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Quelle est la part génétique associée à la durée de vie?

2026-03-05T10:52:00.000+01:00

Jeudi 5 Mars 2026

La durée de vie d’un individu résulte de mécanismes biologiques conservés donc génétiques qui régulent le vieillissement, et de facteurs environnementaux notamment le mode de vie de chaque individu. Peut-on séparer ces sources de variabilité ou tout au moins avoir une mesure de l’importance de l’effet génétique qui lui ne peut être corrigé ?

Plusieurs gènes interviennent dans l’expression de la longueur de la vie, les uns ont un effet positif les autres négatifs, ce déterminisme plurifactoriel a été étudié en « génétique quantitative » ; celle-ci ne dit pas quel est l’état génétique d’un individu pour le caractère quantitatif étudié, elle établit l’héritabilité du caractère qui est le rapport de la variance attribuable aux effets génétiques dans la population à la variance totale du caractère dans cette population.

La plupart des études anciennes sur l’héritabilité de la durée de vie donnent des valeurs faibles pour ce rapport : entre 13% et 33%. Une étude récente l’estime même entre 6% et 16%. Tout cela jette un doute sur le rôle que joue l’hérédité sur le vieillissement car ces résultats sont largement en dessous des autres caractères physiologiques chez l’être humain (49%) et même sur une étude faite en laboratoire sur des souris sauvages (38% à 55%). Des Chercheurs* ont dans une nouvelle étude corrigé les biais possibles qui affectaient ces valeurs, nous résumons ici leurs nouveaux résultats.

Les auteurs de l’étude séparent la mortalité extrinsèque relative aux décès causés par des facteurs provenant de l’extérieur du corps : accidents, homicides, maladies infectieuses, hasards environnementaux, de la mortalité intrinsèque provenant de l’intérieur du corps : mutations génétiques, maladies associées au vieillissement, déclin des fonctions physiologiques. Un autre facteur important est l’âge minimal auquel les individus doivent être vivants pour être inclus dans l’étude. Ces deux facteurs n’avait pas étés pris en compte jusqu’ici.

Sur plusieurs cohortes de jumeaux (deux Danoises : relevés établis sur de vrais jumeaux et de faux jumeaux nés de 1870 à 1900 ; deux Suédoises : relevés établis sur de vrais jumeaux et faux jumeaux nés de 1886 à 1925 ; trois autres Suédoises issues d’un registre de l’Adoption Suédoise soit : deux relevés sur de vrais jumeaux et un relevé sur de faux jumeaux nés entre 1900 et 1935), les auteurs ont montré que la non prise en compte de la mortalité extrinsèque entraîne une estimation de l’héritabilité de la durée de vie assez faible : respectivement pour les différentes cohortes : 23%, 35% et 33%. Par contre la suppression de la mortalité externe, non connue dans le relevé des cohortes, estimée de valeur annuelle constante dans les modèles de l’étude, fait progresser la valeur de l’héritabilité à 57%, 56% et 53%. Enfin, ils ont montré que l’âge minimal des individus au-delà duquel ils sont pris dans l’étude n’a qu’une influence faible sur l’héritabilité.

En définitive, l’étude conclut à une héritabilité réelle de la durée de vie de 53% ce qui est presque le double des héritabilités qui avaient été calculées initialement. Ce résultat laisse à penser qu’il sera difficile d’atteindre un grand âge simplement en adoptant un mode de vie disons modéré puisque l’influence génétique y est importante et donc non modifiable.

* Ben Shenhar et al, Science 29 janvier 2026, pp. 504-510.

Peut-on déplacer une espèce végétale en dehors de son milieu d'adaptation?

2026-02-05T11:24:00.000+01:00

Jeudi 5 Février 2026

L’introduction de nouvelles espèces en agriculture est une vieille histoire, les grands explorateurs ont ramené de leur voyage maintes plantes soit pour enrichir les collections botaniques soit pour tenter leur culture dans nos climats tempérés. On leur doit notamment la pomme de terre, la tomate qui nous sont maintenant aussi indispensables que ne l’étaient les anciennes espèces cultivées. Avec le réchauffement climatique des agriculteurs tentent dans nos climats tempérés, des cultures jusqu’ici réservées à des climats subtropicaux dans lesquels les températures favorables à la croissance des plantes sont comprises entre 0 et 30°C (Notons qu’il a existé aussi la tentation inverse, moins justifiées maintenant, de déplacer des espèces tempérées vers les zones subtropicales). Quelles sont leurs chances de succès ou encore à quoi peuvent-ils s’attendre ?

Notons d’abord que si les limites thermiques peuvent constituer un obstacle majeur, elles ne sont pas les seules à prendre en compte. Il y a la pluviométrie ; le taux hygrométrique moyen de l’air pour lequel les plantes ont acquis une réponse adaptative ou non ; la longueur du jour qui peut intervenir sur l’induction florale. Enfin la composition du sol ou ses caractéristiques structurelles peuvent s’opposer au développement de certaines espèces (plantes calcifuges, plantes sensibles à l’asphyxie).

L’introduction de plantes annuelles (tomate par exemple) a souvent réussi. Par la rapidité de leur cycle de reproduction elles évitent, en climat tempéré, les périodes froides de l’hiver. Les problèmes peuvent être graves pour les espèces bisannuelles et pluriannuelles qui vont subir au cours de leur vie plusieurs cycles climatiques complets. Un exemple, concernant l’introduction en France de la culture du kiwi, illustrera me semble-t-il, plus concrètement, les difficultés qui surviennent.

Le kiwi (Actinidia chinensis) est une liane pérenne originaire des rives du cours moyen et inférieur du fleuve Chinois Yang Tsé Chiang en climat subtropical humide. Il a été introduit en Nouvelle Zélande, sélectionné et cultivé dans l’ile nord de ce pays lui aussi en climat subtropical humide. En dernier lieu il a été introduit en France et planté pour la première fois en 1965 dans les Pyrénées Atlantiques. Les premières publications françaises sur cette culture lui donnaient une capacité d’adaptation très large, ainsi de nombreux arboriculteurs ont créé des vergers dispersés dans toutes nos régions. Les échecs ont été très nombreux à mesure que l’on s’éloignait de l’extrême sud-ouest lieu de la première implantation.

- Vers le nord, les dégâts de gel tardif devenaient de plus en plus importants dès que l’on atteignait la vallée de la Garonne, ils affectaient au printemps les jeunes bourgeons en début de croissance mais aussi les fruits avant leur récolte qui se situe fin octobre. Dans les zones très gélives : bordure du Massif Central, vallée de la Loire, les dégâts de gel étaient si graves que les écorces éclataient, le rétablissement des plants était compromis.

- En Méditerranée le gel tardif étant plus rare, il n’était plus un obstacle majeur ; mais un nouvel avatar s’est opposé à la culture des kiwis : les vents desséchants. Les feuilles de cette espèce subtropicale humide ne sont pas adaptées à une faible hygrométrie, elles se dessèchent par vent sec, c’est le «folletage» qui va s’opposer au développement de la plante et du fruit.

- Le kiwi est une espèce multipliée par bouturage ; les racines des plants bouturés sont sensibles au calcaire qui induit des chloroses, l’espèce a dû être ainsi retirée des sols calcaires, elle a dû être encore retirée des sols mal drainés car elle redoute l’asphyxie.

En définitive le meilleur comportement du kiwi correspond à la zone des Pyrénées Atlantiques à climat chaud et humide, sur des sols d’alluvions légers ; ces conditions sont celles de son lieu d’adaptation d’origine.

Si l’on veut étendre sa culture plus au Nord ou à l’Est, il faut en faire une culture artificielle, c’est-à-dire lui fournir des protections qu’elle n’a pas naturellement : protection antigel, abris contre les vents desséchants, choisir les sols non calcaires et non asphyxiants. La sélection naturelle a façonné l’espèce pour un seul milieu et son déplacement affiche ses insuffisances dans les autres milieux.

Le réchauffement actuel qui rapproche thermiquement une zone tempérée d’un climat subtropical, n’en corrige pas nécessairement les autres caractéristiques climatiques ou pédologiques. Il ne peut satisfaire entièrement toutes les aptitudes ou inaptitudes qu’une espèce a acquises par la sélection naturelle dans son milieu d’origine.

Toujours plus grand, un nouveau méga barrage Chinois !

2026-01-05T11:24:00.003+01:00

Lundi 5 Janvier 2026

Nous sommes ici bien loin des « bassines » ces petites retenues d’irrigation demandées par les agriculteurs français qui provoquent tant d’affrontements entre agriculteurs et mouvements écologistes. Le projet ne semble d’ailleurs pas avoir encore été signalé par les médias français, il fait l’objet d’un article* paru dans la revue américaine Science. La Chine a commencé la construction d’un gigantesque barrage sur le canyon très profond, creusé dans sa basse vallée par le fleuve Tibétain Yarlung Tsangpo. Ce fleuve passe ensuite en Inde où il change de nom pour devenir le Brahmapoutre et se jeter dans le golfe du Bengale.

Cet ensemble hydroélectrique aurait une puissance de 60 gigawatts (sachant qu’un EPR a une puissance de 1600 mégawatts soit 1,6 gigawatt, la capacité de production électrique de l’installation équivaudrait à 37 EPR). Le projet consisterait à dévier une masse d’eau de 3000 m³ par seconde à travers des tunnels creusés dans la base rocheuse himalayenne pour alimenter des centrales souterraines et exploiter ainsi une chute de 2000m. L’eau serait rassemblée dans son débit entier peu avant la frontière et restituée à l’Inde. La combinaison du débit et de la hauteur de chute génèreraient 300 terawatt-heure (téra = 10¹²) annuels d’électricité soit trois fois la puissance du barrage des trois Gorges, le plus grand barrage au monde, lui-même en Chine.

Nous avons déjà abordé la question de l’effet délétère des barrages sur l’environnement. Mais ici, du fait du gigantisme du projet, a-t-on bien étudié le problème et notamment l’effet qu’il peut avoir sur les modifications du débit du fleuve Brahmapoutre, changements pouvant affecter les populations Indiennes et du Bangladesch qui vivent sur ses berges. En outre le fleuve Yarlung Tsangpo arrache sur le plateau tibétain d’énormes quantités de sédiments qui sont déposés ensuite sur la vallée du Brahmapoutre enrichissant cette plaine fortement peuplée. Il n’est pas précisé si le barrage va complètement stopper le débit du fleuve, il est dit seulement que l’eau sera déviée vers des tunnels creusés dans la roche alimentant plus bas les centrales électriques. En principe donc, les dépôts de limons fertiles ne seraient pas supprimés mais l’étendue de ces dépôts, amplifiée par les crues, va être réduite par la régulation du débit du fleuve.

Les informations sur le projet sont rares ; il est présenté comme une centrale au fil de l’eau c’est-à-dire sans retenue donc sans stockage des sédiments. Cette annonce paraît cependant quelque peu douteuse puisque le canyon serait asséché sur 200km. De plus un réservoir de taille conséquente serait prévu pour atténuer le débit du fleuve permettant une meilleure exploitation de ses capacités de production.

Ce projet, fort utile à la Chine qui a beaucoup investi dans les champs d’éoliennes et de panneaux photo voltaïques dont la production est inconstante et nécessite des apports stables, n’a pas été établi en concertation avec L’inde ni le Bangladesh. Par ailleurs il n’y a aucune accessibilité aux détails du projet notamment ses effets sur l’environnement ou ses limites quant aux risques climatiques ou sismiques. Ainsi naissent les sources de litiges.

* Rafael JP Schmitt et Brian Eiler, Science, 20 Novembre 2025, p.767

Deux manières d'éviter la prédation : camouflage et aposématisme.

2025-12-05T10:52:00.001+01:00

Vendredi 5 Décembre 2025

Comment échapper aux prédateurs qui doivent, pour vivre eux-mêmes, se nourrir d’une proie ? Que peut faire la proie : fuir, se cacher, ou lutter contre l’agresseur ; chacune de ces trois options peut donner des chances de survie à la proie mais aucune ne lui donne une certitude de succès. Nous allons nous intéresser à l’une de ces options : se cacher, ou plutôt à l’une de ses alternatives originale qui est le camouflage ou l’aposématisme. Le camouflage c’est la confusion que peut faire le prédateur entre la couleur de sa proie et celle du milieu dans lequel elle vit ; l’aposématisme est au contraire la coloration distinctive de la proie et de celle du milieu dans lequel elle vit en alerte pour le prédateur des risques courus en cas de prédation (intoxication, morsure venimeuse etc.) ou simplement pour lui faire peur. Ces deux alternatives camouflage et aposématisme sont le fruit de la sélection naturelle favorisant la survie de la proie en présence de prédateurs ; leur efficacité n’étant pas absolue, des chercheurs* ont essayé de comprendre quel contexte écologique favorise une alternative sur l’autre nous donnerons ici leurs principales conclusions.

L’expérimentation évaluait une prédation oiseau-papillon. Pour cela les expérimentateurs ont utilisé des cibles colorées en papier analogues à des papillons de nuit ; la couleur de camouflage de ces appâts était marron comme les troncs d’arbres sur lesquels ils seraient fixés, les couleurs testant l’effet aposématique étaient : un fond orange avec bandes noires (effet typique), et un fond vert avec bandes noires (effet atypique) ; ces deux alternatives afin de de s’assurer qu’une prédation plus importante chez la cible typique ne s’expliquait pas par sa couleur plus visible ou parce que répandue chez les lépidoptères au sein des communautés de proies. Les cibles colorées étaient épinglées sur des troncs d’arbres avec un ver de farine « accompagnement de récompense » dont la consommation était contrôlée car indiquant une prédation. L’expérience a été répartie sur 21 forêts réparties sur 6 continents 720 appâts artificiels ont été fixés sur chaque site.

Les principales conclusions de cette étude sont les suivantes :

- La prédation n’est pas plus forte aux basses latitudes (équateur), elle n’est pas non plus réduite, à ces latitudes, face à une stratégie aposématique.

- Dans les lieux où la prédation est intense, les risques de prédation augmentent tout le long de l’expérience, plus lentement pour les appâts aposématiques typiques (orange à bande noire), plus forte pour les couleurs atypiques (fond vert à bandes noires) ou de camouflage (marron). C’est donc que les stratégies d’aposématisme atypique et de camouflage perdent leur efficacité. Cela suppose que les prédateurs n’ont pas eu le temps de se former à une nouvelle stratégie aposématique atypique et que la stratégie de camouflage perd son avantage à mesure que les prédateurs acquièrent de l’expérience avec la communauté de proies locales.

- Dans les zones où les proies aux couleurs aposématique typiques sont très nombreuses, les risques de prédation sur ces cibles sont plus faibles que pour les cibles aposématiques atypiques ou de camouflage. La familiarité avec le signal d’avertissement diminue ainsi le risque de prédation par sa généralisation en contrepartie les prédateurs attaquent davantage les autres cibles par besoin de nourriture.

- Les risques de prédation augmentent au cours de l’expérience si les proies camouflées sont plus nombreuses. Une forte abondance de ces proies réduit l’efficacité du camouflage.

- Un éclairage plus intense augmente la prédation pour tous les traitements.

- Les stratégies de camouflage perdent de leur efficacité une fois que les prédateurs ont appris à identifier leur proie en milieu faiblement éclairé.

En définitive l’analyse du comportement du prédateur, devant une proie « déguisée » en quelque sorte, est assez complexe. Si la prédation est intense quel que soit le déguisement les risques pour la proie augmentent lentement avec le temps, l’apprentissage du prédateur est lent à s’établir. Là où les proies sont en grand nombre, l’apprentissage du prédateur pour le déguisement est plus rapide, les risques deviennent très vite élevés pour la proie. Enfin un fort éclairage est toujours néfaste quel que soit le déguisement.

*Iliana Medina et al. Science 25 septembre 2025, pp. 1336-1340

Les détritus sources de nutriments.

2025-11-05T10:39:00.000+01:00

Mercredi 5 Novembre 2025

Une plante pour vivre et se développer reçoit par la photosynthèse de l’énergie mais aussi du carbone, de l’hydrogène, et de l’oxygène. Il prend au sol par ses racines, l’eau et dissous dans l’eau, les nutriments : l’azote (sous forme d’ions ammonium (NH₄⁺) ou d’ions nitrate (NO₃^-), le phosphore sous forme d’ions phosphates (PO₄^3-), le potassium (K), le calcium (Ca), le magnésium (Mg), le soufre (S), le Fe (Fe) et le Clore (Cl) sous la forme de leurs ions élémentaires. Comment ces nutriments apparaissent dans les sols, ce point est important car il détermine pourquoi un sol est fertile ou pauvre.

Le sol, matériel poreux qui recouvre une roche mère inaltérée, est un ensemble très complexe ; on y trouve des fragments plus ou moins gros de la roche mère (sables par exemple), des fragments issus de son altération chimique, des racines vivantes, des fragments de matière organique issus de la dégradation des plantes, des micro-organismes, des macroorganismes tels que des vers, des larves, des arthropodes, des champignons, enfin de l’air et de l’eau.

Une grande partie des nutriments présents dans un sol résulte de l’altération chimique de la roche mère. Dans le cas par exemple d’une roche mère granitique, ses trois composants : le quartz, le mica, le feldspath, sont en fait des oxydes complexes (notamment de calcium, de magnésium de potassium et de sodium), qui en présence d’eau de percolation acide (contenant l’ion H⁺) sont libérés dans cette même eau sous forme de nutriments. Les autres oxydes (Al et Si) insolubles forment des particules d’argiles. La roche mère ne fournit pas tous les nutriments, l’azote, le phosphore, le soufre y sont peu ou pas représentés ; une source indispensable provient de la dégradation des détritus.

A la surface d’un sol naturel on trouve une couche de détritus constituée de feuilles mortes, brindilles, arbres morts, etc. Cette litière est un réservoir de micronutriments et de composés organiques qui vont être dégradés et transformés par la faune souterraine et les champignons. Au-dessous de la litière se trouve une couche d’humus constituée de particules végétales provenant de la décomposition de la litière. Sa formation est le résultat de la consommation des feuilles mortes par des détritivores (vers de terre par ex.), d’une décomposition plus avancée de leur cellulose et de leur lignine par les champignons du sol, enfin une minéralisation du phosphore, de l’azote et du soufre par les bactéries.

La richesse d’un sol naturel en nutriments dépend donc essentiellement des apports provenant de l’altération de sa roche mère et de la minéralisation de sa litière. Ces nutriments solubles vont être lessivés par les eaux qui s’infiltrent dans le sol et risquent d’être rapidement indisponibles au niveau des racines ; la présence dans le sol d’argile et de micelles argileuses capables de fixer ces ions nutritifs et de les échanger avec les racines est fondamentale pour maintenir une fourniture régulière de nutriments aux plantes.

Les Hominines en Afrique du Sud

2025-10-05T11:02:00.003+02:00

Dimanche 5 Octobre 2025

Il y a 2 millions d’années où se situent les découvertes anthropoïdes faisant l’objet de cette étude, le sous ordre des Hominoïdes ou singes primates sans queue apparu il y a 25 millions d’années avait bien évolué. De ce groupe avait émergé la famille des Hominidae (17 millions d’années) en divergence avec les Hylobatidae (gibbons), puis la sous famille des Homininae (13 millions d’années) en divergence avec les Ponginae (Orang outan), la tribu des Hominini (8 millions d’année) en divergence avec les Gorillini (Gorilles), enfin la sous tribu des Hominina ou Hominines (6 millions d’années) en divergence avec les Panina (Chimpanzés). Ces Hominines ont pour caractère principal la bipédie, ils comprennent plusieurs genres dont le plus important est le genre Homo qui donnera bien plus tard Homo sapiens.

Après ce rappel de la phylogénie qui retrace l’origine de l’espèce humaine, nous nous arrêtons donc il y a 2 millions d’années en Afrique du Sud dans la zone dite « le berceau de l’humanité ». Ce site de 470 km² (proche de Johannesburg) a été retenu par l’UNESCO comme héritage mondial de l’humanité car il recèle la plus grande concentration de restes humains Hominines.

L’article d’une Journaliste Scientifique* dont nous résumerons ici l’essentiel, attire l’attention sur la richesse de ce site et des questions qu’il pose.

Il commence par les découvertes de José Braga (anthropologue Professeur à l’Université Paul Sabatier de Toulouse) et de son équipe qui en 2014 découvrent dans une excavation dolomitique remplie de sédiments de la région de Kromdraai ville incluse dans « le berceau de l’Humanité », une mâchoire datée de 2 millions d’années appartenant à notre genre Homo (Homo erectus) ; l’année suivante il découvre les restes très proches dans la fouille et datés de 2 millions d’années, de mâchoires de deux enfants : l’une du genre Homo, l’autre du genre Paranthropus plus ancien (Hominine grimpeur) ; Enfin en 2019 il mettra à nu, quelques mètres plus loin un crane du genre Australopithecus.

Ce sont donc trois genres d’Hominines y compris un de nos ancêtres direct qui ont coexisté il y a deux millions d’années environ.

De nouvelles découvertes, ainsi qu’un réexamen des découvertes anciennes ont montré qu’une demi-douzaine de divers Hominines vivaient en même temps, il y a deux millions d’années, dans la zone dite « Le Berceau de l’Humanité ».

Ces trois genres d’hominines marchait debout, étaient de petite taille, avaient vraisemblablement le corps recouvert de poils et un petit cerveau. Ils vivaient dans une zone forestière bordant une rivière. Les femelles étaient de petite taille suggérant une structure sociale dans laquelle quelques mâles accompagnaient un groupe de femelles et leurs enfants.

Cependant Paranthropus avait une tête robuste avec des crêtes d’attache des muscles de la mâchoire très développés comparé à Homo dont les mâchoires et les dents étaient plus petites et la face plus aplatie. Quant au genre Australopithecus d’Afrique du Sud il ressemble à Lucie premier Australopithèque découvert en Afrique de l’Est, il grimpait aux arbres et pouvait avoir utilisé des outils.

La coexistence vraisemblable sur un même lieu de ces trois espèces questionne, y avait-il dans leur comportement quelque chose qui le permettait ? Y avait-il entr’eux antagonisme ou indifférence ? Il n’y a pas de réponse précise à ces questions. Etant donné les différences dans leur anatomie faciale, plusieurs chercheurs ont pensé que ce qui les séparait résidait dans leur nourriture. Paranthropus avec ses fortes mâchoires et grosses dents mangeait des aliments végétaux durs (noix, racines, feuilles d’arbres) ; Homo avec ses petites dents mangeait une nourriture plus mole et de la viande. Australopithecus était omnivore (fruits, feuilles et peut-être quelques petits animaux). Enfin comment se fait-il que l’un de ces trois genres, le nôtre : Homo, ait survécu alors que les autres ont disparu ? Dans « le Berceau de l’Humanité » 30 à 40% des fossiles sont des enfants de Paranthropus, il est bien moins nombreux pour le genre Homo. Selon José Braga, « Les premiers Homo ne se seraient pas seulement adaptés au milieu physique, ils auraient créé une niche sociale et développementale qui a permis la survie et le développement de plus de descendants ».

*Ann Gibbons Science 24 Juin 2025, pp.332-335.

Comment la photosynthèse est affectée par la chaleur.

2025-08-05T09:38:00.000+02:00

Mardi 5 Août 2025

La revue Science consacre une édition spéciale au comportement des plantes face au réchauffement climatique ; nous avons choisi de résumer l’un des articles* de cette édition pour rappeler les effets de la chaleur sur la photosynthèse, processus fondamental dans le monde vivant car il transforme, dans les chloroplastes des plantes, l’énergie solaire en composés biochimique énergétiques : les sucres, qui vont être utilisés comme source d’énergie par tous les métabolismes des êtres vivants.

Cet article examine uniquement le comportement des plantes utilisées en culture : plantes en C₃ les plus nombreuses dont la première molécule issue de l’assimilation du CO₂ par la photosynthèse est le phospho-glycerate à 3 atomes de carbone et les plantes en C₄ plus rares (maïs, millet, sorgho, canne à sucre) dont la première molécule issue de l’assimilation du CO₂ est l’acide oxalo-acetique à 4 atomes de carbones.

L’activité photosynthétique est d’abord croissante lorsque la température augmente jusqu’à atteindre un optimum qui est de 25°C pour les plantes en C₃ et de 35°C pour les plantes en C₄ ; au-delà de ces optima, la photosynthèse baisse fortement jusqu’à disparaître vers 45°C. En plein soleil, l’énergie absorbée par la chlorophylle pour la photosynthèse est en excès ; cet excès doit-être dissipé pour limiter l’échauffement des feuilles. Trois phénomènes physiques limitent ce réchauffement : l’évaporation de l’eau, la convection et la radiation. Si ces phénomènes sont insuffisants, la température de la feuille augmente et peut aboutir à la destruction de cellules et même de la feuille. Ce stress hydrique est exacerbé, nous allons le voir, par la sècheresse.

L’eau disponible au niveau de la feuille est celle de l’évapotranspiration de la plante. Si l’eau est présente dans le sol, les racines absorbent cette eau qui remonte jusqu’aux feuilles et, par les vaisseaux du bois, elle s’évapore au niveau des stomates si ceux-ci sont ouverts. Notons déjà que sur un sol sec il n’y aura pas d’eau disponible au niveau des stomates et l’arbre ne pourra pas l’utiliser pour se refroidir. Dans le cas où le sol a des réserves d’eau, l’ouverture des stomates libérant l’évapotranspiration est dépendante du déficit de pression de vapeur d’eau de l’air (différence entre la pression de la vapeur d’eau à saturation et la pression de vapeur d’eau de l’air du moment) ce déficit s’accroit exponentiellement avec la température, de sorte que les stomates se referment pour que la plante ne se déshydrate, privant ainsi la photosynthèse d’une protection contre la chaleur.

Les pertes de chaleur par convection évitent une stratification des couches d’air ; l’air chaud étant plus léger que l’air froid va s’élever et être remplacé par de l’air plus froid ce qui maintient la température ambiante des feuilles mais ne les refroidit pas. Le phénomène de dissipation d’énergie par rayonnement est plus intéressant à analyser car certaines plantes ont acquis, par la sélection naturelle, des propriétés qui accroissent la réflectivité des feuilles : feuilles recouvertes d’une épaisse couche de cire, feuille recouvertes de poils et quantité plus faible de chlorophylle présentes dans les feuilles. L’angle d’attache des feuilles sur les rameaux peut réduire l’interception du rayonnement solaire. A midi, lorsque le soleil est haut, les feuilles érigées interceptent moins les radiations que si elles étaient horizontales. Ceci est valable pour l’ensemble de la canopée, si un arbre a un port érigé, il intercepte moins les radiations que si son port est étalé. Le parahéliotropisme est la propriété de certaines plantes dont les feuilles changent d’orientation avec la direction du rayonnement solaire.

Enfin au niveau moléculaire l’augmentation de la température va agir sur la Rubisco (Ribulose-1-5-biphosphate carboxylase/oxygénase) enzyme qui chez les plantes en C₃ catalyse la fixation du CO₂ sur le ribulose-1-5- biphosphate pour donner du phospho-glycerate (voir plus haut). Celle-ci bifonctionelle, exerce alors son activité d’oxygénase et fixe le dioxygène sur le carbone c’est son activité photo-respiratoire. Cette activité prend le pas sur l’activité photosynthétique chez les plantes en C₃ lorsque la température augmente ce qui explique leur moindre production photosynthétique à température élevée que les plantes en C₄.

En définitive, lorsque la température augmente au-delà de leur seuil optimum d’efficacité photosynthétique, les plantes perdent peu à peu leur capacité à nous fournir de la vapeur d’eau, de l’oxygène et à fixer le CO₂.

*Carl J. Bernacchi et al. Science 12 juin 2025, pp1153-1159.

Biodiversité dans un isolat.

2025-07-03T10:34:00.002+02:00

Jeudi 3 Juillet 2025

Un isolat est un territoire naturel séparé du domaine naturel global par un espace qui constitue une rupture aux échanges biologiques entre les deux territoires. Le modèle le plus simple est l’ile, mais un parc dans la ville est aussi un isolat tout comme une parcelle abandonnée a son état naturel dans un vaste espace agricole. Que deviennent les populations qui y vivent, en quoi diffèrent-elles du domaine naturel global ? C’est ce dont nous allons parler dans ce billet.

La diversité spécifique (le nombre d’espèces) se réalimente par l’immigration provenant du domaine naturel global, elle dépendra donc de la distance qui sépare l’isolat de ce dernier. Si cette distance est très grande, les espèces végétales qui se déplacent peu ou qui ont un faible taux de dispersion de leurs graines ou de leurs spores ne pourront rejoindre l’isolat, il en sera de même pour les espèces animales à faible rayon de déplacement. Un autre facteur qui influencera la diversité spécifique est la taille de l’isolat. Plus il est grand, plus les niches d’hébergement y seront nombreuses et donc plus la capacité d’accueil des immigrants sera importante. Sa richesse alimentaire (richesse du sol, disponibilité en eau), sa position climatique (zone tropicale humide) vont aussi favoriser les possibilités d’accueil et donc la biodiversité.

Nous avons vu ce qui pouvait être favorable au maintien de la diversité spécifique, voyons maintenant ce qui va contribuer à l’élimination d’espèces présentes dans l’isolat. D’une manière générale c’est le contraire de ce qui y est favorable à leur maintien : éloignement de l’isolat du domaine naturel, sa petite taille, ses faibles ressources alimentaires, sa position climatique défavorable (aridité du climat par exemple). A cela s’ajoute d’autres contraintes, de nature biologique elles, et qui, dans le temps, peuvent conduire à la disparition d’espèces. Ainsi celles non renouvelées par l’immigration et dont l’effectif est faible vont perdre par consanguinité leur variabilité génétique et leur vigueur puis disparaître. La concurrence alimentaire entre espèces peut-être fatale à celles qui sont les plus faibles ; enfin la prédation peut aboutir aussi à leur disparition lorsque le prédateur est en surnombre.

Comment évolue le nombre d’espèces présentes sur l’isolat ?

Disons d’abord que ce nombre est nécessairement inférieur à celui du domaine naturel global car la distance va être un obstacle infranchissable pour certaines d’entre elles. Pour celles qui peuvent rejoindre l’isolat, à mesure qu’elles y occupent leur place, il n’y a plus de capacités d’accueil, l’immigration en provenance du milieu naturel global diminue peu à peu au cours du temps. D’un autre côté, à mesure que l’isolat se sature, le nombre d’espèces qui disparait augmente. En définitive si l’on trace sur un même graphique la courbe de variation de l’immigration annuelle en fonction du nombre d’espèces présentes sur l’isolat (courbe décroissante) et celle de la mortalité annuelle elle aussi en fonction du nombre d’espèces présentes (courbe croissante), les deux courbes se coupent au point d’équilibre où la mortalité des espèces présentes est égale à leur remplacement par immigration. Ce point d’équilibre est spécifique à chaque isolat.

L'agriculture conventionnelle et l'agriculture biologique sont-elles différentes en ce qui concerne la dégradation des sols ?

2025-06-05T10:23:00.000+02:00

Jeudi 5 Juin 2025

Des Chercheurs Hollandais* ont comparé les effets sur les sols d’une culture conventionnelle et d’une culture biologique (organique) avec comme hypothèse de travail : l’agriculture biologique est moins néfaste à la multifonctionnalité des sols que l’agriculture conventionnelle. Mais que se passe-t-il dans les deux cas, si on accroît l’intensité des pratiques agricoles pour augmenter les rendements par exemple ?

L’étude a été réalisée à partir d’observations et de mesures réalisées sur 53 fermes Hollandaises soit en culture conventionnelle soit en culture biologique et sur deux types de sols argileux ou sableux. Les auteurs définissent une culture biologique lorsque les apports de fertilisants et le contrôle des parasites sont d’origine naturelle et non issus de produits synthétiques.

La multifonctionnalité des sols est une notion complexe à appréhender, les deux déterminants les plus importants pour la définir sont :

- la capacité de rétention de l’eau (lorsqu’elle diminue, le sol devient sensible à la sècheresse, il est moins efficace pour le cycle de la nutrition des plantes, il y a perte d’éléments nutritifs et donc pollution des eaux) ;

- la perte de la teneur en matière organique des sols et de sa biodiversité (richesse microbienne, vers de terre, nématodes etc.).

Dans l’analyse, cette multifonctionnalité a été représentée par un index intégrant des indicateurs de fonction du sol tels que le cycle des nutriments, la décomposition, les réserves selon la structure du sol, le contrôle des parasites, et la régulation de l’eau.

L’intensité des pratiques agricoles intègre, dans un autre index, des informations obtenues auprès des fermiers sur les apports de matière organique, la fréquence des labours, la rotation des cultures.

Pour chaque ferme, soit en culture conventionnelle soit en culture biologique, les auteurs vont disposer d’un index mesurant la multifonctionnalité de leur sol et d’un index mesurant l’intensité des pratiques culturales. Une analyse statistique va permettre de comparer ces index selon les types de cultures et les types de sols et leur effet l’un sur l’autre dans tous les cas.

Les principaux résultats de l’étude sont les suivants :

- L’index d’intensité des pratiques culturales est en moyenne toujours plus faible en culture biologique qu’en culture conventionnelle que ce soit pour les fermes en sol sableux ou en sol argileux. Ce qui signifie que les pratiques agricoles biologiques sont moins agressives.

- L’index qui caractérise la multifonctionnalité des sols ne peut être prédit ni par le mode de culture (bio ou conventionnelle) ni par le type de sol (sableux ou argileux).

- Si maintenant on trace la droite de régression entre les scores d’intensité des pratiques culturales de chaque ferme et celui de la multifonctionnalité de leur sol, on s’aperçoit que cette droite a une pente négative, autrement dit la multifonctionnalité des sols diminue dès que les scores d’intensité augmentent quels que soient les sols et les modes de culture (biologique ou conventionnelle).

En résumé, ce qui affecte le plus la multifonctionnalité des sols en agriculture, ce n’est pas le type de culture (biologique ou conventionnelle) qui est appliquée, c’est surtout la pratique culturale intense qui est défavorable.

* Sophie Q. Van Rijssel et al. Science, 25 avril 2025, N° 6745, pp406-411

Stockage du carbone terrestre.

2025-05-05T09:49:00.001+02:00

Lundi 5 Mai 2025

Le carbone total émis par différentes sources terrestres (émissions d’origines humaines ou géologiques) se répartit dans l’atmosphère sous forme de dioxyde de carbone CO₂ qui contribue majoritairement à l’effet de serre. Dans les mers il est constitutif de la biomasse vivante ou morte mais il est aussi dissout dans l’eau sous forme d’acide carbonique H₂CO₃ qui est une forme importante de stockage du CO₂; enfin à la surface de la terre il est stocké sous différentes formes : biomasse vivante ou morte et carbone organique sédimentaire. Connaissant la quantité totale de C émis, celle qui va dans l’atmosphère, celle qui va dans les océans, on obtient par soustraction la quantité de C retenue à la surface de la terre.

Des chercheurs* se sont intéressés à ce carbone terrestre et à l’importance de sa répartition sous ses différentes formes. Nous résumons ici les principales observations de leur étude.

Le stockage terrestre du carbone représente 30% des émissions de CO2 issues de l’activité humaine. Il est en augmentation. On attribuait jusqu’ici essentiellement cette augmentation à une activation de la photosynthèse du fait d’une atmosphère plus riche en CO₂ (effet de fertilisation) et donc à un stockage majoritaire dans la biomasse végétale (notamment dans les forêts). Si l’augmentation de la photosynthèse est bien la source des stocks croissants de carbone terrestre, pour les auteurs de l’étude, il n’est pas évident que le gain additionnel du stockage terrestre se fasse essentiellement dans la masse végétale vivante ; quelle peut-être la part retenue par la masse végétale morte ? Pour cela, utilisant une synthèse de bases de données sur le sujet, ils ont pu comparer les changements globaux des stocks de carbone terrestres représentés par la biomasse vivante (forêts notamment) et morte.

Leur synthèse s’étend de 1992 à 2019 ; au cours de cette période le stockage terrestre s'est accru de 35 +ou- 14 gigatonnes de C alors que la biomasse vivante n’a seulement changé que de 1 +ou- 7 gigatonnes. Ceci est en désaccord avec les modèles habituels qui affectent majoritairement le stockage à la matière vivante. Le stockage serait en réalité majoritaire sous forme de matière biologique morte ; celle-ci inclurait le carbone organique du sol, les litières des sous-bois, le bois mort mais, pour les auteurs de l’étude, le mécanisme principal de l’accumulation du carbone est lié à l’enfouissement du carbone organique dans des environnements anaérobies comme dans le fond des lacs naturels ou artificiels, dans les tourbières ou les zones marécageuses. En outre, les activités humaines comme le bûcheronnage, la construction de barrages, pourraient jouer un rôle important dans les enfouissements observés. Ce stockage sous forme de matière biologique morte serait moins vulnérable aux incendies et à la sècheresse, évènements dont la fréquence s’accroit avec le réchauffement climatique.

*Y.M. Bar-On et al. Science, 21 mars 2025, N°6740, pp.1291-1295.

L'organisation de la nature.

2025-04-05T10:44:00.000+02:00

Samedi 5 Avril 2025

Promenons-nous dans un bois humide de nos régions tempérées, et regardons le monde vivant qui nous entoure. Si nous prenons le temps de l’observer, la première chose qui peut nous frapper c’est la diversité des espèces présentes. Au sol dans les clairières, des plantes herbacées ; dans le sous-bois, plusieurs strates végétales qui profitent du peu de lumière filtrante : buissons, arbustes, lianes et enfin coiffant tout cela les arbres dont la canopée bénéficie du plein ensoleillement. Mais ce n’est pas tout vous pourrez voir encore des lichens sur les troncs ou suspendus aux branches, des champignons qui se sont développés sur des arbres morts etc. voilà pour les espèces ne pouvant se déplacer, essentiellement des végétaux ou des champignons (il faudrait y ajouter les micro-organismes, les plus nombreux, mais nous ne les voyons pas). Passons maintenant aux espèces animales ; vous rencontrerez des papillons, des fourmis, des araignées et si vous avez de la chance vous pourrez voir des écureuils, des chevreuils, des renards etc. Comment cette diversité extraordinaire s’est-elle mise en place ? La première réponse à cette question a été donnée par Charles Darwin : la sélection naturelle, sur des temps infiniment grands, a complexifié le monde vivant en ne retenant que les individus les mieux adaptés aux conditions locales. Pour Darwin cette adaptation se transmettait aux descendances et était donc héréditaire. Mais ignorant tout de l’hérédité des caractères (découverte un peu plus tard par Gregor Mendel) et de l’origine de la variabilité, sa théorie restait incomplète. Elle a été affermie par H. de Vries qui a découvert la mutagenèse susceptible d’alimenter la variabilité et un peu plus tard, lors de la synthèse moderne, notamment par les travaux de R. A. Fisher qui ont montré que l’hérédité, pressentie par Darwin, ne pouvait être que particulaire et donc mendélienne.

Cette diversité des espèces que nous observons dans la forêt n’est pas anarchique. Si nous étions des botanistes nous saurions regrouper certaines espèces végétales en genres, familles etc. qui témoignent de leur proximité génétique et en définitive évolutive. Leur conformation est une autre manière de les regrouper : les ailes des oiseaux leur permettent de se déplacer dans l’air, les végétaux ont des racines qui les fixent au sol et leur permettent d’y puiser l’eau et les micronutriments. D’autre part si l’on comparait une forêt tempérée humide à une forêt méditerranéenne ou tropicale on ne retrouverait plus les mêmes espèces, et sur un sol calcaire elles seraient différentes de celles d’un sol acide ; le climat et le sol sont donc susceptibles de regrouper les espèces selon leurs aptitudes. Mais ce qui est le plus important dans la forêt tempérée humide que nous visitons c’est que toutes les espèces que nous rencontrons dans notre promenade forment une association naturelle, un écosystème. Dans un écosystème il y a des interactions trophiques, les espèces sont intégrées dans une chaîne alimentaire. Les végétaux, seuls capables de transformer l’énergie solaire en énergie chimique : les sucres, et de créer les structures végétales, avec les micronutriments puisés dans l'eau du sol par leur racines, sont à la base de l’alimentation des herbivores : insectes, ruminants. Ces derniers sont mangés à leur tour par les carnivores enfin des carnivores peuvent être mangés par d’autres carnivores. L’animal qui n’a plus d’ennemis est au sommet de la chaine. Notons que si l’on s’intéresse aux nombre d’individus à chaque niveau, les plus nombreux (les plantes) sont à la base et, en s’élevant, les niveaux s’appauvrissent jusqu’au sommet comme si les ressources alimentaires diminuaient à mesure que l’on s’élève dans cette pyramide.

L’écosystème est décrit maintenant comme un flux d’énergie issu de l’énergie solaire captée par la photosynthèse des plantes et transformé en énergie chimique (les sucres) qui vont permettre la transformation des nutriments en structures complexes : les êtres vivants. Ainsi notre forêt, qui paraît si désordonnée, est en fait un ensemble structuré indispensable au maintien de la vie.

Electrolyse de l'eau.

2025-03-05T10:18:00.001+01:00

Mercredi 5 Mars 2025

On fonde beaucoup d’espoir sur l’hydrogène (H₂) en tant que nouveau carburant, mais comment l’obtenir d’une manière verte c’est-à-dire en évitant une émission du gaz à effet de serre le CO₂ ? En effet l’hydrogène qui sert à la fabrication des engrais azotés s’obtient maintenant par vapocraquage du méthane c’est-à-dire par chauffage de ce gaz en présence de vapeur d’eau selon la formule chimique :

CH₄+2H₂O -> CO₂+ 4H₂

Cette réaction bien que détruisant un gaz à effet de serre : le méthane, en libère un autre le dioxyde de carbone CO_2. Elle donne ce que l’on appelle de l’hydrogène gris, très bon marché, mais dont la production émet d’énormes quantités de CO2. Pour obtenir de l’hydrogène vert il faut revenir à la très ancienne technique d’électrolyse de l’eau par un courant électrique issu d’énergie renouvelable ou nucléaire.

L’électrolyse consiste à couvrir d’eau les électrodes d’une cuve électrolytique réunies à une source d’électricité. Lorsque les électrodes sont alimentées, il se dégage à la cathode de l’hydrogène H₂ et à l’anode de l’oxygène O_2, gaz issus de la rupture de la molécule d’eau selon la formule simplifiée :

2 H₂O -> 2H₂ +O₂

(Notons au passage que cette réaction est réversible et que si l’on fait passer un courant d’hydrogène à la cathode et un courant d’oxygène à l’anode, il se créera un courant électrique dans le circuit qui réunit les deux électrodes et de l’eau par l’association des deux gaz : c’est une pile à combustible).

Pour obtenir de l’hydrogène vert il ne faut pas que le courant électrique d’alimentation soit issu d’une énergie fossile. Il se pose enfin le problème de la rareté et de la cherté du métal des électrodes : le platine, qui peut devenir un obstacle à l’expansion de l’électrolyse.

Selon la revue Science* de nouveaux types d’électrolyseurs sont en cours de mise au point pour palier la rareté du platine constituant des électrodes.

Le plus avancé est l’AWE (Alkaline Water Electrolyser ou électrolyseur d’eau alcaline). Il fonctionne un peu comme une batterie ; deux électrodes en nickel ou acier inoxydable séparées par une membrane poreuse sont immergées dans de l’eau contenant un électrolyte (soude par exemple) qui favorise le mouvement des ions. La cathode chargée négativement par le courant d’alimentation, partage la molécule d’eau en protons H⁺ qui se recombinent pour donner de l’hydrogène et en ions hydroxyde OH^- qui traversent la membrane et vont vers l’anode chargée positivement où ils se recombinent pour donner de l’oxygène et un peu d’eau. La membrane ralentit et évite le mélange explosif oxygène-hydrogène. Cette technique est au point, elle utilise des électrodes peu coûteuses, mais elle fonctionne mal en courant alternatif.

Dans l’électrolyseur PME (Proton Exchange Membrane ou membrane échangeuse de protons), l’action est inversée ; elle commence à l’anode qui tire les électrons des molécules d’eau et partage celles-ci en protons H⁺ et molécules d’oxygène O₂. Les protons traversent la membrane pour rejoindre la cathode qui leur fournit les électrons qu’ils avaient perdus reconstituant ainsi la molécule d’hydrogène H₂. Dans ce dispositif la membrane est un polymère solide formé de molécules qui transfèrent les protons de l’une à l’autre. Le système PME est plus efficace que l’AWE, il fonctionne mieux avec des courants alternatifs et puissants et donc la taille des électrolyseurs est plus petite. Cependant il utilise, pour ses électrodes, un catalyseur rare et coûteux l’Iridium car les protons forment des points hautement acides qui dégradent les catalyseurs conventionnels, enfin la membrane est constituée de substances polyfluoroalkylées ou encore PFAS (considérées comme des polluants éternels) et interdites dans certains pays.

Le dernier dispositif, le plus récent, AEM (Anion Exchange Membrane ou membrane échangeuse d’anions), combine les avantages des deux systèmes précédents ; les ions hydroxydes OH^- qui se forment à la cathode traversent une membrane solide et se recombinent à l’anode pour former l’oxygène, les protons reçoivent des électrons à la cathode pour former de l’hydrogène. Ce modèle ne demande ni électrodes constituées d’un catalyseur rare (Iridium, platine) ni d’une membrane solide en PFAS. Ses défauts sont une membrane qui se dégrade rapidement et la non acceptation de courants alternatifs.

En définitive la technique de production d’hydrogène par électrolyse a beaucoup progressé mais elle ne peut encore se substituer au vapocraquage du méthane. Il faudrait pour cela que le prix du kilowatt électrique soit 10 fois moins cher et augmenter considérablement la production d’électricité renouvelable. On est loin encore de la substitution des carburants fossiles par un carburant vert : l’hydrogène.

* R.F. Service, Science, 24 janvier 2025, N°6732, pp.354-357

D'où vient notre nourriture ?

2025-02-05T10:27:00.002+01:00

Mercredi 5 Février 2025

Vous êtes-vous interrogés sur l’origine des produits que nous mangeons ? Peut-être un peu, mais il n’est pas facile de répondre à cette question car, pour les produits transformés, on ignore tout de ce qu’a utilisé le transformateur et pour les produits non transformés : fruits, légumes, viande, si en faisant son marché la cuisinière peut voir, à l’affichage, d’où viennent les fruits ou les légumes, elle n’aura que peu d’informations sur l’origine de la viande. En fait on ne s’intéresse pas à ces questions ; on ne s’y intéresse qu’en cas de pénurie, ou quand leur coût devient excessif.

Une étude* récente mérite ici d’être résumée, car elle nous éclaire sur l’importance du commerce mondial des produits alimentaires, de l’intérêt de ce commerce et des risques qui y sont liés.

Il y a 10 ans déjà, 80 % de pays étaient importateurs de nourriture ; cela pouvait être des compléments à leur production ou l’achat d’aliments qu’ils ne produisaient pas du fait de leur position géographique. Les pays arides comme ceux d’Afrique du Nord et du Moyen Orient sont les plus dépendants de l’importation pour les produits de première nécessité (céréales notamment), l’Arabie Saoudite et les petits états de la péninsule arabique importent 90% de leur nourriture. En 2050 plus de la moitié de la population mondiale dépendra d’une nourriture produite ailleurs.

La croissance des échanges de produits agricoles a eu des aspects positifs. Elle a permis aux pays producteurs de faire d’énormes bénéfices ; de créer de nouveaux emplois et de développer les exportations. Les pays qui souffrent de conditions climatiques extrêmes ont pu s’assurer une alimentation régulière. Enfin elle a complémenté et agrémenté notre alimentation par l’importation de produits de climats différents ou de l’autre hémisphère.

Environ un quart de la nourriture produite au niveau mondial est commercialisée sur des marchés internationaux et 9 nations (dont la France 8^ème) fournissent l’essentiel de ces produits notamment le blé, le maïs, le riz, et le soja. Cette croissance, qui devrait se poursuivre, tient à la création en 1993 de l’Organisation Mondiale du Commerce (WTO) entraînant un abaissement des barrières commerciales (suppression des droits de douane, baisse des tarifs) et de l’entrée en 2001 de la Chine dans cette organisation car elle est le plus gros importateur mondial de produits alimentaires notamment du Brésil, de l’Argentine, du Canada et des USA. Les 9 grands pays producteurs ont à la fois des conditions climatiques, de milieu, et une efficacité de production qui leur permet d’avoir des surplus. Ceci est une bonne chose mais elle a aussi son revers : dès que se présente un problème de production toute la planète sera affectée. Ils ont tendance aussi à augmenter leur production pour suivre la demande et donc accroître les surfaces emblavées au détriment de leur milieu naturel.

Ces échanges alimentaires entraînent, du fait de transports lointains, des émissions de gaz à effets de serre importants. Il est bien entendu que la production agricole la plus souhaitable doit se faire près du lieu de consommation.

Les auteurs de l’article émettent une idée intéressante : chaque pays devrait établir son Index de Vulnérabilité basé sur sa production et sa demande. Cet Index devrait permettre d’orienter leur productions agricoles de façon à mieux faire face à l’évolution de leurs besoins et aux chocs des marchés.

*Joel K. Bourne, Jr. Science, 29 novembre 2024, N° 6725, pp. 958-967

Territoire.

2025-01-05T09:46:00.000+01:00

Dimanche 5 Janvier 2025

L’écologie étant l’étude des relations entre les êtres vivants et leur environnement physique ou biologique, le comportement social est aussi une branche de l’écologie incluse dans l’écologie évolutive ; elle s’intéresse aux interactions entre individus à l’intérieur des populations de la même espèce ou entre espèces. Ces interactions peuvent être de coopération ou de conflit, ainsi la délimitation d’un territoire et sa défense par un individu ou un groupe d’individus contre des individus de la même espèce ou d’espèces différentes, est une source d’interactions conflictuelles qui est étudiée en écologie évolutive.

On trouve une défense de territoire chez de nombreux animaux : les insectes sociaux ou non, les amphibiens, les lézards, les oiseaux et les mammifères ; chez ces derniers c’est quelquefois en groupe que le territoire se défend et non individuellement (cas des loups par exemple).

Le marquage du territoire peut être olfactif ; l’animal dépose en différents points autour de son territoire des substances à très forte odeur : urine, fèces, extraits glandulaires qui seront reconnus par les intrus potentiels. Il peut être visuel, l’animal laisse des traces de grattage sur les arbres, des touffes de poils qui rappelleront son odeur. Enfin il peut être sonore : vocalises chez les oiseaux, cris brefs et répétés chez les batraciens, hurlements chez les loups. Ce marquage annonce la prise du territoire et constitue un avertissement à l’intrus.

Pourquoi un animal défend-il un territoire ? Il défend un territoire parce que les ressources qu’il contient vont lui permettre de se nourrir et de survivre. Ainsi la dimension du territoire défendu va varier en fonction de sa richesse en nourriture et selon les besoins du défenseur. Un oiseau mouche défend un arbuste en fleur ; une horde de loups va défendre un grand espace. Le temps de défense varie aussi en fonction de la durée des besoins en nourriture, les oiseaux migrateurs peuvent protéger un territoire pendant quelques heures seulement, lors d’une étape de leur voyage migratoire.

La défense d’un territoire a un coût énergétique ; si ce coût dépasse la quantité d’énergie que le défenseur peut en tirer, sa défense ne se justifie pas, il y aurait donc une optimisation à atteindre ? Il est cependant bien difficile de connaître ce qui a motivé une espèce lors du tracé de son territoire. S’agit-il de sa richesse en ressources alimentaires, de la présence d’un environnement facile à défendre, ou des capacités énergétiques du défenseur lui-même? La défense doit tenir compte aussi de la présence plus ou moins fréquente d’espèces contestataires.

La neige marine.

2024-12-05T10:44:00.000+01:00

Jeudi 5 Décembre 2024

Vous avez sans doute vu à la télévision, des images sous-marines abyssales qui présentent sur fond noir des flocons blancs qui tombent comme la neige en hiver ; d’où viennent ces flocons, que contiennent-ils ?

Cette « neige marine » se fabrique à la surface des mers par agrégation du plancton qui englobe tous les organismes vivant en suspension dans l’eau : phytoplancton photosynthétique, zooplancton de nature animale se nourrissant de déchets ; on y trouve aussi des bactéries et des virus. C’est tous les constituants vivants ou morts de l’écosystème qui se développe dans les eaux de surface éclairées des océans, qui participent à la constitution de ces flocons. La neige marine va s’enfoncer dans l’eau et ira se déposer au fond des océans. Elle pourra servir de nourriture aux espèces abyssales mais surtout se déposera définitivement sur le fond marin extrayant ainsi définitivement une partie du carbone superficiel. Cette neige marine joue donc un rôle important dans la régulation du climat, le processus qui s’y réalise est appelé « pompe biologique », il permettrait le stockage de 30% du carbone émis par l’activité humaine. (Notons aussi que les dépôts formés par la sédimentation au cours des temps géologiques d’algues à capsule calcaire ont donné après soulèvement les reliefs karstiques si présents dans notre pays).

La formation d’un flocon de neige marine est un processus complexe incomplètement connu. Une cellule de phytoplancton seule mettrait, du fait de sa faible taille et densité, un temps très long pour atteindre le fond de l’océan ; c’est l’agrégation de plusieurs cellules compactées par le ciment produit par la désintégration bactérienne du zooplancton qui crée ces flocons dont la vitesse d’enfoncement dans la colonne océanique sera fortement accélérée.

Récemment des chercheurs* ont prélevé des colonnes d’eau de mer à 80m de profondeur et pu observer au niveau microscopique les flocons de neige marine quelles contenaient et simuler expérimentalement leur descente gravitationnelle. L’observation microscopique a montré que le flocon est constitué d’un matériel opaque hétérogène biologique comprenant des cellules entières de phytoplancton, des fractions de cellules rigides (frustules de diatomées ou de radiolaires) ou moles, le tout enveloppé dans un mucus. Le mucus de nature polysaccharidique, transparent et donc invisible, forme autour de l’agrégat opaque un halo analogue à une comète avec sa queue.

La présence de ce mucus va ralentir la vitesse de descente du flocon dans la colonne d’eau océanique, il ralentit donc la déposition du carbone au fond de l’océan.

*Rahul Chaiwa et al. Science, 11 octobre 2024, N°6718,pp 166-175

Effets des OGM cultivés sur l'environnement.

2024-11-05T09:57:00.002+01:00

Mardi 5 Novembre 2024

Nous avions déjà abordé cette question en 2009 (dossier sur les OGM : Organismes Génétiquement Modifiés) il était intéressant, 15 ans après, de voir comment les choses ont évolué. Or une étude bibliographique du sujet parue récemment dans la revue Science* traite précisément de cette question, elle nous donne l’occasion d’en faire le point à nouveau.

Voyons d’abord quels sont les OGM en cause et l’importance qu’ils ont pris en culture.

Depuis une trentaine d’années, deux OGM : la tolérance aux herbicides Th (notamment au glyphosate) et la résistance aux lépidoptères Bt (gène provenant de la bactérie Bacillus thuringiensis) on fait l’objet d’un développement cultural intense sur le soja, le maïs, le coton et le colza. Mais depuis ces premières autorisations, de nombreux pays ont édicté des régulations très strictes sur les OGM de telle sorte que, bien qu’il existe d’autres caractères transformés (notamment des résistances), ils n’ont jamais vu un développement commercial. D’ailleurs le coût de la régulation de ces semences et tellement élevé que seules quatre grandes sociétés grainières se partagent plus de la moitié du marché mondial. En 2019 ces semences OGM ont été utilisées par 29 pays sur 190 millions d’hectares représentant 13% des terres arables. La culture des OGM est concentrée sur 5 pays : USA 38%, Brésil 28%, Argentine 13%, Canada 7%, Inde 6%.

Il est difficile de comparer les effets de l’utilisation en culture des OGM à ceux d’une culture normale non OGM. Les fermiers qui adoptent ces semences génétiquement modifiées diffèrent souvent des autres par la taille de leur exploitation, leur niveau d’instruction, l’accès à l’irrigation et les contraintes de travail ; ceci ne se prête guère à la réalisation d’essais comparatifs avec analyse statistique. Cependant en associant les rares études rationnelles qui existent aux nombreuses données d’observation on peut déduire plusieurs effets de l’emploi de ces OGM. Nous allons les présenter maintenant.

L’utilisation des OGM qui réduit les prix de revient est-il un facteur de limitation de l’expansion de l’agriculture sur la forêt ? On a observé en effet que, dans plusieurs situations, l’expansion de l’espace agricole avait été limitée, mais l’accroissement des revenus peut aussi inciter à accroître la surface cultivée. C’est ce qui s’est passé au Brésil où leur moindre coût de production a fait étendre leur surface au détriment de la forêt.

Les deux OGM les plus cultivés Th et Bt ont-ils permis de réduire l’utilisation des pesticides ? En ce qui concerne la tolérance aux herbicides à large spectre (notamment au glyphosate) des variétés Th, leur utilisation a réduit la consommation des herbicides spécifiques mais elle a notamment accru l’utilisation du glyphosate. Elle a eu pour autre effet aggravant, l’apparition de mauvaises herbes résistantes à cet herbicide ; les obtenteurs de cet OGM ont été ainsi conduits à créer des OGM résistants à un herbicide plus fort (et donc plus toxique) le Dicamba. La résistance aux lépidoptères des OGM Bt a induit une réduction appréciable de l’utilisation des insecticides cependant on a constaté une prolifération plus importante d’insectes autres que les lépidoptères et même l’apparition de formes de résistance chez les lépidoptères lorsque l’agriculteur n’avait pas prévu d’aires refuges constituées de plantes non OGM.

Y a-t-il un effet de l’utilisation des OGM en culture sur la santé humaine ? L’effet direct, c’est-à-dire la consommation de ces plantes transformées, est considéré maintenant comme négligeable. L’effet indirect, sur les agriculteurs, suite aux changements de l’utilisation des pesticides induits par ces OGM, ne l’est pas. Les OGM Bt qui apportent une résistance aux lépidoptères ont réduit significativement l’utilisation des insecticides sur ces cultures et sont donc positifs pour la santé. En ce qui concerne les OGM Th leur utilisation a, selon les uns, déplacé l’usage d’herbicides très toxiques vers des herbicides moins toxiques (le glyphosate), donc c’est un effet positif ; mais selon d’autres cette substance active serait potentiellement cancérigène.

Quelques aspects positifs de l’utilisation des OGM ont été relevés sur les techniques culturales ; l’utilisation intensive du glyphosate sur les cultures Th a favorisé le non labour des sols qui bien que contesté au point de vue des rendements est favorable à la vie souterraine. Toutefois des sols peu envahis par les mauvaises herbes ont permis l’abandon des rotations et entraîné l’uniformisation des cultures dans l’espace et dans le temps.

La biodiversité ne semble pas avoir été affectée sur les espèces non ciblées en ce qui concerne les OGM Bt ; l’absence de rotations favorisée par l’utilisation des OGM Th provoque une réduction, au moins temporaire, de la biodiversité sur ces paysages homogènes.

Enfin l’utilisation des OGM est susceptible de réduire ou d’aggraver les émissions de gaz à effet de serre, par l’expansion ou la réduction des espaces cultivés au détriment des forêts ou à leur avantage, par les modifications des techniques culturales : suppression des labours, réduction des fumures, modifications du machinisme agricole. Cependant si les publications sur le sujet concluent souvent à une réduction des émissions, rien n’en quantifie l’importance.

D’une manière générale une incertitude persiste sur les effets de ces nouvelles cultures quant à leur innocuité ou leur dangerosité pour l’environnement. Pour chacun de ces OGM on constate des effets positifs et des effets négatifs, il serait souhaitable d’aller plus loin dans ces études pour recueillir des résultats plus précis.

*Frederik Noak et al., Science 385 cado 9340, 30 août 2024.

La sélection naturelle.

2024-10-05T09:51:00.001+02:00

Samedi 5 Octobre 2024

Le darwinisme a mauvaise presse on l’accuse de favoriser les forts et d’éliminer les faibles, d’être aussi à l’origine de déviations comme l’eugénisme. Est-ce bien ce que dit une théorie qui constitue toujours une base fondamentale de la biologie ?

En fait on ne retient trop souvent de la sélection naturelle que ce qui se passe au niveau des espèces apicales des écosystèmes : la prédation. A ce niveau l’espèce prédatrice plus forte, plus rapide gagne son combat sur sa proie dont elle va se nourrir.

En réalité la sélection naturelle est considérablement moins agressive, les individus en naissant possèdent déjà des caractères qui les adaptent plus ou moins bien au milieu dans lequel ils vont vivre, ils doivent seulement trouver leur nourriture et se reproduire et ceci est vrai pour toutes les espèces du monde vivant. La capacité de se nourrir conduit évidemment aux effets de prédation qui nous paraissent d’une brutalité extrême, mais plus discrètement au détournement de la nourriture par les racines d’une plante au détriment de celles de la plante voisine et a toute concurrence pour l’accès à la nourriture lorsqu’elle est partagée entre plusieurs espèces. La capacité de se reproduire peut entraîner des concurrences entre mâles rarement mortelles, elle est beaucoup plus soumise aux aléas de la recherche du partenaire (surtout si la population est peu importante) et aux possibilités pour les descendances de trouver facilement des refuges et de la nourriture.

Ce que l’on ne retient pas et qui est le plus important c’est que la sélection favorise les caractères qui donnent à l’individu un avantage dans leur environnement. Par exemple dans un environnement aride, sera favorisé l’individu portant un caractère issu d’une nouvelle mutation qui lui permet de se déshydrater moins rapidement. Ceci est vrai pour toutes les composantes physiques ou chimiques du milieu aérien : température, hygrométrie, lumière, etc. ou du milieu sous-marin, dans lesquels la vie est possible et ceci n’a rien à voir avec toute réserve morale que l’on peut se faire sur la théorie.

Les mutations, c’est-à-dire les modifications spontanées ou induites de l’ADN, sont la source de variabilité ; les caractères nouveaux qui en découlent, proches ou lointains de la forme existante, vont être confrontés à l’environnement. Si le caractère apporte un avantage à l’individu chez lequel il est apparu, ce dernier sera favorisé par rapport au reste de la population à laquelle il appartient ; sa « fitness » (nombre de descendants) sera plus grande et le caractère s’installera peu à peu dans le groupe au détriment du précédent à moindre valeur sélective. Les changements évolutifs aboutissent à des lignées modernes mieux adaptées à un environnement changeant.

Prise dans ce sens qui était celui de Darwin d’ailleurs, la sélection naturelle explique toute l’évolution du monde vivant et son infinie diversité.

Peut-on réduire les émissions de gaz à effets de serre de la sidérurgie?

2024-08-05T09:43:00.000+02:00

Lundi 5 Août 2024

La sidérurgie produit successivement de la fonte et de l’acier à partir des minerais de fer qui sont essentiellement des oxydes qu’il faut purifier et réduire. Ce processus est une source de gaz à effets de serre considérable car chacune des opérations de purification et de réduction du minerai est émettrice de ces gaz. Il faut déshydrater le minerai à 1600° en brulant du charbon dans les fours de grillage ; réduire les oxydes de fer obtenus dans les hauts fourneaux par combustion avec du coke ce qui produit une nouvelle émission de dioxyde de carbone ; faire fondre encore une fois ce fer brut (fonte blanche ou fonte grise) pour en faire de l’acier ou un alliage avec d’autres métaux.

Selon un spécialiste* de ces questions dont nous résumons ici l’essentiel de son article, les gaz émis pèsent le double de fer obtenu. Etant donné que 2 milliards de tonnes d’acier sont produites chaque année dans le monde entier, cela représente environ 7% des émissions annuelles de gaz à effets de serre. Ce modèle industriel qui n’a pas changé depuis 2000 ans nécessite d’être repensé.

Une startup subventionnée nommée Electra tente de « réinventer cette industrie ».

La première idée est de remplacer le carbone réducteur par de l’hydrogène. Cette technique donne de l’eau et non du dioxyde de carbone de plus elle se ferait à température plus basse : 1100°C. Des boulettes de minerai de fer chauffées sont baignées dans de l’hydrogène, l’oxygène se combine à l’hydrogène pour donner de l’eau et libère du fer pur. Cependant cette technique ne fonctionne qu’avec des minerais très riches en fer, de plus l’hydrogène réducteur utilisé est issu d’électrolyse de l’eau avec de l’électricité renouvelable qui est très chère.

Des startups subventionnées (dont Electra) tentent l’électrolyse du minerai de fer comme cela se fait pour le minerai d’aluminium (bauxite). Le minerai est dissout dans un bain d’acide et les ions fer sont attirés aux électrodes où ils forment des lingots de fer pur. L’électrolyse peut traiter des minerais impurs et comme elle peut s’arrêter et repartir vite, elle peut utiliser une électricité renouvelable soumise à des fluctuations. Par ce procédé les émissions de gaz à effets de serre ne pèseraient plus que le tiers du fer obtenu. La demande de fer pauvre en carbone rend le procédé rentable et la société teste des fours qui pourraient produire quelques centaines de kilogrammes par an avant de développer l’usine qui pourrait en produire quelques milliers de tonnes.

Enfin des chercheurs du laboratoire national Argone utilisent des microondes pour chauffer l’hydrogène à 600°C jusqu’à ce qu’il forme un plasma ; à cette température l’hydrogène peu déplacer l’oxygène même dans des minerais bruts.

Cependant toutes ces tentatives sont insignifiantes par rapport aux masses de minerai qui devraient être traitées. Le remplacement des techniques actuelles de la sidérurgie ne sont pas pour demain. La récupération du fer ou de l’acier ayant déjà servi se justifie pleinement.

* W. Cornwall, Science, 3 Mai 2024, N°6695, pp. 498-499.

Comment les plantes communiquent-elles sous terre ?

2024-07-04T10:09:00.000+02:00

Jeudi 4 Juillet 2024

Le verbe communiquer a plusieurs sens, nous adoptons ici celui de transmettre quelque chose car il est souvent difficile de mettre en évidence, chez les plantes, que les signaux qui sont transmis sont utilisés par le récepteur potentiel. Ce sujet a fait l’objet d’une mise au point* de laquelle nous extrayons les principales idées.

Sous terre la communication peut se faire de deux manières : par des émissions chimiques présentes dans les exsudats racinaires ou par l’intermédiaire de champignons mycorhiziens qui vivent en symbiose sur les racines de certaines espèces mais qui, par leur réseau d’hyphes, peuvent atteindre les racines voisines de la même espèce ou celles d’autres espèces.

Les émissions chimiques racinaires vont être transportées par le substrat du sol d’une racine à l’autre. Si les racines qui se côtoient appartiennent à des plantes de la même espèce, le signal chimique émis par l’une d’entre elles, suite à un stress biotique ou abiotique auquel elle est soumise, peut entraîner une réponse de défense rapide dans toute la population. S’il s’agit d’espèces différentes, ces émissions vont réguler la compétition qui s’exerce entre elles ou l’aggraver. Les molécules qui sont présentes dans les exsudats racinaires sont des composés organiques (métabolites secondaires le plus souvent) dont on ne sait réellement ni leur persistance dans le sol ni leur étendue de diffusion, mais ils peuvent inhiber la croissance des compétiteurs, activer les systèmes de défense ou favoriser le transfert des éléments nutritifs. Cependant peu de composés chimiques ayant ces propriétés ont été caractérisés, on connait les strigolactones chez le pois, la L DOPA chez la fève, un caroténoïde chez l’arabette.

Les réseaux d’hyphes de champignons mycorhiziens peuvent aussi assurer des jonctions entre les racines de plusieurs plantes ; si cette liaison symbiotique permet à la plante de recevoir des éléments minéraux (azote, phosphore) puisés dans le sol par le champignon, et au champignon de recevoir des molécules énergétiques (sucres) issus de la photosynthèse végétale, elle est aussi un lien de passage d’informations, de plante à plante, sur la disponibilité nutritive, sur la présence de parasites, ou sur la situation environnementale. On a pu montrer ainsi qu’un plant de fève attaqué par des pucerons induit une réponse défensive chez les plantes de fève voisines, grâce à la transmission d’un signal par les hyphes mycorhiziennes.

L’émission de substances racinaires va influencer la composition de la flore présente sur le sol. Certaines substances émises pouvant être inhibitrices du développement des racines d’autres espèces ou au contraire stimulantes par des apports nutritifs. La flore présente sur un sol n’est que le résultat d’un équilibre précaire car il est continuellement remanié.

L’étude des exsudats racinaires est compliquée ; ils sont présents en faibles quantités, leur prélèvement ne peut se faire qu’en conditions artificielles (croissance des racines sur des milieux artificiels dont la composition est connue) ce qui questionne sur la similarité des substances obtenues à celles qui sont émises en milieu naturel. Leur connaissance est un sujet qui va se développer.

* E. Guerrieri et S. Rasmann, Science, 19 avril 2024, N°6693, pp. 272-273.

Les nutriments.

2024-06-06T09:36:00.000+02:00

Jeudi 6 Juin 2024

En plus de l’énergie qui sera utilisée pour toute l’activité métabolique des plantes, la photosynthèse leur fournit trois atomes : le carbone, l’hydrogène et l’oxygène, présents dans les sucres. Ces derniers constituent les «briques de la vie » car ils peuvent servir à élaborer des polymères présents dans les parois (celluloses, pectines) ou dans les réserves (amidon, graisses, huiles). Ces trois atomes ne sont pas suffisants pour réaliser un être vivant, ils vont se combiner à l’azote, le phosphore, le soufre et le magnésium, le calcium le potassium et le fer pour donner protéines, acides aminés, pigments et métabolites secondaires. Ces six éléments sont indispensables au développement de la plante, ce sont des nutriments. D’autres comme le bore, le cuivre, le zinc le molybdène sont nécessaires en très faibles quantités ce sont des éléments traces ; leur absence peut induire chez la plante des carences.

Où trouve-t-on ces nutriments dans la plante ?

- L’azote et le phosphore sont constitutifs des acides nucléiques (ADN et ARN).

- Le Phosphore est un constitutif de l’ADN, de plus il est présent dans les transporteurs d’énergie : Adénosine di et triphosphate (ATP et ADP). -

- Le soufre entre dans la composition de trois acides aminés essentiels (cystéine, cystine et méthionine), c’est donc un constituant structurel des protéines.

- Le magnésium est un composant de la chlorophylle et est impliqué aussi dans le fonctionnement de certaines enzymes.

- Le Calcium est un constituant de la paroi squelettique des cellules végétales.

- Le potassium joue un rôle fondamental dans l’équilibre électrolytique et aqueux de la cellule végétale, il intervient sous forme ionique (PO₄^3-) dans la régulation de la croissance, dans la synthèse des protéines, l’ouverture des stomates.

Le fer est un élément constitutif des cytochromes transporteur d’électrons dans la respiration.

Ces éléments sont présents dans le sol sous forme de sels peu solubles qui se dissocient partiellement dans l’eau en ions solubles. C’est sous cette forme qu’ils sont absorbés par les racines. L’azote est absorbable sous forme d’ions ammonium NH₄⁺ ou d’ion nitrate NO₃^-, le phosphore sous forme d’ions phosphate PO₄^3-, le soufre sous forme d’ions sulfate SO₄²⁺, le Calcium et le potassium sous forme d’ions Calcium Ca⁺ et P⁺, la disponibilité de ces nutriments dépend de l’acidité, de la température et de la présence d’autres éléments dans l’eau du sol.

L’absorption d’un élément par la plante est fonction de sa concentration dans l’eau du sol, si cette concentration est élevée, l’absorption par les racines se fait simplement par diffusion, si elle est faible les racines transportent activement l’élément à travers leur surface racinaire et le concentrent à l’intérieur de l’enveloppe, cette activité est énergie dépendante. En définitive la demande d’un nutriment par la croissance de la plante peut-être supérieure à sa présence dans l’eau du sol ; si cette demande n’est pas satisfaite la croissance ne sera pas optimale. C’est ainsi qu’un sol pauvre produit moins qu’un sol riche.

Où trouve-t-on les espèces végétales qui nous sont utiles ?

2024-05-07T18:19:00.000+02:00

Mardi 7 Mai 2024

Les espèces végétales que nous utilisons sont rarement endémiques, dans les bois ou les landes que nous laissons sans cultures. D’où viennent-elles alors ? Sont-elles plus fréquentes dans les zones où la biodiversité est la plus forte ou au contraire sont-elles présentes dans des zones spécifiques ?

C’est ce que des Chercheurs* ont essayé de découvrir. Pour cela, ils ont puisé leurs informations dans 12 bases de données qui font un relevé des espèces présentes dans différentes zones de la planète mais aussi renseignent sur leur utilisation ; ils ont pu ainsi cataloguer 37687 plantes utilisées par les êtres humains et situer leur position géographique.

D’une manière globale, les auteurs ont observé que les espèces utiles sont en plus forte concentration dans les tropiques et que leur gradient de densité décroit vers les latitudes croissantes. Cette répartition est en concordance avec la variation de la diversité totale des plantes. Bien que plusieurs zones tempérées peuvent en contenir en grande quantité, soit natives (Chine Himalaya), soit introduites (Europe occidentale, Est des Etats Unis). Ils ont observé aussi que dans les zones riches en espèces utiles elles y sont aussi présentes à l’état endémique ; au contraire la concentration à l’état endémique est relativement faible dans les zones tempérées.

Ce matériel brut a été réparti en 10 catégories d’usages : nourriture humaine (incluant boissons et additifs), nourriture pour les vertébrés (fourrages), nourriture pour les invertébrés (abeilles et les vers à soie), matériaux (bois fibres), combustibles (charbon, alcool), usages sociaux (narcotiques, parfums), poisons (pour vertébrés et invertébrés), médecine (humaine et vétérinaire), usage pour l’environnement (haies brise vents, fleurs), source de gènes. Les auteurs montrent que chacun de ces dix groupes a la même distribution latitudinale : densité forte au niveau des tropiques, décroissance vers les latitudes élevées. La diversité des espèces utilisées en culture est en corrélation avec la richesse totale en plantes mais aussi avec la richesse en plantes utiles, autrement dit dans un milieu naturel riche en plantes diverses les agriculteurs utilisent beaucoup de plantes utiles et plus encore si le milieu naturel est riche en celles-ci.

Les peuples indigènes qui dépendent beaucoup des espèces sauvages pour leur nourriture, vivent paradoxalement dans des zones qui ne contiennent pas une haute densité d’espèces utiles. Cela pourrait s’expliquer par le fait qu’ils auraient été dépossédés, au cours de l’histoire, de leurs terres d’origine.

Le réseau des zones protégées qui couvre actuellement 17% des surfaces terrestres ne contribue paradoxalement qu’à la conservation d’une faible biodiversité totale ; en outre il ne contient pas davantage d’espèces végétales utiles. Pour les auteurs il sera nécessaire, dans les futures réservations, de tenir compte de leur richesse botanique mais aussi de leur richesse en plantes utiles.

Il faut retenir de cette publication le nombre extrêmement élevés d’espèces utiles aux êtres humains (37687), leur répartition qui est la même que celle de toutes les espèces végétales (il n’y a pas de zones où elles seraient plus nombreuses) enfin leur présence insuffisante dans les zones protégées.

*S. Pironon et al. Science 19 janvier 2024, N°6680, pp.293-297.

Quel peut-être l'effet du réchauffement climatique sur nos forêts humides ?

2024-04-05T11:07:00.000+02:00

Vendredi 5 Avril 2024

Le changement climatique va affecter nos forêts humides tempérées ; quelles sont celles qui risquent d’être le plus fortement affectées par un climat plus chaud et plus sec ? Une étude*nous donne quelques clés pour connaître les zones forestières les plus sensibles ; elle tente de faire des prévisions sur leur évolution jusqu’à l’an 2100.

Une question importante, jusqu’ici non tranchée, à laquelle il faut aussi répondre est celle-ci : les forêts qui poussent déjà sur des zones sèches seront-elles plus vulnérables, parce qu’exposées au-delà de leurs limites physiologiques, que les forêts dites naïves installées dans des zones plus humides ?

Pour mesurer la sensibilité des arbres aux fluctuations météorologiques les auteurs se sont appuyés sur les données de la banque Internationale de données sur les cernes des arbres (ITRDB) et celles du service forestier des Etats unis (FIA). A partir de ces données ils ont pu générer un indice de largeur des cernes qui donne une mesure annuelle de la croissance des arbres. Le temps et le climat ont été caractérisés par l’évapotranspiration potentielle et le déficit hydrique climatique relevés localement par ces organismes. L’évapotranspiration potentielle décrit la demande atmosphérique en eau produite par évaporation et transpiration des plantes, cette dernière est fonction de leur disponibilité en énergie. Le déficit hydrique climatique mesure le déficit en eau par rapport à la demande atmosphérique.

La plupart des relevés de l’ITRDB et du FIA montrent :

- Qu’il y a eu une réponse positive à la croissance des arbres lorsqu’il y a eu une plus grande quantité d’eau ou d’énergie disponibles sur le site.

- Les arbres situés sur les zones les plus sèches (déficit hydrique élevé) de l’écart climatique où vit l’espèce ont une croissance moins affectée par la sècheresse que ceux situés dans les zones plus humides. Les forêts naïves sont donc plus sensibles à la sècheresse.

- Les arbres ont aussi montré une hétérogénéité de réponse à une croissance annuelle de l’énergie disponible (augmentation de l’évapotranspiration).

En 2100, avec le réchauffement climatique, les forêts tempérées vont être exposés à des températures plus élevées et à une sècheresse plus forte que de nos jours. En estimant la variation du déficit hydrique et de l’évapotranspiration potentielle à partir des changements climatiques, la croissance des arbres devrait, selon les auteurs, diminuer de 10,4 %. Nos forêts vont subir ainsi une dégradation de leur état sanitaire et une réduction de leur capacité à séquestrer le carbone.

Les projections de changement de l’index de largeur des cernes en 2100, montrent que le réchauffement climatique aura un impact négatif prononcé sur les arbres qui poussent dans les zones humides chaudes alors qu’il sera plus faible dans les marges plus froides et plus sèches de la zone d’adaptation de l’espèce. La réduction de croissance des arbres serait de 17,2% dans le premier cas, et seulement de 11% dans le second.

Ce comportement positif des arbres qui vivent dans les marges plus froides et plus sèches est à attribuer à l’hétérogénéité de l’espèce. Ces individus ont été exposés sur plusieurs générations à des conditions plus sèches et plus froides et ont acquis par sélection naturelle certains caractères de résistance. De ce fait ils pourraient être utiles, en migration assistée, vers des régions plus humides qui devraient, suite au réchauffement climatique, devenir plus sèches.

* Robert Heilmayr et al. Science, 8 décembre 2023, N°6675, pp.1171-1177

Quelques éléments pour comprendre la démographie.

2024-03-05T10:14:00.001+01:00

Mardi 5 Mars 2024

La démographie est l’étude quantitative de l’évolution des populations humaines, mais ses méthodes peuvent aussi être appliquées à d’autres espèces. C’est une science complexe qui fait appel aux mathématiques supérieures (calcul des probabilités, calcul intégral) d’où le rejet qu’elle suscite à beaucoup d’entre nous. Peut-on, sans être un mathématicien avancé, en tirer la « substantifique moelle » ? Ce sera la tentative de ce billet.

La notion la plus simple à comprendre est celle de la croissance d’une population. Si :

- P₀ est l’effectif de la population au temps T₀

- P₁ est l’effectif de la population au temps T₁

- N le nombre de naissances entre T₀ et T₁

- D le nombre (Nb) de décès entre T₀ et T₁

- SM le solde migratoire (Nb d’immigrés moins Nb d’émigrés entre T₀ et T₁)

On a : P₁-P₀ = N-D +SM

Si T₁-T₀= 1 an, la croissance annuelle de la population française par exemple est facilement calculable puisque l’on peut connaître chaque année, à partir des relevés des états civils : le nombre de naissances N, le nombre de décès D ; et que immigration et émigration SM font aussi l’objet de documents de contrôle. Cette croissance devrait être publiée chaque année par les médias en détaillant le nombre de naissances, de décès, le nombre d’immigrés et d’émigrés ; malheureusement le nombre réel d’immigrés n’est pas connu car une immigration incontrôlée existe et ne peut figurer dans les chiffres.

Mesurer la croissance de la population ne suffit pas ; il faut encore connaître son effectif et sa structure par âge et par sexe ; ceci fait l’objet des recensements. Autrefois les recensements étaient faits périodiquement (tous les 10 ans) sur toute la France par l’INSEE. Depuis 2004 les recensements sont faits par les communes : tous les 5 ans pour les communes de moins de 10 000 habitants, par échantillonnage pour les communes de plus de 10 000 habitants. Il se fait en janvier et février de sorte qu’en fin d’année la commune disposera des données du recensement et de celles de l’état civil. Le regroupement des données fourni par les communes permet de connaître la population totale de la France au moment du recensement mais aussi d’établir la pyramide d’âges de la population, c’est-à-dire le graphique qui détaille le nombre d’hommes et de femmes pour chaque classe d’âge de la vie ou cohorte : 0,1, 2, etc. (âges compris de 0 à 1 an, de 1 à 2 ans, de 2 à 3 ans, etc.)

Enfin, en combinant les données du recensement de l’année A à celles du nombre de naissances et de décès par classe d’âge relevés à la fin de l’année, on peut calculer pour chaque classe d’âge c et chaque sexe :

- Le taux de mortalité :

M_Ac = Nb de morts de la classe d’âge c / Nb d’individus au recensement de cette classe

- le taux de survie :

S_Ac= Nb de survivants de la classe d’âge c / Nb d’individus au recensement de cette classe

- le taux de fécondité pour le sexe féminin :

B_Af = Nb de naissances de la classe d’âge f de procréation / Nb de femmes de cette classe d’âge.

Les taux S_Ac et B_Af sont intéressants pour les démographes car ils permettent de calculer (dans le cas ou leur variation reste faible au cours du temps) l’évolution de la population masculine et féminine les années qui suivent le recensement.

l’indicateur conjoncturel de fécondité est la somme des taux de fécondité B_Af par classe d’âge des femmes en âge de procréer de l’année A (de 15 à 50 ans). Il est égal, en 2024, à 1,8 nettement inférieur au taux 2,1 considéré comme le taux de stabilité d’une population (intuitivement un couple pour être remplacé doit avoir 2 enfants, mais il nait moins de filles (0,976) que de garçons (1,024), pour que toutes les mères en âge de procréer soient remplacées il faut un indicateur conjoncturel de fécondité supérieur à 2 soit 2,1 ; alors la population ne décroitra pas). Dès maintenant la population française diminuerait si ce n’était une compensation due à une espérance de vie très élevée donc un vieillissement de la population et une forte immigration.

La connaissance de la population réelle de notre pays souffre de deux lacunes : la méconnaissance de l’immigration incontrôlée et l’estimation par échantillonnage au recensement des communes de plus de 10 000 habitants.

En quoi les herbivores s'opposent aux restaurations végétales ?

2024-02-05T10:31:00.000+01:00

Lundi 5 Février 2024

La restauration de milieux dégradés ou le monde vivant ne peut plus se développer est quelquefois nécessaire, par exemple en montagne si l’on veut limiter l’érosion. La restauration peut aussi être aussi une volonté écologique de restitution d’un écosystème. Le monde vivant ne pouvant se développer qu’en disposant d’une source d’énergie, on va commencer par restaurer la végétation qui capte par photosynthèse l’énergie solaire et la transforme en énergie chimique (sucres). Cette énergie sera ensuite distribuée par les herbivores à tout l’écosystème.

On considère qu’un milieu peut retrouver sa couverture végétale par propagation naturelle si on supprime les causes de dégradation (déforestation, agriculture, invasion de plantes exotiques). La régénération est dans ce cas naturelle ou passive. On peut aussi semer des graines ou planter des arbres, la régénération est alors active.

La réussite d’une régénération végétale passive ou active nécessite une bonne adéquation des espèces végétales au milieu physique (sol, climat, disponibilité en eau), à l’environnement humain, mais l’expérience montre aussi qu’un facteur déterminant du succès est le contrôle de l’herbivorie (néologisme que nous garderons ici et qui signifie la consommation des végétaux par les herbivores). Des chercheurs* ont analysé des tests expérimentaux conduits dans 64 pays et ayant fait l’objet de 451 publications pour évaluer, sur des parcelles en restauration, l’effet des herbivores lorsqu’ils sont exclus, lorsqu‘on en ajoute, ou que l’on réintroduit des prédateurs. Nous donnons ici leurs principales conclusions.

Bien que les herbivores réduisent l’abondance de la végétation sur des sites naturels (32%) leur action est beaucoup plus importante sur des sites en restauration (52%) ; de ce fait la restauration y est plus lente et incomplète et nécessite souvent un contrôle des herbivores.

Alors que les herbivores augmentent la biodiversité dans les écosystèmes naturels en affaiblissant la compétitivité des espèces dominantes, ils la réduisent dans les sites en restauration. Cela tiendrait au fait que la productivité y étant moindre, les populations de plantes sont plus faibles ce qui facilite leur suppression.

Les écosystèmes dégradés se caractérisent par un plus grand nombre d’herbivores généralistes. Ils réduisent la diversité en supprimant très tôt les espèces de plantes qui se développent successivement.

Le climat (températures et pluviométrie moyennes annuelles) a un rôle modérateur clé sur l’effet des herbivores dans les sites en restauration alors qu’il est peu influent sur les sites non dégradés. Les températures élevées accroissent généralement l’herbivorie ; la diversité spécifique est aussi affectée dans les sites en restauration lorsque le climat est chaud et sec.

La taille des herbivores joue un rôle important dans les milieux naturels pour le maintien des prairies ; leur exclusion y favorise le développement des arbres. Cet effet est exacerbé dans des sites en régénération. En outre les espèces natives y sont favorisées par rapport aux espèces exotiques.

En définitive la gestion de l’herbivorie doit être prise en compte dès que l’on envisage de régénérer un site dégradé. Il faut exclure ou réduire la présence des herbivores de grande taille en installant des barrières ou en les détournant, utiliser des insecticides contre les insectes herbivores ; ceci est valable pour les sites en restauration de petite taille. Pour les sites très grands il faut réintroduire les prédateurs.

*Changlin Xu et al. Science, 3 novembre 2023, N°6670, pp.589-592.

Les constellations de satellites.

2024-01-05T10:56:00.000+01:00

Vendredi 5 Janvier 2024

Il s’agit d’un très grand nombre de petits satellites dispersés autour de la terre sur des orbites basses (entre 160km et 1000 km d’altitude) par plusieurs tirs de fusée, chaque tir emportant plusieurs satellites.

Ils répondent aux besoins de réfléchir des ondes électromagnétiques (ondes hertziennes) émises par une station terrestre vers des récepteurs répartis sur toute la terre (télévision, internet) ou, réciproquement, par des émetteurs terrestres vers une station d’analyse (géolocalisation) ; enfin ils peuvent émettre ces ondes, ils servent alors de coordinateurs à l’intérieur même d’une constellation, ou bien ils envoient eux-mêmes des informations aux stations terrestres. Ils ont l’avantage de couvrir des zones difficiles d’accès et pour cela ils doivent être présents tout autour de notre planète. Leur présence en croissance démesurée fait l’objet d’une étude critique* dont nous extrayons ici les principales informations.

Actuellement 4500 satellites de Starlink et 630 de OneWeb sont fonctionnels en orbite basse, mais le nombre de constellations de plus de 10 satellites ayant fait l’objet d’un dépôts à l’Union Internationale des Télécommunications (IUT) en attente d’une affectation de longueur d’onde a cru de manière exponentielle entre 2017 et 2022. A partir de données provenant de cet organisme, 300 constellations d’au moins 10 satellites ont été déposées ce qui représente plus d’un million de satellites. Parmi elles, 90 auraient plus de 1000 satellites, 33 plus de 5000 et 8 plus de 10 000. La plus grande est Cinnamon-937 avec 337 320 satellites. Les dépôts ont été faits par la Chine (65), les Etats Unis (45), mais aussi le Rwanda (constellation Cinnamon-937), l’Allemagne, l’Espagne, la Norvège et la France.

Ces prises de position à l’IUT ne signifient pas que ces constellations seront toutes mises en orbite. Les Etats ou les Sociétés qui font les dépôts ont plusieurs stratégies en tête : faire une demande supérieure aux besoins afin d’attirer des investisseurs ou vendre des droits au spectre, accumuler des droits au spectre qu’ils pourront utiliser ensuite.

La zone orbitaire basse de la terre risque d’être encombrée par un nombre considérable d’objets : satellites opérationnels, satellites abandonnés, corps de fusées résultant de tirs anciens et plusieurs milliers de débris détachés sans aucune trajectoire connue. Les morceaux de grande taille peuvent retomber au sol, ils sont potentiellement dangereux pour ceux qui y vivent ; les satellites opérationnels émettent de la lumière, leur trajectoire trace une ligne blanche sur les photos célestes prises la nuit au préjudice des astronomes. Enfin tous ces objets perturbent la radioastronomie par leurs pollutions électroniques.

Les auteurs de l’article pensent que les dépôts excessifs de demandes pour des constellations de satellites en vue de leur affecter une bande spectrale, est un problème. Mais il peut être résolu par l’IUT qui est en capacité de mettre à jour ou créer de nouvelles règles avec ses 193 Etats membres. Lors des précédentes Conférences Internationales relatives aux Radiocommunications des exigences concernant les mises en orbite de constellations satellitaires ont été adoptées : quel est le fabricant des satellites et quel sera l’organisme qui réalise le lancement (1997), dates limites de lancement de chaque fraction de la constellation après le premier dépôt de demande à l’IUT (2019), limites de la densité du flux émis et limites sur la déviation de l’altitude de trajectoire (2023). Cependant pour arrêter cette inflation de dépôts il faudrait des règles plus strictes : limites du nombre de satellites par constellation, taxes sur les dépôts.

*Andrew Falle et al. Science, 13 octobre 2023, N°6667, pp.150-152