Résultat scientifique

Des grappes de forts séismes observés sur 7 failles d’Italie centrale aux mêmes périodes préhistoriques

25 juillet 2013 by osuadmin

Une équipe française vient de dater les forts séismes survenus, au cours des derniers 12 000 ans, sur sept failles actives de la région de l’Italie centrale par la méthode du chlore 36 (36Cl). Cette étude révèle un comportement inattendu de cet ensemble de failles où 30 forts séismes se sont produits en salves synchrones. Elle suggère de plus de nouvelles pistes pour anticiper la magnitude et la période d’occurrence à 100/200 ans près des prochains grands séismes. Cette étude est parue le 6 septembre en ligne dans Journal of Geophysical Research.

Depuis plusieurs décennies, les géologues étudient le passé des failles actives pour tenter de déterminer « l’intensité » (i.e., la magnitude) et le temps de retour des plus forts séismes que ces failles ont produits, et produiront donc encore.

C’est à une étude de ce type que se sont livrés les auteurs de l’article dans la région sismique de l’Italie centrale, où s’est produit le séisme meurtrier de l’Aquila en 2009. Sept failles ont été identifiées pour cette étude. La méthode novatrice qu’ils ont utilisée a consisté à dater le temps d’exposition à l’air libre de roches carbonatées par le dosage du nucléide cosmogénique 36Cl. En effet, lorsqu’un séisme se produit, dans le cas notamment de failles normales où un bloc se soulève par rapport à un autre, des roches sont mises brutalement à nu. Elles deviennent exposées à l’air et soumises au rayonnement cosmique. L’interaction entre les particules très énergétiques du rayonnement cosmique, en particulier les neutrons et des muons, et le calcium (Ca) contenu dans les roches carbonatées entraîne la production de 36Cl. Les spécialistes peuvent ainsi dater un fort séisme en mesurant la durée de l’exhumation des roches par le dosage du 36Cl qu’elles contiennent en surface, et déterminer les déplacements produits par le séisme en mesurant la surface exhumée.

Plus de 800 mesures chimiques du 36Cl ont ainsi été réalisées sur des accélérateurs nationaux (ASTER – CEREGE ) et américains (Lawrence Livermore, CA) permettant de documenter de façon très précise les âges et déplacements de plus de 30 forts séismes s’étant produit au cours des derniers 12 000 ans dans la région de l’Aquila. Ces résultats sont sans précédent car ils constituent les plus longs enregistrements de forts séismes passés jamais obtenus à ce jour dans le monde.

La plupart de ces forts séismes se sont produits de façon synchrone sur toutes les failles analysées, pourtant généralement distantes de plusieurs dizaines de km. Les forts séismes se sont par ailleurs répétés en grands cycles pluri-événements, alternant des phases sans séisme relativement longues (pas ou ≈ 1 événement pendant 3000-4000 ans) et des phases d’activité sismique paroxysmale voyant la succession de 3 à 5 forts séismes sur une même faille dans une période de temps très courte de l’ordre de 1000 ans.

Sur chaque faille, le déclenchement des phases paroxysmales semble avoir été contrôlé par un niveau-seuil de déformation atteint sur la faille. Par ailleurs, la quantité de déformation relative accumulée sur une faille à un instant donné semble contrôler la taille du prochain fort séisme, c’est–à-dire l’amplitude de déplacement produit et donc sa magnitude, ainsi que sa date d’occurrence. C’est la première fois qu’un tel contrôle est déterminé. Ce résultat est extrêmement important car il met en avant un comportement de failles qui pourrait peut-être permettre d’anticiper la magnitude (Mw à ± 0.1-0.2 près) et la date d’occurrence, à ± 100-200 ans près, du prochain fort séisme à venir sur une faille donnée.

Ce travail a été mené grâce au soutien de l’ANR (programme CATELL 2006), dans le cadre du projet QUAKonSCARPS coordonné par I. Manighetti et qui a fédéré 5 laboratoires nationaux -Isterre (porteur du projet ANR), Cerege, IPGP, Montpellier II, et Géoazur.

L’odyssée de l’arbre de fer

17 novembre 2022 by osuadmin

Savez-vous que les forêts européennes comptent bien moins d’espèces de plantes que leurs équivalentes nord-américaines ou asiatiques ? Cette réalité d’aujourd’hui n’était pas le cas hier. Non, il ne s’agit pas d’impact humain, mais de l’histoire biogéographique des taxons végétaux qui autrefois présents en Europe ont, pour beaucoup, disparu de la région des suites des glaciations compte tenu de la particularité géographique européenne. Dans une étude publiée dans Review of Palaeobotany and Palynology, une équipe de chercheurs eurasiatiques s’est intéressée particulièrement à l’un de ces taxons dont l’histoire biogéographique apparaît désormais bien plus complexe que nous le pensions.

Pour restituer et comprendre l’histoire biogéographique des plantes et des écosystèmes en général, les chercheurs s’intéressent à une multitude de restes végétaux (feuilles fossiles, grains de pollen, fruits, graines) qui sont souvent très bien conservés dans les sédiments. Ils s’accumulent dans les bassins sédimentaires d’où ils peuvent être extraits et analysés des millions d’années plus tard, une approche essentielle de la paléoécologie. Parmi les restes végétaux, les grains de pollen ont mis en lumière la diminution importante de la biodiversité végétale en Europe au cours des cinq derniers millions d’années. En effet, la morphologie du pollen permet d’identifier la plante qui l’a produit, le plus souvent jusqu’au niveau du genre.

Pourtant, une équipe internationale est parvenue à différencier les deux espèces actuelles du même genre Parrotia, ce qui constitue une avancée capitale.

En effet, le Parrotie de Perse, encore appelé Arbre de fer (Parrotia persica C.A.Mey) fut pendant des décennies considéré comme la seule espèce du genre. Aujourd’hui cette espèce est endémique de la forêt hyrcanienne (sud de la mer Caspienne) mais fut autrefois très répandue sur le continent européen. Les pollens de Parrotia trouvés dans les archives sédimentaires étaient automatiquement affiliés à P. persica. Cela signifie également que tous les paramètres écologiques de P. persica étaient transposés dans les restitutions paléoécologiques. À vrai dire les pollens fossiles sont morphologiquement très proches en microscopie optique de ceux de l’espèce P. persica et il en va de même pour les feuilles fossilisées. Mais voici une dizaine d’années que l’existence d’une autre espèce, Parrotia subaequalis (Hung T. Chang) R.M.Hao & H.T. Wei, a été mise en évidence en Chine à plus de 600 km de la forêt caucasienne.

Les feuilles ont été étudiées en premier avec des conclusions sans appel : les feuilles, à bords lisses, du Parrotie de Perse sont aisément distinguables de celles de son cousin chinois aux bords dentés. Notre étude met en lumière des différences morphologiques significatives entre les grains de pollens des deux espèces en microscopie électronique à balayage, appuyées par une différenciation biométrique. Ces différences morphologiques ont été décelées dans le registre fossile, les spécimens antérieurs à 15 millions d’années paraissant attribuables au Parrotie chinois alors que les spécimens plus récents s’apparentent au Parrotie persan, ce qui ouvre de nouvelles perspectives de recherche sur le matériel pollinique fossile abondamment disponible.

Cette étude illustre combien notre connaissance de la biodiversité des forêts est encore incomplète. Sachant que les forêts européennes étaient plus riches avant les glaciations, il apparaît que leur richesse passée reste sous-estimée. Aujourd’hui, ces aires de répartition résiduelles minuscules comme la forêt hyrcanienne, sont des puits de connaissance inestimables et leur préservation est cruciale pour éclairer le passé de nos forêts afin d’anticiper leur devenir.

Le cas de Parrotia n’est certainement pas une exception et la variabilité dans le temps de nombreux autres taxons végétaux restent encore à approfondir. Ces études visent inexorablement à clarifier l’évolution de la diversité végétale sur notre le continent européen.

Comparaison du pollen de Parrotia persica (à gauche) et Parrotia subaequalis (à droite) observé en microscopie électronique à balayage.

Aujourd’hui l’espèce P. persica est endémique de la forêt hyrcanienne située au nord de l’Iran et sur l’est de l’Azerbaïdjan ; l’espèce P. subaequalis est endémique d’une petite aire géographique à l’est de la Chine.

Crédit : B. Adroit

Voyage au cœur d’un cratère d’impact dans l’Arctique canadien

4 août 2013 by osuadmin

Trois chercheurs du CEREGE (CNRS, Université d’Aix-Marseille), J. Gattacceca, Y. Quesnel et P. Rochette, reviennent d’une expédition dirigée par G. Osinski (Western University de London, Canada) sur l’île de Devon, la plus grande île déserte du monde (latitude 75,3 N) située dans la province du Nunavut (Canada). Il s’agissait pour l’équipe du CEREGE, financée par l’IPEV et l’INSU-CNRS, de comprendre l’origine d’une anomalie géophysique inhabituelle située exactement au centre du cratère d’impact de Haughton, d’un diamètre de 23 km et d’un âge de 39 millions d’années. Les participants canadiens ont travaillé, quant à eux, sur les méthodes de spectroscopie de terrain des roches impactées, en vue de valider les protocoles de mesures des sondes spatiales, tandis que l’astronaute de l’Agence Spatiale Canadienne Jeremy Hansen se formait à la géologie dans des conditions approchant les surfaces lunaires ou martiennes.

Lors d’une mission précédente en 2010, l’anomalie avait été précisée à l’échelle kilométrique (cf schéma). Elle associe une anomalie magnétique positive, indiquant la présence de roches plus aimantées que l’entourage, et d’une anomalie gravimétrique négative, indiquant la présence de roches moins denses. La modélisation suggère que le corps magnétique pouvait être très proche de la surface. Une telle combinaison d’anomalies n’avait jamais été observée au centre de cratères terrestres. L’impact d’Haughton, sur des roches carbonatées, se caractérise par une formation bréchifiée (débris de roches cimentés) et fondue très développée, ainsi que par un fort hydrothermalisme dû à la circulation de fluide chaud induite par l’impact. La mission 2013 (14 au 27 juillet) s’est focalisée sur la partie la plus superficielle de l’anomalie, d’une dizaine de mètres de large, dans le but d’obtenir des échantillons du matériel à son origine. Il a fallu d’abord localiser précisément cette anomalie par cartographie du champ magnétique et tomographie électrique à haute résolution, puis forer jusqu’à 13 mètres de profondeur pour retrouver la roche a priori responsable de l’anomalie, sous le permafrost et les sédiments glaciaires. Le matériel a été transporté sur la zone d’étude en petit avion (Twin Otter) à partir de la base de Resolute Bay, puis quad. La profondeur atteinte avec un matériel de forage de moins de 300 kg au total était une gageure. Les échantillons rapportés font partie de la formation de brèche d’impact fondue mais présentent une altération hydrothermale à première vue bien différente par la coloration et l’abondance de gypse de celle des brèches entourant l’anomalie. L’étude de ces échantillons au CEREGE, confrontée aux données géophysiques, va permettre de préciser les processus complexes se produisant au centre d’un cratère d’impact, et par exemple aider à comprendre les minéralisations associées aux impacts.

Voir en ligne : Retrouver cette annonce de presse de l’INSU-CNRS et les photos de la campagne sur le site de l’INSU

Les 12000 dernières années révèlent une histoire climatique plus complexe que prévu

25 novembre 2022 by osuadmin

Une équipe internationale de scientifiques dont certains relèvent du CNRS-INSU (voir encadré) révèle la complexité de l’évolution des températures au cours des 12 000 dernières années.

Comprendre l’histoire du climat de la Terre sur une si longue période nous donne une occasion inestimable de tester les modèles climatiques sur des échelles de temps longues afin de réduire les incertitudes des prévisions climatiques. Les changements de la température moyenne à la surface de la Terre pendant l’époque interglaciaire actuelle, l’Holocène (environ les 12 000 dernières années), ont fait l’objet de débats au cours des dernières décennies. Les reconstructions des températures passées semblent indiquer que la température moyenne mondiale a atteint un maximum il y a environ 6 000 ans et a ensuite baissé jusqu’au début de la crise climatique actuelle. En revanche, les simulations des modèles climatiques suggèrent un réchauffement continu depuis le début de l’Holocène. En 2014, les scientifiques ont nommé ce décalage majeur entre les modèles et les observations climatiques passées « l’énigme de la température de l’Holocène ».

Dans cette nouvelle étude, les scientifiques ont utilisé la plus grande base de données disponible de reconstructions, couvrant sur les 12 000 dernières années les températures passées, afin d’étudier le schéma géographique des changements de températures au cours de l’Holocène. Ils ont découvert que, contrairement à ce que l’on pensait, il n’y a pas eu de période chaude synchrone au niveau mondial pendant l’Holocène. Au contraire, les températures les plus chaudes sont observées à différents moments, non seulement dans différentes régions, mais aussi entre l’océan et les surfaces continentales. Cela remet en question la pertinence de la comparaison entre la reconstruction des moyennes mondiales et la simulation des modèles au cœur de la dite « énigme de la température de l’Holocène ». Ces nouveaux travaux constituent donc une base importante pour les modèles climatiques, car la capacité de ces derniers à reproduire les variations climatiques au cours de l’Holocène dans l’espace et dans le temps augmentera la confiance dans leurs projections régionales du changement climatique futur.

: Iceberg de l’ouest du Groenland provenant du glacier Jakobshavn Isbræ

Crédit : Vincent Jomelli

Deux bouffées de bioluminescence révèlent un mouvement de masses d’eau en méditerranée

10 juillet 2013 by osuadmin

En 2009 et 2010, le télescope sous-marin Antares a observé un étrange phénomène : la bioluminescence due aux organismes abyssaux a brusquement augmenté. Ceci a permis de révéler un lien inattendu entre une activité biologique – la bioluminescence – et le mouvement de masses d’eau en milieu profond.

En effet, les mouvements de convection dans le golfe du Lion apportent aux eaux profondes, de l’oxygène et des nutriments qui « boostent » l’activité biologique. Publiés le 10 Juillet dans PLoS ONE, ces travaux ont été réalisés par une équipe coordonnée par des chercheurs CNRS de l’Institut méditerranéen d’océanographie (CNRS / IRD / Aix-Marseille Université / Université du Sud Toulon-Var) et du Centre de physique des particules de Marseille (CNRS / Aix-Marseille Université). Déployé au large de Toulon, le télescope Antares a pour but de détecter le passage des neutrinos cosmiques de très haute énergie ¹. Ces particules interagissent peu avec la matière. Néanmoins, lorsque l’une d’entre elles frappe une molécule d’eau, elle peut produire un muon, particule chargée, qui émet des photons lors de son passage. C’est cette radiation que les 900 photomultiplicateurs d’Antares sont chargés d’observer à 2 400 mètres de profondeur.

Ces profondeurs ne sont pas aussi sombres qu’on pourrait le croire : 90% des organismes abyssaux sont en effet capables d’émettre de la lumière, qui intervient dans de nombreuses interactions écologiques comme l’attirance des proies ou les comportements liés à la reproduction. Les bactéries des abysses, qu’elles soient libres, en symbiose avec des animaux ou bien attachées à des particules en suspension, sont capables d’émettre de la lumière en continu et sont adaptées à leur environnement comme l’ont démontré Christian Tamburini et ses collègues dans un autre article publié en juin dernier ².

Cette bioluminescence n’avait pas gêné la mission d’Antares. Néanmoins, deux épisodes survenus entre mars et juillet des années 2009 et 2010 ont littéralement ébloui le télescope. Le bruit de fond lumineux mesuré par le détecteur, généralement compris entre 40 et 100 kHz, est soudain passé à 9 000 kHz. Ce pic de bioluminescence coïncide avec une augmentation de la température de l’eau et de la salinité. Ceci a permis aux chercheurs de faire le lien entre la bioluminescence et les mouvements de convection ayant lieu dans le golfe du Lion.

Lors des hivers particulièrement froids et secs, la température des eaux superficielles du golfe du Lion chute tandis que leur salinité augmente du fait de l’évaporation. Résultat, ces masses d’eau deviennent plus lourdes que celles qui les soutiennent et coulent. Ce mouvement, dit de convection, est bien connu. Or, les eaux superficielles sont riches en oxygène et en nutriments. En s’enfonçant, elles apportent aux eaux profondes des ressources permettant à l’activité biologique de s’intensifier. C’est ce pic d’intensité de l’activité biologique qu’Antares a observé de façon inattendue.

Les chercheurs estiment que la mesure de la bioluminescence pourrait devenir la première méthode pour mesurer en continu l’activité biologique en eaux profondes. Elle permettrait de mieux comprendre l’impact sur la vie des mouvements des masses d’eau et la circulation océanique. Ceci est d’autant plus important que des phénomènes tels que les convections d’eau profonde devraient diminuer notablement au cours de ce siècle du fait du réchauffement climatique. Cette diminution aura des conséquences importantes sur les écosystèmes profonds, qui se verront privés de cet apport en nutriments et oxygène. Les chercheurs entendent désormais déterminer les organismes responsables de la lumière observée par Antares encore non identifiés, et développer une instrumentation permettant de mesurer la bioluminescence en continu et de façon autonome.

1. Consulter : https://antares.in2p3.fr/

2. Effects of hydrostatic pressure on growth and luminescence of a moderately-piezophilic luminous bacteria Photobacterium phosphoreum ANT-2200. Martini S, Al Ali B, Garel M, Nerini D, Grossi V, Pacton M, Casalot L, Cuny P, Tamburini C. PLoS ONE. 20 juin 2013.

Persister face aux changements climatiques : l’importance des microrefuges en région méditerranéenne

19 décembre 2022 by osuadmin

Comment expliquer le maintien de populations végétales dans des régions hostiles à leur survie ? Dans une publication parue dans Global Change Biology, des scientifiques ont démontré que certains sites abritant des populations marginales pourraient être associés à des microrefuges. Ces zones de faible surface caractérisées par des conditions microclimatiques favorables à la survie de populations en dehors de leur aire de répartition pourraient ainsi modérer les conséquences du changement climatique actuel.

Les microrefuges ont eu une importance primordiale lors des précédentes périodes de changements climatiques, puisqu’ils ont permis la survie d’espèces dans des régions où le climat régional de l’époque ne permettait pas leur maintien. Ces sites seraient conditionnés par la présence d’un microclimat stable, relativement déconnecté du climat régional environnant et de ses fluctuations dans le temps. Ils ont ainsi constitué des territoires d’ultime persistance pour des populations d’espèces alors menacées de perdre l’ensemble de leur niche climatique. Dans le contexte actuel, les microrefuges pourraient atténuer les effets négatifs du changement climatique, en limitant les besoins migratoires de certaines espèces menacées, ne pouvant s’adapter ou migrer avec la même magnitude que le réchauffement global. Nombre d’études ont permis d’identifier et de quantifier l’influence de multiples facteurs topographiques et forestiers pouvant influencer le microclimat et ainsi favoriser la présence de microrefuges. Toutefois, l’hypothèse de l’existence d’un microclimat plus froid au sein des microrefuges restait à prouver.

Oxalis acetosella en situation de microrefuge

Crédit : K. Diadema

Pour ce faire, des scientifiques de l’Institut méditerranéen de biodiversité et d’écologie marine et continentale (IMBE – CNRS / Aix-Marseille Université / Avignon Université / IRD)) et du Conservatoire botanique national méditerranéen (CBNMed), soutenus par la Région Sud-Provence-Alpes-Côte d’Azur, ont adopté une démarche « ascendante » innovante, visant à étudier comment les populations actuellement en situation de microrefuges bénéficient de la forte singularité du paysage et des conditions environnementales locales pour subsister, et ce afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces microsites si particulier.

L’objectif premier fut d’identifier des sites pouvant être assimilés aux microrefuges actuels d’une espèce, c’est-à-dire là où des populations se maintiendraient de manière isolée dans une région globalement inadaptée à leur survie. Pour se faire, l’étude s’est intéressée aux populations les plus méridionales du Pin de coucou (Oxalis acetosella L.), une espèce herbacée en limite d’aire de répartition dans la région méditerranéenne française. En se basant sur les relevés botaniques effectués par le CBNMed au sein de la région Provence-Alpes-Côte d’Azur, les scientifiques ont identifié les populations disjointes de l’aire de répartition de l’espèce les plus méridionales ainsi que celles situées à des altitudes exceptionnellement basses. Ces populations sont assimilées à des microrefuges actuels pour l’espèce considérée. Les caractéristiques climatiques, paysagères et écologiques de chacune de ces stations ont été comparées à celles d’un site témoin « voisin », situé à seulement 50 à 100 m de distance du microrefuge.

Protocole de suivi mis en place au sein des différentes stations de microrefuges actuels de l’espèce Oxalis acetosella au sein de la région Provence-Alpes-Côte d’Azur

Crédit : M. Finocchiaro

Cette étude montre que le climat au sein des microrefuges est systématiquement plus froid comparé au voisinage proche, phénomène d’autant plus accentué durant la période estivale. Les microrefuges exceptionnellement bas en altitude sont ceux exprimant les plus forts contrastes avec les sites voisins, avec des différences de températures moyennes journalières atteignant 1,1°C, et qui atteignent même 1,6°C en été pour les températures maximales. Ces sites, dits « abyssaux », sont généralement situés dans des dépressions topographiques et ils se caractérisent par un couvert forestier composé de feuillus leur permettant de bénéficier d’une inversion thermique tout au long de l’année. Les cortèges végétaux répondent clairement à ces contrastes microclimatiques, avec la présence d’espèces à optimums de températures et humidité plus froids et plus humides dans les microrefuges.

Ces résultats font état du lien fort entre microrefuge et microclimat, et mettent ainsi en avant les possibilités pour certaines populations de se maintenir dans des régions de plus en plus inhospitalières, et ce grâce à l’hétérogénéité du climat dans le paysage. La stabilité climatique de ces refuges floristiques reste toutefois à préciser, afin d’évaluer le potentiel de ces microsites à minimiser les impacts du réchauffement sur le long terme.

Voir en ligne : L’actualité sur le site de l’INEE