Archives pour mars 2018

Mercure, le cas particulier du système solaire, ne serait pas un cas unique !

28 mars 2018 by osuadmin

Une équipe internationale d’astronomes pilotée par un chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM – CNRS, CNES, Aix-Marseille Université) dévoile pour la première fois une planète extrasolaire dont la structure serait très proche de celle de Mercure – le cas particulier toujours inexpliqué du système solaire. C’est en utilisant les données de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA et du télescope HARPS de l’Observatoire de La Silla de l’ESO au Chili que cette équipe a pu faire cette étonnante découverte dont les détails sont publiés dans la revue Nature Astronomy du 26 mars 2018.

La structure interne de Mercure reste un mystère pour les astronomes. En effet, contrairement à Vénus, la Terre et Mars, Mercure est composée pour 70% de son noyau et 30% de son manteau. Des proportions quasiment inverses à celle des autres planètes telluriques du système solaire. Jusqu’à ce jour aucune autre planète connue ne présentait des caractéristiques similaires.

En utilisant les données de la mission K2 du télescope spatial Kepler de la NASA – qui permet de mesurer le rayon des planètes – et du spectrographe HARPS de l’Observatoire de La Silla de l’ESO – qui permet de mesurer leur masse- une équipe d’astronomes vient de mettre à jour une planète dont la structure interne semble bien être très proche de celle de Mercure.

Cette planète appelée K2 229 b, aussi surnommée « Freddy » par l’équipe, orbite autour de son étoile en 14 heures et a une masse d’environ 2,6 masses terrestres. « A partir de sa masse et son rayon, grâce au modèle de structure interne développé au LAM, nous sommes aujourd’hui en mesure de déterminer sa composition » explique Alexandre Santerne, premier auteur de l’article scientifique, chercheur au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université).

« Selon nos calculs « Freddy » est une planète extrêmement dense. C’est une planète bien plus grosse que Mercure dont la structure interne présente des similitudes avec un noyau très volumineux et un fin manteau » précise Bastien Burgger, un des auteurs de l’article, doctorant au Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (CNRS, Aix-Marseille Université « Fait étrange, d’après la composition chimique de son étoile, très semblable au Soleil, on s’attendait à ce que sa composition soit comme celle de la Terre. »

En étudiant cette planète et son environnement, les astronomes vont essayer de comprendre le scénario qui a conduit à sa formation et donc peut être aussi de mieux comprendre comment Mercure a pu se former.

A la veille du lancement de la mission spatiale de l’ESA Bepi Colombo, dont l’objectif sera d’étudier Mercure en détail, cette découverte vient encore renforcer la conviction des scientifiques que l’étude des systèmes exoplanètaires peut considérablement les aider à comprendre comment notre système solaire s’est formé. Ils pourront ainsi probablement prochainement croiser les données fournies par Bepi Colombo avec ce qu’ils connaitront de Freddy.

De l’origine de la crise forestière en Afrique Centrale il y a 2 600 ans

15 mars 2018 by osuadmin

L’origine de la « crise forestière » qui a commencé il y a environ 3 000 ans et profondément affecté le couvert végétal de l’Afrique Centrale a longtemps été controversée. Une équipe internationale ¹ germano-franco-camerounaise regroupant paléoclimatologues, géochimistes et archéologues vient de remettre sur le devant de la scène l’hypothèse de la cause anthropique. Les résultats des analyses effectuées sur des sédiments lacustres en provenance du sud du Cameroun et leur combinaison à des données archéologiques régionales a en effet permis à cette équipe de mettre en évidence que, dans cette région, ces transformations de l’environnement forestier avaient commencé il y a 2 600 ans et n’étaient pas le fruit du changement climatique mais bien celui de la croissance démographique qu’a connue cette région à cette époque.

Les hommes modifient leur environnement naturel pour qu’il leur soit plus favorable, et cela depuis plusieurs millénaires, même dans les régions les plus reculées de la planète. Ces influences précoces sont bien documentées dans la forêt amazonienne. En revanche, l’impact anthropique en Afrique Centrale reste un sujet encore largement débattu, alors que des perturbations majeures s’y sont produites depuis plusieurs millénaires. Il y a plus de 20 ans, l’analyse des sédiments lacustres du Barombi Mbo au Sud Cameroun a révélé que les couches sédimentaires les plus anciennes contiennent principalement des pollens d’arbres reflétant un couvert forestier dense. A l’inverse, les sédiments les plus récents concentrent une proportion significative de pollens de savane : il y a environ 3 000 ans, la forêt primitive dense a ainsi rapidement laissé place à des savanes, modification qui a été suivie par un retour rapide à des forêts. Pendant longtemps, ce changement soudain, baptisé « crise forestière », a été attribué à un changement climatique lié à une diminution de la quantité des précipitations et une accentuation de la saisonnalité. Malgré quelques controverses, l’énigme de l’origine de la crise forestière semblait résolue.

JPEG - 162 ko — **Lac Barombi Mbo, au sud du Cameroun.** Crédit : IRD – Université de Potsdam – Yannick Garcin

Une équipe internationale composée de géochimistes, paléoclimatologues et archéologues suspectait que d’autres causes pouvaient expliquer cette transformation profonde des environnements forestiers. En menant une nouvelle campagne de carottage en 2014 sur le lac Barombi Mbo, ils ont reconstruit de manière indépendante la végétation et le climat de l’époque par l’analyse des isotopes stables des cires cuticulaires des plantes, fossiles moléculaires préservés dans les sédiments. L’équipe a confirmé un changement important de végétation pendant la crise forestière, mais elle a également démontré que celui-ci ne s’accompagnait d’aucun changement des précipitations. Elle précise également la chronologie de cet événement qui aurait débuté sur le bassin du Barombi Mbo il y a 2 600 ans pour s’achever tout aussi rapidement quelques 600 ans plus tard.

JPEG - 380.5 ko — **Carottage des sédiments sur le lac Barombi Mbo en 2014** *Crédit : IRD – Université de Potsdam – Yannick Garcin*

Ainsi si l’existence de la crise forestière est avérée, elle ne saurait s’expliquer par un changement climatique. En revanche, en étudiant plus de 460 sites archéologiques dans la région, des arguments qui laissent penser que les humains sont à l’origine de ces changements environnementaux peuvent être mis en avant. Les vestiges archéologiques de plus de 3 000 ans sont effectivement rares en Afrique Centrale. Autour de 2 600 ans, simultanément à la crise forestière, le nombre de sites archéologiques augmente significativement, suggérant une croissance rapide de la population (probablement liée à l’expansion des populations Bantu en Afrique Centrale). Cette période voit également, dans la région, l’apparition de la culture du millet, de l’exploitation des palmiers à huile et le développement de la métallurgie du fer. La combinaison des données archéologiques régionales et des résultats sur les sédiments du lac démontre de manière convaincante que les humains ont fortement généré des impacts sur les forêts tropicales en Afrique Centrale il y a plusieurs milliers d’années et qu’ils ont laissé des empreintes anthropiques détectables dans les archives géologiques. La crise forestière a été probablement provoquée par la croissance des populations qui se sont installées dans la région et ont dû éclaircir la forêt pour pouvoir cultiver des terres devenues arables, selon un processus similaire à ce que nous observons actuellement dans de nombreuses régions d’Afrique, d’Amérique du Sud et d’Asie. Cette étude apporte un nouvel éclairage sur la » crise forestière » en Afrique Centrale. Elle souligne également la capacité des écosystèmes à se régénérer. Quand la pression anthropique a diminué il y a 2 000 ans, les environnements forestiers se sont reconstitués, mais pas nécessairement à l’identique. Ainsi, en Amazonie comme en Afrique, les études de terrain montrent que la présence de certaines espèces témoigne d’activités humaines anciennes.

1. Les laboratoires français impliqués sont Le Centre européen de recherche et d’enseignement de géosciences de l’environnement (CEREGE/PYTHÉAS, CNRS / AMU / IRD / Collège de France), le Laboratoire de géologie de Lyon : Terre, planètes, environnement (LGL-TPE/OSUL, CNRS / ENS Lyon / Université Claude Bernard), le laboratoire Patrimoines locaux et gouvernance (PALOC, IRD / MNHN), le laboratoire Morphodynamique continentale et côtière (M2C, Université de Caen Normandie / Université de Rouen Normandie / CNRS), le laboratoire Hydrosciences Montpellier (HSM/OREME, CNRS / Université de Montpellier / IRD) et le Laboratoire de Chimie de l’Environnement (LCE, Université Aix-Marseille / CNRS)

Diatomées pico- et nano-planctoniques : une importance sous-estimée dans les cycles biogéochimiques océaniques

5 mars 2018 by osuadmin

Les diatomées sont l’un des principaux groupes de producteurs primaires des océans, responsables chaque année d’environ 20 % du CO2 fixé par photosynthèse sur Terre. Si dans les modèles biogéochimiques, elles sont généralement assimilées au microphytoplancton (20-200 µm), il existe de nombreuses diatomées appartenant au nano- (2-20 μm) voire au pico- (< 2 μm) phytoplancton. En raison de leur très petite taille, elles sont difficiles à détecter par les méthodes classiques d’observation et sont très mal caractérisées. Au cours de la campagne DeWeX-MERMEX dans le nord-ouest de la Méditerranée, une équipe de chercheurs ¹ a mis en évidence une floraison printanière massive en 2013 de la plus petite diatomée connue (Minidiscus). En parallèle, l’analyse des données de métagénomique acquises au cours de l’opération Tara Oceans leur a permis de révéler une présence significative à l’échelle mondiale, et largement sous-estimée jusqu’à présent, de ces petites diatomées. Les chercheurs ont aussi démontré que ces espèces pouvaient être exportées rapidement vers les zones méso- et bathypélagiques sous forme d’agrégats et que des diatomées pico- et nanoplanctoniques pouvaient ainsi localement contribuer à la pompe biologique tout en alimentant également la boucle microbienne.

Il est couramment admis que les floraisons printanières phytoplanctoniques ou celles déclenchées par le mélange turbulent conduisant à l’injection de sels nutritifs dans la couche de surface s’accompagnent d’un développement important de diatomées de moyenne et grande tailles, souvent de forme coloniale. Les chercheurs participant au programme DeWeX d’étude de l’efflorescence planctonique faisant suite à la convection hivernale profonde dans la zone de formation des eaux denses au large du golfe du Lion en Méditerranée Nord-Occidentale, s’attendaient ainsi à observer une floraison de diatomées dans la catégorie du microplancton. Suite à un mélange convectif ayant homogénéisé l’ensemble de la colonne d’eau sur 2500 m au cours de l’hiver 2012-2013, la floraison planctonique a été particulièrement intense et étendue. Une surprise de taille a été l’absence totale dans cette zone de diatomées de grande taille, remplacées lors de cet événement par une floraison de deux espèces du plus petit genre de diatomée connu à ce jour Minidiscus, de 2 à 5 μm, et atteignant des concentrations record de 6 millions de cellules L-1. Les chercheurs ont calculé qu’à certains sites, et notamment au centre de la zone de convection, cette diatomée pouvait représenter jusqu’à 30% du carbone organique particulaire total. Ces organismes n’ont pu être identifiés que grâce à la microscopie électronique à balayage, les techniques d’observation classique en microscopie inversée ne permettant pas de les reconnaître.

PNG - 268.7 ko — **Concentrations de surface de Chlorophylle a pendant le leg 2 de la campagne DeWeX en avril 2013.** La zone caractérisée par l’accumulation importante de Chla correspond à une zone de formation d’eau dense. *Crédit : MIO*

A partir d’une représentation numérique simplifiée des conditions environnementales observées en début d’efflorescence, un modèle de dynamique phytoplanctonique organisé en niches écologiques conforte l’hypothèse que seule une mortalité plus élevée (top-down) appliquée aux diatomées de grande taille et liée à la présence de brouteurs méso-zooplanctoniques permet de reproduire la dominance de ces petites diatomées au moment de l’efflorescence printanière. En parallèle de ces observations, les premières données de Tara Océans sur la diversité des diatomées, publiées en 2016, ont révélé la présence de Minidiscus dans une grande majorité d’échantillons. Une ré-analyse des données a permis d’identifier ce genre comme étant le 20ème genre de diatomées le plus abondant dans la couche de surface et le 7ème genre le plus abondant dans la couche mésopélagique, ce qui est beaucoup plus surprenant à l’échelle globale au vu du faible nombre d’observations recensées dans la littérature.

JPEG - 105.2 ko — **La diatomée Minidiscus comicus (gauche) et M. trioculatus (droite)** Diatomées identifiées en microscopie électronique à balayage. Barre d’échelle 1 µm. *Crédit : V. Cornet / MIO*

Plusieurs résultats originaux découlent de cette étude :

La mise en évidence de diatomées de taille pico- à nano-planctonique capables de former des efflorescences importantes et de contribuer significativement à la biomasse produite, dont l’importance a probablement été très sous-estimée en raison de biais d’échantillonnage et d’observation, désormais résolus par le couplage de la microscopie à balayage et de la génomique.
Si ces diatomées alimentent principalement la boucle microbienne en étant reminéralisées au sein de la couche de surface, elles sont aussi capables de contribuer localement à l’export de matière particulaire par le biais de processus d’agrégation.
Ces observations confirment la nécessité d’ouvrir la boîte noire « diatomées » et d’étudier le rôle de la biodiversité réelle dans la modulation des flux des éléments biogènes au sein d’un même groupe fonctionnel.

1. Les laboratoires impliqués sont les suivants : Institut méditerranéen d’océanographie (MIO/PYTHÉAS, CNRS / IRD / AMU / Université de Toulon), Institut de biologie de l’Ecole Normale Supérieure (IBENS, CNRS / ENS, Paris / INSERM), Centre de formation et de recherche sur l’environnement marin (CEFREM, CNRS / UPVD), Laboratoire d’océanographie microbienne (LOMIC/OOB, CNRS / UPMC), Station biologique de Roscoff (SBR, CNRS / UPMC) et Institut François-Jacob (CEA).