Décrire la géographie initiale du Tibet juste après la collision Inde-Asie



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ARTICLE DANS TECTONICS

Une équipe internationale à laquelle participe Marc Jolivet (Géosciences Rennes – CNRS) publie en janvier 2019 dans la revue Tectonics un article qui s’attache à reconstituer la topographie initiale du Tibet, en recherchant les indices géologiques permettant de reconstituer les paysages du début du Cénozoïque (~50 millions d'années).

Le plateau tibétain, qui résulte de la collision entre les plaques indienne et eurasiatique depuis environ 50 millions d’années (ou Ma) constitue, avec la chaine de l’Himalaya sur sa bordure sud, la plus vaste zone de haute altitude du globe. Cette topographie unique est notamment à l’origine du phénomène de mousson : l’air humide, remontant vers le nord depuis l’océan indien, se trouve bloqué par la chaine himalayenne et le plateau tibétain conduisant à des pluies diluviennes en Asie du Sud-Est ou en Inde. Très peu d’humidité parvenant à franchir cette barrière, plus au nord en Asie centrale, le climat est aride favorisant la formation de déserts tels le Takla Makan ou le Gobi.

Comprendre l’évolution climatique à long terme de l’Asie implique donc de connaître l’évolution de la topographie du Tibet depuis 50 Ma. Plusieurs modèles de construction du plateau existent qui diffèrent notamment sur la topographie initiale de la région : la région du Tibet était-elle plate et à faible altitude au moment de la collision entre les continents ou existait-il, comme le pensent certains chercheurs, un proto-plateau tibétain et des chaines de montagnes ?



Fig1

Carte topographique du Tibet et des régions environnantes.. Le bassin du Qaidam, sujet de cette étude, forme la bordure nord du plateau tibétain. Les couleurs indiquent l’altitude (vert : plaines < 500 m, jaune : 500 à 2000 m, marron : 2000 à 5000 m, blanc : > 5000 m)


L’équipe internationale à laquelle participe Marc Jolivet s’attache à reconstituer cette topographie initiale du Tibet, en recherchant les indices géologiques permettant de reconstituer les paysages du début du Cénozoïque (~50 Ma). Ces indices sont principalement contenus dans les sédiments déposés au cours du temps dans les bassins sédimentaires répartis sur et autour du plateau. En effet, le type de sédiments ainsi que les restes fossiles qu’ils contiennent varient en fonction de la pente locale (blocs et sable grossier pour un torrent de montagne, sable fin et argile pour un lac), du type de roche érodée à la source, du climat ou encore de l’altitude.



Fig2

Paysage désertique dans la partie centrale du bassin du Qaidam montrant les dépôts cénozoïques à l’affleurement (© M. Jolivet)

Fig3
Sédiments grossiers à la base de la Formation de Lulehe basculés à la verticale par la tectonique récente sur la bordure est du bassin du Qaidam. Ce type de sédiment correspond à une ancienne rivière coulant au pied d’un relief (© M. Jolivet)



A ce titre, le bassin du Qaidam, situé à plus de 1000 km de l’Himalaya, dans la partie nord du Tibet, représente une archive unique de l’évolution topographique, climatique et tectonique de la bordure nord du plateau tibétain. Ce bassin est entièrement entouré de chaines de montagnes et représente donc un piège sans échappatoire pour les sédiments issus de l’érosion du plateau. Avec une accumulation d’environ 15 km d’épaisseur de sédiments cénozoïques, il est l’un des plus importants bassins sédimentaires d’Asie. L’équipe s’est concentrée sur l’étude des sédiments cénozoïques les plus anciens déposés dans le bassin, connus sous le nom de Formation de Lulehe (« Rivière de Lule »), datée du début de l’Eocène (~55 Ma), soit du tout début de la collision entre l’Inde et l’Asie. L’équipe a obtenu auprès de la Qinghai Oilfield Company, une compagnie pétrolière associée à PetroChina, des profiles d’imagerie sismique et des échantillons de forages d’exploration répartis sur le pourtour du bassin. Ces données montrent une série de rivières s’écoulant depuis le pourtour du bassin du Qaidam vers une zone centrale formée par une plaine comportant des lacs peu profonds. Ces conclusions suggèrent donc qu’il y a 50 millions d’années, le Qaidam était une dépression fermée, relativement large et plate, entourée par des reliefs en érosion. Les failles visibles sur les profils sismiques montrent en outre que les bordures nord et est du bassin étaient soumises à des déformations tectoniques probablement à l’origine des reliefs.

Afin d’obtenir une idée de l’importance des reliefs qui entouraient le bassin au début de l’histoire cénozoïque, l’équipe a cherché à « restaurer » la forme initiale de la base du bassin. En effet, dans un contexte de compression tectonique du type de celui induit par la collision entre l’Inde et l’Asie, la croûte terrestre qui supporte les bassins sédimentaires va se déformer sous l’effet de plusieurs facteurs : la charge que représente les sédiments déposés dans le bassin va entrainer une subsidence (un déplacement vers le bas) de la croûte ; les chaines de montagnes qui croissent à proximité du bassin vont aussi, du fait du poids croissant de roche accumulées, « appuyer » sur la croûte terrestre, entrainant là aussi un mouvement vers le bas de la bordure du bassin ; enfin, la croûte, de par sa résistance mécanique à la flexure va s’opposer à cette déformation.


Fig4

Fig6

Carte de l’épaisseur des dépôts sédimentaires de la Formation Lulehe dans le bassin du Qaidam. Les forages utilisés pour décrire les sédiments sont indiqués en jaune. Les deux coupes verticales du dessous montrent la géométrie des dépôts sédimentaires cénozoïques dans leur état actuel (coupe du haut) et celle restaurée des dépôts de la Formation Lulehe il y a 50 Ma


En se basant sur les données de sismique et sur plusieurs types de modèles mécaniques de déformation de la croûte terrestre, l’équipe a montré qu’au moment du dépôt des sédiments de la Formation de Lulehe, la bordure nord du bassin du Qaidam, qui représente l’extrême nord du plateau tibétain, était déjà formée par une chaine de montagnes élevées. Au sud du bassin, la chaine du Kunlun existait déjà mais était située plus au sud que sa position actuelle.

Cette étude démontre que la topographie du Tibet avant la collision entre l’Inde et l’Asie était déjà complexe, comportant des montagnes élevées. La bordure nord du plateau, située il y a 50 Ma à au moins 1500 km de la zone de collision s’est déformée tectoniquement dès le début de l’affrontement entre les deux plaques, augmentant l’altitude des chaines de montagnes pré-existantes et perturbant probablement très tôt la circulation atmosphérique et donc le climat régional.


Référence
Cheng, F., Garzione, C. N., Jolivet, M., Guo, Z., Zhang, D., Zhang, C., & Zhang, Q. (2019). Initial deformation of the northern Tibetan Plateau: Insights from deposition of the Lulehe Formation in the Qaidam Basin. Tectonics, 38. https://doi.org/10.1029/2018TC005214



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Quand deux génomes se rencontrent : histoire évolutive des deux sous-génomes d’une espèce polyploïde, la capselle bourse-à-pasteur


 AHLeGall    28/02/2019 : 14:16

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ARTICLE DANS PLoS GENETICS

Sylvain Glémin (ECOBIO) est co-auteur dans PLoS Genetics d'une étude publiée en février 2019 qui retrace l’histoire évolutive des deux sous-génomes de la capselle bourse-à-pasteur (Capsella bursa-pastoris, Brassicaceae) basée sur l'analyse de la diversité génétique et les variations d’expression de ses gènes.


Au cours de leur cycle de reproduction, les eucaryotes alternent entre une phase haploïde (où le génome est en une seule copie) et une phase diploïde (où le génome est en deux copies). Les individus diploïdes sont issus de la fécondation de deux gamètes haploïdes et possède donc deux jeux de chromosomes, en provenance de chacun des parents. Le mécanisme de la méiose permet de reformer des cellules haploïdes en séparant équitablement les deux jeux de chromosomes. Certaines espèces cependant possèdent plus de deux copies de leurs chromosomes. On parle d’espèces polyploïdes. Si le nombre de copies est un multiple de deux, l’alternance entre méiose et fécondation peut se produire normalement et les espèces peuvent donc parfaitement se reproduire. La polyploïdie est particulièrement fréquente chez les plantes et beaucoup d’espèces sont d’origine allopolyploïde, c’est-à-dire issue de l’hybridation entre deux espèces différentes associée à une duplication du génome. Malgré l’importance de la polyploïdie chez les plantes, l’évolution de deux génomes une fois qu’ils se retrouvent au sein d’un même organisme reste encore mal connue. Est-ce que leur évolution dépend des différences initiales entre les espèces parentales ? Comment sont-ils affectés par leur histoire commune ? Ont-ils tendance à diverger ou converger suite à leur mise en commun ?

Dans une étude publiée en février 2019 dans la revue PLoS Genetics en collaboration entre l’équipe « Evolution, Génome, Adaptation » (Sylvain Glémin), l’université d’Uppsala (Suède) et l’université de Toronto (Canada), l’histoire évolutive des deux sous-génomes de la capselle bourse-à-pasteur (Capsella bursa-pastoris, Brassicaceae) a été étudiée en analysant la diversité génétique et les variations d’expression des gènes. La capselle bourse-à-pasteur est une espèce polyploïde assez récente (~100 000 ans) et une « mauvaise herbe » très commune, répandue dans toute l’Eurasie (et plus récemment en Amérique du nord et en Australie). Une particularité intéressante de cette espèce est que les deux espèces parentales ont des caractéristiques contrastées : C. grandiflora est une espèce allofécondante extrêmement diverse génétiquement avec une distribution géographique limitée au nord de la Grèce, alors que C. orientalis est une espèce autofécondante, génétiquement très uniforme avec une large aire de distribution en Asie centrale.

Cette étude a montré qu’après environ 100 000 générations de coexistence au sein de la même espèce, les deux sous-génomes ont gardé une partie des différences initiales présentes entre les espèces parentales. Par exemple, le sous-génome dérivé de l’espèce autofécondate C. orientalis ayant la plus grande quantité de mutations délétères dans son génome a continué à accumuler plus de mutations délétères que le génome issu de l’autre espèce. A l’inverse, le sous-génome issu de l’espèce allofécondante et très diverse est celui qui a le plus contribué à l’adaptation chez la polyploïde. Ces différences, ainsi que les différences d’expression des gènes, dépendent aussi des différentes régions géographiques étudiées. Enfin, de façon inattendue, de forts flux de gènes entre l’espèce allopolyploïde et les différentes espèces diploïdes proches ont été détectés dans les différentes régions de l’aire de répartition. Ces flux de gènes diploïdes-polyploïdes ont affecté les relations entre les différents génomes dans les différentes régions.

Cette étude illustre comment la trajectoire évolutive d’une espèce polyploïde peut dépendre à la fois de son héritage parental et des spécificités de son histoire post-polyploïdisation, en particulier des flux de gènes avec les espèces diploïdes apparentées.

Pastoris

Fig1 : Capsella bursa-pastoris


FigCapsella 

Fig 2 : Morphologie florale, relations phylogénétiques et aires de répartition des quatre espèces du genre Capsella.

 

 

Reference :

Dmytro Kryvokhyzha, Adriana Salcedo2, Mimmi C. Eriksson, Tianlin Duan, Nilesh Tawari, Jun Chen, Maria Guerrina, Julia M. Kreiner, Tyler V. Kent, Ulf Lagercrantz, John R. Stinchcombe, Sylvain Glémin, Stephen I. Wright, Martin Lascoux. 2019. Parental legacy, demography, and admixture influenced the evolution of the two subgenomes of the tetraploid Capsella bursa-pastoris (Brassicaceae). PLoS Genetics. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1007949

 

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MadMacs : pour comprendre le rôle des macrophytes dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques


 AHLeGall    27/02/2019 : 10:10

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Comprendre le rôle des macrophytes dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques

Gabrielle Thiébaut (ECOBIO) décroche un financement européen Water JPI pour un projet international intitulé MadMacs : Mass development of aquatic macrophytes – causes and consequences of macrophyte removal for ecosystem structure, function, and services.


Les macrophytes submergés ou émergées sont un compartiment clé dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Ce sont des producteurs primaires qui assurent également une fonction de nourriture et d’habitats pour la faune. Ils ont une influence sur les cycles du carbone et des nutriments et interagissent avec les autres compartiments biologiques. L’eutrophisation anthropique des cours d’eau et des plans d’eau a souvent favorisé la prolifération d’espèces végétales et la formation dense d’herbiers monospécifiques. Or, de tels accroissements de biomasse peuvent nuire au bon fonctionnement de l'écosystème, et induisent des nuisances (entrave à la libre circulation, aux activités de baignade etc.).

De nombreuses mesures de gestion sont mises en place afin de limiter ces  herbiers. Si le développement incontrôlé et excessif de macrophytes a des effets négatifs, il n’en reste pas moins que les macrophytes peuvent fournir également de nombreux services écosystémiques. Ces services écosystémiques ne sont pas pris en compte dans l’analyse des coûts-bénéfices.

Le présent projet ambitionne donc d’aider à mieux comprendre les éléments suivants :

  • les conditions de développement de ces herbiers denses
  • l'importance des macrophytes comme habitat pour les algues, le zooplancton, les invertébrés benthiques et les poissons
  • le rôle des macrophytes dans le cycle du carbone et des émissions de gaz à effet de serre
  • l'importance des macrophytes sur les cycles biogéochimiques
  • le rôle de la végétation aquatique sur le fonctionnement hydraulique (retenue, érosion des berges, etc.)
  • Les attentes et contraintes des divers acteurs

Pour ce faire, le consortium international va comparer l’impact de la gestion des herbiers sur le milieu en réalisant un diagnostic avant la fauche et après la fauche. Pour ce faire, les chercheurs vont coopérer avec les principaux acteurs  impliqués dans la gestion de ces milieux. Ce projet se fera en étroite collaboration avec les gestionnaires des sites. L’impact des herbiers de macrophytes sur le fonctionnement du milieu seront étudiés sur six sites situés dans 5 pays. L’élaboration de guides pour la bonne gestion des lacs et des rivières à végétation aquatique dense fait également partie des livrables attendus.

Gabrielle Thiébaut et les autres membres d’ECOBIO impliqués dans ce projet seront plus particulièrement en charge d’évaluer l’impact de ces herbiers de macrophytes aquatiques sur les compartiments biologiques.

Pays impliqués : Norvège, Afrique du Sud, Allemagne, Brésil, France

MadMacs est le 2e projet Water JPI obtenu en 2018 à l'OSUR avec celui auquel contribue Julien Gigault (Géosciences Rennes) : NANO CARRIERS qui porte sur les micro et nano plastiques présents dans l'eau.


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2019 Fig1



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Succès remarquable pour l’université de Rennes 1 et l’OSUR aux bourses individuelles Marie Sklodowska-Curie


 AHLeGall    26/02/2019 : 10:05

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4 bourses pour l'OSUR : 1 à ECOBIO et 3 à Géosciences Rennes

Au niveau national, l'université de Rennes 1 se place 4e ex aequo dans le classement des attributions de bourses européennes Marie Sklodowska-Curie. 5 enseignants-chercheurs de l'université de Rennes 1 ont obtenu un financement, et 4 de ses 5 bourses sont attribuées à des projets portés par des labos OSUR : 1 à ECOBIO (avec Joan van Baaren en écologie) et 3 à Géosciences Rennes (avec Olivier Bour, Tanguy Le Borgne et Yves Méheust en hydrogéologie).

A noter le soutien déterminant de la Plateforme Projets Européens (2PE) Bretagne, qui depuis 2013, accompagne et valorise la participation de la communauté académique bretonne aux programmes-cadres européens dédiés à la recherche et l'innovation, notamment dans le cadre Horizon 2020. Depuis juin 2018, Claire Bajou, ingénieure projets en charge du secteur 'Sciences de la Vie et de la Terre' sur le site de Rennes, est présente tous les mardis dans les locaux de l'OSUR. Au vu de ces résultats exceptionnels dès la première année, on ne peut donc que se réjouir de cette collaboration étroite ! Sur le sujet des bourses individuelles Marie Curie, la 2PE organise tous les ans des réunions d’information sur les différents campus en février-mars (calendrier 2019).

Logo 2PE

 

Les projets MSCA-IF-2018 financés à l’OSUR

 

Acronyme : FAB

Superviseur/Porteur : Joan van Baaren (ECOBIO) / @

Titre : Functional Agricultural Biodiversity : Optimising ecosystem service provision via functional agricultural biodiversity = Biodiversité agricole fonctionnelle : Optimiser les services écosystémiques en milieu agricole grâce à la biodiversité fonctionnelle

Objet : Les services écosystémiques de biocontrôle et de pollinisation sont considérés comme les principaux services écosystémiques (SE) fournis par la biodiversité à l'agriculture mondiale. Le projet FAB (Functional Agricultural Biodiversity) étudiera, pour la première fois, les effets de l'enrichissement en biodiversité végétale sur la mise en œuvre de ces deux SE essentiels, de façon simultanée, et non pas isolément comme c'est le cas dans les recherches actuelles, avec pour objectif de mieux comprendre les antagonismes et/ou les synergies potentielles. Le projet sera réalisé en collaboration entre Joan van Baaren, Directrice d’ECOBIO, et la société Yves Rocher. Le projet utilisera des champs de céréales et de fleurs en Bretagne pour étudier les schémas de distribution spatiale et temporelle des principales espèces impliquées dans les services écosystémiques ainsi que pour comprendre comment cette association céréales/fleurs se traduit par une offre accrue de SE, pour in fine, améliorer le rendement pour les agriculteurs.

Curie
Femelle parasitoïde du genre Aphidius se nourrissant de nectar de sarrasin



Acronyme : UnsatPorMix

Superviseur/Porteur : Yves Méheust (GR) / @

Titre : Impact of structural heterogeneity on solute transport and mixing in unsaturated porous media = Impact de l'hétérogénéité structurelle sur le transport et le mélange des solutés dans les milieux poreux non saturés

Le transport d’espèces dissoutes dans les milieux insaturés joue un rôle fondamental dans les processus environnementaux qui affectent les sols et aquifères, et dans les opérations de stockage souterrain du CO2. Les milieux poreux naturels présentent divers degrés d’hétérogénéité structurelle qui se manifestent dans la distribution de la taille des pores, les arrangements spatiaux et les corrélations spatiales. L’impact de cette hétérogénéité porale sur la dispersion d’un panache de solutés, son mélange avec les liquides résidants contenant d’autres espèces dissoutes, et les taux de réactions qui en résultent, est encore mal connu pour les écoulements insaturés. Pour comprendre ces processus qui ont lieu à l’échelle porale, des mesures expérimentales à cette échelle sont requises. L’objectif du projet Marie Curie UnsatPorMix porté par Yves Méheust est précisément d’analyser l’impact de l’hétérogénéité structurelle porale sur la dispersion et le mélange de solutés, et les taux de réactions entre réactifs en solution, dans les écoulements insaturés.  Pour ce faire, une combinaison d’expériences en micromodèles et de simulations numériques sera développée. Dans un premier temps, des expériences en micromodèles possédant des niveaux d’hétérogénéitiés variables fourniront des données sur la phénoménologie des mécanismes physiques agissant à l’échelle du pore, et leur effet sur la dispersion et le mélange. Dans un second temps, les distributions de phases fluides et les champs de concentration enregistrés dans les expériences, ainsi que les champs de vitesse à l’échelle du pore calculés numériquement dans ces géométries, seront utilisés pour développer et valider un modèle en réseaux de pores d’écoulement diphasique et de transport de soluté à l’échelle porale en milieux insaturés (cf. Figure 1). Le modèle fournira un jeu de données représentatif permettant une analyse statistique détaillée et l’obtention de relations phénoménologiques quantitatives entre l’hétérogénéité structurelle et les propriétés de dispersion et mélange des milieux poreux à divers degrés de saturation. Le projet UnsatPorMix contribuera ainsi de manière significative à la modélisation des diverses applications citées plus haut, ainsi qu’à l’évaluation des risques qui leur sont liées.

UnsatPorMix



Acronyme : THERM

Superviseur/Porteur : Olivier Bour (GR) / : @

Titre : Transport of Heat in hEteRogeneous Media = Transport de chaleur dans les milieux hétérogènes

La géothermie représente une source d'énergie prometteuse pour satisfaire les besoins énergétiques croissants avec un impact minimal sur l'environnement. Pour mettre au point et tester de nouvelles technologies de production et de stockage d'énergie dans des réservoirs géothermiques, il est essentiel de bien comprendre le transport de chaleur dans les milieux fracturés. Le projet THERM est axé sur l'étude du transport de la chaleur et des processus thermo-hydro-mécaniques (THM) connexes qui se produisent pendant la durée de vie d'un réservoir géothermique. Bien que des progrès aient été réalisés dans la caractérisation et la modélisation de l'hétérogénéité souterraine dans les processus d'écoulement et de transport des solutés, les effets des hétérogénéités souterraines multi-échelles sur le transport de chaleur demeurent une question ouverte. Dans ce projet, il est proposé de combiner des expériences contrôlées sur site expérimental à des travaux théoriques à différentes échelles, basés sur le développement de nouveaux modèles numériques 3D, pour aboutir à une compréhension quantitative des processus complexes couplés se produisant le long des interfaces fluide-roche pendant la circulation des fluides dans les systèmes géothermiques.

THERM
 

 

Acronyme : ChemicalWalks

Superviseur/Porteur : Tanguy Le Borgne (GR) / @

Titre : Reactive Transport and Mixing in Heterogeneous Media: Chemical Random Walks under Local Nonequilibrium = Transport réactif et mélange dans les milieux hétérogènes : Marcheurs aléatoires chimiques en conditions non-équilibrées

Objet : La compréhension et la modélisation du transport réactif en milieu poreux sont fondamentales pour prédire les réactions biogéochimiques, qui jouent un rôle clé dans les questions environnementales actuelles telles que la gestion des ressources en eau ou la séquestration du dioxyde de carbone. L'un des défis principaux est de comprendre la dynamique des processus de mélange de fluides et de réaction des solutés dans un contexte d’hétérogénéité multi-échelle, qui caractérise la plupart des milieux poreux naturels. Il s’agit notamment de caractériser l'impact des processus de mélange des fluides à l'échelle des pores sur le transport réactif à plus grande échelle. ChemicalWalks ambitionne de répondre à cette question en couplant pour la première fois les nouveaux modèles de mélange en milieux poreux, développée au laboratoire Géosciences Rennes (Le Borgne et al. Journal of Fluid Mechanics 2015), et le modèle de Continuous Time Random Walk chimique développé par Tomas Aquino (Aquino et al. Physical Review Letters 2017).



Quelques informations sur le contexte de ces résultats

Sur cet appel européen 2018, la France a 143 projets retenus. Elle est en troisième position derrière le Royaume-Uni (309 projets) et l'Espagne (158 projets). Elle est suivie par l'Italie (109 projets), l'Allemagne (102 projets), et les Pays Bas (91 projets).

Pour les projets portés par des institutions françaises, en nombre de lauréats, l'université de Rennes 1 est 5e toutes institutions confondues, et même 2e établissement d'enseignement supérieur juste derrière Sorbonne Université ! L’université de Rennes 1 avait déposé 10 dossiers sur cet appel et en a donc obtenu 5 (dont 4 à l'OSUR). A l’échelle de la Bretagne, ce sont 5 des 6 dossiers financés.

Dans le panel "Environnement" (celui des 4 bourses de l'OSUR portées par l’UR1), le taux de succès à l'échelle européenne est de 12,6 % ce qui met d’autant plus en valeur la performance réalisée par les 4 porteurs osuriens !

 

Classement français

1             CNRS = 39 bourses

2             SORBONNE UNIVERSITE = 6 bourses

3             INSERM = 6 bourses

4             INRA = 5 bourses

5             UNIVERSITE DE RENNES 1 = 5 bourses

6             ELVESYS SAS = 4 bourses

7             UNIVERSITE DE BORDEAUX = 4 bourses

8             ECOLE POLYTECHNIQUE = 4 bourses

9             CEA = 4 bourses

10           INSTITUT DU CERVEAU ET DE LA MOELLE EPINIERE = 3 bourses

 


>>> En savoir plus
Appel Individual Fellowships (IF) 2018
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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.


Fig1

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
Fig3

 

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) / @
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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.


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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.

2019 Fig5
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.


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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) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @