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Quand les cernes des arbres révèlent l’âge d’un des plus beaux joyaux naturels du Kazakhstan

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Situé dans la chaîne de montagnes du Tien Shan, dans le parc national de Kolsai et classé réserve de biosphère par l’UNESCO, le lac Kaindy offre un paysage aussi mystérieux que spectaculaire, car il est peuplé d’arbres « fantômes ».

De ses eaux turquoise, émergent des troncs d’épicéas (Picea schrenkiana) submergés lors de la formation du lac ce qui a toujours suscité l’intérêt des scientifiques et l’émerveillement des visiteurs.

Jusqu’à présent, les chercheurs et la population locale attribuaient la formation du lac au tremblement de terre de 1911 qui avait occasionné d’importants dégâts et de nombreux glissements de terrain dans la région.

Cependant, une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’IMBE et du CEREGE ont récemment remis en question cette hypothèse, grâce à des recherches innovantes fondées sur la dendrochronologie. Cette méthode permet de remonter le temps en analysant les cernes de croissance des arbres et de dater ainsi les événements du passé.

En comparant les séries de cernes des arbres morts, submergés dans le lac, avec celles des arbres vivants sur les versants environnants, les chercheurs ont ainsi réussi à dater la formation du lac peu après l’automne 1888, identifiant alors un autre responsable : le tremblement de terre de Chilik qui secoua la même région le 11 juillet 1889, soit 22 ans auparavant la date généralement admise.

D’une magnitude de 8,2, ce très grand tremblement de terre a donc produit, par un effet en cascade, une déstabilisation d’un versant, provoquant un glissement de terrain, le barrage de la rivière coulant dans la vallée et la noyade brutale des arbres lors de la formation du lac.

L’étude ne se limite pas à réviser l’histoire de ce paysage emblématique du Kazakhstan. Elle apporte également la confirmation que le lac Kaindy se trouve dans la zone épicentrale du séisme de 1889 et suggère que les ruptures de surface, décrites à proximité, sont très probablement liées à cet événement.

En combinant des analyses dendrochronologiques avec des recherches paléosismologiques, ce travail novateur a permis d’améliorer la connaissance des risques sismiques de cette région frappée par plusieurs séismes depuis la fin du XIXe siècle. Il enrichit la connaissance du patrimoine naturel et contribue aux efforts de préservation d’un environnement unique, fragile et menacé.

La chaîne de montagnes du Tien Shan étant toujours active sismiquement, le scénario mis en évidence au Lac Kaindy pourrait se reproduire, avec un enchainement d’aléas naturels, mais cette fois-ci dans des zones fortement urbanisées : un tel effet en cascade serait alors susceptible de produire les plus grandes pertes matérielles et humaines.

50ème anniversaire de la découverte de Lucy – par Raymonde Bonnefille

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Cette découverte a ouvert la voie aux multiples recherches et prospections de terrain qui enrichissent encore aujourd’hui les connaissances sur l’évolution de nos ancêtres. Depuis, des progrès considérables ont eu lieu, de nouveaux restes fossiles appartenant à plusieurs espèces d’homininés (Australopithèques inclus) ayant été trouvés dans le Rift de l’Éthiopie.

Entre 1966 à 1973, un gisement fossilifère du Sud de l’Ethiopie, dans la basse vallée de l’Omo, près de la frontière du Kenya est l’objet de prospections par des équipes multidisciplinaires internationales. Yves Coppens y dirige la grande expédition paléontologique française conjointe à deux expéditions anglaise et américaine. Des restes fossiles d’hominidés ont été trouvés, dispersés, dents, fragments osseux et crânes (à l’Est Turkana). Ils indiquent la présence d’Australopithèques dans l’hémisphère tropical nord, à partir de 2,5 Ma. Yves Coppens fait connaître et médiatise avec succès l’expédition de l’Omo. A l’aube d’une brillante carrière qui débute au Musée de l’Homme à Paris, il est déjà célèbre lorsque les premiers homininés sont découverts en Afar, et que son talent de conférencier, de communicant et d’auteur fera de « Lucy » un véritable mythe de l’origine de l’Humanité.

Maurice ayant découvert des dépôts sédimentaires importants dans la basse vallée de l’Awash, il a besoin de connaître leur âge, afin d’établir une carte géographique et géologique pour sa thèse. A partir de 1971, Maurice Taieb et Jon Kalb parcourent et prospectent ensemble l’immense territoire des nomades de régions quasi inconnues. Ils découvrent l’étendue des affleurements sédimentaires du Rift et de nombreux gisements fossilifères et d’outils taillés.

En 1971, Maurice Taieb rapporte une mâchoire d’éléphant reconnue par le paléontologue Yves Coppens comme appartenant à une espèce, Elephas recki, caractéristique des strates les plus anciennes du gisement paléontologique de la vallée de l’Omo, qui a été l’objet des premières datations K/Ar.

En Mai 1972, Maurice invite Yves Coppens et Donald Johanson à ’une courte tournée durant laquelle ils atteignent Hadar, L’abondance des ossements fossiles d’animaux de toutes sortes, répandus sur une étendue immense, est à couper le souffle. Au retour dans la capitale Addis-Abeba, ils créent l’IARE (International Afar Research Expedition) qui inclut Raymonde Bonnefille et Jon Kalb.

La première expédition à Hadar a lieu à l’automne 1973. Motivés par le désir de trouver, par la fascination de l’inconnu, et par une entente respectueuse des talents de chacun, l’expédition des quatre doctorants va de l’avant, enthousiaste malgré des difficultés. En décembre 1973, Donald Johanson localise les ossements correspondant à l’articulation du genou d’un Australopithèque debout.

A partir de cette première découverte, l’intérêt scientifique, vite compris aux Etats-Unis, et les nombreuses conférences permettent à Donald Johanson, un financement conséquent pour la poursuite des prospections

En 1974 l’équipe est étoffée d’autres géologues américains, de préhistoriens et paléontologues français. Elle dispose de moyens matériels plus conséquents, associant des éthiopiens du Musée d’Addis-Abeba. Donald Johanson et Tom Gray repèrent les différentes pièces du squelette de Lucy, dispersées en surface, sur la pente d’une colline à la localité 288. Maurice Taieb aura alors l’aide d’autres géologues pour asseoir l’âge de Lucy à 3.2 Ma…et soutenir sa thèse !

Suivent deux années fructueuses durant lesquelles Maurice dirige et organise les campements. Les prospections s’interrompent à partir de 1978, suite aux changements politiques et administratifs survenus en Éthiopie avec la fin du régime impérial. Elles reprendront en 1990, exclusivement américaines, dirigées par Donald Johanson, puis B. Kimbel, soutenues et financées par « l’Institut of Human Origins ».

Elles continuent jusqu’à aujourd’hui, complétées dans les régions voisines, par celles entreprises par d’autres chercheurs américains et éthiopiens. Depuis un demi-siècle les découvertes multiples dans la zone du Rift en Éthiopie rendent hommage à Maurice Taieb, pionnier et découvreur de cet eldorado des recherches archéologiques et anthropologiques.

Raymonde Bonnefille est paléopalynologue, directrice de recherche CNRS émérite

La mer monte et les deltas s’enfoncent : l’avenir fragile des berceaux de la civilisation à l’Anthropocène

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Un groupe international de scientifiques d’Europe, des États-Unis et d’Asie incluant des scientifiques du CNRS (voir encadré), explore comment les deltas fluviaux ont joué un rôle central dans le développement des sociétés au cours des 7 000 dernières années. Depuis l’essor des premiers centres de pouvoir et des cités-États en Mésopotamie, dans le delta du Nil et dans les deltas asiatiques, l’étude révèle comment la croissance naturelle de ces deltas — alimentée par les sédiments des fleuves — a accompagné le progrès humain. Les deltas ont favorisé des innovations en gestion de l’eau, contrôle de la subsidence et atténuation de l’érosion, créant ainsi une profonde interdépendance entre la civilisation humaine et ces environnements dynamiques. Cependant, alors que les deltas continuent de soutenir des mégapoles et de vastes activités économiques, ils sont de plus en plus sous pression à l’Anthropocène.

Pour assurer leur durabilité, les deltas doivent résister à l’élévation du niveau de la mer due au réchauffement climatique. Pourtant, les pressions humaines et la réduction des apports sédimentaires les rendent de plus en plus vulnérables, ce qui constitue une menace majeure pour leur survie. L’étude expose les défis critiques auxquels sont confrontés les deltas, notamment en matière de gouvernance, de gestion et de planification, et souligne l’importance des nouvelles technologies et stratégies pour répondre à ces problèmes. Malgré les solutions potentielles, les auteurs insistent sur le fait que sans stabilisation du climat, il sera extrêmement difficile de préserver les deltas. Dans les scénarios d’élévation extrême du niveau de la mer (jusqu’à ou dépassant deux mètres dans les deux prochains siècles), les deltas pourraient progressivement s’enfoncer, rendant la vie humaine et les activités économiques dans ces régions insoutenables.

Cette étude envisage un avenir marqué par des migrations massives depuis des deltas inondés vers des terres plus élevées, mettant potentiellement fin à la longue relation entre les humains et les deltas. En fin de compte, le monde pourrait devoir s’adapter à vivre avec des deltas partiellement ou entièrement submergés.

Le changement climatique : une menace avérée pour le plancton calcifiant

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Le changement climatique exerce une pression croissante sur les écosystèmes marins, affectant notamment les foraminifères planctoniques, des micro-organismes essentiels au cycle du carbone océanique. Une étude récente, menée par le centre de recherche CEREGE à Aix-en-Provence (Université Aix-Marseille, CNRS, IRD & INRAE), la Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité (FRB) au sein du Centre de Synthèse et d’Analyse sur la Biodiversité (CESAB) à Montpellier, ainsi que l’Institut Max Planck de Chimie à Mayence (Allemagne), révèle que les populations de foraminifères diminuent à un rythme sans précédent en raison du réchauffement et de l’acidification des océans. Les niveaux élevés de CO₂, responsables de l’acidification des eaux, compliquent la formation des coquilles de ces organismes unicellulaires, menaçant leur survie. Ces sentinelles climatiques migrent vers des eaux plus fraîches pour tenter de s’adapter, mais les changements environnementaux se produisent plus rapidement qu’elles ne peuvent s’y ajuster.

L’équipe internationale, composée de scientifiques français, allemands, néerlandais, japonais et espagnols, a analysé près de 200 000 échantillons de foraminifères collectés depuis 1910 afin d’étudier leur réponse au changement climatique. L’étude, récemment publiée dans la revue Nature, montre que ces espèces migrent vers les pôles, en quête d’eaux moins chaudes, à un rythme pouvant atteindre 10 kilomètres par an. En examinant des profils verticaux, les chercheurs ont également constaté que certaines espèces se déplacent plus en profondeur dans l’océan pour échapper au réchauffement des températures de surface. Malgré ces déplacements, les populations de foraminifères ont diminué de 25 % au cours des 80 dernières années. Les espèces tropicales sont les plus touchées, car le réchauffement intense dans ces régions perturbe probablement leurs cycles reproductifs, entraînant un déclin majeur.

Les chercheurs estiment que d’ici la fin du XXIe siècle, de nombreuses espèces de foraminifères planctoniques pourraient être confrontées à des conditions environnementales sans précédent, dépassant potentiellement leurs seuils de survie. Cela pourrait conduire à de nouvelles extinctions dans les régions tropicales, avec des répercussions conséquentes sur les écosystèmes marins et le stockage du carbone. L’augmentation des niveaux de CO₂ dans l’océan, limite la formation de carbonate de calcium, un composant essentiel pour la construction des coquilles des foraminifères. La production réduite de coquilles de foraminifères planctoniques pourrait ainsi réduire la quantité de carbone piégée dans les fonds marins. Néanmoins, certaines espèces pourraient migrer vers les régions polaires à la recherche d’eaux plus fraîches, favorables à leur développement.

Des questions clés subsistent quant à la manière dont ces espèces s’adapteront à une acidification extrême et à des environnements en rapide évolution. Cela met en lumière la nécessité de recherches supplémentaires sur leurs stratégies d’adaptation et les efforts de conservation pour protéger les écosystèmes marins face au changement climatique en cours.

Cette recherche a été financée par la Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité (FRB) au sein du Centre de Synthèse et d’Analyse sur la Biodiversité (CESAB) et cofinancée par l’Institut Max Planck de Chimie (MPIC) à Mayence, en Allemagne, le programme CNRS-INSU LEFE et l’Initiative d’Excellence d’Aix-Marseille Université – A*MIDEX.

Année de la mer, toutes nos ressources

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Afin d’informer la société et de partager avec les publics les derniers développements de ces recherches, nous réalisons régulièrement, en parallèle de nos communiqués de presse et de nos événements, des outils de partages de connaissances. Dans le cadre de l’année de la mer nous les avons regroupées pour vous sur cette page.

Bandes-dessinées et petite histoire

Cocotte en papier

Contenus pédagogiques

Expositions disponibles à l’itinérance

Podcasts

Posters de la science

Sciences participatives

Vidéos

DESI dévoile un nouvel éclairage sur la gravité et l’expansion de l’Univers

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La gravité a façonné notre cosmos et sous l’effet de sa force attractive, de minuscules différences de densité dans la distribution de matière dans l’Univers primitif ont évolué pour former les galaxies et les grandes structures cosmiques que nous observons aujourd’hui. Une nouvelle étude utilisant les données du “Dark Energy Spectroscopic Instrument” (DESI, l’instrument spectroscopique de l’énergie noire) a retracé la manière dont ces structures se sont développées au cours des 11 derniers milliards d’années, fournissant ainsi le test le plus précis à ce jour de la gravité à très grande échelle. 

Cette nouvelle étude de la collaboration est présentée dans plusieurs articles publiés aujourd’hui sur le dépôt en ligne arXiv et présentés ici. Elle vise à tester la validité de la théorie de la gravité d’Einstein, la relativité générale, aux échelles cosmologiques dont des modifications ont été proposées comme alternatives à l’énergie noire pour expliquer l’accélération de l’expansion de l’Univers. La collaboration international DESI qui réunit plus de 900 chercheurs et chercheuses issus de plus de 70 institutions à travers le monde est gérée par le Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab)

DESI cartographie des millions de galaxies
19.11.2024
Dans cette vidéo à 360 degrés, embarquez pour un vol interactif à travers des millions de galaxies, cartographiées à l’aide des observations de DESI. Credit: Fiske Planetarium, CU Boulder and DESI collaboration

 

Ainsi, le mécanisme à l’origine de cette expansion accélérée est étudié avec deux approches. La première consiste à supposer l’existence d’un nouveau constituant de l’Univers, l’énergie noire, dont on cherche à déterminer les propriétés, en particulier si celles-ci évoluent avec le temps ou sont constantes. La deuxième approche propose des modèles de gravité modifiée par rapport à la relativité générale pour expliquer l’accélération de l’expansion de l’Univers sans énergie noire.

Dans cette nouvelle étude co-dirigée par Pauline Zarrouk, cosmologiste CNRS au Laboratoire de Physique Nucléaire et de Hautes Energies (LPNHE), les chercheurs de la collaboration DESI ont observé que la gravité se comporte en adéquation avec la théorie de la relativité générale d’Einstein. Ce résultat valide donc le modèle de référence de l’Univers et limite les extensions possibles à la relativité générale. « La relativité générale a été abondamment et précisément testée à l’échelle des systèmes stellaires, mais il fallait également vérifier que notre hypothèse fonctionne à des échelles beaucoup plus grandes », explique Pauline Zarrouk. « La mesure statistique des vitesses des galaxies au cours de l’histoire de l’Univers nous permet de tester directement la théorie de la gravité. C’est la première fois que nous menons cette nouvelle analyse complexe avec DESI pour retracer l’histoire de la croissance des structures cosmiques. Nos résultats montrent que, jusqu’à présent, nous sommes en accord avec ce que prédit la relativité générale aux échelles cosmologiques.»

Animation : comment la gravité affecte la position des galaxies observées
19.11.2024
Cette simulation montre comment la gravité affecte la position des galaxies observées, modifiant ainsi la façon dont la matière s’agglomère pour former les structures cosmiques. Comme différents modèles de gravité prédisent différentes formations des structures, les scientifiques de DESI peuvent comparer les observations avec les prédictions et ainsi tester la gravité aux échelles cosmiques. Credit: Claire Lamman et Michael Rashkovetskyi / DESI collaboration

 

Les résultats publiés aujourd’hui constituent une analyse approfondie des données de la première année de DESI, qui ont permis d’établir en avril la plus grande carte en 3D de l’Univers à ce jour et de révéler des indices d’une évolution possible de l’énergie noire au fil du temps. Les résultats d’avril portaient sur une caractéristique particulière dans la distribution spatiale des galaxies, connue sous le nom d’oscillations acoustiques de baryons (BAO). La nouvelle analyse élargit le champ d’application afin d’extraire davantage d’informations des données, en mesurant la manière dont les galaxies et la matière sont réparties à différentes échelles dans l’espace. L’étude a nécessité des mois de travail supplémentaire et de vérifications croisées. Comme l’étude précédente, elle a utilisé une technique permettant de cacher le résultat aux scientifiques jusqu’à la fin, pour écarter tout biais inconscient dans les analyses.

L’analyse complexe a porté sur près de 6 millions de galaxies et de quasars situés entre 1 et 11 milliards d’années-lumière de la Terre. Avec seulement un an de données, DESI a réalisé la mesure globale la plus précise de la croissance des structures cosmiques, surpassant les efforts précédents qui avaient pris des décennies. « Grâce à cette manne de données et l’amélioration de nos analyses, les résultats obtenus avec cette première année de données sont spectaculaires », a déclaré Arnaud de Mattia, cosmologiste au CEA Paris-Saclay et co-responsable du groupe DESI chargé d’interpréter les données cosmologiques. « Nous testons avec une précision inégalée l’effet de l’énergie noire et la relativité générale aux échelles cosmiques. »

 

Cette figure montre les mesures de croissance des structures cosmiques en fonction du décalage spectral, obtenues avec les données de DESI collectées pendant sa première année. La courbe noire en tirets montre la prédiction de la relativité générale et les autres courbes en couleur représentent des modifications de la relativité générale avec une gravité plus ou moins forte par rapport à la relativité générale. Credit : Héctor Gil-Marin et Pauline Zarrouk / DESI collaboration
Cette figure montre les mesures de croissance des structures cosmiques en fonction du décalage spectral, obtenues avec les données de DESI collectées pendant sa première année. La courbe noire en tirets montre la prédiction de la relativité générale et les autres courbes en couleur représentent des modifications de la relativité générale avec une gravité plus ou moins forte par rapport à la relativité générale. Credit : Héctor Gil-Marin et Pauline Zarrouk / DESI collaboration

 

L’étude a également fourni de nouvelles limites supérieures à la masse des neutrinos, les seules particules fondamentales dont la masse n’a pas encore été mesurée avec précision. Les expériences de physique des particules sur les neutrinos montrent que la somme des masses des trois types de neutrinos doit être comprise entre 0,06 eV/c2 et 1,35 eV/c2 (environ un million de fois plus léger qu’un électron). Dans le cadre du modèle cosmologique standard où l’énergie noire est décrite par une constante cosmologique, les résultats de DESI indiquent que la somme devrait être inférieure à 0,07 eV/c2 (à 95% de probabilité), laissant ainsi une fenêtre étroite pour les masses des neutrinos. “Cependant, les résultats de DESI peuvent être également interprétés dans un modèle cosmologique où l’énergie noire peut varier au cours du temps comme tendent à l’indiquer les observations récentes.” précise Etienne Burtin, physicien au CEA Paris-Saclay et qui a co-dirigé le groupe d’analyse des données de DESI. “Dans ce cadre, la limite supérieure obtenue, 0,19 eV/c2, est certes plus élevée mais elle dépend beaucoup moins du modèle cosmologique utilisé et reste plus contraignante que les expériences de physique des particules.”

DESI est un instrument de pointe qui peut capter la lumière de 5 000 galaxies simultanément. Il a été construit et est exploité grâce au financement de l’Office of Science du Département de l’Energie Américain (DOE). DESI est installé au sommet du télescope de 4 mètres Nicholas U. Mayall de la National Science Foundation (NSF) à l’observatoire national de Kitt Peak. L’expérience en est à sa quatrième année sur cinq de sondage du ciel et prévoit de collecter environ 40 millions de galaxies et de quasars d’ici la fin du projet.

La collaboration DESI continue ses observations et analyse actuellement les trois premières années d’observations. Elle prévoit de présenter des mesures encore plus précises de l’histoire de l’expansion de l’Univers et leurs implications sur la nature de l’énergie noire au printemps 2025.

Les instituts français contribuant au programme DESI sont l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu, CEA-Paris Saclay), le Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies (LPNHE, CNRS / Sorbonne Université / Université Paris Cité), le Centre de physique des particules de Marseille (CPPM, CNRS / Aix-Marseille Université) et le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (LAM, CNRS / Aix-Marseille Université / CNES).

DESI est soutenu par l’Office of Sciences du Département de l’Energie Américain (DOE) et par le National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), un centre de calcul du DOE Office of Science. DESI bénéficie également du soutien de la National Science Foundation des États-Unis, du Science and Technologies Facilities Council du Royaume-Uni, de la Gordon and Betty Moore Foundation, de la Heising-Simons Foundation, du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) de France, du Conseil national de la science et de la technologie du Mexique, du ministère de l’économie de l’Espagne, ainsi que des institutions membres de DESI.

La collaboration DESI est honorée d’être autorisée à mener des recherches scientifiques sur l’oligam Du’ag (Kitt Peak), une montagne qui revêt une importance particulière pour la nation Tohono O’odham.