Projets de recherche en cours

 

Impact de l’acidité atmosphérique sur le dépôt des macro-nutriments

La diversité biologique et la compétition entre les espèces présentes dans les écosystèmes sont sensibles aux changements dapport en macronutriments ainsi qu à la pollution.

L’activité humaine modifie de manière significative les cycles des macronutriments de l’échelle régionale à l’échelle mondiale avec des taux d’émission supérieurs ou comparables à ceux qui passent de manière naturelle. De plus, la pollution anthropique expose les écosystèmes à un stress supplémentaire menaçant ainsi leur stabilité et leur productivité. Ces processus peuvent avoir un impact important sur les écosystèmes locaux où le transport atmosphérique joue un rôle majeur dans la propagation des macronutriments et des polluants.

Au cadre de ce projet, nous proposons de caractériser les flux de dépôts atmosphériques de macronutriments biodisponibles et de polluants associés sur le site du Bois Chamblard afin d’étudier  leur impact potentiel sur la biodiversité locale. L’interaction entre les masses d’air biogènes et anthropiques transportées sur le site d’étude feront partie de nos axes de recherche.

L’exposition aux déséquilibres en macronutriments sur site sera étudiée par une quantification en azote (N) et phosphore (P) total chez les gaz, l’eau de pluie et les particules en suspension dans l’air pendant quatre saisons. Afin d’évaluer l’importance des dépôts atmosphériques, comme voie principale nutritive pour le sol, les valeurs totales en N et P atmosphériques seront comparées avec le N/P ratio trouvé dans le sol et les plantes locales. Les polluants en phase gazeuse et particulaire, tels que les oxydants en phase gazeuse (O3 et NOx), les métaux lourds et les espèces ioniques ainsi qu’une fraction organique d’aérosol seront quantifiés ensemble avec les aérosols ainsi qu’aux propriétés des particules d’aérosols, tels que le pH de l’aérosol et le potentiel oxydatif des particules. Afin d’obtenir une meilleure compréhension globale des échanges atmosphère-sol, des méthodologies standardisées et des techniques développées «ad hoc» par notre laboratoire LAPI seront mises en application pour la première fois.

PI: Dr Andrea M. Arangio,
Co-PIs: Dr Kalliopi Violaki, Prof. Athanasios Nenes

Exploration par des approches biologiques couplées de la diversité fonctionnelle et de l'activité des communautés microbiennes liées au cycle du mercure dans le lac Léman.

Le mercure (symbole chimique Hg) est considéré comme un polluant prioritaire, y compris en Europe, principalement en raison de la toxicité de sa forme organique, le méthylmercure (MeHg), et de sa propension à se bioamplifier; c’est-à-dire à augmenter sa concentration dans les tissus des organismes au fur et à mesure qu’il remonte la chaîne alimentaire. La méthylation du mercure, soit la transformation du mercure divalent Hg(II) en MeHg, se produit dans des conditions anoxiques et dépend essentiellement de l’activité de micro-organismes caractérisés par des gènes spécifiques – le groupe de gènes hgcAB.

En outre, la méthylation du Hg(II) dépend de la biodisponibilité du Hg(II), de l’abondance des accepteurs d’électrons, de l’abondance et de la nature de la matière organique ainsi que de l’activité et de la structure de la communauté microbienne. Il est donc essentiel de comprendre l’ensemble des processus métaboliques qui peuvent affecter directement ou indirectement la méthylation du mercure.

Ce projet vise donc à déterminer et à comparer la méthylation du Hg(II), la biodiversité et l’activité microbienne impliquées dans la méthylation dans des conditions physico-chimiques contrastées dans le lac Léman. Nous cherchons à dépasser certaines des limites actuelles de prévision des concentrations de MeHg dans l’environnement. Ce projet veut démontrer l’intérêt de coupler l’analyse biologique à haut débit (métagénomique et métaprotéomique, c’est-à-dire l’analyse globale des gènes et des protéines) avec une caractérisation physico-chimique du milieu.

Une meilleure connaissance de la relation entre l’activité des communautés microbiennes, les conditions physico-chimiques, la production de MeHg et la déméthylation est nécessaire pour prédire la variabilité des concentrations de MeHg dans différents environnements afin de mieux protéger l’environnement et la santé humaine.

PI: Dr Jean-Luc Loizeau
Co-PI: Dr Claudia Cosio

Mélange turbulent en zone littorale et son impact sur les courants verticaux des grands lacs

Les changements climatiques actuels conduisent aux réchauffements des eaux de surface des lacs. Cependant les effets sur les eaux profondes sont peu connus du fait d’une certaine indépendance avec les eaux de surface (stratification). Néanmoins, les courants de surface de grande échelle, dus aux événements venteux, induisent des courants secondaires verticaux le long des côtes permettant donc un échange entre les eaux de surface et les eaux profondes. De plus, par refroidissement de la surface en hiver, des courants de densité froid peuvent se former dans ces mêmes régions côtières, impliquant aussi un transfert d’eau de la surface vers les profondeurs du lac. La formation de ces courants verticaux côtiers sont peu étudiés bien qu’ils aient une grande importance sur la température du lac et son mélange, et donc indirectement sur son fonctionnement écologique. Ce projet propose d’étudier ces courants verticaux sur les zones littorales du lac Léman, et notamment la turbulence qui est un processus crucial dans leur initiation et leur développement.

Des campagnes de mesures seront conduites à l’aide d’une nouvelle plateforme, spécifiquement conçu pour mesurer la turbulence (mesure de la température et de la vitesse à haute fréquence). Les mesures seront commandées à distance et faites depuis le fond du lac, évitant les imprécisions dues aux conditions difficiles de surface lors des épisodes venteux. Deux autres plateformes de mesure existantes, un catamaran et un ballon d’hélium instrumentalisés, permettront de contextualiser les mesures de turbulence dans la circulation de plus grande échelle. Ce projet apportera de nouveaux éléments essentiels dans la compréhension du mélange des eaux dans les grands lacs, et notamment pour l’amélioration de la modélisation des échanges verticaux en zone côtière.

Hydrodynamique côtière du lac

Sous la direction d’Andrew Barry, directeur du Laboratoire de technologie écologique (ECOL) de l’EPFL, une activité de recherche vise à mieux comprendre l’hydrodynamique côtière du lac. Dans ce but, le laboratoire a installé deux câbles de fibre optique sur les rives du site de Bois-Chamblard et un radar (Acoustic Doppler Current Profilers) afin de mesurer en temps réel, respectivement, la température et la vitesse du courant des eaux du lac.

Cet ensemble de données, couplées à d’autres mesures, notamment celles de la force du Vent et de la Bise, doit permettre de modéliser les mécanismes en jeu dans la variation de température du lac. Ces informations inédites sont essentielles dans le contexte du changement climatique, notamment pour anticiper les conséquences des échanges de chaleur et d’oxygène dans le lac Léman.

Prof. D. Andrew Barry and Rafael Reiss (PhD)