ChinaCATCH : une collaboration OSUR-Chine ambitieuse


 AHLeGall    25/02/2019 : 12:22

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Un méga projet d’aménagement… à la mesure de la Chine

Le projet ChinaCatch qui vise à développer une collaboration entre l'OSUR et la Chine (Institut d'Hydrobiologie de Wuhan et Université Normale de Nanyang) vient d'être accepté par le Programme XU GUANGQI 2019, programme intégré aux Partenariats Hubert Curien (PHC) géré par Campus France pour le compte du ministère de l'Europe et des Affaires étrangères. Cette réussite fait suite à une première mission exploratoire réalisée en 2017 par trois chercheurs de l'OSUR (Rémi Dupas, Sen Gu et Gérard Gruau) et va permettre de sceller la collaboration initiée à cette occasion, notamment via une deuxième mission plus conséquence en termes de participants et la soumission d'ici à la fin de l'année 2019 d'un projet plus ambitieux de type ANR Franco-Chinois.

 

Le projet ChinaCATCH est un projet de collaboration internationale entre la France (OSUR) et la Chine (Institut d’Hydrobiologie de Wuhan & Université de Nanyang) visant à installer et à mettre en œuvre un observatoire long-terme de la qualité de l’eau dans le bassin d’alimentation du réservoir de Danjiangkou en Chine Centrale. Ce réservoir constitue la principale ressource alimentant Pékin et sa région en eau : sa préservation constitue un enjeu capital pour la Chine. Concrètement, il s’agit de déterminer les conditions du déploiement d’une agriculture durable dans les bassins versants alimentant ce réservoir, dans le contexte du changement climatique et de la forte dynamique de changements d’usage des terres que connait actuellement la Chine. Le projet a déjà bénéficié d’une mission visant à jeter les bases d’une collaboration entre l’OSUR et les partenaires chinois, début 2018. Il s’agit donc d’entrer maintenant dans la phase concrète du choix et de l’équipement des sites constitutifs de l’observatoire.

Les chercheurs de l'OSUR impliqués dans le projet sont : Rémi Dupas (INRA, UMR SAS), Anne Jaffrézic (Agrocampus Ouest, UMR SAS), et pour le CNRS Laurent Jeanneau (Géosciences Rennes), Emilie Jardé (Géosciences Rennes), Jean-Raynald de Dreuzy (Géosciences Rennes), Sen Gu (Géosciences Rennes), Alain Crave (Géosciences Rennes), Gérard Gruau (Géosciences Rennes, porteur officiel de ce projet), Thomas Corpetti (LETG-Rennes), Samuel Corgne (LETG-Rennes).

A noter que le financement XU GUANGQI vient compléter un financement déjà accordé pour 2019 à ce projet par la commission Recherche de l'OSUR, au titre de l'appel d’offre interne « Collaborations internationales ».

 

ChinaCATCH : un méga projet d’aménagement… à la mesure de la Chine

Assurer l'approvisionnement en eau des populations, aussi bien en qualité qu'en quantité, est un défi majeur pour de nombreux pays à la surface du globe. La Chine ne fait pas exception, et la sécurité de l'approvisionnement en eau est depuis longtemps une préoccupation majeure des autorités chinoises. A cet égard, le projet de transfert d'eau Sud-Nord est un méga projet d'infrastructure de plusieurs décennies en République populaire de Chine, visant à transférer de l'eau de certaines régions pluvieuses de Chine (au sud) vers des régions plus arides (au nord). L'objectif ultime du projet est de canaliser 44,8 milliards de mètres cubes d'eau douce par an du fleuve Yangtsé, dans le centre de la Chine, vers la partie nord plus aride et industrialisée de la Chine. Ce méga projet comprend trois systèmes de canaux :

  • la Route de l'Est, le long du Grand Canal
  • la Route centrale, qui va du cours supérieur de la rivière Han (affluent du Yangzi) jusqu'à Beijing (Pékin) et Tianjin
  • la Route de l'Ouest, qui part de trois affluents du fleuve Yangtsé près de la montagne Bayankala pour rejoindre des provinces comme Shanxi, la Mongolie intérieure, etc..

 

La Route Centrale, qui dessert Pékin et les villes tout le long de son parcours, a été construite de 2003 à 2014, et a commencé le transfert de l'eau depuis le 12 décembre 2014. La réserve de Danjiangkou est la principale source d'eau de cette route, et des politiques de gestion doivent être développées pour ce réservoir et ses bassins versants pour protéger la qualité de l'eau des sources de pollutions ponctuelles ou diffuses. Les pollutions ponctuelles susceptibles d'affecter le réservoir du Danjiangkou, telles que les eaux usées industrielles et municipales, ont déjà été efficacement contrôlées par des politiques strictes et efficaces. Aujourd'hui, la lutte contre la pollution diffuse d'origine agricole est devenue l'objectif principal du gouvernement.


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Dans les bassins versants du réservoir, les systèmes agricoles sont caractérisés par la dispersion spatiale des champs, des pratiques agricoles variables et des stratégies de fertilisation non normalisées. Toutes ces caractéristiques rendent difficile l'estimation de la charge annuelle de nutriments transférés dans le réservoir, sa réactivité chimique, ainsi que les caractéristiques de leurs voies de transfert du sol vers les eaux de surface. Par conséquent, il n'est pas possible à l'heure actuelle d'évaluer en profondeur les risques que les pratiques agricoles actuelles font peser sur l'état trophique et la qualité de l'eau du réservoir, ni d'identifier quelles seraient les meilleures stratégies de gestion durable des systèmes agricoles pour prévenir ou minimiser ces risques à moyen et long terme. Et tout cela intégré à la perspective du changement climatique qui affecte la Chine comme le reste du monde.

 

Ainsi, le contexte général de ce projet de recherche soumis à l'appel Xu Guangqi 2019 est d'évaluer les principales caractéristiques de la pollution diffuse induite par les systèmes agricoles actuellement mis en œuvre dans la région amont du réservoir Danjiangkou, afin d'identifier les pratiques agricoles et les stratégies de gestion des terres qui sont durables tant sur le plan économique que social.

Bien qu'il existe en Chine un grand nombre de recherches sur les sources, le comportement et l'atténuation de la pollution diffuse de l'eau par l'agriculture, il reste difficile de replacer ces éléments dans un contexte pratique, à grande échelle spatiale, pour éclairer les politiques. Comprendre le comportement des polluants (nutriments, sédiments, microbes et pesticides) et l'efficacité des stratégies d'atténuation nécessite de nouvelles stratégies interdisciplinaires, y compris l'installation d'ensembles de bassins versants instrumentés sur lesquels les pratiques agricoles actuelles et alternatives peuvent être évaluées et testées, une stratégie qui fait actuellement défaut dans cette partie de la Chine.

Ainsi, la proposition de recherche de l’équipe osurienne – pluri et interdisciplinaire par essence - vise à mettre en place une plateforme physique (observatoire de terrain) composée de quatre bassins versants instrumentés dans lesquels des approches pour la caractérisation de la pollution actuelle des eaux agricoles diffuses seront d'abord mises en oeuvre (incluant l'estimation des flux de nutriments, la détermination de la spéciation des nutriments, la caractérisation des voies d'acheminement de l'eau et des nutriments, la détermination des effets combinés des usages du sol, la géomorphologie du sol et les impacts climatiques sur les émissions des nutriments, etc...) ; puis, dans un second temps, des approches pour la réduction de la pollution diffuse des eaux agricoles (i.e. la mise en place de zones tampons construites, les changements dans les systèmes agricoles et/ou les types de cultures/de production alimentaire, etc...) seront testées expérimentalement et améliorées de manière itérative à l'échelle du bassin versant.

 

Au-delà de l'enjeu stratégique pour la Chine de préserver la qualité de sa ressource en eau qui alimente Pékin et ses environs, le premier point fort de la démarche de l’OSUR a été de s'appuyer sur une mission de reconnaissance préliminaire qui s'est déroulée en mai 2018 dans la zone du réservoir de Danjiangkou, et qui a réuni les membres des équipes française et chinoise impliquées. Cette mission a permis de vérifier la faisabilité de la mise en place dans cette zone d'un réseau de captages instrumenté dédié au suivi et à la quantification des dynamiques et flux de pollution diffuse ; également, de comprendre comment les pratiques agricoles et les politiques de gestion des terres actuelles maîtrisent ces dynamiques et flux de pollution.

Un deuxième point fort de ce projet est de mettre en relation des équipes françaises ayant une longue expérience dans l'installation et la gestion d'observatoires de la qualité de l'eau dans les zones agricoles et disposant de toutes les compétences nécessaires sur le terrain (voir https://www6.inra.fr/ore_agrhys et http://portailrbv.sedoo.fr/?locale=fr#CMSConsultPlace:HOME), avec des équipes chinoises alliant une forte expertise des pratiques agricoles locales et des politiques locales en matière de gestion des terres, ainsi que de l'analyse des formes chimiques et de biodisponibilité des nutriments par rapport aux questions de lutte contre les diverses formes d’eutrophisation.

Enfin, un dernier point fort de ce projet, et non des moindres, est que les équipes française et chinoise ont déjà à leur actif des publications communes, attestant de leur capacité à mener des projets de recherche communs.

 

Les sites de recherche identifiés

Quatre petits bassins versants représentatifs de la diversité des pratiques agricoles dans la zone du réservoir de Danjiangkou et situés dans le comté de Xichuan, Nanyang, ont été sélectionnés pour constituer les quatre premières briques de la plateforme de captage.


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Fig2
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Et maintenant ?

L'objectif du projet désormais financé (le financement est modeste, 4000 euros) est de permettre le voyage en Chine de 5 chercheurs français en 2019, dont un post-doctorant chinois travaillant actuellement dans un des laboratoires français (Sen Gu à Géosciences Rennes). Ce financement modeste doit néanmoins ouvrir des perspectives et nourrir des ambitions plus vastes.

A travers cette seconde mission, l’OSUR souhaite

1) renforcer la coopération initiée en mai 2018

2) définir précisément les types d'instruments et de stratégies de suivi qui seront mis en œuvre à la sortie de chaque bassin versant

3) déterminer l'ensemble des données de base à acquérir sur les caractéristiques géomorphologiques, pédologiques et hydrologiques de chaque bassin versant, ainsi que sur les activités agricoles qui s'y déroulent, afin de pouvoir interpréter les données relatives à la qualité de l'eau et comprendre comment celles-ci répondent aux pratiques agricoles actuelles et aux politiques de gestion durable

4) identifier les pratiques agricoles spécifiques ou les politiques de gestion des terres qui pourraient avoir des effets positifs sur la qualité de l'eau et qui pourraient éventuellement être déployées sur chaque bassin versant pour minimiser les émissions de nutriments et assurer une bonne qualité de l'eau sur le long terme

5) enfin, rédiger avec la partie chinoise un projet de recherche sur 3 ans qui sera soumis dans le cadre des appels d’offres des deux pays (NSFC-ANR ou NSFC-CNRS) afin d’instrumenter les sites et de lancer des programmes de recherche conjoints.

 

Références

  1. Gu, Y. Qian, Y. Jiao, Q. Li, G. Pinay and G. Gruau (2016) An innovative approach for sequential extraction of phosphorus in sediments: ferrous iron phosphorus as an independent P fraction. Water Research, 103: 352-361.
  2. Gu, G. Gruau, R. Dupas, P. Petitjean, Q. Li and G. Pinay (2019) Respective roles of Fe-oxyhydroxide dissolution, pH changes and sediment inputs in dissolved phosphorus release during reduction of wetland soils. Geoderma (soumis).



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De gauche à droite : Philippe Maurin, attaché scientifique au consulat de France à Wuhan, Gérard Gruau (Géosciences Rennes), Professeur Qingman Li (Institut d'Hydrobiologie de Wuhan), Rémi Dupas (UMR INRA SAS) et Sen Gu (Post-doctorant en poste à l'OSUR)


 

 

Contact OSUR

Gérard Gruau (Géosciences Rennes) / @


Focus sur la collaboration scientifique OSUR France Nouvelle-Zélande avec les projets AntarctPlantAdapt et VinAdapt



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Un jalon scientifique important pour la Nouvelle-Zélande et la France : lancement des 2 premiers "laboratoires communs sans murs" (LIA)

2 projets mais un point en commun : l'adaptation au changement climatique !

Un Laboratoire International Associé (LIA), aussi appelé "laboratoire sans murs", est l'un des cinq programmes développés par le CNRS pour donner une visibilité institutionnelle à la coopération stratégique de l’organisme :

- Projet de Recherche Conjoint (PRC),

- Réseau de Recherche International (IRN)

- Unité Mixte Internationale (UMI)

- Projet International de Coopération Scientifique (PICS)

- Laboratoire International Associé (LIA).

Les partenaires peuvent mettre en commun leurs ressources humaines et matérielles pour mener à bien un projet de recherche pendant une période de 5 ans (avec l’année de préfiguration), renouvelable une fois pour 4 ans.

 

Projet AntarctPlantAdapt

Françoise Hennion (ECOBIO, CNRS, Université de Rennes 1) et Peter Lockhart de l'Université de Massey (NZ) ont signé en novembre 2018 un accord pour officialiser le premier "laboratoire sans murs", entre la Nouvelle-Zélande et la France (NB : Le LIA est rédigé et déposé par le porteur français ; la convention internationale en est en cours de finalisation et de signature).

Au cours des quatre années 2018-2021, les deux groupes de recherche étudieront l'adaptation au changement climatique des plantes subantarctiques et alpines du sud de la Nouvelle-Zélande. Il s'agit d'un jalon important pour les collaborations scientifiques, car un tel niveau de coopération structurelle n'avait jamais été atteint entre les deux pays.

« Les îles subantarctiques et les régions alpines de Nouvelle-Zélande ont des climats froids et comportent peu d’espèces. De ces faits, ces deux régions sont très exposées aux impacts des changements climatiques. Elles constituent ainsi des postes avancés pour comprendre les impacts de ces changements sur les espèces. Comprendre la capacité des espèces à répondre à court terme et s’adapter au long terme à ces changements est crucial : pour la mise en place de mesures de conservation non seulement pour ces espèces mais bien au-delà, pour les espèces végétales vivant dans de nombreux autres environnements affectés. Notre programme combinera différentes études pour examiner les origines et l’évolution des flores et de modèles de plantes subantarctiques et alpines de Nouvelle-Zélande ainsi que le potentiel des espèces contemporaines à s'adapter aux changements climatiques actuels et futurs. Nous développons une recherche interdisciplinaire impliquant la phylogénie, de nouvelles méthodes de calcul, la transcriptomique, la métabolomique, la cytogénétique, et des analyses de la variation des traits le long de gradients abiotiques et biotiques.» Françoise Hennion, chercheur au CNRS à ECOBIO (Rennes, France).

Françoise Hennion est chercheure à ECOBIO au sein de l’équipe « Evolution, Structure, et Dynamique de la Diversité ». En tant qu'écologiste de l'évolution des plantes, elle étudie le potentiel des espèces végétales à répondre au changement climatique. Sa carrière est centrée sur la flore subantarctique (îles Kerguelen françaises notamment) dont elle a notamment étudié les adaptations écophysiologiques et développe depuis plusieurs années des travaux collaboratifs en phylogénie, biogéographie et génétique à travers le programme PlantEvol de l’IPEV.

>>> En savoir plus
Scientific milestone for New Zealand and France: Launch of the first joint “laboratory without walls”
La biodiversité végétale dans les Iles Subantarctiques : évolution, passée et future, dans les environnements changeants

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Françoise Hennion sur le terrain aux îles Kerguelen




Projet VinAdapt

Créé en 2019, le projet VinAdapt mené par des scientifiques de l'Université de Canterbury (NZ) et l'UMR6554 LETG-Rennes (CNRS, université Rennes 2) avec à sa tête Hervé Quénol, va développer des scénarios d'adaptation des agrosystèmes, et en particulier de la viticulture, aux changements climatiques.

Ce partenariat formel est le deuxième " laboratoire sans murs ", i.e. un LIA, jamais lancé entre la Nouvelle-Zélande et la France, permettant la mise en commun des ressources humaines et matérielles et représentant une reconnaissance formelle d'une collaboration scientifique d'excellence de longue date.

Le titre complet du projet est "Scénarios à haute résolution pour l'adaptation des agrosystèmes au changement climatique : application à la viticulture". Ce projet international implique des géographes, climatologues, agronomes et professionnels du vin pour développer des scénarios d'adaptation au changement climatique à l'échelle du vignoble.

Les possibilités d'adaptation au changement climatique à moyen et long terme seront évaluées en combinant des simulations du climat futur à petite échelle avec des modèles de culture de la vigne et des pratiques culturales des viticulteurs. Cette méthodologie, basée sur la mesure et la modélisation agro-climatiques et développée spécifiquement pour la viticulture, sera applicable à d'autres agrosystèmes.

Les scénarios seront construits et appliqués dans les régions viticoles françaises et néo-zélandaises.

Hervé Quénol est directeur de recherche  au LETG-Rennes et actuellement, en mission longue-durée en tant que chercheur invité à l'Université de Canterbury. En tant que géographe-climatologue, ses recherches portent sur les interactions entre le climat et les activités anthropiques, et plus particulièrement dans le secteur viticole.Il dirige en outre le projet européen Environnement-LIFE intitulé ADVICLIM "ADaptation de la VIticulture au changement climatique" : Observations à haute résolution de scénarios d'adaptation pour la viticulture" (2014-2019).

>>> Pour en savoir plus

Quenol 
Vignoble de la région de Marlborough (Nouvelle-Zélande)

 

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Françoise Hennion (ECOBIO) / @
Hervé Quénol (LETG-Rennes)
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Camille Vautier (Géosciences Rennes) reçoit un Prix AGU


 AHLeGall    21/02/2019 : 12:51

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AGU Outstanding Student Presentation Award 2018

Ce prix prestigieux n'est décerné qu'aux 5 % des meilleurs étudiants participants. Il a été décerné à Camille Vautier en thèse à l'université de Rennes 1 au labo Géosciences Rennes, lors du Fall meeting de l'AGU qui s'est tenu à Washington DC les 10-14/12/18.

La conférence annuelle de l'American Geophysical Union est le plus grand évènement scientifique mondial en sciences de la Terre. Camille y a fait une intervention sur l'évaluation de notre capacité à prédire les concentrations en nitrates dans l'eau souterraine : "Evaluating our ability to predict future nitrate concentrations in groundwater based on a few key-measurements".

L'AGU est une organisation de géophysiciens qui compte plus de 50 000 membres provenant de 130 pays. Les activités de l'AGU sont concentrées sur l'organisation et la dissémination de l'information scientifique dans le domaine des Géosciences au sens large. Chaque année, l’AGU organise le plus grand congrès mondial sur les sciences de la Terre et de l’Univers avec 22 000 à 26 000 participants de tous les continents.

En savoir plus
>>> AGU Fall Meeting Washington DC, 10-14 dec 2018
>>> AGU website


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Camille Vautier (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @


Une espèce de spartine utile à la phytoremédiation ?



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Article dans Plant Science

Illustration :
© Sciences Ouest, 342 (mai 2016) "Ils attaquent la pollution par les racines"
https://www.espace-sciences.org/sciences-ouest/342/actualite/ils-attaquent-la-pollution-par-les-racines



Une espèce de spartine utile à la phytoremédiation ? Ou comment passer de la génomique environnementale à l'ingénierie environnementale

Le succès écologique des espèces polyploïdes (i.e. qui possèdent plus de 2 lots complets de chromosomes) se traduit souvent par de meilleures capacités à coloniser des environnements contraignants, généralement associés à des niveaux de tolérance aux stress plus larges comparativement aux espèces diploïdes apparentées (i.e. possédant deux lots de chromosomes homologues (2n = 2x). Chez les espèces allopolyploïdes (polyploïdes d’origine hybride) caractérisées par la réunion et la duplication de génomes divergents, la combinaison des mécanismes d’hybridation et de polyploïdie est responsable d’un « choc » et d’une redondance génomique. Ces deux évènements induisent des changements sur les plans génétiques et épigénétiques, susceptibles de produire de nouveaux phénotypes (ensemble des caractères apparents d'un individu) potentiellement adaptatifs.

L’étude des mécanismes de tolérance aux stress dans un contexte de spéciation allopolyploïde reste un domaine encore peu caractérisé. Dans le cadre d’une thèse soutenue en décembre 2018 et menée au sein de l’équipe "Évolution, Génomes, Adaptation" de l’UMR CNRS ECOBIO (Armand Cavé-Radet ; Dir. : A. El Amrani, A. Salmon et M. Ainouche), une étude visant à explorer les mécanismes de tolérance des plantes aux xénobiotiques organiques de la famille des HAPs (Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques) chez les spartines (plantes polyploïdes colonisant les marais salés côtiers et exposées de façon récurrente aux marées noires) a récemment été publiée dans la revue Plant Science en janvier 2019. Ce travail repose sur une approche comparative sur un modèle de spéciation allopolyploïde récente (environ 150 ans), constitué des espèces parentales hexaploïdes (2n = 6x) S. alterniflora (parent maternel) et S. maritima (parent paternel), et de l’allopolyploïde S. anglica (2n = 12x) qui résulte de la duplication du génome de leur hybride F1 S. x townsendii. Ce modèle permet notamment de tester l’effet de l’allopolyploïdie sur l’évolution de la tolérance aux xénobiotiques.

Des analyses aux niveaux anatomiques, biochimiques et moléculaires ont été réalisées. Ces analyses réalisées en conditions in vitro en présence ou non de phénanthrène (HAP modèle) ont porté sur la mesure des capacités photosynthétiques, la révélation de marqueurs de stress oxydant, et la compartimentation cellulaire des xénobiotiques au sein des tissus foliaires de chacune des espèces. Ce travail présente les premières données disponibles sur les capacités de tolérance aux HAPs au sein du genre Spartina en comparant plusieurs espèces dans un contexte de spéciation par allopolyploïdie. Rappelons que le phénanthrène est un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP) ; c’est un composé organique toxique qui fait partie des polluants organiques persistants (POPs). On le trouve dans l'environnement surtout dans les sols et les sédiments.

Les analyses effectuées sur l’appareil photosynthétique montrent que la présence de phénanthrène n’affecte pas les capacités photosynthétiques chez S. anglica, à l’inverse des espèces parentales (baisses significatives du ratio Fv/Fm et des contenus en pigments photosynthétiques chez S. alterniflora et S. maritima). De plus, les données issues de l’évaluation du stress oxydant révèlent un impact limité des xénobiotiques chez S. anglica et S. alterniflora par rapport à S. maritima (présentant un stress oxydant prononcé). Ces mêmes disparités ont été retrouvées concernant les stratégies de compartimentation plus restreintes, et le dosage supérieur des xénobiotiques chez le parent paternel. On observe également sur le long terme des phénotypes de nécrose des tissus foliaires chez les espèces parentales tandis que S. anglica ne présente pas d’impact du stress sur son phénotype.

En complément, basée sur un ensemble de 52 gènes du xénome identifiés chez Arabidopsis et potentiellement impliqués dans les mécanismes de détoxification du phénanthrène, la recherche de gènes homologues a été réalisée chez Spartina en utilisant les ressources génomiques et transcriptomiques développées au laboratoire. L’analyse d’expression de gènes homologues aux GSTs (Glutathion-S transférases) a révélé des changements d’expression suite à l’évènement de spéciation et en réponse au stress.

Les résultats obtenus mettent en avant un meilleur niveau de tolérance au phénanthrène chez S. anglica par rapport aux espèces parentales, et notamment S. maritima qui semble l’espèce la plus sensible au phénanthrène. Ainsi, l’espèce néo-allopolyploïde S. anglica représente un candidat intéressant à considérer pour la dépollution des marais salés contaminés aux HAPs.



Référence :
Cavé-Radet A, Salmon A, Lima O, Ainouche ML, El Amrani A. 2019. Increased tolerance to organic xenobiotics following recent allopolyploidy in Spartina (Poaceae). Plant Science 280: 143–154. https://doi.org/10.1016/j.plantsci.2018.11.005.


Contact OSUR
Armand Cavé-Radet / @
@ ; @ ; @ ; Oscar Lima
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @



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S. anglica sur son habitat naturel (Château Richeux, Ile et Vilaine, France ; Crédit M. Ainouche)


Apport d’insectes d’origine aquatique dans les agroécosystèmes : état des lieux et perspectives en agroécologie



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Article dans STOTEN

Depuis son apparition il y a environ 12000 ans lors du Néolithique, l’agriculture a subi un long mais fabuleux processus d’amélioration : développement de nouveaux outils et mécanisation, spécialisation des cultures, fertilisation et lutte contre les ravageurs et maladies, et plus récemment une percée des nouvelles technologies. Grâce à ces évolutions, l’agriculture a pu soutenir une croissance démographique exponentielle de la population humaine, passant de 5 millions d’habitants durant le Néolithique à environ 7 milliards aujourd’hui. Mais à quel prix ! On le sait aujourd’hui, l’agriculture est responsable d’un ensemble de dégradations sur l’environnement qui mettent en péril son fonctionnement : érosion des sols, pollution des sols et des rivières, perte de biodiversité, etc. Aussi aujourd’hui, une très large majorité de la communauté scientifique encourage à changer de modèle agricole et à adopter une démarche agroécologique. Cette démarche a pour ambition de réconcilier production agricole et nature. Elle propose de s’appuyer de façon plus intensive sur les processus écologiques naturels tout en conservant le même objectif de nourrir l’humanité. Pour cela, il convient de considérer les milieux agricoles, où agroécosystèmes, comme imbriqués dans une matrice paysagère, où milieux naturels et cultivés échangent de la matière, de l’énergie ou des organismes vivants. Parmi ces derniers, certains sont susceptibles de participer à la fourniture de services écosystémiques utiles à l’agriculture (pollinisation, régulation des ravageurs, etc.). Cette contribution a notamment été documentée lors d’échanges entre milieux terrestres semi-naturels (prairies, forêts, haies) et milieux cultivés.


Objectif de l’étude

Toutefois, il existe à ce jour peu de données sur des échanges entre milieux aquatiques et terrestres au sein des agroécosystèmes bien que ces milieux aquatiques soient omniprésents dans les paysages agricoles. En Bretagne par exemple, on peut mesurer 1 km de linéaire d’eau par km² de surface terrestre !

Pourtant, dans une démarche de transformation d’un modèle agricole intensif actuel vers un modèle plus durable, i.e. « écologiquement intensif », il est important de connaitre toutes les potentialités qu’offrent les échanges entre écosystèmes pouvant participer au fonctionnement des agroécosystèmes. L’objectif de ce travail a été d’apporter des premiers éléments scientifiques sur les apports de matière organique d’origine aquatique dans les agroécosystèmes intensifs par l’émergence et la dispersion d’insectes aquatiques adultes, et la contribution éventuelle de ces apports à la fourniture de quelques services écosystémiques.


De quels insectes aquatiques vecteurs de services écosystémiques potentiels parle-t-on ?

Dans les rivières, plusieurs groupes d’insectes ont un stade de vie larvaire aquatique suivi d’une émergence au stade adulte ailé (Illustration 1). Parmi les groupes les plus fréquemment rencontrés en rivière de plaine des zones tempérées, on trouve notamment les éphéméroptères, plécoptères, trichoptères (EPT), les diptères, les odonates et dans une moindre mesure les coléoptères et les hémiptères. De par leur régime alimentaire à l’état larvaire, ils participent pour certains à la décomposition des débris organiques et à la mise à disposition d’éléments nutritifs pour le fonctionnement de ces écosystèmes aquatiques. En zone tempérée, la vie larvaire de ces groupes peut durer quelques semaines à plusieurs années. Après émergence (extraction du milieu aquatique au stade adulte), la durée de vie des insectes aquatiques adultes se limite à quelques heures ou peut s’étendre à quelques semaines. A ce stade, leur fonction principale est de se reproduire. La très grande majorité de ces insectes finissent leur vie dans les terres, à plus ou moins grande distance des rivières d’où ils ont émergé.

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Illustration 1 : Principales espèces d’insectes aquatiques adultes ailés rencontrés à proximité des rivières en milieu agricole.


Quels sont les impacts de la pression agricole sur ces communautés aquatiques ailés ?

L’objet de cette étude commune aux labos ESE (Ecologie et Santé des Ecosystèmes), IGEPP (Institut de Génétique, Environnement et Protection des Plantes) et ECOBIO (Ecosystèmes, Biodiversité, Evolution) , qui a donné lieu à un article paru dans STOTEN en décembre 2018, rédigé par Julien Raitif, Jean-Marc Roussel, Manuel Plantegenest, Océane Agator et Christophe Piscart (Raitif et al 2018), a été d’apporter des données quantitatives encore rares dans la littérature, sur les quantités de biomasses émergentes d’insectes aquatiques au sein de rivières en milieu agricole. Il a été par ailleurs intéressant d’étudier quels sont les paramètres environnementaux et la dynamique temporelle qui caractérisent l’émergence de ces communautés.

A ce titre, 12 sites ont été étudié pendant 1 année entière (d’avril 2016 à mars 2017). Au sein de chacun de ces sites, une rivière (environ 6m de large) bordait une parcelle cultivée en céréales (blé, orge) (Illustration 2).

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Illustration 2 : exemples de sites d’étude


Au sein de chacun de ces sites, 2 pièges à émergence ont été installés pour estimer la magnitude de ce signal émergent qui va potentiellement se retrouver dans les réseaux trophiques terrestres (Illustration 3). Pour caractériser la pression agricole, un ensemble de mesures environnementales de terrain, à l’échelle de la parcelle, ou par cartographie et récolte de données physicochimiques à l’échelle paysagère du bassin versant, ont été récoltées. L’hypothèse principale était que l’agriculture, par son intensification à l’échelle locale et paysagère, pouvait influencer la biomasse et la composition des communautés émergentes, en favorisant notamment l’émergence d’insectes de petites tailles de la famille des chironomidés (Diptères), plus tolérants à cette pression.

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Illustration 3 : Piège à émergence flottant


Des premiers résultats ont montré que les chironomidés étaient présents en grande quantité au sein de l’ensemble des sites : en moyenne, 91% en abondance, 25% en biomasse. Mais trichoptères (6% en abondance, 56% en biomasse) et éphéméroptères (3% en abondance, 19% en biomasse) étaient également très significativement présents. L’étude du patron saisonnier suggère de plus une émergence significative des insectes aquatiques tout au long de l’année, notamment en hiver et à l’automne, grâce aux chironomidés. Il existe également une émergence très importante au printemps et au début de l’été, porté notamment par les trichoptères et éphéméroptères. Les chercheurs ont ainsi pu estimer qu’une rivière d’ordre 3 en paysage agricole intensif exporte 4g de matière sèche par m² de rivière et par an dans les terres cultivées adjacentes. Chose importante toutefois, on note une gamme de valeur très large entre la rivière la moins productive et la plus productive, suggérant que des facteurs environnementaux sont à l’œuvre et influencent grandement l’émergence au sein d’un paysage agricole intensif. Parmi ces facteurs, ils ont mis en évidence un effet important de la modification de la morphologie des cours d’eau sur ces communautés : pour les chironomidés, une capacité à émerger dans des rivières étroites et peu de sensibilité au degré d’incision des rivières (i.e. leur creusement excessif), à l’opposé un effet négatif de cette incision sur la biomasse émergente d’éphémères. Chez les trichoptères, certains taxons semblent pouvoir tirer profit de rivière altérée dans leur morphologie. A l’échelle du bassin versant de la rivière, Julien et ses collègues mettent en évidence un effet très significatif du pourcentage de zone agricole dans le paysage, corrélée positivement à la biomasse de chironomidés et négativement à celle d’éphéméroptères et de trichoptères. Ainsi, au sein des sites d’études, une rivière très altérée par l’agriculture va produire 5 fois moins d’insectes émergents (en biomasse) d’origine aquatiques qu’une rivière s’écoulant dans un paysage relativement plus préservé (i.e. plus boisé).


Quels services écosystémiques en milieu agricole sont susceptibles d’être portés par ces communautés ?

Pour aller plus loin dans cette étude, il convient maintenant de démontrer et discuter à quels services ces communautés d’insectes aquatiques ailés adultes peuvent participer, et si la pression agricole est en mesure de modifier cette expression. C’est ce type de réflexion qui a été proposé par Julien Raitif, Manuel Plantegenest et Jean-Michel Roussel de l’UMR ESE (INRA, Agrocampus Ouest Rennes) dans l’article publié dans la revue Agriculture, Ecosystems and Environment (Raitif et al, 2019).

Ainsi, de nombreux groupes d’insectes aquatiques adultes peuvent participer à la pollinisation des cultures, en visitant les fleurs cultivés ou sauvages (documenté pour les diptères par exemple), consommant du nectar ou pollen (documenté pour les plécoptères et trichoptères), ou en étant consommés par des prédateurs terrestres par ailleurs pollinisateurs. Ensuite, l’export de ces insectes aquatiques vers les écosystèmes terrestres peut être converti en équivalent nutriments, notamment azote et phosphore (respectivement en moyenne 10% et 1% du poids sec de chaque insecte) et participer ainsi à la fertilisation en milieu agricole ainsi qu’à l’amélioration de la qualité des eaux de rivières en extrayant de l’azote en excès dans les bassins agricoles, comme c’est le cas en Bretagne. Enfin, une littérature abondante nous apprend que ces insectes aquatiques adultes entrent dans le régime alimentaire de nombreux prédateurs terrestres (Illustration 4), par ailleurs connus pour être des ennemis naturels de certains ravageurs. Citons notamment les araignées de la famille Linyphiidae ou Lycosidae, ou encore les carabes (coléoptères), les oiseaux et les chauve-souris.

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Illustration 4 : Dolomodes sp. (Araneae) capturant une Calopteryx splendens (Odonates)


Pour apporter des données plus précises relatives à la contribution de ces services, il convient dorénavant d’estimer jusqu’où se dispersent ces insectes dans les terres : restent-ils en bordure des rivières ou pénètrent-ils en quantité significative dans les cultures ? Des questions qui ont également donné lieu à un travail mené par cette équipe et qui devrait prochainement être publié. Egalement, en contexte agricole, à quelles périodes et en quelles quantités ces proies entrent dans le régime alimentaire des prédateurs connus pour être des ennemis naturels des ravageurs de cultures ? Ces proies peuvent-elles ainsi soutenir ces communautés d’ennemis naturels à des périodes critiques de l’année (sortie d’hiver ou fin de l’automne) ? Des questions qui doivent maintenant donner lieu à des analyses trophiques plus précises sur le terrain.


Raitif, J., Plantegenest, M., Agator, O., Piscart, C., & Roussel, J.-M. (2018). Seasonal and spatial variations of stream insect emergence in an intensive agricultural landscape. Science of The Total Environment, 644, 594–601.

Raitif, J., Plantegenest, M., & Roussel, J.-M. (2019). From stream to land: Ecosystem services provided by stream insects to agriculture. Agriculture, Ecosystems & Environment, 270-271, 32–40.


Contact OSUR
Julien Raitif (IGEPP, ESE) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @


Société modulaire et forte tolérance chez le gorille des plaines de l’Ouest


 AHLeGall    01/02/2019 : 12:27

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Article dans Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences

Dans un article intitulé "From groups to communities in western lowland gorillas " publié dans la revue Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences en février 2019, Dominique Vallet, Pascaline Le Gouar et Nelly Ménard (ECOBIO, station biologique de Paimpont) explorent le comportement social du gorille de plaine à travers une étude couplée d’observations directes et d’analyses génétiques non invasives sur plus de 120 individus vivant en forêt dense équatoriale. A noter également la contribution de Stéphane Dréano de l'IGDR (Institut de Génétique & Développement de Rennes).

Depuis les premières études en milieu naturel, il est clair que des différences remarquables existent entre le comportement du gorille des plaines de l’Ouest (Gorilla gorilla gorilla) habitant les forêts denses du bassin du Congo et celui du gorille des montagnes (Gorilla beringei beringei) vivant sur les pentes volcaniques du Rift. Les rencontres entre groupes familiaux de gorilles des plaines de l‘Ouest sont fréquentes et amicales, en contraste frappant avec les rares et agressives interactions entre groupes de gorilles des montagnes. Ces rencontres entre gorilles des plaines de l’Ouest avaient été observées principalement sur des clairières lorsque plusieurs groupes venaient manger d’abondantes plantes riches en sel minéraux. Par contre, ces comportements sociaux au sein des forêts équatoriales impénétrables, où la visibilité est limitée, sont longtemps restés un secret bien gardé.

Cette étude internationale impliquant des chercheurs du laboratoire ECOBIO de l’Université de Rennes 1 et du CNRS, apporte un éclairage sur le comportement social des gorilles des plaines de l’Ouest dans la forêt de Ngaga en République du Congo. Le suivi en continu pendant 5 ans de trois groupes habitués à la présence humaine montre que, même au cœur de la forêt dense, les rencontres entre groupes de gorilles sont fréquentes et amicales. Les membres de différents groupes mangent et jouent ensemble au lieu d’être agressifs. Des analyses génétiques ont permis d’avoir une image précise de la structure sociale et des apparentements entre plus de 120 gorilles de Ngaga. Ces analyses ont été réalisées sur la Plateforme d’Ecologie Moléculaire d’ECOBIO (plateau dédié pour l’ADN d’échantillons non invasifs) à partir de fèces collectées durant quatre mois à Ngaga. Les résultats génétiques confirment les échanges fréquents entre groupes. Les jeunes sont souvent retrouvés temporairement hors de leur famille dans des groupes sans gorille apparenté, un comportement qui peut s’expliquer par l’absence d’infanticide chez cette espèce. Ces résultats mettent en lumière une société modulaire, caractérisée par quelques liens forts mais aussi des liens plus lâches et une tolérance inter-groupes élevée, ce qui facilite les échanges d’individus entre groupes.

Ce comportement social peut avoir joué un rôle important dans l’histoire évolutive de l’espèce, favorisant le partage d’informations et facilitant l’exploitation des ressources. Le revers est néanmoins qu’il peut exacerber l’impact de maladies infectieuses. Par exemple, les épidémies d’Ebola ont tué par le passé plus de 95% des gorilles dans certaines zones et les contacts entre groupes peuvent avoir facilité la diffusion du virus. La forte susceptibilité de l’espèce à cette menace a contribué à son classement « en danger critique » sur la liste rouge de l’UICN.

Globalement, les résultats de cette étude montrent l’importance de coupler des approches d’observations directes et d’analyses génétiques pour le suivi de la faune sauvage. Cette étude souligne aussi le potentiel des analyses génétiques non invasives pour comprendre les dynamiques sociales chez une espèce discrète. Il est crucial de comprendre le comportement social pour modéliser les transmissions de maladie et pour planifier des stratégies de conservation efficaces sur le long terme.


Référence
G. Forcina, D. Vallet, P.J. Le Gouar, R.Bernardo-Madrid, G. Illera, G. Molina-Vacas, S. Dréano, E. Revilla, J.D. Rodríguez-Teijero, N. Ménard, M. Bermejo, C. Vilà.
From groups to communities in western lowland gorillas. Proceedings of the Royal Society B: Biological SciencesPublication en ligne à 00.01 (GMT) mercredi 6 février 2019.


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Suivi par caméra trap des gorilles en forêt de Ngaga, Congo (© Germán Illera)


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Rencontre de jeunes gorilles de différents groupes en forêt de Ngaga, Congo (© Germán Illera)


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Extraction d'ADN de gorilles sur la plateforme d'écologie moléculaire d'ECOBIO, avec Dominique Vallet à la station biologique de Paimpont (© Pascaline Le Gouar)




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Dominique Vallet (ECOBIO) / @
Pascaline Le Gouar (ECOBIO) / @
Nelly Ménard (ECOBIO) / @
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OSURIS : pour valoriser et diffuser les données de l'OSUR



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Une Infrastructure de Données Géographiques pour l’intelligence environnementale au service des systèmes d’observation

OSURIS est l’Infrastructure de Données Géographiques (IDG), mise en place par le Service de Gestion des Données Numériques (SGDN) de l'OSUR, et qui permet à tous les personnels de l’Observatoire de faire connaître les données produites lors de leurs recherches. Cet outil permet de recenser les données en respectant les standards en vigueur et de les visualiser cartographiquement. En répertoriant ses données sur OSURIS, il est possible de faire connaître ses travaux d’une façon complémentaire à la publication d’articles, à l’intérieur comme à l’extérieur de l’OSUR.

L’observation de l’environnement à long terme est une des missions de l’OSUR, mission qui nécessite une bonne connaissance des données produites. OSURIS est donc non seulement une réponse du SGDN à ce besoin, mais également à la directive européenne INSPIRE dont l’objectif est de favoriser la pérennisation, le partage et la réutilisation de données en environnement via l'utilisation de données et d'outils numériques performants.

OSURIS utilise les normes et standards des services web, ce qui permet d’être interopérable avec les autres portails de diffusion de données spatialisées (par ex., Région Bretagne ; INRA SAS ; LETG-IUEM ; OREME). Cet outil est à destination du grand public avec une interface conviviale, qui présente et valorise les travaux de recherches, les équipes et les laboratoires de l'OSUR.

La richesse et la diversité des thèmes abordés à l'OSUR (Environnement, Ecobiologie, Géologie, Archéologie, Géographie) peut être ainsi mise en avant grâce à ce type d'outils. Actuellement, plusieurs centaines de jeux de données sont répertoriés par des fiches de métadonnées sur OSURIS, notamment concernant des systèmes d’observation (H+) ou des zones atelier (ZAAr) riches en données spatialisées. Ces fiches sont également moissonnées par le portail du Réseau des ZA. OSURIS se propose donc d'être une vitrine des recherches menées à  l'OSUR vers les instances, les collectivités et le grand public. Un outil bienvenu car il faut noter que de plus en plus de tutelles incitent, voire imposent, la création de métadonnées pour les projets qu'elles financent.

OSURIS : quelles fonctionnalités ?

OSURIS se base sur un ensemble d’outils interopérables et libres, permettant

  • l'accès à un catalogue de métadonnées répertoriant les données,
  • un visualiseur cartographique, interactif et ouvert aux données web disponibles, celles de l'OSUR bien sûr mais également celles d'autres IDS (fonds de cartes Google Map, serveur de cartes géologiques du BRGM par exemple, c'est là l'interopérabilité !),
  • après autorisation des auteurs (incluant des niveaux de licence), un téléchargement.


Quel intérêt à contribuer ?

OSURIS est librement consultable sur internet. Les chercheurs et étudiants de l’OSUR peuvent en plus  y ajouter leurs contributions : créer des métadonnées ; mettre à disposition des couches de données spatialisées ou valoriser ses travaux grâce à un portail cartographique de gestion de projet. Cette démarche offre l'avantage de

  • favoriser la pérennisation des données cartographiques
  • renseigner ces données de façon précise grâce à leurs métadonnées
  • être dûment référencé et indexé par des outils de recherche automatique
  • après autorisation, partager ces données.

.. en un mot, d'accroître la lisibilité des travaux menés à l'OSUR.

Pour aider les utilisateurs, une site web d'accueil d'OSURIS offrant un accès aux différents outils, des explications et tutoriels, ainsi qu’un fil d'actualités est disponible sur https://accueil.osuris.fr/

Geoportail





Osuris1b
Le catalogue de métadonnées (https://www.osuris.fr/geonetwork) répertorie actuellement près de 380 fiches.



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Zone Atelier Armorique: le visualiseur cartographique affiche, outre le fond OpenStreetMap, la mosaïque de photographie aérienne de 2004 et l'occupation des sols de 2002.




Infrastructure de Données Géographique (IDG)
Une IDG est un outil permettant la gestion et le partage des données spatialisées et la production de services autour de ces données. Grace à l'interopérabilité, une partie des services informatiques (typiquement : recherche, visualisation, téléchargement) d'une IDS est accessible sur le web via un simple navigateur. Il est également possible d'y combiner les services proposés par d'autres IDS.

Les métadonnées, un objet-clé
En pratique, une métadonnée contient des informations précises (typiquement :  contenu, langue, propriété intellectuelle, publications à citer, mots-clés, processus d’acquisition ou de transformation, format, systèmes de coordonnées, échelles d’espace et de temps ) qui permettent de faciliter l’accès au contenu d’une ressource (au sens le plus large, donnée spatialisée, protocole, site d’étude) et son indexation. Leur rôle est fondamental, car lorsqu’elles sont structurées suivant des normes, elles peuvent faire interopérer les IDG entre-elles, ce qui a pour effet d’améliorer l’efficacité des recherches d’information.

Interopérabilité
C'est la possibilité que des données spatialisées de types et de contenus très variés puissent via internet être publiées et échangées, comprises et réutilisées, notamment on-line. Cette interopérabilité s’articule autour du respect de bases communes (standards), que l’outil devra savoir importer ou exporter, notamment dans 2 domaines : Sémantique (contenu et la structuration des données) et Géographique (coordonnées et visualisation).





Contact OSUR
pour ECOBIO
   Françoise Le Moal / @
pour Géosciences Rennes
   Annick Battais / @
   Christian Le Carlier / @
pour le LETG-Rennes
   Alban Thomas / @
   Jean Nabucet / @


Les microbes des eaux souterraines protègent la qualité de l'eau. Un équilibre subtil entre biologie et géologie



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Article dans PNAS

Cette publication dans PNAS en janvier 2019, issue de la thèse de Tamara Kolbe (première auteure, et qui a piloté l’étude) sous la direction de Jean-Raynald de Dreuzy (Géosciences Rennes), est très largement OSURienne et associe également Luc Aquilina, Tristan Babey, Thierry Labasque, Anniet Lavermamn, Jean Marçais (université de Rennes 1, CNRS, Géosciences Rennes et ECOBIO), Ben Abbott (Brigham Young University USA, ECOBIO), Gilles Pinay (Irstea, ECOBIO), Zahra Thomas (Agrocampus Ouest, SAS).


Les eaux souterraines peuvent aussi éliminer les nitrates

L’azote, contrairement à ce que son étymologie laisserait supposer, est essentiel à la vie. Il est utilisé, recyclé et métabolisé par tous les organismes vivants. Il est utilisé de longue date par les agriculteurs pour améliorer la production agricoles notamment grâce aux apports de fumiers et lisiers qui en sont riches. Une découverte majeure au début du vingtième siècle a permis de transformer l’azote moléculaire composant 79% de notre atmosphère, et uniquement disponible pour les organismes fixateurs (la luzerne par exemple), en un composé utilisable par la majeure partie des plantes. Cette découverte a révolutionné les pratiques agricoles et a permis d’en augmenter très significativement les rendements. Cependant l’usage massif de ces nouveaux composés (ammoniaque, nitrate), l’augmentation exponentielle de la population humaine qui produit aussi de l’azote (urée) et dont les rejets ne sont pas suffisamment épurés par les stations d’épuration ainsi que leurs activités industrielles ont conduit à des apports massifs de ces composés et notamment de nitrate, la forme la plus labile, dans les milieux aquatiques d’eau douce saumâtres et marines qui conduit aujourd’hui à des crises d’eutrophisation majeures (bloom d’algues) en de nombreux points de la planète. Cette pollution par les nitrates touche aussi les nappes phréatiques, réservoirs majeurs d’eau pour les écosystèmes aquatiques mais aussi pour les besoins en eau potable ou pour l’irrigation.

On sait depuis longtemps que cette pollution azotée est en partie éliminée dans les nappes phréatiques où, l’oxygène se faisant rare, les microorganismes sont contraints d’utiliser les nitrates. Ainsi, tous les nitrates passant suffisamment de temps dans les milieux souterrains seraient transformés en diazote, une molécule inoffensive et dominante dans l’atmosphère. Contre toute attente, il reste des quantités importantes de nitrates dans les nappes après plusieurs années et même plusieurs décennies. Ce nitrate ancien se déverse lentement dans les cours d’eau limitant l’impact immédiat des politiques de réduction d’engrais azotés.

Une nouvelle étude publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences en janvier 2019 révèle que la géologie propose une nouvelle méthode couplant modélisation hydrogéologique et traceurs biogéochimiques pour évaluer les capacités des nappes phréatiques à épurer les nitrates contenues dans leurs eaux grâce à la présence de bactéries dénitrifiantes qui sont capables de « respirer » l’oxygène des nitrates quand l’oxygène libre vient à manquer. Cette nouvelle approche permet à partir d’analyses ponctuelles effectuées dans des puits, de localiser les zones dénitrifiantes, qu’elles soient uniformément réparties dans toute la nappe phréatique, plutôt proche de la surface, ou en profondeur.

Les résultats montrent que la disponibilité des minéraux réduits (comme la pyrite par exemple), est le facteur limitant de la dégradation. Les microorganismes des eaux souterraines sont bien les responsables de la dégradation et ils sont efficaces. Faut-il encore qu’ils soient dans les bonnes conditions, c’est-à-dire accrochés aux bons minéraux pour être actifs. La dégradation n’est donc pas tant facteur du temps que les nitrates passent dans les nappes, mais de leur probabilité de rencontrer des zones de minéraux réduits sur lesquels se sont installés les microorganismes. En passant dans ces zones réduites, les nitrates sont rapidement dégradés. S’ils n’y passent pas, ils continuent leur transfert jusqu’à se retrouver quelques années ou décennies plus tard dans les rivières. Cette publication issue de la thèse de Tamara Kolbe (première auteure, et qui a piloté l’étude) sous la direction de Jean-Raynald de Dreuzy (Géosciences Rennes), est très largement OSURienne et associe également Luc Aquilina, Tristan Babey, Thierry Labasque, Anniet Lavermamn, Jean Marçais (université de Rennes 1, CNRS, Géosciences Rennes et ECOBIO), Ben Abbott (Brigham Young University USA, ECOBIO), Gilles Pinay (Irstea, ECOBIO), Zahra Thomas (Agrocampus Ouest, SAS).


L'azote humain pénètre dans les écosystèmes d'eau douce de deux façons principales. Premièrement, du fait des épandages agricoles, par l’application par les agriculteurs de millions de tonnes d'engrais azotés dans les champs pour stimuler la croissance des cultures ; deuxièmement, du fait des combustibles fossiles - le charbon et le pétrole contiennent certes du carbone mais aussi de l'azote ! - qui libèrent de l'azote réactif dans l'atmosphère, qui finit par retomber à la surface du sol sous forme de pluie ou de poussière. Une fois cet azote réactif présent dans le sol, une partie est certes utilisée par les plantes, mais une autre s'écoule ou s’échappe sous le système racinaire des végétaux. "Une fois cet azote hors de portée de nos outils d'échantillonnage (i.e. de mesure), il est difficile de déterminer la quantité d'azote qui atteint les eaux souterraines ou la rivière", précise Tamara Kolbe, chercheuse désormais en postdoc à la Swedish University of Agricultural Sciences.

Tamara a dirigé une équipe internationale chargée de compiler des données sur la chimie des eaux souterraines provenant de dizaines de puits aux États-Unis et en France. À l'aide d'une nouvelle méthode de localisation de la réactivité, ils ont pu mettre en évidence la profondeur à partir de laquelle l’activité microbienne protège les écosystèmes d'eau douce de la pollution. À leur grande surprise, 80 % des sites ont montré une augmentation de l'élimination microbienne de l'azote avec la profondeur. Cela signifie de fait que « quelque chose » alimente l'activité microbienne profondément sous la zone de surface, bien au-delà où la vie est habituellement observée... Tamara et ses coauteurs en déduisent que des sources d’alimentation microbiennes exotiques expliquent cette capacité de d’épuration en profondeur.

De fait, certains micro-organismes peuvent respirer de l'azote réactif à la place de l'oxygène, transformant la pollution azotée en un gaz inoffensif qui constitue la majeure partie de notre atmosphère. Pour que ce processus de dénitrification se produise, les microbes ont besoin d'une source alimentaire - et bien entendu de nitrate - dans un environnement sans oxygène. Ces conditions coïncident souvent dans les sols et les lits des cours d'eau, là où le carbone organique provenant de la croissance des plantes sert de source de nourriture. Bien que peu de carbone organique atteigne les aquifères profonds, il s’avère néanmoins que le substrat rocheux est souvent riche en fer et en soufre. Or certains microbes peuvent se nourrir de ces minéraux particuliers du substratum rocheux, ce qui leur permet de continuer à consommer de l'azote réactif, longtemps après que toute la matière organique de la surface ait été épuisée.

Cette couche profonde de protection microbienne est donc une bonne nouvelle pour les écosystèmes d'eau douce. Mais que cela ne devienne pas un permis de polluer pour autant ! La caractérisation du temps d’épuration des nappes phréatique est une donnée fondamentale pour évaluer quand les cours d’eau pollués par les nitrates, qui dépendent des eaux des nappes phréatiques qui soutiennent notamment leurs étiages, pourront recouvrer une qualité d’eau satisfaisante vis à vis de leurs concentration en nitrate.



 

Référence
Tamara Kolbea, Jean-Raynald de Dreuzy, Benjamin Walter Abbott, Luc Aquilina, Tristan Babey, Christopher T. Green, Jan H. Fleckenstein, Thierry Labasque, Anniet M. Laverman, Jean Marçais, Stefan Peiffer, Zahra Thomas, Gilles Pinay. Stratification of reactivity determines nitrate removal in groundwater. PNAS, jan 2019. 

 


Contact OSUR
Tamara Kolbe (Géosciences Rennes, Swedish University of Agricultural Sciences)
Jean-Raynald de Dreuzy (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @

 

 


Précieux champ magnétique. Versatile, il se déplace, il décroît...



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Article dans Physics of the Earth and Planetary Interiors

Annick Chauvin (Géosciences Rennes) publie en janvier 2019 dans la revue Physics of the Earth and Planetary Interiors une étude intitulée "New archeointensity data from NW Argentina (1300–1500 CE)". C'est l'opportunité, avec une spécialiste du géomagnétisme, professeur de géophysique à l'université de Rennes 1, de faire un point sur notre précieux champ magnétique terrestre, sans lequel il n'y aurait pas de vie possible sur la Terre...



Nous baignons dedans sans nous en apercevoir. Et pourtant le champ magnétique terrestre nous est bien utile en nous protégeant des particules du vent solaire ; certains le considèrent même comme un des éléments ayant favorisé l’émergence de la vie sur Terre (Tarduno et al. 2015).

Les variations spatio-temporelles du champ magnétique sont les seules traces en surface de la convection vigoureuse de l’alliage liquide de Fer et de Nickel au sein du Noyau Externe de la Terre, à près de 2900 km de profondeur. Ce sont les mouvements convectifs de ce liquide de très forte conductivité électrique qui génère, via un processus qualifié de « géodynamo », le champ observé en surface.

Les premières utilisations d’une boussole remontent à plus de 2000 ans avant notre ère et sont mentionnées dans les chroniques des empereurs chinois. Depuis le milieu du XIXème siècle, environ 180 observatoires magnétiques se sont déployés sur les cinq continents et plusieurs missions spatiales dédiées à la mesure du champ magnétique se sont succédées depuis la fin du XXième siècle, la dernière en date étant la mission Swarm 1.

Toutes ses observations ont permis, entre autres, l’émergence de modèles de géodynamo numérique de plus en plus réalistes (Aubert et al., 2018) et d’estimer la vitesse l’écoulement du liquide à la surface du noyau entre 20 et 40 km/an (Livermore et al., 2017).

Si on sait depuis longtemps que la géométrie du champ magnétique terrestre est proche de celle d’un champ dipolaire, son comportement nous étonne encore. Comme par exemple la brusque accélération du mouvement du pôle nord magnétique au cours de la dernière décennie (Fig. 1, Witze, 2019).


Champ Magnet Terre Migration
Fig. 1 Migration du Pôle Nord Magnétique depuis le XXième siècle, Witze, 2019),



Autre fait intriguant, la baisse continue de l’intensité du dipôle magnétique depuis plus de 170 ans associée à une migration à travers l’Atlantique Sud d’une forte anomalie magnétique (nommée SAA). On sait d’expérience que cette anomalie menace la survie des satellites la survolant (Heirtzler et al., 2002).

Une des voies pour mieux comprendre le comportement actuel du champ magnétique, et peut-être prédire son avenir, est de retracer son évolution passée. L’aimantation acquise par les roches lors de leur formation, nous fournit des enregistrements des variations spatio-temporelles du champ magnétique à grande échelle de temps. Cette aimantation, dite rémanente, est stable (sous certaines conditions) et est portée par des cristaux ferromagnétiques de taille micrométrique. C’est ainsi qu’il est bien connu que le champ magnétique a très fréquemment changé de polarité au cours des temps géologiques. D’ailleurs l’échelle de polarité construite fournit un outil de datation d’événements ou d’objets géologiques.

L’aimantation acquise par les terres cuites lors de leur refroidissement permet, quant à elle, de retracer finement les variations directionnelles et d’intensité du champ à l’échelle de quelques siècles, voire de quelques décennies. Ceci évidemment à condition de travailler sur du matériel (éléments de foyers, fours, briques, poteries) précisément daté, par exemple par 14C ou dendrochronologie.

L’archéomagnétisme connaît depuis une quinzaine d’années un fort essor auquel le groupe de paléomagnéticiens et d’archéomagnéticiens du laboratoire commun UMR Géosciences Rennes et UMR IRAMAT-CRP2A de Bordeaux, a contribué. Les travaux de ce groupe ont permis des avancées significatives sur notre connaissance de la variation du champ magnétique sur les trois derniers millénaires, à l’échelle de l’Europe de l’Ouest (Gomez-Paccard et al., 2013, Herve et al., 2012).

Le groupe mène depuis quelques années des recherches dans l’hémisphère Sud et plus particulièrement en Amérique du Sud. Les premiers résultats d’un projet de collaboration avec des collègues du CSIS de Madrid et porté par Annick Chauvin de Géosciences Rennes, viennent d’être publiés en janvier 2019 dans Physics of the Earth and Planetary Interiors (Gomez-Paccard et al., 2019). L’étude a porté sur 4 lots de céramiques produites dans le Nord l’Ouest de l’Argentine. Leurs âges, après calibration des datations 14C s’échelonnaient sur les 14ième et 15ième siècles de notre ère. Cette tranche de temps était particulièrement intéressante afin de préciser à quel moment l’anomalie SAA a atteint le continent Sud-Américain.


Champ Magnet Terre Argentine

Fig. 2 Carte de l'Amérique du Sud montrant l'emplacement des sites archéologiques où le matériel a été récupéré. Gomez-Paccard et al., 2019




Champ Magnet Terre Intensite
Fig. 3 Représentation de la décroissance de l’intensité du champ géomagnétique en Amérique du Sud durant le dernier millénaire. Les données acquises par le laboratoire commun (Rennes-Bordeaux) sont en orange et mauve. Gomez-Paccard et al., 2019



Ces résultats, combinés aux d’autres données d’intensité ancienne du champ, montrent que la très forte décroissance de l’intensité du champ magnétique n’a commencé en Amérique du Sud qu’au milieu du 17ième siècle (Fig. 3). L’anomalie SAA serait ainsi une caractéristique assez récente du champ magnétique terrestre. Acquérir des données archéomagnétiques en provenance de l’hémisphère Sud est une priorité en vue d’améliorer les modèles globaux d’évolution du champ magnétique sur les derniers millénaires. Le laboratoire de paléo-archéomagnétisme localisé à l’OSUR s'inscrit dans cette démarche.



Référence de l'article
Gómez-Paccard M., Chauvin A., Albeck M.E., Zaburlín M.A., Basso D.M., Pavón-Carrasco F.J., M.L. Osete M.L., Campuzano S.A., New archeointensity data from NW Argentina (1300–1500 CE), Physics of the Earth and Planetary Interiors 286, 92–100, 2019

Autres références
Aubert J., Geomagnetic acceleration and rapid hydromagnetic wave dynamics in advanced numerical simulations of the geodynamo, Geophys. J. Int. (2018) 214, 531–547
Gomez-Paccard M., Chauvin A., Lanos P., Dufresne P., Kovacheva M., Hill M.J, Beamud E., Blain S.,Bouvier A., Guibert P., Improving our knowledge of rapid geomagnetic field intensity changes observed in Europe between 200 and 1400 AD, Earth and Planetary Science Letters 355–356,131–143, 2012
Heirtzler J.R., Allen J.H., Wilkinson D. C., Ever‐present South Atlantic Anomaly damages spacecraft, EOS AGU, Vol. 83, No. 15, 2002
Hervé G., Chauvin A., Lanos P., Geomagnetic field variations in Western Europe from 1500BC to 200AD, Part 1: Directional secular variation curve, Physics of the Earth and Planetary Interiors 218 (2013) 1–13
Livermore P.W., Hollerbach R. and Ch. C. Finlay, An accelerating high-latitude jet in Earth’s core, Nature geoscience, 10, 62-70, 2017
Tarduno, J. A., Cottrell, R. D., Davis, W. J., Nimmo, F. & Bono, R. K., A Hadean to Paleoarchean geodynamo recorded by single zircon crystals, Science 349, 521–524 (2015).
Witze A., Earth’s magnetic field is acting up, Nature, 565, 143-144, 2019.



Contact OSUR
Annick Chauvin (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @


Truites et saumons, une cohabitation entre cousins pas si tranquille que cela ! Entre compétition, migration et sédentarité



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Article dans Oecologia

Dans un article intitulé "Intra- and Interspecific Densities Shape Life-History Traits in a Salmonid Population" publié dans la revue Oecologia en octobre 2018, Marie Nevoux, Lucie Montorio et Guillaume Evanno (ESE, INRA-Agrocampus Ouest) posent la question de savoir si la probabilité de migrer des jeunes truites est influencée par les variations de leur environnement en rivière.


Combien y a-t-il d’individus dans cette population ? Pourquoi y en a-t-il moins qu’avant ? Combien de truites peut-on pêcher dans cette rivière ? Voici quelques-unes des questions qui animent ces chercheurs en écologie aquatique. Plus précisément, ils étudient la dynamique des populations de salmonidés (saumons et truites) en lien avec leur environnement et les mécanismes qui induisent des changements d’abondances dans ces populations. Ce travail repose i) sur l’acquisition de données individuelles par le suivi à long terme des poissons dans le milieu naturel et ii) sur l’analyse statistique de ces données et la modélisation. Ces résultats permettent ensuite de produire des recommandations pour la gestion de ces espèces vulnérables et exploitées par la pêche.

La truite commune (Salmo trutta) est une espèce de salmonidé à migration partielle, caractérisée par une grande diversité de traits d’histoire de vie (i.e. taille, âge à maturation). C’est-à-dire qu’il coexiste au sein d’une même population des individus qui migrent en mer (stratégie anadrome, « truite de mer ») et des individus sédentaires (stratégie résidente, « truite fario »). Ces stratégies sont caractérisées par des choix d’allocation énergétique entre survie, reproduction et croissance contrastés. Les individus migrants en mer présentent une faible probabilité de survie, surtout dans les premiers stades de vie en mer, due à des changements métaboliques et une forte pression de prédation. Toutefois, une fois en mer, les migrants auront accès à davantage de ressources alimentaires qui leur permettront de maximiser leur taux de croissance et aussi leur fécondité, car celle-ci est liée à la taille chez la truite. A l’inverse, les individus résidents en eau douce auront une forte probabilité de survie jusqu’à leur reproduction mais présenteront une faible fécondité liée à un faible taux de croissance. Cette diversité de réponses au sein d’une même population peut augmenter la viabilité de celle-ci et expliquer la plus grande résilience des populations à migration partielle comparée aux populations strictement résidentes ou strictement migratrices. Cependant, chez la truite commune, la gestion des « truites fario » et des « truites de mer » est totalement indépendante.

Dans un article intitulé « Intra- and Interspecific Densities Shape Life-History Traits in a Salmonid Population » publié dans la revue Oecologia (Montorio et al. 2018), les chercheurs ont testé si la probabilité de migrer des jeunes truites était influencée par les variations de leur environnement en rivière. Ils se sont plus particulièrement intéressés à l’effet de la densité de salmonidés qui est un bon indice de la compétition pour les ressources (spatiale et alimentaire) entre individus ayant des niches écologiques similaires ou proches. Cette compétition peut agir sur la survie, la croissance et le mouvement des individus (migration, dispersion) en particulier dans les habitats spatialement limités comme la rivière. En diminuant les ressources disponibles par individu, l’augmentation de la densité de salmonidés devrait entrainer une modification de l’allocation d’énergie des juvéniles entre reproduction, survie et croissance. C’est-à-dire induire une diminution de la survie ou une augmentation de la probabilité de migrer. Dans notre site d’étude, la rivière Oir (Manche), où la truite commune et le saumon Atlantique (Salmo salar) vivent en sympatrie, les chercheurs ont considéré conjointement la densité intra-spécifique (effet de la densité de truite sur les truites) et inter-spécifique (effet de la densité de saumon sur les truites). L’hypothèse est que la densité-dépendance pourrait affecter l’histoire de vie des individus, et favoriser la migration des truites vers l’aval des cours d’eau et la mer. De tels changements dans la proportion de truites adultes résidentes en eau douce et migratrices en mer est susceptible d’avoir de fortes répercussions sur la dynamique de la population.

Sur l’Oir, les jeunes truites sont marquées individuellement par un transpondeur (PIT Tag) lors de leur premier automne. Leur présence dans le ruisseau est recherchée deux fois par an lors d’opérations de pêche électrique. Tout au long de l’année, la migration des truites est détectée par un réseau d’antennes autonomes positionnées sur le bassin versant. Ce suivi est réalisé depuis 1997 par l’U3E (INRA Rennes) dans le cadre de l’observatoire de recherche en environnement (ORE) DiaPFC. Pour analyser ces données, les chercheurs ont construit un modèle Capture Marque Recapture, multi-événement pour tester l’effet des variations dans le temps de la densité de salmonidés sur les variations temporelles de la survie des jeunes, de la probabilité de migrer et la taille des jeunes truites de l’année. Ces analyses ont mis en évidence que la densité intra-spécifique affecte la survie et la croissance des truites juvéniles. De plus, ils ont observé que la densité d’une autre espèce présentant une écologie proche, c’est-à-dire les jeunes saumons présents dans la rivière, influence la probabilité de migrer des juvéniles truites, en rivière et en mer. Plus la densité de saumons est forte, plus la probabilité que les jeunes truites quittent la rivière augmente. En revanche, l’absence d’effet de la densité inter-spécifique sur la taille et la survie des truites suggère que c’est probablement une compétition pour la ressource spatiale entre saumons et truites, plutôt que pour la nourriture, qui induirait une migration des truites.

L’effet de la densité des saumons atlantiques sur la migration de la truite commune était inattendu. Généralement, lorsque ces deux espèces sont présentes dans un même habitat, la truite commune est considérée comme la plus agressive et la plus apte à monopoliser les zones où la qualité en ressources alimentaires sont les plus fortes (i.e. plus dominante que le saumon Atlantique à taille égale). De nombreuses études relient cette dominance au fort taux de croissance des truites et à leur avantage compétitif dans l’acquisition des ressources. Toutefois, à travers leurs résultats sur la croissance et la survie des truites, les chercheurs n’observent pas de compétition pour les ressources alimentaires entre juvéniles truites et saumons. Néanmoins, chez ces deux espèces très territoriales, on observe une exclusion des truites sous l’effet de la densité de saumons. On peut penser que le fort débit d’eau du ruisseau favorise le saumon Atlantique qui a une morphologie plus adaptée aux eaux courantes (grandes nageoires pectorales). Dans ce milieu, il serait donc plus compétitif pour acquérir et défendre les meilleurs territoires, au détriment de la truite. Par conséquent, ces résultats mettent en évidence des processus de régulation de densité entre ces deux espèces plus complexes que ceux observés auparavant. Ce patron suggère une probable modulation des interactions entre espèces par l’environnement abiotique dans lequel elles évoluent.

Même si le déterminisme de la migration en mer est considéré comme partiellement génétique, ces résultats suggèrent que ce processus peut également répondre de manière plastique aux conditions environnementales. La possibilité pour la truite commune de pouvoir moduler sa “décision” de migration vers l’aval des cours d’eau ou en mer pourrait permettre d’atténuer la mortalité juvénile et promouvoir ainsi la coexistence sur le long terme du saumon Atlantique et de la truite commune en rivière au stade juvénile dans un environnement changeant.



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Truite commune résidente (« truite fario ») capturée sur l’Oir (© Marie Nevoux)


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Jeune truite et jeune saumon de l’année, capturés dans l’Oir (© Marie Nevoux)


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Truite commune migratrice (« truite de mer ») capturée sur l’Oir (© Marie Nevoux)


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Un radier sur l’Oir (© Marie Nevoux)


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Opération de pêche électrique sur l’Oir (© Marie Nevoux)


Référence
Montorio, L., G. Evanno, and M. Nevoux. 2018. Intra- and interspecific densities shape life-history traits in a salmonid population. Oecologia 188:451–464. DOI:10.1007/s00442-018-4213-4.



Contact OSUR
Marie Nevoux (ESE, INRA Agrocampus Ouest) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @

Contact INRA
Patricia Marhin (communication INRA centre de Rennes) / @