Projets inter-équipes, contrat 2017-2022

Suite à l’auto-analyse du laboratoire et conformément à la stratégie scientifique proposée pour le prochain contrat, le laboratoire affiche sa volonté de soutenir les projets inter-équipes et interdisciplinaires. Ces projets transversaux, dont certains sont exploratoires, sont susceptibles de préfigurer des grands axes de recherche et d’orienter la structure de l’unité dans les contrats suivants. L’objectif est d’abord scientifique mais aussi structurel car cette démarche aura pour effet de maintenir et de renforcer les liens internes qui donnent toute sa cohérence à notre unité de recherche. Parmi tous les projets transversaux, nous en avons sélectionné cinq qui illustrent bien le potentiel scientifique caractérisant Biogéosciences.

 

PROJET 1 : « Étude intégrée de la vigne»

 

Projet inter-equipe 1

 

Equipes impliquées : SEDS, CRC, ECO/EVO

Animateurs : Benjamin Bois & Olivier Mathieu

Mots-clés : vigne, agrosystème vitivinicole, étude intégrée, agronomie, géopédologie, climatologie, écologie, parasites.

 

Cette thématique réunit les compétences en sciences du sol, du climat et de l’écologie du laboratoire Biogéosciences autour de l’étude de l’agrosystème viticole. Elle s’intéresse en particulier à :

- la caractérisation de la variabilité spatiotemporelle géopédoclimatique de l’agrosystème vitivinicole à l’échelle locale et de son influence sur le développement de la vigne et la maturation du raisin. À cette fin, une zone pilote en Bourgogne viticole localisée au nord de Beaune a fait l’objet d’une caractérisation agronomique des parcelles de vigne (sol, matériel végétal, année de plantation...), d’une caractérisation géopédologique et d’un déploiement de capteurs climatiques (pluviomètres, thermomètres autonomes) et d’outils de suivi de la résistivité électrique et de l’état hydrique des sols viticoles ;

- l’étude des insectes parasites ou vecteurs de parasites de la vigne, leurs interactions avec la vigne et leurs ennemis naturels.

 

La mise en commun des compétences des équipes du laboratoire, en particulier CRC, SEDS et ECO/EVO vise à permettre une approche intégrée de ces deux questionnements scientifiques, via le partage d’outils de mesure (climat, sol), d’expertise en géologie, pédologie, climatologie, écologie et parasitologie autour, notamment, d’un — voire de plusieurs — sites expérimentaux communs.

 

PROJET 2 : « Modélisation hydro-climatique »

 

Projet inter-equipe 2

 

Equipes impliquées : CRC, SEDS

Animateur : Benjamin Pohl

Mots-clés : modélisation climatique et hydrologique, environnements glaciaires, cycle de l'eau, changements globaux

 

Cet axe transversal entre les équipes CRC et SEDS s'intéresse aux relations entre la variabilité climatique, l'hydrosphère (ressource en eau de surface et de subsurface) et la cryosphère (bassins versants glaciaires de montagne ou polaires). Différentes échelles spatiotemporelles allant du synoptique à celle du changement climatique sont analysées sur deux terrains d'étude préférentiels : l'Europe de l'Ouest et l'Arctique européen. L’axe « Climat - Hydrologie » s'appuie sur deux projets initiés durant l'actuel contrat, financés par des programmes de recherche nationaux, et se poursuivant lors du prochain contrat. Il regroupe actuellement 5 chercheurs et enseignants-chercheurs permanents (3 CRC, 2 SEDS), deux thèses (soutenances prévues pour 2015 et 2016), deux post-docs (12 et 24 mois) et 5 stages de recherche de Master.

 

La ressource en eau dans le Centre-est français face au changement climatique

Dans le cadre du programme GICC HYCARRE (2013-2015), des travaux ont été initiés sur l’évolution (1980-2100) de la ressource en eau en Bourgogne et les stratégies d'adaptation à l'échelle des bassins versants. Ce deuxième point conduit en étroite association avec des sociologues (UMR INRA CESAER) se construit via des ateliers (e.g. design territorial, journées d'échanges), mobilisant les animateurs, gestionnaires et/ou décideurs de la ressource en eau. Ces travaux seront poursuivis en étendant la zone d’étude à la Franche-Comté (collaboration avec le laboratoire ThéMA), en développant une chaîne de modélisation incluant Modèles de Circulation Générale, ou "Earth System Models" (par exemple développés par le CRNM ou l'IPSL), Modèles de Climat Régional (WRF ou Meso-NH) et modèles hydrologiques (collaborations avec le BRGM et l’UMR INRA Agroécologie) non distribués (GR4J, Gardenia) ou semi-distribués (SWAT).

 

L'hydrologie glaciaire et son évolution : comparaison entre hautes altitudes et hautes latitudes

Les glaciers et l'hydrologie dans les bassins versants glaciaires répondent très rapidement au forçage climatique. L'action entreprise consiste à étudier les effets de la variabilité climatique récente (depuis la sortie du Petit Âge glaciaire) sur les processus d'accumulation et de fonte, mais également sur l’hydrologie glaciaire et les flux sédimentaires. Ces travaux sont réalisés dans les environnements glaciaires d’altitude (France : massif du Mont-Blanc) et de hautes latitudes (Arctique : Spitzberg). L’étude sur le massif du Mont-Blanc correspond à l’un des work packages du programme de recherche ANR VIP-Mont-Blanc (2014-2018). Au cours du prochain contrat, nous envisageons de poursuivre ces travaux. Ces deux chantiers d’étude sont situés dans deux contextes climatiques contrastés et présentent des glaciers sentinelles particulièrement vulnérables aux changements globaux. Considérer ces deux terrains conjointement nous permettra de comparer l’ampleur et le poids respectif des différents processus répondant au forçage climatique sur ces terrains. Cette action est également menée en collaborations avec une équipe de ThéMA. Cette thématique pourrait en outre être renforcée par une thèse franco-italienne en cotutelle : Le changement climatique dans les Alpes occidentales (Italie-France-Suisse) : relevés météorologiques, télédétection et modélisation régionale. Un projet a été déposé auprès de l’université franco-italienne en réponse à l’appel à projet « Programme Vinci 2015 ».

 

PROJET 3 : « Bio-calcifications »

 

Projet inter-equipe 3

 

Equipes impliquées : SAMBA, SEDS

Animateurs: Emmanuelle Vennin & Irina Bundeleva

Mots-clés : bio-calcification, carbonates microbiens, bactéries phototrophes, EPS, diagenèse, stockage du CO2

 

Ce projet est apparu comme une nécessité de la part de tous les protagonistes membres de l’équipe SEDS ou de la future équipe SAMBA. L’émergence de ce projet inter-équipe est consécutif d’une part au recrutement d’Irina Bundeleva en 2013 qui a ouvert une nouvelle thématique de recherche au sein de l’axe biominéralisation de l’équipe SAMBA portant sur les biocalcifications microbiennes, et d’autre part à l’activation de la thématique « diagenèse des biocalcifications » au sein de l’équipe SEDS.  

Des questions majeures se sont dégagées au cours des débats :

- quels sont les processus de formation des microbialites (carbonates microbiens) et quelle est la minéralogie résultante ? On sait que ces objets biogéologiques résultent d’un subtil équilibre entre facteurs intrinsèques (métabolismes des microbes, présence d’exopolysaccharides, caractéristiques du micro-environnement) et facteurs extrinsèques (paramètres physico-chimiques du milieu). Quelle est la part respective de chacun de ces facteurs ?

- quels sont les paramètres physiques contrôlant la préservation du signal biologique et des structures biocalcifiées microbiennes et leur diagenèse (transformation au cours de l'enfouissement)? Cette question est également valide pour les biocalcifications des métazoaires, pour lesquelles des simulations de diagenèse de laboratoire sont déjà entreprises.

 

En filigrane se profile un ensemble de questions sociétales de fond, concernant les changements climatiques globaux, notamment la valorisation des connaissances acquises sur les processus de biocalcification en les appliquant à la problématique de l’acidification océanique actuelle et du stockage du CO2. Les chantiers d’étude envisagés comprennent à la fois des formations actuelles (Cuba, Salar Bolivie, Grand Lac Salé aux USA, Limagnes) et anciennes (Massif Central-Limagne, Trias des USA, Pré-sel crétacé en Afrique et au Brésil). En conclusion, ce projet transversal mise sur la complémentarité des compétences techniques des personnes impliquées concernant l’analyse de la diagenèse, la sédimentologie, la minéralogie, la chimie, la biochimie et la géochimie.

 

PROJET 4 : « Traçage isotopique des processus biotiques récents »

 

Projet inter-equipe 4

 

Equipes impliquées : BIOME, SEDS, SAMBA

Animateur : Christophe Thomazo

Mots-clés : isotopes stables, niche isotopique, réseau trophique, métabolisme

 

Ce projet se structure autour des savoir-faire présents au sein de l’UMR Biogéosciences regroupant les champs disciplinaires de la biologie des populations et des communautés, la caractérisation des niches écologiques, la physiologie et le métabolisme des organismes et la biogéochimie des isotopes stables. Les recherches entreprises s’appuient sur l’outil isotopique et s’organisent autour de ses applications dans le vivant. Plus particulièrement les isotopes stables du carbone, de l’azote, de l’oxygène et du soufre, éléments constitutifs des organismes vivants présents dans les matières organique et minéralisée, ont des rapports isotopiques qui peuvent évoluer dans le temps et dans l’espace en fonction (i) de paramètres extrinsèques tel que le milieu de vie, la place dans les réseaux trophiques et (ii) de paramètres intrinsèques comme par exemple la dérégulation métabolique pathologique ou encore le stress oxydatif. La pluridisciplinarité de ce projet transversal repose notamment sur la mise en commun (i) d’une bonne connaissance de certains systèmes biologiques actuels dans leurs contextes écologiques (Equipe SAMBA et BioME) et (ii) des outils et de la théorie des isotopes stables (équipe SEDS et plateforme GISMO). Les interactions entreprises au cours du précédent contrat quinquennal ont permis de faire émerger trois questionnements communs :

- caractérisation des « niches isotopiques » de communautés et populations d’oursins actuels antarctiques. L’objectif est de poser des contraintes originales sur la plasticité du régime alimentaire des oursins en traçant à l’aide de l’outil isotopique (carbone et azote) les sources de matière organique (planctons benthiques versus pélagiques) utilisées lors du métabolisme hétérotrophe de ces métazoaires.

- facteurs environnementaux influençant le fractionnement isotopique. L’objectif est de contraindre finement comment le fractionnement isotopique in natura varie au cours de la vie d’un organisme (échinodermes) et en fonction de son environnement (benthique et pélagique). Ce point crucial peut notamment aider à mieux « trier » les effets vitaux des effets de source dans les processus biotiques récents.

- enregistrement isotopique de dérégulation métabolique pathologique. On explorera ici la possibilité de tracer isotopiquement des pathologies (cancers) chez l’Homme ou chez la souris, en incluant des mutants, en collaboration avec l’équipe INSERM U 866 - CHU Dijon d’oncologie.

 

PROJET 5 : « Urbanisation et biodiversité »

 

Projet inter-equipe 5

 

Equipes impliquées : CRC, BIOME, SAMBA, SEDS

Responsable : Bruno Faivre

Mots-clés : urbanisation, biodiversité, climat urbain haute résolution, facteurs abiotiques, réponses biotiques

 

L’urbanisation génère des espaces parmi les plus artificialisés qui soient, avec une occupation massive des surfaces par le bâti et le réseau routier, et pratiquement aucun milieu spontané. Cela produit un contexte environnemental particulier vis-à-vis d’un très grand nombre de facteurs abiotiques. Par exemple, les températures, le bruit et la quantité de lumière sont plus élevés que dans les campagnes environnantes. Il est en est de même pour la circulation de certains contaminants associés à la concentration d’activités comme le trafic routier ou les chauffages domestiques. Ceci étant, de nombreuses espèces animales et végétales se sont implantées en ville et les ″acquisitions″ nouvelles se poursuivent. Les effectifs peuvent atteindre des niveaux importants, faisant de ces espèces une composante parfois emblématique de la nature en ville. En considérant, les singularités abiotiques du milieu urbain et celles des communautés qui s’y développent, les facteurs écologiques qui s’expriment en ville exposent les organismes à des pressions très contrastées relativement à celles qui s’exercent dans les milieux naturels où les espèces ont évolué. Cela pose des questions d’ordre fondamental et opérationnel à plusieurs niveaux. En particulier, quelle diversité, à différentes échelles d’organisation, recèle l’habitat urbain et a-t-il une ″responsabilité″ particulière en termes de biodiversité ? Quels sont les facteurs abiotiques les plus impliqués dans les contraintes ou les opportunités auxquelles sont exposés les organismes urbains ? Quelle(s) réponse(s) développent les organismes aux spécificités du milieu urbain, et sur quel processus (plasticité vs adaptation) reposent ces réponses ? Tout ou partie des phénomènes observés peuvent-ils être transposés à l’homme et conférer aux organismes un rôle ″sentinelle″ ? L’implantation de populations naturelles en ville et les cycles parasitaires qu’elles entretiennent peuvent-ils faire courir un risque sanitaire aux populations humaines ?

 

Certains travaux réalisés au sein de l’UMR Biogéosciences permettent l’exploration d’une partie de ces questions (Tableau 15). En collaboration avec le laboratoire ThéMA, l’équipe CRC étudie le contexte et climatique de l’agglomération dijonnaise selon un grain spatial fin, relevant ainsi un défi analytique dans ce domaine. Un ensemble de 50 capteurs relevant les températures et l'humidité toutes les 20 minutes est en place depuis juin 2014, et des simulations numériques du climat urbain à haute résolution spatiale (150 m) sont réalisées avec un Modèle de Climat Régional (WRF). De plus, des modèles prospectifs sur l’évolution du climat urbain sont mis au point. L’équipe BIOME explore les conséquences de l’urbanisation sur des populations naturelles d’oiseaux. Un dispositif de 400 nichoirs disposés à Dijon et en forêt voisine produit des données depuis 3 ans. Il est répliqué en Franche-Comté dans le cadre d’une collaboration avec l’UMR Chrono-Environnement. L’équipe SAMBA envisage de caractériser à la fois les populations de certains gastropodes aquatiques d’intérêt patrimonial et qui sont implantés en ville, mais aussi les communautés de gastropodes terrestres. L’opportunité de croiser des données climatiques et des données de biodiversité à différentes échelles apparaît clairement. Enfin, l’expertise technique de l’équipe SEDS sur la quantification isotopique permet d’envisager la détection indirecte de désordres physiologiques chez les individus urbains à partir de prélèvements biologiques simples. Le croisement des compétences autour d’un objet commun pourrait permettre à terme la mise en place et l’entretien d’un dispositif pérenne et local.

 

 TableauCollabInterEquipes

Tableau 1 : Equipes impliquées (en rouge) et modèles de recherches relativement aux objets et questionnements appliqués à l’urbanisation. Les flèches matérialisent l’action des facteurs abiotiques.