Des rivières sous surveillance : état des lieux et perspectives des approches par télédétection à l’heure de l'Anthropocène



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ARTICLE DANS EARTH SURFACE PROCESSES AND LANDFORMS

Les hydrosystèmes ont connu des changements accélérés au cours de l'Anthropocène, et doivent être gérés à des échelles spatiales et temporelles beaucoup plus larges qu'auparavant. La télédétection offre un cadre méthodologique et technique qui peut être déployé pour surveiller les processus à l'œuvre au sein de ces hydrosystèmes et pour évaluer leurs trajectoires. Cet article publié dans Earth Surface Processes and Landforms auquel a participé Simon Dufour (LETG-Rennes) passe en revue les recherches menées sur les conditions et les processus passés, présents et futurs des corridors fluviaux qui mobilisent la télédétection et examine les défis auxquels est confrontée la recherche sur les cours d'eau et les zones riveraines.

 

Au sein de l’ensemble des méthodes de télédétection conçues pour diagnostiquer les hydrosystèmes des exemples viennent illustrer les développements récents en matière de caractérisation des morphologies, des processus hydrosédimentaires et biogéomorphologiques, de couplages entre données de télédétection et modélisation des paysages fluviaux.

Cet article présente également les développements récents en matière de données disponibles, d’échelles spatio-temporelles de caractérisation, d’outils de traitement de données spatiales et mise en ligne de plate forme de données et de traitement des images.

Enfin, dix éléments de perspectives pour la télédétection des rivières à l’heure l'Anthropocène sont discutés :

  1. Exploration plus en approfondie des données existantes,
  2. Fusion des sources de données et des échelles d'analyse pour obtenir de nouvelles informations,
  3. Développement d’informations à haute résolution temporelle pour alimenter les politiques publiques en matière de gestion de l'eau,
  4. Mise en œuvre des modèles à large échelle débouchant sur la caractérisation des bassins versants à l'échelle continentale ou mondiale,
  5. Développement du suivi en temps réel à partir de capteurs au sol,
  6. Exploration de nouvelles frontières en matière de capacité de la télédétection à renseigner un panel toujours plus large de processus et de structures,
  7. Développement d’observatoires scientifiques interdisciplinaire et à long terme au sein desquels les données de télédétection sont partagées, gérées, mobilisées et archivées,
  8. Partage des données et des outils de traitement en ligne,
  9. Utilisation des données issues de la télédétection pour réexplorer les théories décrivant le fonctionnement biophysique des systèmes fluviaux, et
  10. Promotion d’une approche critique des pratiques de la télédétection.

 

Une large gamme d'outils à disposition

 

Simon Dufour ESPL Dec2019 Drone
Exemple de plateformes utilisées par des équipes scientifiques pour acquérir des images hyperspatiales : (A) octocoptère ; (B) hexacoptère équipé d'une antenne RFID active ; (C) trike ultraléger équipé de caméras RGB et thermiques ; (D) hélicoptère de contrôle sans pilote. (Sources : A, Franck Perret ; B, Mathieu Cassel ; C, Baptiste Marteau ; et D, Kristell Michel).

 

 

Deux exemples d'application

Simon Dufour ESPL Dec2019 Selune
Carte des types de végétation riparienne (ripisylve) obtenue à partir des données LiDAR et des modèles morphologiques des arbres (rivière Sélune, ouest de la France). La morphologie de la couronne des arbres et les indicateurs de structure interne ont été calculés à partir des nuages de points 3D de deux études (été et hiver ; n = 144 indicateurs) et les indicateurs les plus discriminants ont été sélectionnés à l'aide d'une analyse discriminante permettant de réduire le nombre d'indicateurs à moins de 10 indicateurs pertinents. Les indicateurs sélectionnés ont été utilisés comme variables pour la classification en utilisant une approche de machine learning. La précision globale va de 80 % pour trois genres à 50 % pour huit genres. Avec huit genres, l'identification reste un défi, car pour une couronne d'arbre, les pixels prédits peuvent être mélangés. (Tiré de Laslier et al. , 2019a.)

 

 

 

 

Simon Dufour ESPL Dec2019 Fig3 Debris Bois
(A) Procédure de détection de bois à l'aide d'une caméra vidéo dans l'Ain, France. Les images montrent la région d'intérêt (ROI) basée sur une détection visuelle du bois comprenant la mesure de la date et de l'heure à partir de l'horodatage, la localisation précise des points d'extrémité et de côté pour définir la longueur, le diamètre et la première position de la pièce, et la définition de la deuxième position après avoir avancé un nombre d'images déterminé par l'utilisateur pour permettre le calcul de la vitesse et de la vitesse angulaire. (B) Hydrogramme des inondations et flux de bois estimé sur la base des enregistrements vidéo pendant l'événement du 10 au 13 avril 2008. (C) Régimes de transport du bois caractérisés à l'aide de la vidéo ; les petites images montrent la même section de rivière (North Creek, USA) à différents moments (t), à différentes profondeurs d'eau (h) et à différentes profondeurs de flux de bois (z) ; dw, diamètre de la pièce de bois ; k, coefficient > 1

 

 

La recherche en télédétection est essentielle pour relever l'un des principaux défis de l'Anthropocène : comprendre et gérer la relation entre la société et l'environnement. Les données de terrain ne suffisent pas à elles seules pour aborder les questions géomorphologiques et biologiques complexes, mais l'inverse (la télédétection sans données de terrain pour la validation et l'observation in situ) est également vrai. Ainsi, si les biologistes et les géomorphologues doivent encore passer du temps sur le terrain pour observer la complexité des processus et des structures, une compréhension plus « globale » de socio-écosystèmes peut néanmoins émerger de l’analyse d'images. Les données issues de la télédétection permettent de mieux comprendre la variabilité spatiale des formes et des processus comme jamais auparavant – que ce soit de l'échelle de la section transversale d’un cours d’eau à celle d’un réseau fluvial entier. Cependant, même avec des quantités de données toujours plus volumineuses, les spécialistes des rivières doivent encore formuler des questions scientifiques pertinentes, validées par des mesures sur le terrain, à des échelles spatiales et temporelles pertinentes, et savoir interpréter les données.

La télédétection n'est plus seulement un outil scientifique : c’est aussi un outil de gestion, avec un ensemble de données et de techniques pour appuyer les gestionnaires de rivières, à l'échelle locale et/ou à celle d’un bassin. Les spécialistes des rivières doivent donc aller au-delà du simple développement méthodologique (eurêka, ça marche !) en partageant des outils, en transférant des connaissances et en développant une compréhension critique du lieu, de la manière et du moment où les méthodes peuvent être incorporées avec précision dans une démarche appliquée de la géomorphologie. Mieux que par le passé, la télédétection peut être utilisée pour aider à mettre en œuvre et à surveiller les mesures de gestion, à identifier des points critiques, des points de basculement, les trajectoires futures, les pressions anthropiques et leurs effets. La convergence des observations de terrain avec les informations de la télédétection nous permettra de comprendre les rivières de l'Anthropocène et d'identifier les meilleurs scénarios de gestion pour leur (et notre) avenir.

 

 

 

Référence
Piégay, H., Arnaud, F., Belletti, B., Bertrand, M., Bizzi, S., Carbonneau, P., Dufour, S., Liébault, F., Ruiz‐Villanueva, V., and Slater, L. ( 2020) Remotely sensed rivers in the Anthropocene: state of the art and prospects. Earth Surf. Process. Landforms, 45: 157188. doi.org/10.1002/esp.4787

 

 

Pour en savoir plus

La végétation riveraine des cours d’eau : de quelles connaissances avons-nous besoin ?

Les zones humides délimitées depuis le ciel

Du bon usage des drones pour la cartographie des habitats naturels



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Simon Dufour (LETG-Rennes) / @
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Le réchauffement climatique booste un coléoptère envahissant : plus loin, plus haut… mais plus petit !



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ARTICLE DANS SCIENTIFIC REPORTS

Effets de l'altitude sur la morphologie et la physiologie d'un carabidé qui envahit les îles Kerguelen

 

Tiphaine Ouisse, Elsa Day, Lauriane Laville et David Renault (ECOBIO) avec leurs collègues Frederik Hendrickx (Institut royal des sciences naturelles de Belgique) et Peter Convey (British Antarctic Survey, UK) publient en janvier 2020 dans Scientific Reports un article qui met en évidence – pour une espèce envahissante de coléoptère des Îles Kerguelen (Patrimoine mondial de l’UNESCO)– la relation entre altitude et morpho-physiologie dans le contexte du réchauffement climatique.


 

Les changements climatiques sont susceptibles d'induire des changements de latitude et d’altitude dans la répartition de la biodiversité, et une expansion géographique des espèces envahissantes, en offrant des habitats plus adaptés du point de vue des températures. Aux îles Kerguelen, dans la zone sub-Antarctique, l'insecte prédateur Merizodus soledadinus (Coleoptera : Carabidae), introduit par l'homme en 1913, a rapidement envahi les habitats côtiers. Sur cet archipel polaire montagneux, la colonisation plus récente par cette espèce des habitats de plus haute altitude pourrait s'expliquer par une adéquation thermique accrue à mesure que la région s'est réchauffée au cours des dernières décennies.

 

Cette étude a permis de corréler l'effet du déplacement de l'aire de répartition en altitude avec la morphologie et la physiologie des adultes de l’insecte M. soledadinus. Les individus ont été échantillonnés le long de deux transects altitudinaux (de l'estran à 250 m d'altitude) et d'un transect horizontal de plaine orthogonal au bord de mer (400 m de long). Bien que les traits examinés présentent de fortes variations inter-individuelles et inter-transects, les chercheurs ont constaté que la masse corporelle des insectes mâles et des femelles avait tendance à diminuer avec l'altitude, et que leurs teneurs en triglycérides diminuaient avec la distance au rivage. De plus, les teneurs en protéines des femelles ainsi que celles de 26 autres métabolites étaient influencées de manière significative par la distance par rapport à l'estran.

 

Ces résultats suggèrent donc que le changement climatique en cours, et à venir, aux Îles Kerguelen favorisera à la fois la colonisation des habitats de plaine à l'intérieur des terres ainsi qu'à haute altitude par ce prédateur agressif et envahissant, en rendant progressivement plus appropriés des habitats auparavant moins optimaux.

 

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Source Physiological resistance to salinity in the invasive ground beetle Merizodus soledadinus at the Kerguelen Islands; or how the physiology helps insect species to invade new habitats?  @ Kevin Hidalgo

 

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Source L’entomofaune des îles subantarctiques françaises @ Maurice Hullé

 

 

Merizodus Soledadinus Dessin
Caractéristiques morphologiques mesurées sur des adultes de M. soledadinus : largeur (1) de l'interoculaire, largeur (2) et longueur (3) du pronotum et longueur (4) de l'élytre droit. Cette figure est un dessin original de Tiphaine Ouisse.

 


Référence
Ouisse, T., Day, E., Laville, L. et al. Effects of elevational range shift on the morphology and physiology of a carabid beetle invading the sub-Antarctic Kerguelen Islands. Sci Rep 10, 1234 (2020). doi.org/10.1038/s41598-020-57868-0




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Focus sur une vénérable institution de l'édition scientifique nationale : le Bulletin de la Société préhistorique française (et ses liens avec le CReAAH)



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Pourquoi publier dans le BSPF ?

 Le Bulletin de la Société préhistorique française (BSPF) publie des articles scientifiques originaux d’intérêt national et international, qui traitent de la Préhistoire, du Paléolithique au premier âge du Fer, selon des champs disciplinaires (approche technologique, culturaliste, environnementaliste, archéométrie…) et thématiques (synthèse, historiographie, résultats de fouille) variés. La SPF publie des articles de chercheurs français et étrangers et plusieurs langues sont acceptées (français, anglais, allemand, italien et espagnol).

Le BSPF a été publié sans interruption de 1904 à aujourd'hui. Et nous en sommes donc en cette année 2020 au tome 117 !

C'est une publication trimestrielle qui compte quatre livraisons par an (fin mars, fin juin, fin septembre et fin décembre) d’environ 200 pages, qui comporte deux volets :

  • La 1ère partie consiste en 7 ou 8 articles scientifiques originaux, d’intérêt national et international, qui traitent de la Préhistoire, du Paléolithique au premier âge du Fer, selon des champs disciplinaires (approche technologique, culturaliste, environnementaliste, archéométrie…) et thématiques (synthèse, historiographie, résultats de fouille) variés
  • La 2e partie traite des découvertes récentes, des débats, des comptes rendus d'ouvrages, de l'actualité (colloque, expositions, dernières parutions) et de la vie de l'association.


Le BSPF est une publication chère au CReAAH dans laquelle elle s'implique traditionnellement depuis longtemps. Deux anciens directeurs du laboratoire ont été présidents de la SPF : Pierre-Roland Giot et Jacques Briard. On peut citer également la contribution active de nombreux rennais : Roger Joussaume, Jean L’Helgouac’h, Jean-Pierre Pautreau, Jean-Laurent Monnier, et José Gomez de Soto, membre du CA de la SPF et qui représente à ce titre la société dans le jury du Prix international Joseph Déchelette (Prix de thèse européen). Sans remonter à des temps immémoriaux, on compte ainsi depuis 2005 environ 50 articles co-rédigés par des archéologues rennais parus dans les Bulletins. Enfin, en 2020, on signalera aussi la présence de Catherine Dupont au sein du Comité de rédaction (en charge du domaine "Paléolithique final et Mésolithique") ; également, la participation de Chantal Leroyer et Cyril Marcigny (INRAP, CReAAH) dans le Comité de lecture.


A noter que Le Bulletin de la Société préhistorique française est soutenu par le CNRS.



BSPF Com2020

En ces temps de confinement, la Société préhistorique française a décidé de proposer en accès libre le premier fascicule 2020 de son bulletin trimestriel à toutes et tous. Les articles sont entièrement disponibles au format PDF !

Dans ce fascicule, à noter plus particulièrement pour le CReAAH la contribution suivante : "Cinquante ans après la découverte : état des connaissances et apport des fouilles récentes sur le site campaniforme de la République à Talmont-Saint-Hilaire (Vendée)" ; Rousseau L., Gandois H., Favrel Q., Cuenca Solana D., Dupont C., Garnier N., Guéret C., Laforge M., Poissonnier B., Vigneau T.

Egalement, une présentation par Jean Guilaine de l'ouvrage paru en 2019 de Guirec Querré, Serge Cassen et Emmanuelle Vigier "La parure en callaïs du Néolithique européen"


BSPF Tome117 Num1 2020

>>> Pour en savoir plus sur le Bulletin de la SPF >>>





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L'OSUR accueille une chaire d'excellence de Rennes Métropole : "Ressource en eau du futur"


 AHLeGall    12/05/2020 : 09:21

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Ressource en eau du futur : Dynamique et évolution des systèmes hydrologiques en domaine de socle cristallin

Clément Roques, ingénieur en environnement de formation (Université Paul Sabatier de Toulouse), a obtenu sa thèse de doctorat en Sciences de la Terre en 2014 à l’Université de Rennes 1. Sa recherche s’intéresse à l’étude des contrôles géologiques et géomorphologiques sur les écoulements d’eau dans les milieux souterrains et leur impact sur les flux bio-géochimiques. Après sa thèse, Clément a réalisé 2 séjours post-doctoraux dont un de 2 ans à l’Oregon State University (département Biological and Ecological engineering, USA) et un de 4 ans à l’ETH Zürich (département Earth Sciences, Suisse). Il est actif dans l’enseignement de modules généraux sur l’environnement et le cycle de l’eau (license), et de modules spécialisés (master) en hydrogéologie appliquée, géophysique et modélisation. Il est également fortement impliqué dans l’encadrement de projets professionnels pour les étudiants en master. Clément est éditeur associé pour la revue Hydrogeology Journal et a co-dirigé avec Damien Jougnot (Sorbonne Université) l’école d’été Ecoulement et transport dans les milieux poreux et fracturés en 2018 à l’institut d’Etudes Scientifiques de Cargèse qui a regroupé près de 40 conférenciers et 90 étudiants. Depuis avril 2020, il est titulaire d’une chaire de recherche Rennes Métropole « Ressource en eau du futur : Dynamique et évolution des systèmes hydrologiques en domaine de socle cristallin ».

Le projet de la chaire de recherche « Ressource en eau du futur » a été motivé par un constat général établi par les gestionnaires de l’eau et la communauté scientifique : les ressources en eau souterraines et les écosystèmes associés sont d’ores et déjà fortement impactés par les changements globaux, ce qui pose des questions critiques quant à leur évolution sur le long terme. Les obstacles qui s’opposent à la définition de prédictions et de stratégies durables pour la gestion de la ressource émergent de notre méconnaissance des processus contrôlant le transfert et le stockage des eaux souterraines à l’échelle régionale. Dans ce contexte, deux hypothèses sont avancées : la première hypothèse suppose que la recharge efficace se retrouvera globalement diminuée sur l’ensemble du territoire, limitant le stock d’eau souterraine disponible. Cette hypothèse implique une disparition partielle ou totale des systèmes de surface (contraction des réseaux hydrologiques, assèchement des zones humides et des réservoirs de stockage) et une vulnérabilité augmentée de la ressource souterraine. La seconde hypothèse suggère que l’interaction entre la diversité géomorphologique des paysages et la variabilité des conditions climatiques futures seront associées à une redistribution de la recharge avec potentiellement une augmentation des stocks d’eau souterraine dans certaines régions. La validité de ces deux hypothèses reste à explorer, en prenant soin d’identifier les facteurs géomorphologiques et climatiques contrôlant cette redistribution. Les conséquences de ces deux hypothèses devront se traduire par des gestions de l’eau adaptées, assurant un équilibre et une diversification des ressources exploitées ainsi que leur protection accrue.

Ces analyses constituent les deux axes de la chaire « Ressource en eau du futur » :
- un premier axe dédié à la compréhension des processus physiques en intégrant les données disponibles pour les régions de socle cristallin à l’échelle globale et le développement d’outils numériques. Cette confrontation entre données globales et modèles numériques permettra de tester des hypothèses concernant les contrôles des variabilités géomorphologiques et climatiques sur les dynamiques de réponses hydrologiques et de leur devenir face aux scénarios de changement climatique. Cet axe fera l’objet d’un sujet de thèse de doctorat cofinancé par la chaire et l’Université Rennes 1 (volet attractivité)
- un deuxième axe visera à confronter les prédictions d’évolution obtenues à des stratégies de gestion afin d’identifier celles garantissant la pérennité de la ressource. Cet axe se construira autour d’un travail collaboratif transdisciplinaire impliquant les acteurs de la gestion de l’eau et des spécialistes dans le domaine des sciences sociales et économiques. Le projet renforcera les collaborations entre les activités en hydrologie, géomorphologie et climatologie de l’OSUR (Géosciences Rennes, ECOBIO, LETG-Rennes) et des observatoires nationaux de la zone critique appartenant au réseau OZCAR,
récemment reconnu par l’UE dans le cadre des grands équipements (ESFRI). Il permettra également de développer les liens avec les instituts de recherche internationaux notamment les universités de Neuchâtel (Suisse), de Santiago (Chili), d’Oregon (USA) et l’INRS (Canada).


Construite en appui de la chaire de la fondation Rennes 1 « Eau et territoires » (lire aussi), financée par la Collectivité et la Société Publique Locale Eau du Bassin Rennais, qui s’intéresse à l’étude des bassins versants assurant l’alimentation en eau de la ville de Rennes, le projet de la chaire « Ressource en eau du futur » permettra non seulement de développer notre compréhension sur les processus fondamentaux du cycle de l’eau à l’échelle régionale qui reste à l’heure actuelle peu exploré, mais aussi d’orienter les politiques régionales de gestion pour assurer la transition des pratiques socio-économiques en équilibre avec les dynamiques des systèmes hydrologiques et leur évolution future. De manière plus générale, la thématique de la chaire « Ressource en eau du futur » entre pleinement dans le projet EUR « Intelligence Environnementale – Eaux et territoires soutenables ». Il constitue donc un segment de la démarche globale de l’EUR et illustre d’une part le caractère interdisciplinaire et d’autre part la volonté de co-construction de nos démarches de recherche. A ce titre, il illustre la volonté de l’OSUR et de l’équipe DIMENV de Géosciences Rennes qui est au cœur du projet EUR, de contribuer à la construction du projet Université de Rennes.



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Clément Roques (Géosciences Rennes) / @
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cycl'OBS #31 de Mai 2020 est en ligne !


 AHLeGall    05/05/2020 : 10:07

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A la UNE ce mois-ci

GLAZ, le projet CPER 2021-2027 sur l'environnement continental et littoral en Bretagne

Construire une infrastructure de recherche pour anticiper et accompagner les transitions socio-environnementales


Un consortium de recherche associant 20 laboratoires de recherche de l’INRAE-Bretagne, de l’IUEM, de la MSHB et de l’OSUR propose un méta-projet CPER, coordonné sur l’ensemble de la région Bretagne (en coordination avec la région Pays de la Loire, l’OSUNA étant associé), pour construire une infrastructure de recherche de niveau mondial capable de détecter, d’anticiper et d’accompagner les transitions socio-environnementales que les écosystèmes terrestres et côtiers vont connaître dans les décennies à venir.
Ce projet est fondé sur la mise en réseau d’observatoires de recherche existants et déjà labellisés. Il mobilise l’ensemble des sciences de l’environnement et des géosciences, des sciences sociales et des sciences de la donnée pour doter les deux régions de moyens de recherche et d’observation ayant une forte visibilité internationale et répondant aux enjeux liés au changement climatique et à la pression anthropique sur l’environnement.

Pr Sentation INRAE 12 Mars 2020


>>> L'infolettre cycl'OBS #31 de mai 2020 >>>



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Des étudiants de master se lancent dans un atelier d'écriture scientifique... et sont publiés dans la revue Annals of Botany



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ARTICLE DANS ANNALS OF BOTANY

Ivan Couée (ECOBIO) et les étudiants de la promotion 2019 PMAS (Physiologie moléculaire et adaptations aux stress) du Master 2 APVV (parcours : Amélioration, Production, Valorisation du Végétal), co-habilité par l’Université de Rennes 1, l'Institut AGro (Agrocampus Ouest) et l'Oniris, publient un article de synthèse dans la revue Annals of Botany en avril 2020 sur l’importance des mitochondries dans la régulation signalétique des cellules végétales : un article scientifique à part entière, évalué, qui est donc issu d'un travail d'atelier de réflexion et d'écriture. En voici une présentation qui intègre à la fois des considérations scientifiques, des considérations pédagogiques et des considérations culturelles.


Le travail de réalisation de cet article a été conçu comme un atelier de réflexion, de recherche bibliographique et d’écriture scientifique dans le cadre du Master 2. Sur la base d’une thématique pré-définie et d’un corpus initial de publications, les étudiants ont été amenés à faire une première analyse personnelle, imaginer eux-mêmes un sous-thème à développer et, après validation ou ajustement de ce sous-thème, trouver la littérature pertinente, la critiquer, et construire un texte et une figure destinés à être intégrés dans un authentique manuscrit scientifique. Les articulations entre les contributions individuelles et la cohésion générale de l’ensemble ont été faites de manière progressive par des tables rondes et des bilans d’étape.

La réussite finale d’un tel projet montre clairement l’excellent niveau de connaissances fondamentales des étudiants impliqués et leur maîtrise des outils de sélection et d’analyse critique de la littérature scientifique internationale.

L’un des points forts de cette démarche est de faire prendre conscience aux étudiants de la valeur de leurs intuitions et de leurs questionnements. Les étudiants à ce niveau (Master 2) peuvent faire valoir de manière synergique leur expertise académique et leur capacité personnelle à voir les problèmes scientifiques sous de nouveaux angles et à poser des questions nouvelles que des chercheurs confirmés ne verraient pas de la même manière. Il faut alors faire en sorte de concilier la liberté de choix, d’analyse et d’expression, et le droit à l’erreur, avec la rigueur nécessaire pour que le manuscrit à soumettre soit solide et fiable.

En plus du travail universitaire classique, la perspective d’une soumission réelle du manuscrit auprès d’une revue internationale, et donc obligatoirement auprès d’experts internationaux, donne aux étudiants un sentiment très fort d’enjeu scientifique et de valorisation personnelle, ainsi que le sentiment d’appartenir déjà à leur niveau à une communauté intellectuelle mondiale. Le fait de publier dans une revue scientifique comme ANNALS OF BOTANY, créée en 1887, et où Francis Darwin, le fils de Charles Darwin, publiait ses travaux de physiologie végétale dans les années 1890 et 1900, leur permet aussi de mesurer l’ancrage historique de leurs études et de leurs projets. ANNALS OF BOTANY est actuellement basée à Exeter, ville jumelée avec Rennes depuis 1955, et par le plus grand des hasards, l’adresse postale de la revue est située sur le « Rennes Drive ».

Le domaine que nous avions choisi d’étudier est à la fois très fondamental, très spécialisé et relativement compétitif. De nombreux instituts de recherche internationaux, en Allemagne, en Suède et en Australie, sont impliqués dans ce domaine, et publient chaque année des synthèses bibliographiques sur le sujet. Il est donc remarquable que l’un des lecteurs-réviseurs ait estimé que même en tant qu’expert sur les mitochondries il avait appris un certain nombre de choses nouvelles à la lecture du manuscrit.

Les mitochondries sont potentiellement présentes dans les cellules de tous les eucaryotes, plantes, champignons, protistes, animaux, et constituent jusqu’à 20% du volume cellulaire. En tant que sites de la respiration cellulaire, les mitochondries sont classiquement décrites comme des usines énergétiques cellulaires. Mais leurs rôles physiologiques, pour les cellules, les tissus ou les organismes, sont beaucoup plus variés et beaucoup plus intégratifs.

Chez les plantes, les mitochondries fonctionnent jour et nuit, aussi bien dans les tissus chlorophylliens, de concert avec les chloroplastes, que dans les tissus non-chlorophylliens (embryons, semences, racines, méristèmes, bois). Les mitochondries dans la plante sont ainsi impliquées dans l’intégration du fonctionnement diurne et nocturne, dans la gestion du carbone, de l’azote ou du soufre, ou dans l’équilibre entre la fixation et le relargage du dioxyde de carbone. Leur fonctionnement joue donc un rôle déterminant dans la vigueur et la productivité des communautés végétales cultivées ou naturelles et dans les échanges végétation-atmosphère. Les mitochondries végétales sont au cœur de la compréhension des réponses de la végétation à l’augmentation de la concentration atmosphérique en dioxyde de carbone et de la capacité des plantes à séquestrer le carbone.

De tels rôles intégratifs et polyvalents ne peuvent correctement fonctionner que par des systèmes de communication et de régulation qui ajustent le fonctionnement mitochondrial et le fonctionnement cellulaire et tissulaire. Cette communication se fait par des signaux cellulaires et des systèmes de transduction de signal qui restent mal connus. Les métabolites et les espèces réactives de l’oxygène que produisent les mitochondries peuvent ainsi être perçus comme des signaux internes de surveillance qui communiquent avec la machinerie cellulaire et l’expression du génome. Cette nouvelle synthèse présente donc les mitochondries végétales comme un hub multi-directionnel qui génère et perçoit des signaux moléculaires permettant à la cellule de réguler son fonctionnement lors de contraintes environnementales telles que les contraintes du changement climatique (sécheresse, chaleur).



Référence
Corentin Dourmap, Solène Roque, Amélie Morin, Damien Caubrière, Margaux Kerdiles, Kyllian Béguin, Romain Perdoux, Nicolas Reynoud, Lucile Bourdet, Pierre-Alexandre Audebert, Julien Le Moullec, Ivan Couée, Stress signalling dynamics of the mitochondrial electron transport chain and oxidative phosphorylation system in higher plants, Annals of Botany, Volume 125, Issue 5, 8 April 2020, Pages 721–736, doi.org/10.1093/aob/mcz184




Ivan Couee Annals Botany Avril2020
Mitochondrie végétale dans son environnement cellulaire (microphotographie électronique: Ivan Couée et Jean-Pierre Carde)



Pour en savoir plus
>>> Master mention Biologie, agrosciences, parcours Amélioration, production, valorisation du végétal (APVV) >>>
>>> Des étudiants de master se lancent dans le « creative writing » scientifique... et sont publiés dans la revue Global Change Biology >>>



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GLAZ, le projet CPER 2021-2027 sur l'environnement continental et littoral en Bretagne



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Objectif : construire une infrastructure de recherche pour anticiper et accompagner les transitions socio-environnementales

Un consortium de recherche associant 20 laboratoires de recherche de l’INRAE-Bretagne, de l’Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM), de la Maison des Sciences de l'Homme en Bretagne (MSHB) et de l’Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR) propose un méta-projet CPER, coordonné sur l’ensemble de la Région Bretagne (en coordination avec la Région Pays de la Loire puisque l’Observatoire des Sciences de l'Univers de Nantes Atlantique - OSUNA - y est associé), pour construire une infrastructure de recherche de niveau mondial capable de détecter, d’anticiper et d’accompagner les transitions socio-environnementales que les écosystèmes terrestres et côtiers vont connaître dans les décennies à venir. Ce projet est fondé sur la mise en réseau d’observatoires de recherche existants et déjà labellisés. Il mobilise l’ensemble des sciences de l’environnement et des géosciences, des sciences sociales et des sciences de la donnée pour doter les deux régions de moyens de recherche et d’observation ayant une forte visibilité internationale et répondant aux enjeux liés au changement climatique et à la pression anthropique sur l’environnement.

Les sites porteurs sont l'UniR (Projet Université de Rennes) et l'AUB (Alliance universitaire de Bretagne qui regroupe l'Université de Bretagne Occidentale, l’Université de Bretagne Sud et le directeur de l’ENIB) ; CNRS et INRAE pour les organismes de recherche au niveau national. Les établissements gestionnaires sont l’Université de Rennes 1 (y compris pour l'Université Rennes 2), l'UBO, l'UBS, l'INRAE-Bretagne.

Demandes budgétaires :
Demande principale : 10 644 000 €
Demandes reliées : immobilier (1 570 000 €) et numérique (855 000 €)



GLAZ OSUR IUEM

 

1 Glaz désigne en breton les nuances de couleur du bleu gris au turquoise en passant par le vert. Glaz est emblématique des dynamiques et complexités de cette continuité entre le continent et le littoral, entre les différents compartiments et trames de l'environnement que nous proposons d'aborder quels que soit la région et le temps passé, présent et futur.

 

Défis et objectifs : comprendre et prévoir les évolutions du continuum terre-mer, une spécificité régionale

Le projet cible l’évaluation des trajectoires du continuum terre-mer (incluant les espaces urbanisés) en y intégrant l’ensemble des déterminismes naturels incluant l’Homme. Le continuum terre-mer est l’échelle territoriale cohérente qui intègre les paysages continentaux, littoraux et marins, leurs évolutions, leurs fonctions dans leurs dimensions écologiques, hydrologiques, géologiques et sociétales. Les questions clés concernent :

  • La santé des écosystèmes sous contrainte: l’influence des activités humaines et des modes actuels d’occupation du sol sur les flux de matières au sein du continent et jusqu’à l’océan (i.e. nutriments, matière organique, sédiments, métaux, pesticides, plastiques, perturbateurs endocriniens, bactéries antibio-résistantes). Ces questions incluent la solidarité amont-aval, mais aussi les liens “ville-campagne” et “terre-mer”, et la gestion sociopolitique des activités humaines créant des dommages à la santé humaine et à la santé des écosystèmes aval et littoraux
  • La résilience des territoires et leur adaptation au changement : les relations qui lient structure des paysages, influence des sociétés actuelles et passées (occupation des sols, gestion des territoires et de leurs usages, perception), dynamique de l’environnement et des ressources (par ex. biodiversité, quantité et qualité des eaux continentales et littorales et des sols, climat urbain, valorisation des bio-ressources et économie circulaire), et ce que cela nous apprend des services rendus par les écosystèmes et des capacités de résilience de l’environnement
  • L'évaluation des risques et des scénarios prospectifs : ces approches intègrent aléas, enjeux et risques en considérant aussi les représentations sociales qui permettent d’appréhender, aux diverses échelles spatiales et temporelles, la complexité des dynamiques continentales et côtières, naturelles et anthropiques en tenant compte de leurs évolutions respectives.

 


GLAZ, un projet qui s’inscrit dans les axes prioritaires de l’Etat et des régions : transition environnementale et transformation numérique

Ce projet contribue aux grands enjeux de société tels que définis dans les Objectifs du Développement Durable de l’ONU (ODD), et particulièrement ceux sur l’adaptation au changement climatique et l’atténuation de ses effets (ODD 13), la préservation et la restauration des écosystèmes aquatiques et terrestres (ODD 14 et 15), les ressources en eau et en sol, en qualité et quantité (ODD 6), les transferts et transformations des contaminants, le cycle des éléments (ODD 6 et 15), l’émergence de villes et de communautés durables (ODD 11), l’amélioration de la santé humaine par l’amélioration de l’état des écosystèmes (ODD 3).

Logo ODD

Le projet s’intègre pleinement dans la problématique de transition environnementale et profite de la transformation numérique, notamment de l’intelligence artificielle pour

(1) contribuer à l’atténuation du changement climatique (par ex. stockage de carbone) et à l’adaptation à ses conséquences en s’appuyant sur les dynamiques régionales (Breizh’Cop, Breizh’Hin) et inter-régionales (Transition climatique)

(2) réduire l’impact environnemental des productions agricoles (terrestres, aquatiques, marines) et valoriser les services écosystémiques rendus par les agroécosystèmes, tout en assurant la sécurité alimentaire des populations (Transition agroécologique) et

(3) rechercher des équilibres entre les territoires (urbain/rural, continental/côtier), la résilience et la durabilité des espaces ruraux, urbains et littoraux en lien avec leur propre métabolisme, d’attractivité dans la  redistribution des activités professionnelles en relation avec la transition numérique (Transition socio-environnementale).

Dans le cadre de la SRDEI (Stratégie  régionale  de  développement  économique  et  d’innovation), le projet GLAZ se positionne sur 2 des 7 DIS (domaines  d’innovation  stratégiques) : au centre DIS7 de la région Bretagne “Observation et ingénieries écologique et énergétique au service de l’Environnement” et concerne aussi le DIS 1A (Démarches d’innovation sociales et citoyennes, dans « Innovations  sociales  et  citoyennes  pour  une  société  ouverte  et  créative ») et le DIS 4B (Images et contenus, dans « Technologies  pour  la  société  numérique »).

GLAZ 12 Travaux2

 

GLAZ : un outil de pilotage et de coordination régional, national et international

“GLAZ Environnement” structure les principaux établissements et centres de recherche sur l’Environnement de la région Bretagne (UR1, UR2, UBO, UBS, INRAE, CNRS) et leurs partenaires incluant l’ENSCR, Agrocampus Ouest, IFREMER, CEDRE, CEREMA. Il est opéré par les 2 observatoires de Rennes et Brest (OSUR, IUEM), la MSHB et l’INRAE Bretagne. Il est construit à l’échelle inter-régionale en synergie avec le projet de l’Observatoire de Nantes (OSUNA, région des Pays de la Loire).

“GLAZ Environnement” développe une plateforme inter-régionale pour étudier, anticiper et accompagner les transitions socio-environnementales. Il coordonne des structures régionales et nationales d’observation labellisées dans les Infrastructures de Recherche nationales incluant la Zone Atelier Armorique, la Zone Atelier Brest Iroise, l’Observatoire de Recherche sur les Agro-HydroSystèmes (AgrHyS), le SOERE Réseau National de Sites Hydrogéologiques H+, le SNO DYNALIT et le SNO Observil (en cours de labellisation).

“GLAZ Environnement” participe à la constitution des infrastructures de recherche nationales OZCAR (Observatoire de la Zone Critique), RZA (Réseau des Zones Ateliers) et ILICO (Infrastructure Littorale et Côtière). Il préfigure l’organisation européenne de l’observation sur les systèmes environnementaux continentaux eLTER (European Long-Term Ecological Research) et côtiers JERICO (Joint European Research Infrastructure for Coastal Observatories).

“GLAZ Environnement” participe également à d’autres structures d’observation sur l’environnement continental et côtier dont l’ORE DiaPFC (poissons diadromes dans les petits fleuves côtiers), le SNO COAST-HF (observation automatisée à haute-fréquence de paramètres physico-chimique), le SNO SOMLIT (Service d’Observation en Milieu Littoral), le SNO PHYTOBS (Observation du microphytoplancton) et l’Observation Régional des Risques Côtiers (OR2C) en Pays de la Loire. Il s’appuie sur les dispositifs d’expérimentation de longue durée tels que le dispositif EFELE sur l'effet du recyclage des produits organiques en agriculture (SOERE PRO, labellisé ANAEE, INRAE), le projet OSIRISC+ sur l’observatoire intégré des risques côtiers d’érosion submersion et le réseau d’observation haute-fréquence pour l’environnement côtier (ROEC, Ifremer).

GLAZ Carte BZH PDL

Le projet contribuera à l’attractivité des structures de recherche à travers la capacité à mobiliser des financements européens dans la poursuite de la dynamique actuelle. 77 des 154 projets européens obtenus en Bretagne sur la période 2014-2017 concernent des projets des sciences de la terre, de l’univers et de l’espace et des sciences agronomiques et écologiques (Bilan 2018 de l’observatoire régional H2020, Plateforme Projets Européens Bretagne-2PE).

 

Un chef d’orchestre :  AAA, une plateforme de coordination inter-régionale d’observation (Anthropogenic Atlantic lAndscape)

Pour être labellisé à l’échelle européenne en cohérence avec les infrastructures de recherche nationales, le consortium développe la plateforme de coordination inter-régionale d’observation Anthropogenic Atlantic Landscape (AAA). AAA est conçu pour fédérer l’ensemble des observatoires de l’environnement continental de Bretagne et l’OSUNA en Pays de la Loire, et vise à devenir un interlocuteur fort du réseau européen eLTER lorsque celui-ci sera pleinement opérationnel en 2022. Le consortium y participe à travers l’ORE AgrHyS, l’un des quatre sites français à avoir été retenus dans cette phase expérimentale.

Les communautés bénéficiaires sont les sciences de l'univers et les sciences de l'environnement y compris l’archéologie, l’agronomie, l’écologie, la géologie, la géographie et l’hydrologie. Le projet fait le lien entre les sciences biophysiques et les sciences humaines sur les questions d’environnement abordées.



Organisation du projet

Structuration


GLAZ Strategie
 

Les 4 axes qui structurent le projet s’appuient sur des laboratoires in-situ de l’environnement (Axe 1) en interaction avec des observatoires des interactions Hommes-Environnement (Axe 2) notamment grâce à des simulateurs virtuels de l’environnement pour faire émerger les scénarios et trajectoires futures (Axe 3) ; s'ajoute à ces 3 axes  un axe 4 qui vise à accroitre l’innovation dans les formations (non présenté ici).

 

GLAZ OSUR IUEM 2 

 

Axe 1 - Les laboratoires in-situ de l’environnement

  • Construction de la plateforme de coordination AAA
    • Infrastructure d’observation haute résolution de l’environnement pour suivre les flux d’énergie, d’eau et de matière verticaux (atmosphère, zone vadose->aquifère) et horizontal (aquifère->rivière->littoral) : réseau automatisé et haute résolution de capteurs météorologiques, piézométriques, phénologiques; tour à flux multiparamètres ; sondes multiparamétriques et pélagiques (pH, Nitrate, MES, Turbidité, COD, BBE, chlorophylle); support logistique pour l’opération des sites. Les ressources humaines importantes sont mises en priorité P2 pour cause d’incertitude d’éligibilité. Elles assureraient une mise en œuvre optimale de l’infrastructure régionale (qui ? UR1, UR2, UBO, INRAE-Agrocampus et OSUNA dans le partenariat inter-régional)
    • Levées de données aéroportées LiDAR et sur le terrain pour l'hydrochimie en nappe et en rivière qui nous servent à construire une base de données publique sur le territoire régional sur lequel nous construisons l'infrastructure (qui ? UR1, UR2, INRAE-Agrocampus. Sont également associés le CRESEB et l’OEB)
  • Développement de moyens d’observation multi-échelle/multiparamétrique des agro-hydro-écosystèmes et ressources naturelles pour suivre les changements environnementaux
    Un dispositif instrumental ambitieux est programmé  à travers l’acquisition de drones et ailes volantes, capteurs de sondes, des spectromètres et chromatographes
  • Développement de bancs expérimentaux innovant se rapprochant des conditions naturelles pour identifier les interactions et transferts entre les différents compartiments de l’environnement

 

Axe 2 - Les observatoires des interactions Hommes-Environnement
sont des infrastructures destinées au travail collaboratif, bidirectionnel, entre les chercheurs et les acteurs, décideurs et gestionnaires orientés vers la transformation des territoires dans une perspective socio-écologique. La technologie sera développée et mise au service d’une démarche collective de co-construction des questions et de recherche collective de solutions. Le financement de Ressources Humaines porté par la MSHB est crucial dans cet axe (1) pour conduire des enquêtes auprès des différents acteurs qui s’impliqueront dans l’observation comme dans l’expérimentation (sociologie, économie, sciences politiques et juridiques), (2) pour prendre en charge l’animation, tant au niveau de la structure proposée à l’échelle de la région, que pour la mise en lien des différents acteurs sur les territoires.

Axe 3 - Les simulateurs virtuels (au sein des centres régionaux Datarmor, Eskemm Data) et la détermination des scénarios et trajectoires futures nécessiteront le développement des capacités numériques dans leur ensemble (données, réseaux, modèles, IA) pour aborder les défis de la mise en réseau, de l’interopérabilité, de la compréhension des systèmes étudiés et de l’extrapolation spatiale et temporelle des connaissances. Les développements seront réalisés dans l’esprit de l’Open Science et des FAIR data et déployés dans les clusters régionaux (Datarmor, Eskemm Data).

 

GLAZ, un projet dans le droit fil des financements antérieurs

Ce projet s’appuie sur des investissements réalisés depuis 15 ans par les universités, les établissements nationaux (CNRS, INRAE) et l’ensemble des partenaires régionaux, nationaux et européens pour faire émerger des infrastructures de recherche sur l’observation long terme de l’environnement. Les financements précédents, y incluant le CPER Buffon « Environnement Continental : Observation, expérimentation et modélisation des dynamiques des paysages » 2021-2026 (8 M€), l’équipex CRITEX 2012-2018 (7 M€) nous permettent de faire partie des acteurs importants en France et en Europe.Ainsi, le CPER Buffon a financé le développement de l’expérimentation contrôlée en laboratoire des processus environnementaux et leur traduction sur des sites naturels ciblés. L’équipex CRITEX a financé des équipements pour l’exploration 4D de la zone critique à l’aide de techniques géophysiques non invasives (e.g. électrique, électromagnétique, sismique, thermique, géodésique, gravimétique….) et l’acquisition de mesures en temps réel à haute fréquence d’échantillonnage.

Ce  nouveau projet propose donc pour la première fois une plateforme régionale d’observation du continumm terre-littoral sur l’ensemble des compartiments environnementaux en interaction avec l’Homme.

Crédibilisé par les investissements et la structuration réalisés dans les 15 dernières années, il est destiné à faire de cette plateforme régionale l’une des principales références internationales. Il s’appuie sur les capacités de compréhension, de modélisation et d’expérimentation développées dans les projets précédents pour proposer des scénarios prospectifs de l’évolution de l’environnement.





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Jean-Raynald de Dreuzy (Directeur de l'OSUR) / @
Alain-Hervé Le Gall (OSUR multiCOM) / @


Des classes virtuelles... mais des vrais cours !



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Quand confinement et enseignement riment avec continuité pédagogique !

Le confinement bouleverse nos quotidiens et chamboulent nos habitudes de travail.

Dans la série #Rennes1ChezVous #1jour1témoin #ContinuitePedagogique proposée par l'université de Rennes 1, voici une série de témoignages d'enseignant.es en sciences de la Terre sur la continuité pédagogique et le plan de continuité des activités :


Olivier Bour Continuite Pedagogique
Olivier Bour (université de Rennes 1, Géosciences Rennes)



Florence Nicollin Continuite Pedagogique
Florence Nicollin (université de Rennes 1, Géosciences Rennes)



Luc Aquilina Continuite Pedagogique
Luc Aquilina (université de Rennes 1, Géosciences Rennes)




Et les étudiant.es reconnaissant.es ne sont pas en reste !

Les étudiant·es de 2e année de licence PCGS (Physique, Chimie, Géosciences, Science pour l’Ingénieur) ont envoyé à leurs enseignant·es un message : "Un grand merci à tous nos professeurs et à l'ensemble des services de l'Université de Rennes 1 pour la continuité pédagogique qu'ils ont réussi à mettre en place pendant le confinement. Merci d'être là pour nous !"





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Evolution des pratiques agricoles, stockage du carbone dans les sols et émissions de gaz à effet de serre


 AHLeGall    28/04/2020 : 09:57

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Effet à court terme de l'application du lisier de porc et de son digestat sur les propriétés biochimiques des sols et les émissions de composés organiques volatils

Dans les écosystèmes fortement anthropisés tels que les agroécosystèmes, le carbone organique du sol provient, outre des litières déposées à la surface, des apports de matières organiques résiduaires issues des activités industrielles, urbaines et/ou agricoles. Ainsi, en France, nous assistons à un changement d’usage des terres agricoles allant vers un recyclage de ces différents types de déchets, qualifiés de produits résiduaires organiques (PRO), en fertilisants organiques. De plus, au sein des exploitations agricoles il existe un développement exponentiel de la méthanisation pour la production de biogaz à partir de ces PROs, ce processus produisant un résidu appelé digestat, pouvant être lui-même utilisé comme fertilisant organique des sols agricoles.

Cette fertilisation organique permet le recyclage de déchets organiques générés par les activités humaines et est proposée comme alternative aux engrais minéraux qui se raréfient et sont source de pollution. Cependant, il est important de déterminer les impacts environnementaux de ces pratiques culturales et notamment leurs effets sur le stockage du C dans les sols et les émissions de gaz à effet de serre (GES). Ainsi, lors de la dégradation de la matière organique du sol (MOS), en plus du dioxyde de carbone (CO2) et du méthane (CH4), il a récemment été montré que les microorganismes émettent des composés organiques volatiles (COVs) qui constituent une perte supplémentaire de C du sol vers l’atmosphère et jouent un rôle comme précurseurs de GES dans l’atmosphère. Il existe donc un intérêt à étudier les émissions de ces gaz dont les COVs associées à la décomposition microbienne de ces nouvelles sources de matières organiques que sont les PROs et leurs digestats. De plus, alors que la diversité et la quantité de ces gaz carbonés émis du sol vers l’atmosphère dépendent à la fois de la composition de la matière organique qui sera biodégradée et des communautés microbiennes du sol impliquées dans cette biodégradation (Insam and Seewald, 2010), il est important de déterminer dans quelle mesure ces deux composantes du sol sont modifiées par les épandages de PROs et de digestats.

Cette étude s’est intéressée aux effets de la fertilisation organique des sols par du lisier de porc et son digestat de méthanisation sur la matière organique et les communautés microbiennes actives du sol ainsi que les conséquences en termes d’émission de CO2 et de COVs. Pour cela, des chercheurs de trois UMRs de l’OSUR (ECOBIO, Géosciences Rennes et l’Institut de Physique de Rennes) se sont associés afin de mobiliser des compétences interdisciplinaires en biologie des sols, écologie microbienne, géochimie et physique des gaz moléculaires. Ces travaux se sont également appuyés sur la plateforme EcoChim de l’OSUR ainsi que sur le site EFELE du SOERE-PRO piloté par l’UMR SAS, elle-même associée à l’OSUR.

A partir d’une expérimentation en conditions contrôlées, nous avons montré que les apports de lisier de porcs avaient un effet immédiat plus important sur la matière organique du sol que ceux de son digestat. En effet, ils ont entrainé une augmentation de la proportion de composés phénoliques dans le sol. Ces molécules étant relativement récalcitrantes à la dégradation microbienne, l’augmentation de la teneur en carbone dissous dans le sol fertilisé avec le lisier de porcs était plus durable (au moins 30 jours) que dans le cas des apports de digestat.

Les deux PROs sont une source exogène de microorganismes et leurs apports entraînaient une augmentation immédiate de la biomasse microbienne. En analysant la réponse des communautés microbiennes actives dans les sols, nous avons observé que les communautés de champignons et d’archées étaient plus affectées dans leur composition que celle des bactéries (Figure 2). Ces différences proviennent probablement de la moindre abondance des champignons et des archées dans les sols agricoles et donc de plus grande sensibilité à l’inoculation de ces communautés présentes dans les PROs.

Malgré ces changements observés dans la matière organique et les communautés microbiennes du sol, les émissions de CO2 dans les différents traitements (sol sans apport et sols ayant reçu du lisier ou son digestat de méthanisation) n’étaient pas significativement différentes tout au long de l’incubation qui a duré 60 jours au total. Cependant, des changements ont été observés au niveau des émissions de COVs. Quelque soit le traitement, l’acétone, le 2-pentanone et le diméthylsulfide étaient les COVs majoritaires parmi ceux mesurés. Directement après les apports, le lisier de porcs entrainait une émission totale de COVs plus importante que son digestat mais cette différence ne se maintenait pas dans le temps. Cette expérimentation nous a également permis de mettre en évidence l’absence de lien qui peut exister entre la production de COVs par les microorganismes du sol lors de la dégradation de la matière organique et les émissions de COVs par les sols que nous avons mesurés. En effet, dans les sols, les COVs émis constituent une source de carbone pour les microorganismes qui peuvent alors les consommer. De plus, ces molécules organiques peuvent également être adsorbées dans le sol qui agit alors comme un puits de COV. Ces différents processus constituent donc un filtre entre la production des COVs par les microorganismes dans le sol et leur émission vers l’atmosphère.

Ce travail a mis en évidence des différences d’impacts des deux fertilisants sur certaines propriétés du sol et l’effet des digestats nécessite de plus larges études notamment sur le terrain. Au sein de l’OSUR, cette étude a permis d’initier une collaboration toujours d’actualité sur les émissions de COVs par les microorganismes du sol lors de la dégradation de la matière organique.

 

 

 

Cecile Monard Applied Soil Ecology Mars2020 Fig1
Figure 1 : Concentrations en carbone organique dissous (DOC par mL de lisier ou par g de sol sec – valeurs au dessus des cercles) et composition en acide gras, carbohydrates, lignine, composés phénoliques et methylindole de la matière organique extractible à l’eau (proportion de composés analysés) dans le lisier de porcs, son digestat de méthanisation et dans le sol de surface des microcosmes (0-10 cm de profondeur) ayant reçu de l’eau (control soil), du lisier de porcs (soil + PS) ou du digestat de lisier de porcs (soil + DPS) juste après (0), 30 et 60 jours après les apports.



Cecile Monard Applied Soil Ecology Mars2020 Fig2
Figure 2: Richesses des communautés microbiennes et proportions en bactéries, champignons et archées actifs dans le sol contrôle (bleu) et les sols ayant reçu du lisier de porcs (orange) ou du digestat  de lisier de porcs (vert) juste après les apports (0 day) et après 30 et 60 jours d’incubation.

 

Référence
Cécile Monard, Laurent Jeanneau, Jean-Luc Le Garrec, Nathalie Le Bris, Françoise Binet. Short-term effect of pig slurry and its digestate application on biochemical properties of soils and emissions of volatile organic compounds, Applied Soil Ecology, Elsevier, 2020, 147, pp.103376. doi.org/10.1016/j.apsoil.2019.103376


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Les changements évolutifs induits par les activités humaines peuvent influencer le fonctionnement de l’écosystème



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Exemple chez le poisson asiatique médaka

Les activités anthropiques affectent la faune et la flore notamment car ils sont responsables de changements évolutifs majeurs chez les organismes sauvages. Un des exemples les plus connus en écologie concerne l’évolution des traits biologiques des organismes liée à l’exploitation des ressources. En effet, des activités comme la pêche et la chasse sélectionnent de manière non aléatoire les individus. Les techniques de pêche sont par exemples conçues pour favoriser la prise préférentielle des plus gros poissons, c’est-à-dire ceux maximisant le rendement économique. Cette mortalité non aléatoire favorise la survie des individus de petites tailles et modifie donc la fréquence des gènes au sein des populations, le matériel génétique des individus reproducteurs de petite taille étant préférentiellement transmis au cours des générations. Ainsi, les populations exploitées deviennent rapidement composées de petits individus à croissance lente et maturité précoce, ce qui modifie leur dynamique et peut se traduire dans des cas extrêmes par un effondrement des populations. Même si les conséquences évolutives de ces activités anthropiques sur les individus - et à plus large échelle les communautés - sont bien connues, leurs conséquences sur le fonctionnement des écosystèmes restent peu explorées.

Le cycle des nutriments est au cœur du fonctionnement des écosystèmes et influence par exemple la teneur en CO2 dans l’atmosphère ou la fertilité des sols. Dans les milieux aquatiques, les poissons sont des acteurs clés du cycle des nutriments via l’absorption d’éléments (carbone C, azote N, phosphore P etc.), leur transfert dans la chaine alimentaire et leur reminéralisation sous forme de nutriments directement assimilables par les organismes autotrophes tels que les algues. La composition en éléments des poissons est influencée par les conditions environnementales du milieu (température, compétition pour la nourriture) mais également par leurs caractères intrinsèques (croissance, investissement dans la reproduction etc.). Si les activités anthropiques modifient les caractères biologiques des individus, on peut alors se demander comment cela affecte leur composition en éléments et donc finalement le fonctionnement des écosystèmes ?

Pour répondre à cette question, une équipe internationale pilotée par Charlotte Evangelista (Centre for Ecological and Evolutionary Synthesis, University of Oslo, Norway) dans laquelle on retrouve Eric Edeline (ESE, INRAE) a étudié la composition en C, N et P chez deux lignées de médaka, un petit poisson asiatique utilisé en écologie expérimentale. Les deux lignées ont été préalablement sélectionnées artificiellement en laboratoire pour mimer soit une réponse évolutive induite par la pêche (individus à croissance lente et maturité précoce), soit une réponse évolutive plus proche de celle rencontrée dans les milieux naturels non soumis à la pêche (individus à croissance rapide et maturité retardée). Ces médakas ont ensuite été transférés dans des mares expérimentales où, durant 3 mois, ils se sont nourris naturellement d’organismes planctoniques et autres macroinvetrébrés.



Edeline Fig1

Edeline Fig2
Mares et dispositifs expérimentaux



Les chercheurs ont montré que les médakas de la lignée mimant l’effet de la pêche avaient une teneur réduite en azote, démontrant ainsi que l’évolution en réponse à l’exploitation par les humains peut modifier le cycle des nutriments. Les médakas à croissance lente et maturité précoce ont été observés comme étant moins habiles dans l’acquisition de nourriture que leurs congénères, ce qui pourrait expliquer leur plus faible composition en azote. De plus, ces mêmes médakas avaient des teneurs en carbone réduites et des ratios C/N également réduits (teneur en N élevé par rapport au C) en forte compétition, c’est-à-dire quand la densité de poisson était élevée. Le carbone est le principal constituant des lipides, ces derniers jouant un rôle primordial dans le processus de reproduction puisqu’ils sont par exemple essentiels pour la formation des œufs. On peut alors penser qu’en condition défavorable (i.e. une forte compétition), les médakas initialement sélectionnés pour se reproduire précocement, investissent moins dans la reproduction et donc accumulent moins de lipides. En revanche, la composition des médakas sélectionnés pour des croissances rapides et une maturité retardée n'était pas affectée par des changements de densité, sans doute parce que ces médakas possèdent une meilleure capacité à acquérir et assimiler la nourriture.

Ces travaux originaux permettent de mettre en évidence des voies inattendues par lesquelles les humains peuvent modifier le fonctionnement des écosystèmes. Ils soulignent le fait que les activités anthropiques ne sont pas seulement responsables du déclin du nombre des espèces, mais modifient également la variabilité des traits au sein d’une même espèce, ce qui peut en retour avoir des conséquences sur le fonctionnement des écosystèmes dont les sociétés humaines dépendent. Enfin, ces travaux illustrent l’intérêt de la multidisciplinarité, en montrant qu’une compréhension fine de la réponse des écosystèmes aux perturbations nécessite d’intégrer les connaissances et les approches de la biologie évolutive, de l’écologie et de la biogéochimie.



Référence
Charlotte Evangelista, Beatriz Diaz Pauli, Leif Asbjørn Vøllestad, Eric Edeline. Stoichiometric consequences of size-selective mortality: An experimental test using the Japanese medaka (Oryzias latipes), Science of The Total Environment, 724, 2020, 138193, doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138193



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