2015-2020

L'opération est financée dans le cadre du Contrat Plan Etat Région 2015-2020 : elle s’inscrit dans un projet global portant sur l’observation et la modélisation des dynamiques des paysages et des ressources. Le projet rassemble l'ensemble des partenaires de l'OSUR autour de problématiques environnementales et notamment l’observation des changements globaux (climatiques, érosion, pollution…) et de leurs conséquences.

La construction d’une halle expérimentale reliée au bâtiment 14A ainsi que la réhabilitation d’une partie du RDC Nord du bâtiment 14A vont permettre le développement des recherches expérimentales au service des sciences de l’environnement.

La maîtrise d’œuvre est assurée par GOSPEL Architectes, architecte de conception et de réalisation basé à Saint-Jacques-de-la-Lande, qui est le mandataire, et les bureaux d’études BEC Ingénierie, TCE Ingénierie et Ty Eco2, qui sont co-traitants.

 

Enjeux pour la recherche

L’opération s’inscrit dans le projet CPER recherche « Environnement Continental : observation et modélisation des dynamiques des paysages » sur la modélisation des systèmes complexes en environnement.

L’objectif du projet consiste en la description des impacts des changements globaux (changement climatique, changement d’usage des sols, érosion, pollution…) sur l’évolution des paysages des ressources et de la biodiversité. Le projet intègre la compréhension des processus d’évolution des écosystèmes aux différentes échelles d’organisation (molécules, gènes, espèce, communauté, paysages, bassins versants). Les nouveaux dispositifs expérimentaux comprendront un laboratoire micro-fluidique associé à la dynamique des microorganismes,  un dispositif de de mésocosmes à nappe battante pour l’étude de la diversité des organismes en fonction des variations d’état de saturation dans les sols à l’aide d’un dispositif, un laboratoire d’étude des colmatages physiques et biologiques des milieux poreux, un chenal de grande longueur pour le suivi du transport solide dans des écoulements d’air ou d’eau et un banc expérimental de grande hauteur pour la mise au point de sondes multi-paramètres pour les forages. Ces nouveaux laboratoires ont vocation à se développer grâce à l’arrivée de nouveaux dispositifs expérimentaux (microtomographe à rayons X, mésocosmes à nappes battante) dans le CPER Buffon 2015-2020 en cours et dans le CPER GLAZ 2021-2026 en cours d’évaluation. Ils ouvrent de nouveaux champs expérimentaux en complément des dispositifs actuels des unités.

Le dispositif sans équivalent national va donner une visibilité et une attractivité aux recherches menées à Rennes. Actuellement, Rennes ne présente aucune infrastructure adaptée à ce type d’expérimentation d’envergure en environnement. Cette situation est un frein conséquent aux développements des approches expérimentales et en particulier aux recherches aux interfaces disciplinaires qui permettent de comprendre et prédire les phénomènes environnementaux complexes.

Par ailleurs, la demande sociétale est forte pour que la recherche académique fournisse des résultats et scénarios permettant d’éclairer les choix en matière de développement durable des territoires, des ressources et de la biodiversité. Cette demande de halle vise aussi à répondre à ces attentes.

 

La philosophie du projet

Enjeux énergétiques et démarche environnementale

La performance énergétique des constructions est aujourd’hui l’un des principaux enjeux de la conception et de la réalisation des bâtiments, neufs ou réhabilités. D’autant plus sur ce projet puisque la halle expérimentale s’inscrit dans un programme de recherche sur « l’observation et modélisation des dynamiques de paysage et des systèmes complexes en environnement afin de décrire les impacts des changements globaux sur l’évolution des paysages et de la biodiversité». La question environnementale de l'opération ne se pose donc pas seulement sur la performance énergique du bâtiment lui-même mais aussi sur l’ensemble du processus, de la conception puis la réalisation et enfin son exploitation qui doit répondre à une exigence de développement durable et responsable.

Souvent évoquée dans les années passées, le projet de construction est aussi l’opportunité de reprendre collectivement la réflexion sur la facilitation des déplacements en vélo pour ceux qui le souhaitent et le peuvent avec le projet d’installation de stationnements sécurisés à proximité immédiate des bâtiments. Les discussions reprennent dans un premier temps avec les services de l’université pour que la démarche s’intègre dans le schéma directeur d’aménagement du campus.

 

Les orientations du projet

Outre les enjeux programmatiques, d’usage et de performance du bâtiment, l’implantation et l’insertion de la future halle dans un environnement dense, répond à des enjeux urbains et paysagers forts. Au cœur de la "croix verte" du campus de Beaulieu, la halle expérimentale va en effet à la fois « dialoguer » avec les bâtiments existants tout en affirmant une identité spécifique et novatrice. Sa composition architecturale propose une « vitrine » pour les activités de recherche que la halle accueillera tout en participant à la composition de perspectives structurantes à l’échelle du campus de Beaulieu.


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L’insertion et la valorisation de la composition paysagère existante est l’un des enjeux du projet ainsi que l’accompagnement du réseau de déplacement en mode « doux ».




Que trouvera-t-on dans la Halle ?

Le projet immobilier prévoit :

  • des espaces expérimentaux : pôle d’expérimentation d’écologie des sols, des chambres climatiques, un pôle gaz, un pôle granulaire, rayon X (tomographie)
  • des ateliers techniques communs mutualisés : pôle de développement technique en métrologie/calibration, développement de prototypes ; un dispositif de nappes battantes
  • des espaces de stockage et de gestion des moyens de terrain : chambres froides, espaces de stockages temporaires, vestiaire, parking fermé…
  • une salle de travail partagée
  • des locaux réhabilités (RDC du bâtiment 14A) : pôle d’expérimentation en microbiologie

La halle va permettre de concevoir des dispositifs expérimentaux de complexité intermédiaire entre la « paillasse » et l’observation sur le terrain, qui permettra de se rapprocher au plus près des conditions du milieu naturel tout en permettant d’en contrôler certains paramètres.

 Il s’agit par exemple de réaliser des mésocosmes contrôlés d’échelle intermédiaire entre le laboratoire et le terrain. Il s’agit aussi de mettre au point des dispositifs qui intègrent les dimensions physiques et biochimiques dans l’étude des interactions entre dynamique écologique et structuration des flux naturels.

Parmi les projets emblématiques de la Halle Buffon, à titre d’exemple, il y a le dispositif expérimental dit de « nappe battante ». La plateforme expérimentale « outdoor » DEMEETER (Dispositif Expérimental de Modulation du niveau d’Eau dans les Ecosystèmes TERrestres) vise à simuler les variations de niveau d’eau dans les sols et étudier leurs effets sur les écosystèmes terrestres. Elle a vocation à permettre le développement de travaux novateurs sur les interactions Sol-Eau-Air-Biodiversité. Ces mésocosmes à nappe battante constitueront ainsi un nouvel outil d’échelle métrique permettant de faire le lien entre les observations et mesures à l’échelle du paysage et les études mécanistiques en microcosmes /réacteurs de laboratoire. Ce dispositif sera installé à l’ouest de la Halle, relié au futur bâtiment par un tunnel technique.


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Une attention toute particulière a été portée aux cheminements  des personnels dans les 4 bâtiments 14A, 14B, OSUR  et Halle Buffon ( 14C)   qui seront interconnectés de telle sorte qu’une personne poussant un chariot de laboratoire pourra  accéder à tous  les étages et locaux  de ces bâtiments.

 


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Buffon OSUR Fig2 

 

 

Le calendrier des travaux

La durée des études est estimée à 48 semaines. 8 semaines seront ensuite nécessaires à l'appel d'offres (publication, visite, analyse, notification). Enfin, le chantier est envisagé sur une cinquantaine de semaines.

Le top départ a été donné en septembre 2019. Sauf vicissitudes inhérentes à ce type de projet…, la livraison du bâtiment doit donc se faire au printemps 2022 !

Calendrier prévisionnel :

  • esquisse mi-septembre : 2019
  • obtention des diverses autorisations : fin juin 2020
  • fin des études : novembre 2020
  • consultation : décembre 2020, janvier 2021
  • analyse des offres et notifications : février 2021
  • préparation du chantier : mars 2021
  • travaux : début en avril 2021
  • livraison : printemps 2022



En résumé : une halle expérimentale au service de
l’ «l’intelligence environnementale» !




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Plan de masse (campus de Beaulieu)



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Vue côté nord-est





Contact
Christophe Collin (Direction de l’Immobilier et de la Logistique - DIL) / @

Contact OSUR
Jean-Pierre Caudal (ECOBIO) / @
Francesco Gomez (OSUR UMS) / @
Martine Le Coz-Bouhnik (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (OSUR multiCOM) / @


Viticulture en Bretagne : challenge ou opportunité ?


 AHLeGall    21/09/2020 : 09:03

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Quelques indices bioclimatiques régionaux

Les Actes du 33eme colloque de l'Association Internationale de Climatologie (AIC) sur "Changement climatique et territoires" sont en ligne. Le colloque a été organisé par Valérie Bonnardot et Hervé Quénol (LETG-Rennes, CNRS, Université Rennes 2).


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Focus avec Valérie Bonnardot (Université Rennes 2, LETG-Rennes) et Hervé Quénol (CNRS, LETG-Rennes) sur les potentialités d'adaptation climatique de la viticulture en Bretagne
Institutions associées : Université Rennes 2, CNRS, ESA-Angers (École Supérieure d'Agriculture) et l'ARVB (Association pour la Reconnaissance des Vins Bretons)
Projets associés : ACCAF-LACCAVE 2.21, IRP-VINADAPT, LIFE-ADVICLIM




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>>> Télécharger le document au format PDF >>>

>>> Lire aussi : faire du vin en Bretagne ? >>>



Viticulture St Jouan Des Guerets
Parcelle de vigne, Mont Garrot à Saint-Suliac (Ille-et-Vilaine, Bretagne)





Contact OSUR

Valérie Bonnardot (LETG-Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (OSUR multiCOM) / @


Cartographie en géomorphologie fluviale



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Laser terrestre, drone, LIDAR, quel outil choisir, où, quand, comment ?

Dimitri Lague (CNRS, Géosciences Rennes) et Baptiste Feldmann (CNRS, OSUR UMS) publient en mai 2020 deux chapitres/articles sur l’apport de la télédétection en géomorphologie, l’un plus particulièrement sur l’utilisation du LIDAR aéroporté, l’autre sur l’utilisation du scanner laser terrestre, et leurs mérites comparés par rapport au drone : ces 3 outils sont adaptés à l’étude de la géomorphologie fluviale, mais chacun avec ses qualités et donc sa complémentarité. Ces 2 contributions font partie d’un ouvrage publié sous la direction de Paolo Tarolli et Simon Mudd - "Remote Sensing of Geomorphology" dans la revue Developments in Earth Surface Processes - qui passe en revue et explore l’ensemble les techniques de télédétection les plus récentes dans le domaine de la géomorphologie, pour servir à la fois de référence pour les praticiens expérimentés et de guide pour les géomorphologues qui souhaitent utiliser ces techniques de télédétection au profit de leurs recherches. Bien entendu, ces contributions s’appuient sur l’expérience tirée notamment de l’utilisation du LIDAR Aéroporté Topo-Bathymétrique Nantes-Rennes, Plateforme commune de recherche des Observatoires des Sciences de l'Univers de Nantes (OSUNA) et Rennes (OSUR). 



Le 2e chapitre de l’ouvrage « Topo-bathymetric airborne LiDAR for fluvial-geomorphology analysis » est précisément dédié aux capacités d’analyse et aux performances du LIDAR Aéroporté Topo-Bathymétrique dans un contexte de géomorphologie des cours d’eau. Le LIDAR topographique aéroporté « classique », utilisant un laser proche de l’infrarouge, ne peut pas pénétrer l'eau. Pour pallier à cette limite technique, une nouvelle génération de capteurs topo-bathymétriques – dont fait partie le LIDAR Aéroporté Nantes-Rennes - intègre un laser vert qui permet de mesurer la bathymétrie à faible profondeur. Ces nouveaux capteurs sont particulièrement utiles dans le contexte de la géomorphologie fluviale. Ils permettent une cartographie synoptique de la topographie et de la bathymétrie avec une précision verticale meilleure que 10 cm et une capacité à résoudre des détails de 20 à 30 cm. La profondeur maximale mesurable peut aller jusqu’à 5 m en rivière et 15 m en domaine côtier selon la turbidité de l'eau et la réflectance du fond. Sur la base d'un relevé de 55 km de l’Ain (France), l’étude met en évidence le potentiel de ce type de LIDAR au regard du niveau de détail obtenu et le potentiel de l’analyse de la forme d'onde complète (i.e., l’intégralité du signal rétrodiffusé) ; mais elle montre aussi les limites et les difficultés de la détection des points bathymétriques individuels qui nécessitent une fouille de données massives pour réaliser une correction de réfraction d’une fraction des milliards de points 3D. Dimitri Lague et Baptiste Feldmann présentent également diverses applications, notamment la mesure synoptique de l'érosion/sédimentation, l’estimation de la clarté de l'eau à partir des données lidar et la cartographie à grande échelle et à haute résolution des modèles d'inondation.



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Fig. 1 : Principe du LIDAR topo-bathymétrique aéroporté avec la géométrie de balayage du Teledyne Optech Titan DW et ses principales capactés. Une bathymétrie idéale est présentée à droite. Les échos discrets correspondent aux deux pics apparaissant dans le signal rétrodiffusé, correspondant à l’écho de surface et à l'écho de fond. A droite : illustration des nuages de points 3D pour chaque laser (532 et 1064nm) produits par l'instrument au confluent de l'Ain et du Rhône (France), et de la topo-bathymétrie continue obtenue après classification automatique terre-eau, correction de réfraction pour les points bathymétriques, et détection au sol pour la topographie. La bathymétrie de l'Ain est entièrement couverte, mais le Rhône n'est mesuré que jusqu'à 4 m de profondeur, ce qui ne donne par conséquent qu’une couverturebathymétrique partielle.


  LIDAR Fig2
Fig 2 : Un extrait d’une longueur de 13 km du relevé topo-bathymétrique sur les 53 km mesurés sur l'Ain (données EDF). La densité moyenne des points, y compris le chevauchement des lignes, est de 29pts/m2 sous l'eau et de 59pts/m2 en surface.


  LIDAR Fig3
Fig. 3 : Coupe transversale sur l'Ain illustrant : (A) l'énergie rétrodiffusée telle qu'enregistrée par le retour d’onde complet pour chaque tir laser vert ; (B) les échos discrets enregistrés pendant le vol ; (C) un détail de la transition topo-bathymétrique montrant le décalage systématique des échos verts de surface par rapport à la véritable surface de l'eau documentée par le canal 1064nm ; et (D) la ré-analyse de la forme d'onde complète après le levé pour récupérer les échos plus faibles, mais avec une plus grande incertitude et un bruit plus fort pour les plus profonds, liée à l'approche simplifiée utilisée pour détecter l'écho (par simple détection des maxima locaux). 


>>>  La plateforme LIDAR Aéroporté Topo-Bathymétrique Nantes-Rennes  >>>




Le 8e chapitre de l’ouvrage « Terrestrial laser scanner applied to fluvial geomorphology » est consacré quant à lui au scanner laser terrestre appliqué


La mesure de la géométrie des rivières et de leur évolution dans le temps a toujours été une pierre angulaire de la géomorphologie fluviale. La mesure de la géométrie des rivières et de leur évolution dans le temps a toujours été une pierre angulaire de la géomorphologie fluviale. Si la modélisation expérimentale et numérique de la dynamique fluviale a été essentielle pour comprendre la dynamique à long terme et tester des idées, elle reste néanmoins une version simplifiée de systèmes naturels complexes et ne peut pas nécessairement inclure tous les processus pertinents. Les mesures sur le terrain sont donc essentielles à notre compréhension des processus élémentaires tels que l'entraînement et le dépôt de sédiments, l'érosion des berges, l'incision du substratum rocheux ainsi que la dynamique macroscopique des tronçons de rivière comme l'accrétion/érosion du lit du canal, ou encore la mobilité des formes du lit et les méandres de la rivière. Il n'est donc pas surprenant que les géomorphologues fluviaux aient rapidement adopté l'utilisation du scanner laser terrestre (TLS) pour étudier les rivières. Le TLS permet la numérisation 3D de l'environnement fluvial de manière dense (sub-centimétrique), précise (précision au millimètre) et presque exhaustive (Fig. 4). La très large gamme d'échelles spatiales couvertes est particulièrement impressionnante : des galets individualisés aux tronçons de rivière de plusieurs kilomètres de long. La précision sub-cm offre également la possibilité de détecter des changements très subtils, un attribut clé pour mesurer des processus lents tels que l'abrasion du substratum rocheux. Étant donné l'accent mis récemment sur le rôle de la végétation riveraine sur les processus fluviaux, la possibilité de numériser la végétation en 3D en lien avec la morphologie des chenaux offre une perspective unique en biogéomorphologie. Cependant, force est de constater que de nombreuses promesses de la TLS n'ont pas vraiment été tenues et le potentiel scientifique global de l'ensemble de données TLS reste souvent inexploité. Cela est dû en grande partie aux contraintes techniques « difficiles » qui entourent son utilisation et l’exploitation des données. On peut identifier trois défis, qui s'apparentent aux problèmes typiques des Big Data, comme suit :

  1. la complexité des données : les données TLS sont des données 3D presque exhaustives. Le TLS apporte des données très riches mais aussi extrêmement complexes à traiter car les informations pertinentes (par exemple, le sol, les cultures, les berges des rivières, la végétation etc.) doivent être détectées et identifiées avant toute analyse scientifique (Fig. 4). Les données TLS sont également échantillonnées de façon non régulière, avec de fortes variations spatiales de la densité des points et nécessitent des méthodes de traitement plus complexes que pour les données matricielles 2D telles que les images satellites.
  2. le volume de données : la dernière génération d'instruments TLS génère des milliards de points en une journée. Le traitement manuel ne peut donc être appliqué de manière réaliste et les méthodes de traitement automatique sont par conséquent primordiales. Cela exige de solides compétences en programmation ainsi qu'une culture de l'apprentissage automatique et des approches de visualisation par ordinateur qui ne font pas nécessairement partie de la formation des géomorphologues, et qui nécessitent absolument de combler le fossé « culturel » avec les sciences informatiques.
  3. des données incomplètes : malgré le très grand champ de vision des capteurs TLS, les données 3D qui en résultent n'échantillonnent pas toute la surface (Fig. 4). L’observation in situ - au sol - transmet les données manquantes derrière les obstacles (grains de toute taille et végétation) ; par ailleurs, le laser étant généralement entièrement absorbé par l'eau, cela entraîne un « trou » dans les données bathymétriques, et donc une forte limitation dans l’investigation des environnements fluviaux. Les méthodes de traitement doivent en conséquence tenir compte de ce manque d'information.

Le chapitre décrit les différentes méthodes d’assemblage des données 3D, de classification de chaque point et de mesure de l’érosion/sédimentation dans des données 3D via l’algorithme M3C2 (fig. 5) développé par les chercheurs de Géosciences Rennes. 




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Fig 4 : Etude TLS de la gorge de la rivière Rangitikei en Nouvelle-Zélande avec la classification de la végétation. La visualisation du nuage de points 3D met en évidence le large éventail d'échelles couvertes par les données : des cailloux de quelques décimètres aux débris d'éboulis de la taille d'un mètre, sur un tronçon de rivière de 800 mètres. Les données présentent également des limitations telles que le manque de couverture sous l'eau, la limitation de la portée TLS au sommet de la falaise et les effets d'ombre derrière les rochers ou la végétation. Des cibles fixes sont fixées, boulonnées, sur les rochers pour permettre un nouveau relevé précis au cours des années suivantes avec une marge d’erreur d'enregistrement de 2 à 3 mm.




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Fig 5 : Carte de changement topographique sur 1 année obtenus par comparaison 3D de données TLS sur le site de la Rangitikei. Capable de détecter des changement de 6 mm, ce type de mesure permet de détecter et quantifier une grande variété de processus géomorphologiques : chutes de blocs sur la falaise, érosion du lit de la rivière et des berges, accumulation de débris en pied de falaise et altération de la falaise. 




Références
Lague D. 2020. Terrestrial laser scanner applied to fluvial geomorphology. In: Tarolli P., Mudd S.M. (Eds.), Remote Sensing of Geomorphology. Developments in Earth Surface Processes, 23: 231-254. DOI pii/B9780444641779000084?via=ihub
Lague D., Feldmann B. 2020. Topo-bathymetric airborne LiDAR for fluvial-geomorphology analysis. In: Tarolli P., Mudd S.M. (Eds.), Remote Sensing of Geomorphology. Developments in Earth Surface Processes, 23: 25-54. DOI pii/B9780444641779000023




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ALOA : un projet de sciences participatives pour connaître et préserver le patrimoine littoral des îles caraïbes



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Edwige Motte arrive en post-doc au CReAAH

La démarche scientifique d'Edwige Motte s’inscrit dans un contexte largement interdisciplinaire, à la croisée des Sciences humaines et sociales, des Géosciences et de l’Art.

Après une formation de Master en gestion de l’environnement et fonctionnement spatial des milieux, Edwige a travaillé au cours de sa thèse de géographie à l'université de Rennes 2 - réalisée au sein du laboratoire LETG Rennes (UMR 6554) en partenariat avec l’ENSAB (Ecole Nationale d’Architecture de Bretagne) - au développement d’une méthodologie pluridisciplinaire d’observation des changements côtiers - géomorphologiques et paysagers - dans le but d’identifier les patrimoines naturels et culturels menacés par l’impact des activités anthropiques dans un objectif de mise en valeur et de préservation.

Elle a cherché à démontrer à travers ce travail en quoi et comment les représentations picturales pouvaient, sous certaines conditions, devenir une source d’information scientifique susceptible de donner de l’épaisseur au temps dans l’étude des changements côtiers.

Pour ce faire elle a croisé des données environnementales et historiques variées : les caractéristiques paysagers, les paléo-environnements, l’archéologie et les ressources iconographiques, et à élaboré des interfaces d’intégration et de diffusion des connaissances, incluant l'utilisation des SIG et du Webmapping, ce en vue de favoriser le travail entre partenaires, de proposer des analyses et synthèses à différentes échelles, de participer à la sensibilisation d’un large public.

Sa thèse a été récompensée par l’obtention du prix 2018 de la revue Mappemonde décerné pour récompenser « une thèse de doctorat de qualité, où l’image géographique (prise au sens large : cartes, photographies, modèles, croquis et cartogrammes, représentation de données satellitaires, SIG, animations…) aura été mobilisée de manière particulièrement pertinente dans le raisonnement scientifique ».

Edwige a par la suite participé, en tant que chercheuse indépendante, à un projet de recherche sur la valorisation de documents d’archives géographiques en collaboration avec le laboratoire Géographie-Cité (UMR 8504). Ce projet, soutenu par le consortium ImaGEO, labéllisé et financé par la TGIR Humanum, visait à la mise en ligne et la valorisation des carnets de terrain du géographe Emmanuel de Martonne dans un objectif de circulation des savoirs géographiques.

L’an dernier, elle été recrutée en tant que chercheuse postdoctorante au laboratoire TVES de l’université de Lille. Dans le cadre de ce projet, elle a eu en charge le développement et à la mise en application d’un outil cartographique d’analyse des représentations territoriales destiné à évaluer l’acceptabilité socio-environnementale des nouvelles filières associées à cette logique d’économie circulaire.

Edwige vient de rejoindre le laboratoire CReAAH pour une durée de 18 mois dans le cadre du projet de recherche ALOA : Archéologie Littoral Outre Atlantique, dont le but est de développer une approche intégrée de l’évolution des zones côtières soumises aux aléas à différentes échelles temporelles (du millénaire à la décennie) dans les îles des caraïbes. Elle aura dans ce projet un rôle de coordination opérationnelle, avec notamment pour missions le développement de méthodologies de sciences participatives pour effectuer un état sanitaire patrimonial selon les principes d’une recherche-action, ainsi que le suivi et la communication de l’ensemble des activités réalisées dans le cadre du projet.

A noter que le projet ALOA s'inscrit dans la continuité du projet ALeRT (Archéologie, Littoral et Réchauffement Terrestre)



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Fig. 1 : Fragment de céramique d'époque coloniale (Pointe des Châteaux, Guadeloupe) (© Elías López-Romero, 2018)


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Fig. 2 : Îlot Gosier, Guadeloupe après le cyclone Irma en septembre 2017 (© Elías López-Romero, 2018)



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Fig. 3 : Vue vers l'ouest depuis le Fort Louis (Marigot, Saint-Martin) (© Elías López-Romero, 2018)



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L'intelligence artificielle s'essaye à l'écologie (sans s'en rendre compte)



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Objectif : utiliser l'IA pour tester des hypothèses écologiques jusqu'ici insolubles par les approches traditionnelles

Lou Barbe et Cendrine Mony (université de Rennes 1, ECOBIO) et Benjamin Abbott (Brigham Young University, UT, USA) publient en juillet 2020 dans la revue Trends in Ecology & Evolution un article original intitulé "Artificial Intelligence accidentally learned ecology through video games" sur l'utilisation de l'intelligence artificielle en écologie scientifique. Ils s'appuient pour cela sur le jeu StarCraft II - jeu de stratégie en temps réel - dans lequel l'IA a battu les meilleurs joueurs humains. Dans l'écosystème virtuel de StarCraft II, les joueurs s'affrontent pour des ressources et des habitats, reproduisant involontairement de nombreux processus écologiques qui se produisent in natura. Les auteurs proposent donc de réorienter cette IA dans le but de tester des hypothèses écologiques que les approches traditionnelles n'avaient jusqu'ici pas réussi à résoudre.


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L'écologie est par essence la science des interactions et de la complexité, du désordre. Les jeux de données écologiques contiennent des paramètres qui subissent une multitude d'influences, et possèdent souvent des structures cachées ou des erreurs. Cette complexité rend leur analyse extrêmement difficile et l'écologie accueille volontiers les apports de l'intelligence artificielle, notamment pour "déchiffrer" les grands jeux de données - parfois croisés depuis de nombreuses sources plus ou moins cohérentes - et aider à formuler des scénarios prédictifs. L'application des derniers développements en intelligence artificielle, notamment l'apprentissage par réseaux de neurones ("deep learning"), reste cependant balbutiante ou marginale en écologie. Mais un coup de pouce est récemment venu de chercheurs et d'acteurs issus de disciplines très éloignées: des chercheurs en informatique et des joueurs de jeux vidéos ont en effet, tout à fait involontairement, développé un incroyable modèle écologique produit à l'aide d'apprentissage par réseau de neurones. Ce modèle, dans sa catégorie, serait d'ailleurs le plus perfectionné, le plus robuste et le plus flexible qui ait jamais été conçu.

L'évènement en question a eu lieu sur StarCraft II, haut lieu du monde des jeux vidéo, en lui-même jeu de stratégie en temps réel, à la popularité non démentie depuis plus de 20 ans et l'apparition du premier opus. Blizzard (créateur du jeu) et DeepMind (la filiale de Google pour la recherche en intelligence artificielle) ont annoncé avoir mis au point une IA, prénommée AlphaStar, qui a vaincu nombre de joueurs professionnels réputés et s'est classée au-dessus de 99,8% de tous les joueurs humains. Cette IA, un réseau de neurones fonctionnant par renforcement, c'est-à-dire démarrant son processus d'apprentissage à l'aide de données externes (ici des vidéos de parties entre joueurs humains) et s'étant ensuite entraînée contre différentes versions d'elle-même, a justifié tous les espoirs qui avait été placés en elle. StarCraft II était en effet connu pour sa très grande complexité et les joueurs professionnels y résistaient depuis toujours face à la machine. Cette complexité, raison de l'intérêt scientifique pour ce jeu vidéo, dépasse largement celle des échecs et du Go et prend sa source en plusieurs points: les parties se déroulent en temps réel, sur une carte hétérogène à haute résolution, les joueurs peuvent posséder plusieurs centaines d'unités aux capacités et aux rôles variés (en quelque sorte des pièces de jeu), et l'accès à l'information y est fortement limité, tout comme dans la réalité. Des dizaines de milliers de décisions sont ainsi à prendre à chaque partie, et elles doivent constamment être prises sous incertitude, en sachant qu'il existe environ 1026 actions possibles à chaque seconde !


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Figure 1. Vue de l'écran d'un joueur de StarCraft II. On y voit un habitat (la base où le joueur rouge construit ses bâtiments de production), des ressources (les petits carrés bleus) et des organismes qui sont les unités du joueur. Le joueur rouge, un Terran, est actuellement en train de se faire agresser par les unités du joueur adverse, un Protoss (les unités qui lancent des rayons verts).



Le succès d'AlphaStar, au-delà du brio de sa structure informatique, repose en grande partie sur son processus d'apprentissage, qui imite un processus évolutif de sélection naturelle : les versions initiales de lui-même se sont affrontées, puis les versions gagnantes ont sélectionnées et "croisées" entre elles pour produire les versions suivantes, et ainsi de suite, tout en introduisant des petites variations dirigées ou aléatoires à chaque itération du processus. En accélérant les parties, les développeurs d'AlphaStar lui ont permis d'en jouer plusieurs millions, l'équivalent de 200 ans de jeu en continu, ce qui a permis d'exploiter massivement tout le potentiel de ce processus d'évolution artificiel. De l'aveu de tous les observateurs, cet apprentissage "hors" des humains s'est avéré brillant et extrêmement performant, aboutissant à de nombreuses stratégies nouvelles dont pour partie des stratégies qui étaient considérées comme non-optimales par les joueurs professionnels et qui se sont pourtant avérées plus efficaces. Diego "Kelazhur" Schwimmer, un joueur professionnel de top niveau, résume ses impressions: "AlphaStar est un joueur intriguant et non-conformiste - un joueur avec les réflexes et la vitesse des meilleurs joueurs humains, mais un style et des stratégies qui lui sont entièrement propres. La manière dont il s'est entraîné, jouant contre des versions de lui-même dans une ligue fermée aux joueurs humains, a résulté en un style de jeu incroyablement inhabituel. Cela nous interroge profondément sur le degré avec lequel les joueurs humains ont réellement exploré l'univers de possibilités de StarCraft II."


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Mais la suite n'est pas moins intéressante ! Dans ce jeu, tout est affaire de collecte et d'utilisation de ressources, qui sont limitées. Une partie de StarCraft II n'est en fait qu'un écosystème où deux (ou plusieurs) individus sont en compétition pour les ressources et pour l'espace, et doivent dominer l'autre (fig. 2). La problématique écologique, sous-jacente mais latente, détermine en permanence les grandes orientations des joueurs: compromis entre collecte de nouvelles ressources et défense face aux agressions, choix de la stratégie démographique, exploration et accès à l'information, changement de traits et de fonctionnement des unités, gestion d'un appauvrissement des ressources, d'un effondrement écologique, etc. À ce point que les joueurs jouent une race parmi trois (Terran, Zerg ou Protoss) qui ressemblent en fait à s'y méprendre aux trois stratégies écologiques des plantes énoncées par Grime: les espèces compétitives (Protoss), rudérales (Zerg) et stress-tolérantes (Terran). En résumé, les Zergs ont une croissance très rapide et sont peu résistants mais très résilients, ils peuvent remplacer extrêmement rapidement leurs unités perdues. Les Terrans ont une croissance beaucoup plus lente et sont très peu résilients, mais ils disposent de stratégies et de capacités défensives qui les rendent très résistants et capables d'être performants même lorsque les ressources sont limitées. Les Protoss sont un cas plutôt intermédiaire entre les deux races précédentes, à ceci près que leurs unités, bien que lentes et très coûteuses, sont les plus puissantes et compétitives du jeu et peuvent dominer plus facilement celles des deux autres races.


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Comme l'on pouvait s'y attendre, AlphaStar s'est placé dans le cadre écologique de StarCraft II. Sa compréhension écologique s'est manifestée particulièrement clairement dans les confrontations dites "miroir", où deux joueurs jouant la même race doivent s'affronter. Dans cette configuration, la compétition est symétrique, c'est-à-dire que les individus qui s'affrontent possèdent exactement le même fonctionnement écologique, strictement les mêmes forces et les mêmes faiblesses. Tandis que les joueurs humains appréhendent ce type de confrontation avec des mentalités considérablement variables, dues en partie à leurs différentes cultures du jeu vidéo, AlphaStar a systématiquement utilisé la même stratégie, très simple et finalement expéditive: un investissement à court terme pour une collecte optimale de ressources, puis un investissement massif et total dans la confrontation directe avec l'adversaire. Le tout, en conséquence, presque sans développement technologique ni diversification des unités. En d'autres termes, son plan de jeu a été uniquement guidé par une recherche de quantité, et jamais de qualité. Il a écrasé à de nombreuses reprises et en quelques minutes seulement certains des meilleurs joueurs humains dans ce type de confrontation. L'écologue constatera alors que quelque chose de très similaire a déjà été mis en évidence dans la nature: quand des espèces sont en compétition, elles peuvent se différencier pour survivre à la compétition (théorie de la "limiting similarity"). En revanche, ce coût de différenciation devient trop élevé si les espèces sont initialement trop proches. Dans ce cas de figure, elles essayent alors juste de faire plus que les autres - plus de collecte des ressources, plus de croissance, plus de compétition (théorie de la "competitive hierarchy"). AlphaStar est parvenu tout seul aux mêmes conclusions, dépassant les idées préconçues des joueurs humains. Il nous témoigne ainsi de toute la pertinence et de la spontanéité de son approche écologique, ainsi que du réalisme, du mimétisme de StarCraft II pour reproduire les concepts et le fonctionnement d'un écosystème naturel, même simplifié.

StarCraft II pourrait être utilisé comme terrain de jeu et d'expérimentation pour les écologues, et AlphaStar comme organisme "contrôle", standard. L'on pourrait étudier son comportement durant les parties mais aussi les changements de son comportement d'une partie à l'autre, afin d'étudier son évolution. Les parties pourraient prendre une forme classique ou une forme modifiée avec des règles expérimentales définies pour tester spécifiquement une hypothèse. Dès lors, la question devient évidente: que pourraient apprendre les écologues en regardant jouer AlphaStar? La question peut se poser de trois points de vue différents. D'un point de vue "botanique", nous pourrions étudier les changements de stratégies écologiques des plantes, par exemple les successions de stratégies en réponse à une modification des conditions environnementales comme l'apparition d'un déficit en ressources ou comme des perturbations directes. D'un point de vue "zoologique", nous pourrions étudier le rôle de la personnalité des organismes dans leurs interactions écologiques, le rôle de la peur dans le comportement écologique ou encore l'évolution de la culture écologique (par exemple l'émergence ou la dérive des approches écologiques). Enfin, d'un point de vue "anthropique", en faisant jouer AlphaStar contre des joueurs humains de différentes cultures, nous pourrions étudier le rôle de ces différentes cultures et de la personnalité humaine dans la résolution de problèmes écologiques complexes, comme la réaction à un changement environnemental ou à un effondrement écologique, ou l'anticipation des risques à long-terme. Le jeu en lui-même et le code d'AlphaStar étant en libre accès, l'imagination des écologues sera leur seule limite: en collaborant avec des informaticiens et des joueurs de StarCraft II, ils pourraient ainsi apporter de nouveaux éclairages à des questions fondamentales de la science écologique, dont la réponse demeure encore en suspens.


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Figure 2. "Mini-map" d'une partie standard de StarCraft II. Cette carte représente la totalité de l'aire de jeu et montre ici le type d'affrontement le plus classique dans StarCraft II, celui qui a été joué par AlphaStar. En l'occurrence, deux joueurs s'affrontant dans un environnement virtuel avec des ressources limitées. Il s'agit d'une compétition écologique entre deux individus, qui peut être vue comme inter ou intraspécifique, selon que les joueurs jouent une race différente ou identique.




Référence
Lou Barbe, Cendrine Mony, Benjamin W. Abbott (2020) Artificial Intelligence Accidentally Learned Ecology through Video Games, Trends in Ecology & Evolution, 35, 7, 557-560, doi.org/10.1016/j.tree.2020.04.006



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Les étudiant.e.s géologues en virée en Auvergne


 AHLeGall    14/09/2020 : 09:35

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Une organisation Géocontact !

Pauline Lorand, ancienne étudiante en L3 à Rennes (mention sciences de la Terre, parcours Geosciences), désormais en master à Grenoble, nous fait un compte-rendu de la virée estivale des étudiant.e.s en sciences de la Terre en Auvergne.

Une quarantaine d'étudiants de licence Sciences de la Terre à licence Métiers de l'Enseignement, en passant par la chimie et le droit, ainsi que plusieurs doctorants sont partis à la découverte des volcans d'Auvergne.
Cette sortie a eu lieu du 24 au 27 août 2020, organisée par Géocontact, entièrement financée par la vente des livres de Philippe Boulvais (Trésor des abysses, Terre de Granite et plus récemment Symphonie chimique), une cagnotte en ligne et une tombola avec à la clé un Saint Nectaire d'un kilo !
La sortie a permis de visiter quelques uns des beaux sites géologiques des Monts Dore, de la chaîne des puys et de la Limagne. Les étudiants ont appris à reconnaître des différents types de volcans (cône strombolien du puy Pariou, cône égueulé des puys de la Vache et de Lassolas, dôme, le maar de Beaunit) et les roches et minéraux qui les composent. Au total, 7 sites visités afin d'observer l'éventail géologique de l'Auvergne: les volcans, le relief inversé du plateau de Gergovie, l'ancienne vallée glacière des Monts Dore dévoilant les roches Tuillière et Sanadoire, les carrières du site de Gandaillat composée de sédiments et du site de la roche de Sauterre dévoilant des inclusions de péridotites dans la roche volcanique.

La sortie de terrain a connu quelques péripéties :
- les étudiants ont ainsi appris à soulager les piqûres de guêpes par le feu
- ils ont eu le plaisir de préparer des barbecues sous le ciel étoilé du camping Les Bombes (Chambon sur Lac)
- il y a eu également quelques glissades pendant l'ascension du puy de Lassolas dans les scories. A cause de la très forte chaleur, ils ont rapidement épuisé leurs bouteilles d'eau dans la matinée ce qui a rendu la montée encore plus compliquée... et il a donc fallu s'arrêter dans un cimetière pour remplir les bouteilles au cours d'après midi. La routine du géologue donc...


Géocontact ne compte pas en rester là : une virée en Italie sur le Vésuve et dans la région de Naples est prévue en juin 2021... Enfin... on espère !


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2019, une année exceptionnelle de fréquence et d'intensité d'îlots de chaleur à Rennes ?



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Les Actes du 33eme colloque de l'Association Internationale de Climatologie (AIC) sur "Changement climatique et territoires" sont en ligne.

Les Actes du 33eme colloque de l'Association Internationale de Climatologie (AIC) sur "Changement climatique et territoires" sont en ligne. Le colloque a été organisé par Valérie Bonnardot et Hervé Quénol (LETG-Rennes, CNRS, Université Rennes 2).

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Focus avec Vincent Dubreuil (Université Rennes 2, LETG-Rennes) et al. sur l'état en 2019 de l'évolution de l'îlot de chaleur rennais.

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Faire du vin en Bretagne ?


 AHLeGall    10/09/2020 : 12:55

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Ce que le réchauffement climatique pourrait changer

Le réchauffement climatique pourrait profiter à la Bretagne en matière de viticulture. Le niveau des températures y est désormais comparable à celui observé en Anjou dans les années 1970-1980. La hausse des températures en Bretagne permettrait donc à la vigne de bien s’implanter dans la région. Mais les niveaux de précipitations, toujours importants l'été, pourraient poser des problèmes de maladie. Des initiatives de viticulture se multiplient néanmoins un peu partout dans la région...

Voilà les résultats des recherches menées au LETG-Rennes par Valérie Bonnardot et Hervé Quénol (CNRS, université Rennes 2).

Revue de presse :

20minutes (21/09/20)

France Bleu Breizh Izel (18/09/20)

Sud-Ouest (07/09/09)

Radio Classique (08/09/20)

La Tribune (08/09/20)

Ouest-France, Le Courrier de l'Ouest (09/09/20)



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Peuples autochtones et intégrations régionales



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Pour une durabilité repensée des ressources naturelles et de la biodiversité ?

Nathalie Hervé Fournereau (CNRS, IODE) et Sophie Thériault (Université d’Ottawa, Canada) publient aux Presses Universitaires de Rennes (PUR) un ouvrage consacré aux peuples autochtones et aux intégrations régionales : le livre étudie le vaste écosystème d’intégrations régionales en faveur de la protection des territoires ancestraux des peuples autochtones. Il dévoile les multiples facettes de ces interactions sans dissimuler les ombres portées sur la fabrique et la traduction normative plurielle de ces dynamiques, à l’image de la multiplication des conflits socio-environnementaux. Autant d’horizons stimulants à découvrir dans la perspective d’une durabilité repensée des ressources naturelles et de la biodiversité.

Il a été réalisé avec le soutien du CNRS INEE RTP BIODISCEE, de l’université de Rennes 1, de l’Institut de l’ouest : droit et europe (IODE – UMR CNRS 6262), du GIS Europe de Rennes, de l’Observatoire des sciences de l’univers de Rennes (OSUR – UMS CNRS 3343), de Rennes métropole avec le parrainage de la Société française pour le droit de l’environnement (SFDE) et de l’Académie internationale de droit de l’environnement de l’IUCN.


Présentation
"Pour nous, peuples indigènes, le monde est en guerre. L’être humain est enguerre contre lui-même. Et en guerre contre la nature, il lutte contre sa propre Mère [...] c’est le devoir de tous de prendre soin du monde". Ce véhément plaidoyer des Indiens du Nordeste du Brésil résonne avec gravité dans l’hémicycle du Parlement européen en 2008 et conserve toute son actualité en 2020. Si la sphère onusienne a servi d’enceinte primordiale à la reconnaissance des droits des peuples autochtones, d’autres espaces et organi-sations sont aussi indispensables. Le présent ouvrage propose d’apprécier la contribution bigarrée d’un vaste écosystème d’intégrations régionales en faveur de la protection des territoires ancestraux des peuples autochtones. L’ouvrage dévoile les multiples facettes de ces interactions sans dissimuler les ombres portées sur la fabrique et la traduction normative plurielle de ces dynamiques, à l’image de la multiplication des conflits socio-environnementaux. Autant d’horizons stimulants que l’ouvrage invite à découvrir dans la perspective d’une durabilité repensée des ressources naturelles et de la biodiversité.

>>> Introduction >>>
>>> Table des matières >>>


Référence
Peuples autochtones et intégrations régionales. Pour une durabilité repensée des ressources naturelles et de la biodiversité ? Nathalie Hervé-Fournereau et Sophie Thériault (09/2020), Presses Universitaires de Rennes, Coll. L’Univers des normes, 446 p. (ISBN : 978-2-7535-7941-5)



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