I-A. Recherche et Observation Systématique du milieu en Méditerranée : besoins et pertinence

Le caractère inéluctable des changements planétaires est maintenant démontré, et leurs effets sont même parfois déjà ressentis par nos concitoyens. Le réchauffement climatique a notamment fait l’objet de nombreux débats jusqu’à la démonstration récente de son origine indubitablement anthropique dans le dernier rapport du GIEC (GIEC, 2007 ; Thompson, 2005). Cette démonstration a été possible grâce à la synergie entre observation systématique du milieu naturel et modélisation, modélisation dont le succès doit autant à la qualité grandissante des modèles et des puissances de calculs qu’à la qualité intrinsèque des données fournies en entrée et en validation des résultats des modélisations (IPSL and Météo-France, 2007 ; Michener, 2005; Michener et al., 1997). L’observation systématique du milieu naturel est donc indispensable à l’étude du changement global : elle permet de conduire la recherche fondamentale qui détermine les marqueurs pertinents du changement, tout autant que le suivi de ce changement et le développement de son éventuelle remédiation.

Les systèmes naturels relevant de la biosphère et de la géosphère subissent la pression de ces changements globaux, et plus généralement de l’ensemble des aléas et perturbations, naturels et/ou anthropiques. La principale caractéristique des changements planétaires d’origine anthropique est qu’ils engendrent des perturbations d’une ampleur qui sort du domaine naturel de ces perturbations, hormis les grandes catastrophes géologiques planétaires. En outre, les conséquences d’aléas naturels ou anthropiques sont souvent radicalement amplifiées par des changements d’usage comme une urbanisation croissante, qui sont partie intégrante des changements planétaires (voir par ex. Naveh and Dan, 1973)). La réponse des systèmes naturels dépend de leur sensibilité et plus particulièrement, lorsque celle-ci engage la survie de ces systèmes, de leur vulnérabilité. Ces systèmes naturels sont donc à la fois des marqueurs et des victimes des aléas.

La région méditerranéenne au sens large, est particulièrement sensible, à la fois pour ses caractéristiques géologiques et par sa situation d’interface, entre régions écologiques arides et tempérées, avec des changements climatiques attendus importants. C’est en effet tout d’abord une zone tectoniquement active, l’ensemble du bassin étant dominé par la collision entre l’Afrique et l’Eurasie depuis Gibraltar jusqu’à l’Anatolie, donnant lieu à diverses manifestions orogéniques (Jolivet et al., 2006), ainsi qu’à une subduction active sous l’Egée et la Calabre, associées à de la sismicité et à du volcanisme actif. L’aléa sismique et ses corollaires (tsunami, mouvement telluriques etc…) et plus généralement les mouvements du sol, notamment les glissements de terrains sont donc une réalité quotidienne sur le bassin méditerranéen (Daeron et al., 2007; Philip et al., 2007 ) (Figure 1).

Figure 1 : carte du risque sismique dans le bassin méditerranéen (SESAME, 2004)

La Méditerranée est également caractérisée par un aléa hydrique exprimé tant au niveau de la ressource hydrique (en quantité et en qualité) qu’en terme d’aléa hydrologique par les pluies catastrophiques et des inondations associées (2003).

Au plan écologique, le bassin méditerranéen est un des « points chauds » de la biodiversité (Blondel and Aronson, 1999; Thompson, 2005). C’est d’ailleurs l’histoire géologique, par le morcellement des péninsules et le jeu des glaciations, qui a induit des isolements et remises en contact répétées qui ont été le moteur d’une spéciation intense. L’impact attendu des changements planétaires sur les systèmes vivants sera particulièrement marqué dans ces points chauds.

Figure 2 : Carte des précipitations et des températures maximales estivales actuelles (1970-2000) et futures (2070-2100)

La Région Languedoc Roussillon est particulièrement sensible tant en terme d’aléa que de vulnérabilité et donc de risque : dans la Région de Montpellier, si les risques telluriques sont à priori modérés les risques hydriques, tant en terme de ressource et donc de pénurie qu’en terme d’épisode de précipitation catastrophiques, sont une réalité tangible dans une région dont le littoral est de plus en plus fortement peuplé. Les modèles de changement climatique en cours suggèrent une augmentation probable de ces risques dans le futur (Figure 2), et un impact fort de ces changements sur une biodiversité déjà traditionnellement fragile dans ces milieux. Ces changements planétaires, induits, accompagnés ou subis par les activités humaines, concernent bien sûr les changements climatiques, mais aussi les changements d’usage : changements d’usage des terres (abandon des terres ou au contraire intensification agricole, urbanisation,…), et divers changements de pratiques induisant notamment le transport incessant de nombreux êtres vivants (insectes, pathogènes, espèces exotiques envahissantes) (Groves and Di Castri, 1991). Les interactions potentielles de ces deux grands types de changements posent des questions sociétales d’environnement et de développement durable aigües. Par exemple, l’interaction entre migrations humaines, abandon des terres ou au contraire intensification agricole, et changements climatiques façonnera de façon majeure l’évolution des sociétés du bassin méditerranéen dans les décennies à venir dans les domaines les plus divers (emploi, agriculture, ressources en eau, risques d’incendie,…).

Un accent sur les mécanismes est crucial pour dépasser une simple description des conséquences potentielles des aléas (naturels et anthropiques) et des changements planétaires, description condamnée à l’échec. Les mécanismes concernent en effet des échelles et des niveaux d’organisation multiples, et comme nous l’avons vu les changements planétaires eux-mêmes ne se résument pas aux seuls changements climatiques. Pour permettre cette analyse des mécanismes, des données suivies dans le temps, suffisamment spatialisées et couvrant une grande variété de phénomènes, structurées en bases de données et couplées à la modélisation et à des bases de connaissances relevant de la recherche fondamentale sont absolument nécessaires.

Enfin la compréhension du milieu naturel ne s’arrête pas aux lieux d’interactions entre les enveloppes externes de la Terre, le milieu vivant et la surface de la Terre solide: les risques telluriques au sens large par exemple sont là pour nous rappeler le rôle de la Terre interne, jusque dans ses couches les plus profondes, sur les changements globaux (INSU, 2006). Il en va de même pour la compréhension fondamentale de l’évolution biologique de l’échelle du gène à celle de la dynamique des populations qui vont conditionner en partie l’adaptabilité finale des organismes et des écosystèmes aux changements globaux. C’est également le cas des processus physico-chimiques et de l’hydrodynamique dont la connaissance en amont est essentielle à la compréhension de la réponse des hydrosystèmes à ces changements. La recherche aux interfaces s’appuie donc nécessairement sur les développements fondamentaux menés en parallèle dans chaque discipline.

L’INSU est la structure la mieux armée pour couvrir l’ensemble de ces champs disciplinaires à toutes ces échelles de temps et d’espace, dans le cadre d’un réseau de recherches et d’observations systématiques instrumentés focalisé sur le système méditerranéen. Par exemple le grand chantier « Méditerranée » en gestation à l’INSU offre l’opportunité de fédérer, sur des actions scientifiques communes et les observations nécessaires à ces recherches, des unités de recherche dans la Région Languedoc Roussillon.

A l’échelle régionale l’étude de l’environnement et en particulier des relations entre la géosphère, l’hydrosphère et la biosphère rassemble une large communauté scientifique qui s’inscrit dans un ensemble allant de l’agronomie jusqu’aux sciences humaines en passant par les Géosciences et l’étude de l’Eau. Plusieurs Instituts Fédératifs de Recherche relevant de 12 établissements assurent déjà une certaine structuration de la recherche et des synergies dans ces domaines. Ces structures fédératives ont des thématiques très ciblées et n’ont pas la pérennité nécessaire à la structuration à l’échelle régionale des efforts d’observation nécessaires alors qu’une large part des recherches repose sur des suivis à long terme et un agencement maintenu avec constance entre observations de terrain et expérimentations d’une part, bases de données, analyses et modélisation d’autre part. De plus, leur objectif d’ouverture et de mutualisation de certains plateaux techniques laisse de côté une grande partie de la recherche fondamentale en science de l’Univers et de la Biodiversité. Enfin elles n’offrent pas à l’INSU de visibilité globale des moyens mis en œuvre pour la compréhension et l’observation du milieu naturel. La création de l’OSU se fait sur une synergie de méthodes, de cibles et de questions scientifiques qui couvrent une large partie du champ des Sciences de l’Univers et de l’Environnement et du Développement Durable dans le secteur universitaire. Un Observatoire pérenne sera donc complémentaire de la structuration existante. De plus une structure pérenne et compétente deviendra un interlocuteur privilégié des communautés territoriales dans leurs choix politiques.

La volonté actuelle des acteurs du projet est donc de renforcer les synergies d’abord à l’échelle de l’UM2 au sein de laquelle l’intégration en terme d’enseignement est effectivement réalisée et celle en terme de recherche bien avancée, sans remettre en question le rôle fondamental structurant des IFR dont l’implantation institutionnelle est plus large, et en laissant largement ouverte l’option de futurs partenariats et conventions avec des groupements régionaux fédératifs au sens large sur des thématiques connexes.

La fédération des moyens de recherches et d’observations montpelliérains de l’impact des changements globaux sur les systèmes méditerranéens permettra d’ajouter aux disciplines géophysiques traditionnelles de l’INSU l’écologie fonctionnelle et l’étude de la biodiversité, qui étendront ainsi le champ d’intervention et de veille de l’Institut. Cela fera de cet ensemble scientifique mis en place sur la façade méditerranéenne à Montpellier un des premiers Observatoires des Sciences de l’Univers et de l’Environnement de l’INSU. En reflétant à l’échelon local le rôle et la capacité de l’INSU à rassembler moyens et agences variés autour de ces thématiques environnementales, un tel Observatoire constituera donc un « nœud », en terme « d'opérateur de suivi », de la déclinaison en région des actions nationales menées de façon transverses par l’INSU et ses partenaires, notamment le Département EDD du CNRS.

1. Une synergie locale en recherche

Des laboratoires de la communauté scientifique des sciences de l’environnement de Montpellier ont choisi de focaliser une part de leur activité sur l’observation systématique du milieu méditerranéen tant sur le suivi des aléas naturels que sur la réponse et la dynamique des systèmes écologiques, et de coordonner leur effort dans le présent projet. Le pôle scientifique de Montpellier compte un grand nombre d’unités dont les recherches portent sur l’Environnement en Méditerranée, la dynamique des milieux naturels (caractérisation physico-chimique, biodiversité, ressources, et aléa), leur utilisation et leur valorisation. L’Université de Montpellier 2, avec plus de 600 chercheurs mobilisés sur ces thématiques est un acteur important de ce secteur. Ils sont notamment regroupés dans deux Départements scientifiques de l’Université (BEE : Biodiversité-Evolution-Environnement et T2E : Terre-Eau-Environnement) et six unités de recherche reconnues pour l’excellence de leur recherche et contractualisées avec le Ministère de l’Enseignement Supérieur (tutelle principale UM2) et le CNRS (Départements EDD et MPPU/PU), mais aussi avec l’IRD, l’IFREMER, et le CIRAD, les autres universités de Montpellier, l’EPHE, et SupAgro-M. Enfin, plusieurs de ces unités ont des liens déjà privilégiés avec l’INSU. Ces unités sont :

· GM : Géosciences Montpellier (UMR5243)

· HSM : Hydrosciences Montpellier (UMR5569)

· CEFE : Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive (UMR5175)

· ECOLAG : Laboratoire Ecosystèmes lagunaires (UMR 5119)

· ISE-M : Institut des Sciences de l’Evolution (UMR 5554)

· CBAE : Centre de Bio-Archéologie et d'Ecologie (UMR5059 CNRS)

Les thématiques scientifiques sur lesquelles ces unités sont reconnues permettent d’aborder le problème des aléas naturels et des changements planétaires et la réponse et la vulnérabilité des populations biologiques autour de trois thématiques structurantes :

· l’enregistrement des changements planétaires récents et actuels, leurs liens avec les facteurs anthropiques.

· L’origine et l’évaluation des aléas et perturbations naturels et anthropiques

· La réponse des systèmes et les mécanismes mis en jeu.

Les unités de recherche concernées développent leurs études principalement dans trois types de milieux:

· les habitats méditerranéens terrestres, soumis de plein fouet au risque d’interactions marquées entre changements climatiques et changements d’usage des terres ;

· la zone littorale, lieu de flux et de transferts en tant qu’interface entre bassin versant et espace marin, mais dépendant largement de ses propres cycles physiques et chimiques et une biodiversité propre.

· la surface/subsurface : elle est un lieu capital puisque constituant l’interface entre les enveloppes profondes et superficielles, mais paradoxalement peu connu. C’est d’abord une zone d’échange et de transfert primordiale, mais aussi de stockage des ressources notamment en Eau mais aussi potentiellement en CO₂ par exemple, et de développement biologique. Il est donc très important de caractériser la subsurface, aussi bien dans sa structure à un moment donné que dans son évolution à travers la connaissance des champs et des flux de matière, solide et fluide, et d’énergie, approche nécessairement pluridisciplinaire impliquant une observation multi-échelle de variables physiques, chimiques et biologiques

2. Une synergie commune de l’observation

Outre leur appartenance à l’UM2, ces unités adoptent une démarche commune et essentielle en sciences de l’Environnement qui porte sur la nécessité de développer et d’assurer des systèmes d’observation du milieu naturel, en étroite relation avec un dispositif de recherche fondamental centré sur l’analyse des mécanismes. En effet, l’observation croisée du milieu naturel menée par ces unités participent à une meilleure compréhension des forçages externes naturels (globaux ou locaux) ou d’origine humaine et de leur impact sur les différents compartiments ou systèmes environnementaux dans le Bassin Méditerranéen et de leur réponse. Les systèmes d’observation développés et maintenus par ces unités ont en commun de porter sur le long terme (certaines activités couvrent plus de 30 ans d’observation), d’être de plus en plus fortement instrumentés, et de faire largement appel aux bases de données et à la modélisation. De nouveaux moyens couplant l’observation et l’expérimentation sont en cours de développement (e.g. Mediterranean Platform for Marine Ecosystem Experimental Research) soutenus conjointement par l’UM2, l’INSU et le département EDD du CNRS.

Ces systèmes d’observation abordent l’étude du milieu naturel à travers un appui sur la recherche fondamentale, des observations systématiques de ce milieu et des expériences in-situ qui se rejoignent sur :

· L’étude et la compréhension fondamentale des enveloppes terrestres, internes, externes et biologiques, et leur rôle dans la création des ressources, des aléas et des risques

· l’impact des changements globaux ou des activités humaines sur le milieu et la biodiversité

· l’observation systématique ou l’examen périodique du milieu naturel comme base essentielle des recherches développées autour de ces thèmes dans chaque unité

· le développement d’instrumentation, d’outils analytiques et d’expériences innovantes pour l’étude géophysique, chimique, biologique et écologique du milieu

· leur focalisation sur les surfaces continentales et notamment les interfaces que constituent la subsurface et le littoral.

Plusieurs axes scientifiques constituent déjà des efforts mutualisés entre les unités impliquées sur la même thématique ou le même objet à travers des plateformes instrumentées et/ou des projets nationaux : l’étude des interactions entre hydrodynamique, flux d’énergie et de matière et populations marines en domaine littoral regroupent par exemple les unités Géoscience et Ecolag au sein d’une plateforme analytique régionale destinée à l’observation du littoral (projet Gladys). L’étude de la ressource en eau en domaine de karst fédère les unités Hydrosciences et Géosciences autour du suivi des transferts de fluide par mesure géophysique dans le Causse, et constitue le cœur du projet le plus largement financé par le programme ECCO de l’INSU. Par ailleurs, les unités Hydrosciences et Ecolag participent au même chantier « Lagunes Méditerranéennes » du Programme National Environnement Côtier (PNEC/EC2C0) sur la thématique des relations entre bassin-versant et lagunes. De même, les UMR Hydrosciences, Géosciences et Ecolag ont développé un projet conjoint sur la modélisation des contaminants bactériens dans le Golfe d’Aigues-Mortes qui a été retenu et financé par le programme LITEAU III du MEDD

Ces unités ont également en commun des plateformes analytique labélisées par la Région (plateformes AETE et GLADYS voir IV-D, p.85) pour l’étude physique et chimique du littoral, des eaux continentales, et plus largement de l’environnement.

I-B. Compétences des laboratoires engagés dans le projet

L’ensemble des laboratoires impliqués dans le projet rassemble plus de 650 personnes, dont 200 post-docs et doctorants.

Tableau 1: unités de recherche partenaires du projet

Géosciences	http://www.gm.univ-montp2.fr/
Hydrosciences	http://www.hydrosciences.fr/
CEFE	http://www.cefe.cnrs.fr/
ECOLAG	http://www.ecolag.univ-montp2.fr/
ISEM	http://www.isem.cnrs.fr/
Centre de Bio-Archéologie et d'Ecologie	http://www.umr5059.univ-montp2.fr/

Une carte d’identité de chaque laboratoire et des Départements est fournie en annexe. En résumé les forces présentes dans chaque laboratoire se déclinent ainsi :

Tableau 2: fiche signalétique des unités de recherche associées au projet

Unité

UMR

Dpt UM2

ED UM2

UM2

CNRS

UM1

UM3

IRD

CIRAD

Sup’

Agro

EPHE

IFREMER

Géosciences

5243

T2E

SIBAGHE

Personnel perm.

105

Doc/post-docs

Hydrosciences

5569

T2E

SIBAGHE

Personnel perm.

Doc/post-docs

CEFE

5175

BEE

SIBAGHE

Personnel perm.

125

Doc/post-docs

ECOLAG

5119

BEE

SIBAGHE

Personnel perm.

Doc/post-docs

ISEM

5554

BEE

SIBAGHE

Personnel perm.

111

Doc/post-docs

CBAE

5059

BEE

SIBAGHE

Personnel perm.

Doc/post-docs

Chaque laboratoire est impliqué à divers niveaux dans une ou plusieurs thématiques.

Tableau 3: implication des partenaires du projet dans les thématiques proposées

Thématiques	Aléas telluriques	Aléas et ressource hydrique	Littoral	Biodiversité/Vulnérabilité des populations
Géosciences Montpellier UMR 5243	X	X	X
Hydrosciences Montpellier		X	X
Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive				X
Laboratoire Ecosystèmes lagunaires		X	X	X
Institut des Sciences de l’Evolution				X
Centre de Bio-Archéologie et d'Ecologie				X

1. Géosciences Montpellier

L’unité se focalise sur la nature et le couplage des enveloppes terrestres, du noyau jusqu’à la surface avec une spécialisation dans : la dynamique du manteau et de la lithosphère et leur couplage ; la déformation de la lithosphère continentale à toutes les échelles de temps et d’espace; et l’étude des enveloppes superficielles et notamment des bassins sédimentaires et de la subsurface, en particulier la nature et de l’évolution des réservoirs naturels. L’unité est forte d’une expérience d’observation, d’analyse et de modélisation du milieu naturel géologique reconnue qu’elle met en action à travers des plateformes technologiques mutualisées, de l’échelle du laboratoire à celle de la Région et de la communauté nationale, notamment à travers des Services d’Observation déjà labellisés par l’INSU (RENAG).

En ce qui concerne les thématiques de l’OSU, Géosciences développe ses compétences sur plusieurs thématiques relevant des aléas et des ressources :

· Aléas tellurique : sismique et gravitaire

· Dynamique du littoral : suivi de la stabilité des côtes

· Ressource : géophysique en surface et sub-surface

· Aléa hydrologique : précipitations catastrophiques et quantification GPS de la vapeur d'eau troposphérique.

En ce qui concerne les aléas telluriques, des séismes de forte magnitude se produisent également sur des failles lentes. En outre les séismes ne surviennent pas toujours de façon régulière notamment par crises ou amas sur des failles lentes (glissant sur le long terme à 1 mm/an ou moins). La caractérisation de ces structures reste donc un enjeu important, notamment sur le territoire national. Cette caractérisation doit se faire par la combinaison de plusieurs types d'observations d'ordre géologique, morphologique, géophysique et géodésique afin de déterminer les géométries 3-D et leur potentiel sismique afin de faire une estimation correcte de l'aléa sismique. Au sein de Géosciences Montpellier la diversité des approches géophysiques est un atout : GPS (dont le service RENAG est géré à Montpellier, voir II-B.4, p.33) , gravimétrie (avec un gravimètre absolu en service national, voir 0, p.27) et inclinométrie se complètent dans les échelles spatiales. Cette approche est particulièrement pertinente sur l’arc méditerranéen et notamment l’Europe méditerranéenne occidentale où les mouvements sont faible mais le risque n’en est pas pour autant absent. C'est pourquoi l'équipe GEOPHYSIQUE réalise en Provence et Languedoc des observations géodésiques GPS (voir 0, p.27) qui permettront d’évaluer les déplacements et donc l’aléa sismique sur des failles actives mais aussi historiquement non actives.

Parmi les domaines géologiques de forte concentration humaine soumis à des aléas récurrents le littoral languedocien est très particulier : il est divisé en plusieurs réservoirs dans lesquels la sédimentation est dominée par les processus hydrodynamiques et éoliens. La sédimentation régulière set occasionnellement soumise à l’action des tempêtes impliquant des modifications brutales et importantes du paysage, catastrophiques pour l'environnement et les milieux urbanisés.

Les objectifs de la thématique « dynamique littorale » sont la compréhension des mécanismes de déplacement et de dépôt du matériel sédimentaire littoral sous différentes conditions météorologiques (notamment lors des tempêtes et des crues sédimentaires). Dans cette perspective, les études menées par l’équipe BASSIN consistent en des mesures hydrodynamiques (paramètres de houle, vitesses de courant, salinité, température,...) et sédimentométriques répétées ainsi qu’une étude des formes de dépôts en mer et à terre (observation et prélèvement in-situ en plongée, transmissométrie, imagerie de fond, imagerie sismique, sondage électrique, tranchées) (voir II-F p.48). S’y ajoute la modélisation numérique des processus hydrodynamiques littoraux (houle, courant) et du transport sédimentaire résultant, mais aussi l'étude des archives sédimentaires à différentes échelles de temps par carottage dans les lagunes et sur le cordon dunaire.

L'ensemble des travaux est mené en étroite collaboration avec le Centre d'Océanologie de Marseille (LOB-COM, Marseille II), le LEGEM de l'Université de Perpignan, les services Maritime et Navigation du Languedoc-Roussillon (SMNLR), l'Entente Interdépartementale de Démoustication (EID), le BRGM Languedoc- Roussillon, la Région Languedoc-Roussillon et le Conseil Général de l'Hérault, notamment à travers la plateforme régionale GLADYS (voir IV-D.1).

L’aléa et la ressource hydriques sont abordés sous l’angle de la qualité de la ressource hydrique, (volume et dynamique)en prenant en compte son contexte géologique, structural et lithologique. Cette connaissance n’est accessible en subsurface que par approche indirecte géophysique ou directe, in-situ, par forage pour lesquelles les équipes de Géosciences ont un savoir faire reconnu notamment dans le développement de capteurs prototypes. Les équipes de GEOPHYSIQUE et de SUBSURFACE développent donc conjointement une observation in-situ par forage, caractérisation géologique, géophysique et géochimique, et suivi des flux de matière dans l’espace et dans le temps (voir II-D, p.38). Le transfert de l’eau de l’atmosphère vers les aquifères peut être étudié, en plus des forages in-situ, par les techniques géodésiques (GPS, inclinométrie, gravimétre) sensibles à la fois aux transferts de masse et aux éventuelles effets de déformation de la surface du sol. La répétition des mesures géophysiques dans le temps, ou la mise en place de capteurs permanents et donc d'observatoire in-situ est le garant d'une connaissance précise de la pérennité et de la qualité de la ressource dans des potentiellement polluées, les zones urbaines, ou les zones dans lesquelles la structure du sous sol et l’hydrogéologie interagissent de façon majeure tant pour la ressource hydrique que pour la stabilité des pentes. L'ensemble des travaux de Géosciences pour cette thématique est mené à une échelle à la fois nationale et européenne dans le cadre du projet d’ORE H+ (voir II-K.3, p.77) ou du projet européen ALIANCE.

Enfin l’aléa hydrologique est abordé dans l’unité via l’étude de la vapeur d’eau potentiellement précipitante dans l’atmosphère. Les techniques actuelles de sondage de la vapeur d'eau sont multiples mais ont de nombreuses limitations. C’est pourquoi depuis plusieurs années des projets sont en cours pour les compléter par des observations de la vapeur d’eau par GPS, méthode basée sur la mesure du retard subi par l’onde électromagnétique émise par le satellite lors de sa traversée de la troposphère. L’apport du GPS est de fournir des observations tout temps (même en présence de précipitations), avec une résolution temporelle aussi fine que 5 minutes, et une précision de 1 à 2 kg/m² (i.e., 1 à 2 mm d’eau précipitable). Les réseaux GPS au sol sont en pleine expansion dans les pays développés et permettent ainsi d’avoir une bonne couverture sur une bonne partie des terres émergées, complémentant les observations satellitales de vapeur d’eau intégrée (VEI) opérationnelle uniquement au-dessus des océans (p.ex. ATOVS, SSM/I, AMSU-B). Le Laboratoire Géosciences s’intéresse à ce sujet depuis plusieurs années (thèses E. Doerflinger et Cédric Champollion, projet Escompte) et expérimente ces techniques dans le cadre de l’ORE OHM-CV (voir II-B.4, p.4) dans la région Cévennes-Vivarais, représentative du régime pluviométrique et hydrologique de la moyenne montagne du pourtour méditerranéen, caractérisé par des pluies intenses et des crues éclairs.

Outre que l’unité Géosciences porte déjà un Service d’Observation National (RENAG) et participe à plusieurs ORE majeurs, la création de l’OSU est essentielle pour renforcer l’interdisciplinarité de l’étude des domaines géologiques vulnérables, notamment le littoral et la subsurface. Ce sont des lieux évidents d’interaction entre géosphère, hydrosphère et biosphère, cette dernière culture étant actuellement absente des approches de l’unité. En mettant à disposition de toutes les équipes de l’OSU ses plateformes analytiques et son savoir-faire en termes de suivi continu des paramètres physiques et chimiques de l’Environnement, Géosciences souhaite s’impliquer fortement dans l’interprétation pluridisciplinaire des observations de l’environnement méditerranéen.

Production scientifique de l’unité :

Nombre de publications de rang A (2002-2006): 328

Publications de référence en relation avec le projet:

Vernant, P., Nilforoushan, F., Hatzfeld, D., Abbassi, M., Vigny, C., Masson, F., Nankali, H., Martinod, J., Ashtiani, A., Bayer, R., Tavakoli, F., and Chery, J., 2004, Contemporary Crustal Deformation and Plate Kinematics in Middle East Constrained by GPS measurements in Iran and Northern Oman : Geophys. J. Int., v. 157, p. 381-398.

Dezileau L., Ulloa O., Hebbeln D., Lamy F., Reyss J. L., and Fontugne M. (2004) Andean iron control of past productivity in the coastal upwelling system off the Atacama desert, Chile. Paleoceanography 19 PA3012, doi:10.1029/2004PA001006.

Loggia, D., P. Gouze, R. Greswell, and D.J. Parker, Investigation of the geometrical dispersion regime in a single fracture using Positron Emission Projection Imaging, Transport in Porous Media, 55, 1-20, 2004.

Mainprice D., Tommasi A., Couvy H., Cordier P. & Frost D.J. (2005). Pressure sensitivity of olivine slip systems and seismic anisotropy of Earth's upper mantle. Nature 433, 731-733.

Seranne, M., and Anka, Z., 2005, South Atlantic continental margins of Africa: a comparison of the tectonics vs climate interplay on the evolution of equatorial west Africa and SW Africa margins: Journal of African Earth Sciences, v. 43, p. 283-300.

2. Hydroscience Montpellier

HydroSciences Montpellier (HSM) est une UMR rattachée à 4 organismes: UM2, CNRS, IRD et UM1. La tutelle IRD est synonyme d'actions au Sud et HydroSciences s'intéresse prioritairement aux régions méditerranéennes et tropicales (Afrique surtout) dont l'environnement est souvent fragilisé (sécheresse et désertification ; crues et inondations) et où les enjeux sont importants (développement économique, accès à l'eau, enjeux sanitaires, etc.).

L'activité de recherche de l'UMR est centrée sur les impacts climatiques et anthropiques sur les hydrosystèmes méditerranéens et tropicaux. Le laboratoire décline ainsi son activité autour de trois thèmes clés :

· l'eau et la variabilité du climat

· l'eau dans l'environnement et les risques associés

· l'eau ressource mobilisable et exploitable

Quatre principaux domaines d'activité structurent les recherches menées au laboratoire en relation directe avec les thèmes fondateurs de l’OSU:

· Processus biogéochimiques et risque écologique

· Karts et milieux fracturés : hydrogéologie et transferts

· Variabilité hydrologique : analyse, mécanismes et impacts sur les ressources en eau

· Risques hydrologiques lié aux aléas extrêmes

HSM s'intéresse aux changements hydrologiques qu'ils soient de nature climatique ou anthropique avec pour objectif la connaissance du cycle hydrologique, la compréhension du rôle de la végétation dans le cycle hydrologique, la prise en compte des modifications des états de surface dans la relation pluie-débit, mais aussi la modélisation à grande échelle de temps et d'espace. Tout cela dans une optique d'évaluation et de maîtrise de la ressource en eau mais aussi de la problématique des pluies extrêmes, des crues dévastatrices et de leurs conséquences tant du point de vue quantitatif (inondations) que du point de vue qualitatif (pollutions liées aux crues importantes ou/et au fonctionnement des cours d'eau intermittents). En zone méditerranéenne et tropicale, les risques liés aux crues, notamment inondations et pollutions des milieux récepteurs, constituent un des enjeux forts, liés à la croissance démographique et urbaine, et à la fragilité des écosystèmes continentaux, lagunaires et maritimes. Le lien "changement climatique/événement extrême" est donc un domaine d'étude actuel dans lequel le laboratoire a toute sa place. Les recherches menées visent à mieux caractériser ces risques et à promouvoir différentes stratégies de protection : aménagement d'ouvrages, normes réglementaires, dispositifs de surveillance et d'alerte en temps réel. Ces recherches s'articulent autour de quatre points forts : (1) l’analyse fréquentielle et la caractérisation de la distribution de l’aléa, (2) l'étude des crues rapides et des processus de génération de ces crues en contexte rural ou urbain, (3) l'étude de la propagation des inondations lors de ces événements extrêmes, en particulier en zone densément urbanisée, (4) enfin l'étude des chocs de pollution en éléments dissous ou particulaires, associés à ces crues. Ces sujets impliquent à la fois observations et mesures de terrain (pluies, débits, sols, teneurs en eau, matières dissoutes et en suspension, en particulier dans le cadre de l'ORE OHMCV, voir II-K.1, p.75) notamment pour mieux identifier les contributions des karts lors de ces événements extrêmes. Ces observations sont accompagnées de développement méthodologique d'outils de modélisation adaptés (approches spatialisées, couplages flux liquides et matières).

Plus généralement, l'impact des activités anthropiques (qui, par ailleurs, ne joue pas toujours comme un amplificateur du changement climatique) sur la ressource en eau et sur le cycle hydrologique est abordé directement ou indirectement par la quasi totalité des projets menés au laboratoire. Ils concernent notamment les drainages de mines acides au travers du suivi et de la compréhension du fonctionnement hydrobiogéochimique des dépôts de sulfures métalliques directement issus de l'activité minière (voir II-E., p.43) avec la présence dans les eaux de contaminants émergeants (composés pharmaceutiques, produits de soin personnels) et des métaux (étain, mercure, plomb, cadmium, cuivre). L’accent est mis sur l’étude du devenir de ces contaminants et de leurs effets sur les organismes. Les travaux entrepris ont aussi pour objectif d'identifier des communautés microbiennes naturellement résistantes à des contaminations extrêmes parce qu’elles constituent des candidates pour être intégrées dans les procédés de biotraitement des effluents industriels. De même, la participation d'HydroSciences à l'ORE OMERE (voir II-K.3, p.77) s'appuie-t-elle sur la nécessité de mieux comprendre l'évolution des concentrations en éléments traces dans les précipitations, les eaux de ruissellement et les nappes souterraines en milieu cultivé.

Les chantiers d'HydroSciences sont localisés sur le Bassin Méditerranéen (au sud comme au nord) et en Afrique de l'ouest sub-saharienne. Ceux qui pourraient être concernés par le projet d'OSU ne se situent pas directement à l'interface terre/mer dans la zone littorale mais relèvent plutôt de petits bassins versants. Ils relèvent par contre tous d'une logique "surface/subsurface) directement liée à notre discipline. Ils sont intégrés dans des ORE (OMERE et OHMCV) et relèvent d'approches hydrologiques ou constituent des sites expérimentaux reconnus (Carnoulès, voir II-E.1, p.43) sur lesquels de nombreuses observations ont pu être réalisées. Plus largement, sur le Bassin Méditerranéen, ce sont, à l'heure actuelle, principalement des problématiques d'eaux souterraines qui caractérisent nos chantiers : contribution des karsts aux crues en région montpelliéraine, suivi de nappes en milieu aride (Tunisie) ou encore suivi des sources d'eau douce au Moyen Orient. En Afrique sub-saharienne, les chantiers relèvent tous de problématique de surface ou de sub surface. Ils sont tous orientés vers la connaissance du cycle hydrologique à des fins d'évaluation et de maîtrise de la ressource en eau. Ils se situent dans des régions sahéliennes, subsahéliennes ou soudanaises. Ces chantiers sont maliens (projets sur le fleuve Niger et son affluent le Bani, suivi de la végétation), nigériens (programme AMMA –voir II-K.2, p.76- et Bassin du Lac Tchad) ou béninois (programme AMMA à déclinaisons surface, souterraine ou hydrochimique).

La nécessité d'observations systématiques est présente dans de nombreux projets de recherche menés au laboratoire. Toutes ne sont pas demandeuses d'une reconnaissance dans le cadre de ce projet d'OSU. En outre, il convient de prendre en compte la spécificité IRD d'HydroSciences qui conduit à mener sa recherche très souvent hors du contexte régional ou même méditerranéen. De nombreuses tâches d'observation sont ainsi menées dans le cadre du programme AMMA en Afrique de l'Ouest (Mali, Niger et Bénin). Ces tâches sont actuellement répertoriées au sein de l'ORE AMMA-Catch essentiellement piloté par le LTHE et le CESBIO.

La volonté d'HydroSciences est de participer pleinement à ce projet dont il est attendu qu'il puisse relayer le savoir-faire montpelliérain dans le domaine et l'importance et la pertinence des travaux menés jusqu'alors dans le domaine de l'observation

Production scientifique de l’unité :

Nombre de publications de rang A (2002-2006): 328

Publications de référence en relation avec le projet:

Brasseur, G., Levican, G., Bonnefoy, V., Holmes, D., Jedlicki, E., Lemesle-Meunier, D. Apparent redundancy of electron transfer pathways via bc1 complexes and terminal oxidases in the extremophilic chemolithoautotrophic Acidithiobacillus ferrooxidans. BBA (2004) 1656: 114-126

Bruneel, O. ; Duran, R. ; Casiot, C. ; Elbaz-Poulichet, F. ; Personné, J.C. Diversity of microorganisms involved in Fe-As-rich acid mine drainage waters of Carnoulès (France). Applied and Environmental Microbiology, 2006, 72, 551-556.

Bruneel, O. ; Koffi, K. ; Duran, R., Casiot, C. ; Fourçans, A. ; Elbaz-Poulichet, F. ; Leblanc, M. ; Personné, J.C. Microbial diversity in pyrite-rich tailings impoundment (Carnoulès, France) Geomicrobiology Journal, 2005, 22,1-9.

Casiot C., Bruneel O., Personné J. C., Leblanc M., Elbaz-Poulichet F. Arsenic oxidation and bioaccumulation by the acidophilic protozoan, Euglena mutabilis, in acid mine drainage (Carnoulès, France). The Science of the Total Environment, 2004, 320, 259-267.

Casiot, C. ; Leblanc, M. ; Bruneel, O. ; Personné, J.C. ; Koffi, K. ; Elbaz-Poulichet, F. Geochemical processes controlling the formation of As-rich waters within a tailings impoundment (Carnoulès, France). Aquatic Geochemistry 2003, 9, 273-290.

Leblanc M., Achard B., Ben Othman D. and Luck J.M. (1996) Accumulation of arsenic from acidic mine waters by ferruginous bacterial accretions (stromatolites). Applied Geochemistry 11, 541-554.

3. Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive

Les recherches du Centre d’Ecologie Fonctionnelle et Evolutive sont organisées en deux composantes en étroite interaction :

· un effort de recherche fondamentale en écologie fonctionnelle et évolutive ;

· un effort transversal explicite et coordonné, de recherches sur l’action de l’homme sur les systèmes écologiques.

La prise en compte de l’anthropisation de la biosphère répond à l’importance croissante des questions d’environnement : en effet, "la question écologique est une composante structurelle du fonctionnement des sociétés contemporaines" (Luginbühl, comm. orale, conseil scientifique du CNRS, 7/4/2005). L’anthropisation de la biosphère atteint un niveau sans précédent, et la recherche en écologie ne peut rester absente des débats. Mais les questions soulevées, concernant des échelles et des mécanismes de l’individu à la population et au paysage, impliquent inévitablement un large spectre de recherches fondamentales pour améliorer notre compréhension des mécanismes en jeu à différentes échelles, en amont de la recherche appliquée, de l’expertise, et de l’ingénierie. Par ailleurs, les changements du globe, qu’il s’agisse de l’exploitation directe ou indirecte des populations vivantes et des ressources, des divers changements d’utilisation des terres ou du changement climatique, constituent un ensemble de quasi-expériences sans précédent : le besoin de compréhension des mécanismes va donc de pair avec des opportunités considérables d’améliorer cette compréhension.

L’effort de recherche fondamentale est centré autour de la dynamique de la biodiversité, de ses mécanismes et de ses conséquences aux échelles d’organisation allant de l’individu au paysage. Les recherches du CEFE portent sur trois axes principaux conduisant à une organisation en trois départements auxquels s’ajoute l’Ecotron, grand équipement d’expérimentation en écologie.

Le département "Biologie des populations" regroupe les recherches relevant principalement du fonctionnement et de l’adaptation des populations et de leurs conséquences sur la dynamique de la biodiversité. Il bénéficie d’une forte composante théorique. L’écologie comportementale et l’écologie chimique sont un apport marquant à la biologie intégrative en plein développement. L’anthropisation est abordée dans des problèmes d’écologie de la conservation et d’érosion de la biodiversité, dans des études de dynamique de la biodiversité de plantes tropicales cultivées, et dans l’étude des réponses démographiques et évolutives aux changements climatiques

Le département "Dynamique des systèmes écologiques" aborde de façon intégrative la dynamique des communautés et des paysages en relation avec les changements d’utilisation de terres. Les approches vont de la biologie des populations à des approches fonctionnelles et ce département est donc un des lieux privilégiés du développement de l’interface entre écologie évolutive et écologie fonctionnelle. Dans une confrontation fructueuse, l’hétérogénéité spatio-temporelle de l’environnement, dont les activités humaines sont un déterminant majeur, correspond au "régime de sélection" des biologistes évolutifs et au "régime de perturbation" de l’écologie des communautés et des paysages. de cette hétérogénéité. Le département développe ainsi des approches pluridisciplinaires avec les Sciences de l’Homme et de la Société (SHS).

Le département "Fonctionnement des écosystèmes" étudie les flux de matière et d’énergie et leurs fonctions dans les écosystèmes. Un effort particulier est consacré à l’évaluation de l’importance de la diversité biologique dans ces fonctions et leur pérennité face aux changements globaux, à partir de modèles biologiques situés à différents niveaux d’organisation du vivant.

L’Ecotron, grand équipement expérimental en cours de construction, permettra d’établir un continuum depuis l’observation et l’expérimentation in natura jusqu’aux expérimentations au laboratoire en proposant plusieurs échelles intermédiaires d’expérimentation et de suivi (macrocosmes, mésocosmes, microcosmes), qu'il est prévu d’ouvrir par appel d’offres à la communauté scientifique internationale.

L’effort de recherche fondamental et l’effort consacré à l’écologie de l’anthropisation s’appuient fortement sur divers programmes de suivi à long terme, du niveau populationnel au niveau écosystémique, programmes dont beaucoup sont centrés sur le milieu méditerranéen.

On peut citer pour le niveau populationnel le suivi démographique de populations de mésanges intégrant des approches d’écophysiologie extrêmement fines, et des approches expérimentales : ce programme éclaire à la fois les mécanismes d’adaptation locale, et la réponse démographique aux changements climatiques. Au niveau écosystémique par exemple la tour à flux de Puéchabon permet de mesurer en continu les flux d'eau et de CO₂ au niveau de l'écosystème, et a permis de démontrer qu’en période de sécheresse, la respiration l’emporte sur la photosynthèse et que la forêt ce chêne vert en question relargue du carbone au lieu d ‘en stocker. Sur le même site, le suivi est couplé à une expérience à long terme d’interception de pluie au niveau de toute une parcelle.

Certains de ces programmes à long terme sont en cours depuis 30 ans : les bases de données correspondantes constituent une des richesses du laboratoire et sont l’objet d’une intense activité de recherche, de modélisation et d’analyse et de publication. Pour une meilleure prospective sur l’instrumentation et pour mieux organiser notre appui à des programmes qui ont souvent eu à gagner leur pérennité pas à pas, nous avons mis en place en 2006 une commission "programmes à long terme", étroitement associée à la section des Terrains d’Expérience du CEFE.

En résumé, le CEFE constitue un grand laboratoire d’interface alliant de façon interdisciplinaire sciences de la vie (SDV), sciences de l’univers (SDU), et sciences de l’homme et de la société (SHS), comme l’exigent les enjeux de recherche en écologie, et, singulièrement, la compréhension et la prédiction des conséquences biologiques des changements globaux.

Production scientifique de l’unité :

Nombre de publications de rang A (2002-2006): 497

Publications de référence en relation avec le projet:

Blondel, J., Thomas, D.W., Charmantier, A., Perret, P., Bourgault, P. & Lambrechts, M.M. 2006. A thirty-year study of phenotypic and genetic variation of blue tits in Mediterranean habitat mosaics. Bioscience 56: 661-673.

Chuine I., P. Yiou, N. Viovy, B. Seguin, V. Daux, et E. Le Roy Ladurie (2004) Grape ripening as an indicator of past climate. Nature 432, 289-290 (2004).

Ciais P., Reichstein M., Viovy N., Granier A., Ogee J., Allard V., Aubinet M., Buchmann N., Bernhofer C., Carrara A., Chevallier F., De Noblet N., Friend A.D., Friedlingstein P., Grunwald T., Heinesch B., Keronen P., Knohl A., Krinner G., Loustau D., Manca G., Matteucci G., Miglietta F., Ourcival J.-M., Papale D., Pilegaard K., Rambal S., Seufert G., Soussana J.F., Sanz M.J., Schulze E.D., Vesala T., Valentini R. (2005). Europe-wide reduction in primary productivity caused by the heat and drought in 2003. Nature 737: 529-533.

Grosbois, V. Henry, P. Y., Blondel, J. Perret, P., Lebreton, J. D., Thomas, D. W., Lambrechts, M. M. (2006) Climate impacts on Mediterranean blue tit survival: an investigation across seasons and spatial scales. Global Change Biology 12: 2235-2249.

Rambal S., Ourcival J.-M., Joffre R., Mouillot F., Nouvellon Y., Reichstein M., Rocheteau A. (2003). Drought controls over conductance and assimilation of a Mediterranean evergreen ecosystem: scaling from leaf to canopy. Global Change Biology 9: 1813-1824.

4. Ecosystèmes Lagunaires

La thématique générale du projet scientifique de l’unité est centrée sur l’étude des « Effets des changements locaux et globaux liés à l’anthropisation sur les écosystèmes lagunaires et marins côtiers ». Elle est justifiée par l’importance des écosystèmes marins côtiers qui supportent près d’un tiers des richesses écologiques de notre biosphère et par l’accroissement des forçages physiques, chimiques et biologiques qui s’exercent localement et globalement sur ces écosystèmes. Parmi ces derniers, les lagunes côtières font partie des zones les plus sensibles et les plus durement touchées par l’anthropisation.

L’étude du fonctionnement biologique des écosystèmes marins côtiers et des effets des changements globaux et locaux repose sur une approche intégrative ; elle considère à différentes échelles d’observations, la caractérisation des composantes biologiques, physiques et chimiques dans leur ensemble, l’analyse de leurs interactions et des fonctions associées. Elle s’appuie sur un regroupement de compétences diversifiées et complémentaires qui s’est significativement renforcé au cours du quadriennal précédent. Elle met en œuvre des études in situ, des approches expérimentales en mésocosmes et s’appuie sur une large gamme d’outils et de méthodes allant de la biologie moléculaire à la chimie analytique en passant par la cytométrie.

L’unité s’appuie sur les projets spécifiques de six équipes, un axe transversal de recherche et des supports communs qui offrent des capacités d’expérimentation et d’analyse performantes (site d’expérimentation MEDIMEER, plateaux techniques). Les effets des différents types de forçages environnementaux sont abordés en référence à la dynamique et aux rôles des différentes communautés de microorganismes et de macro-organismes vis-à-vis des usages et du fonctionnement des écosystèmes marins côtiers. Parmi les « crises environnementales » récurrentes ou émergentes qui menacent ces écosystèmes et leurs usages, ce sont celles causées par les microorganismes qui prennent le plus d’amplitude tant en fréquence qu’en durée. Une équipe (Efflorescences Algales Toxiques), a pour objectif central la compréhension des phénomènes d’efflorescences algales toxiques et de leurs déterminismes. Une autre (Pathogènes et Environnement) s’intéresse plus spécifiquement aux organismes bactériens (pathogènes humains et animaux) ayant des conséquences majeures sur l’état sanitaire des écosystèmes marins côtiers du point de vue de la santé publique. La productivité des écosystèmes marins côtiers ainsi que la plupart des processus biogéochimiques sous-jacents, dépendent du fonctionnement des réseaux microbiens. L’équipe « Réseaux Microbiens sous forçages environnementaux » étudie les effets des modifications de différents facteurs environnementaux sur la structure et les interactions au sein des réseaux de microorganismes.

Les trois équipes travaillant sur les macro-organismes (poissons, invertébrés benthiques et macrophytes) qui sont les utilisateurs terminaux des ressources produites par les réseaux microbiens, abordent d’une part la bio-écologie des espèces et leur dynamique spatio-temporelle en réponse aux pressions naturelles ou anthropiques (Equipe Ecologie fonctionnelle des macro-organismes, les adaptations écophysiologiques des animaux aquatiques et leurs bases cellulaires et moléculaires (Equipe : Adaptation Ecophysiologique des animaux aquatiques au cours de l’Ontogénèse,) et les mécanismes cellulaires et moléculaires de la réponse immunitaire d’invertébrés marins d’intérêt aquacole (Equipe: Réponse Immunitaire, Aquaculture, Environnement).

Les interactions entre équipes sont favorisées par l’axe transversal intitulé « Biodiversité et fonctionnement des systèmes écologiques » et par une utilisation partagée de différents outils.

L’Unité dispose de 6 plates-formes techniques consacrées aux analyses biologiques et chimiques sur son site principal d’implantation (campus UMII).

Sur le site de la Station Méditerranéenne de l’Environnement Littoral (Sète, Lagune de Thau) l’UMR a crée, avec l’aide de l’Université Montpellier 2 et du CNRS (département EDD et INSU) le site d’expérimentation et d’observation MEDIMEER (Mediterranean Platform for Marine Ecosystem Experimental Research). Ce site offre des capacités uniques de simulation et d’observation des effets des changements globaux sur les écosystèmes marins côtiers.

Sur le plan thématique notre UMR s’inscrit donc naturellement dans la thématique globale de l’OSU au titre des changements globaux et de leurs effets sur le fonctionnement des écosytèmes marins côtiers et plus particulièrement ceux de la zone littorale.

Nous proposons que le site d’expérimentation et d’observation de notre unité (MEDIMEER) localisée sur le site de la Station Méditerranéenne de l’environnement Littoral (UMII, Sète) soit le point d’appui de certaines des taches d’observation, concernant le milieu marin côtier, décrites à la section II-D.

Pour chacune de ces taches, les équipements nécessaires aux observations correspondantes ont été acquis. Leur mise en oeuvre dépend tout d’abord de la livraison d’un bâtiment «front d’étang», pour lequel l’Université Montpellier 2 a débloqué une ligne budgétaire et dont la livraison est prévue en 2008. Ce bâtiment abritera notamment la centrale d’acquisition des différentes variables mesurées.

Pour définir et prendre en compte des scénarios d’évolution des écosystèmes marins côtiers, il est nécessaire d’interfacer les compétences de nos équipes avec celles d’autres disciplines présentes à l’extérieur de notre unité. L’OSU nous paraît comme une structure particulièrement bien adaptée pour mutualiser les moyens au service d’une communauté qui a déjà initié différentes collaborations entre ses unités dans le domaine marin côtier : Hydroscience, Géoscience, ECOLAG.

Cette mutualisation devrait permettre d’afficher clairement les savoirs faire locaux dans ce domaine et l’offre disponible pour les équipes extérieures intéressées par les problématiques environnementales concernant le milieu marin côtier méditerranéen.

Nous attendons également de la participation à cet OSU de pouvoir pérenniser un système d’observation des écosystèmes lagunaires et de bénéficier d’une aide technique pour supporter les taches d’observation proposées.

Production scientifique de l’unité :

Nombre de publications de rang A (2002-2006): 123

5 références en lien avec le projet :

· Fouilland E., Gosselin M., Mostajir B., Levasseur M., Chanut J.-P., Demers S., de Mora S. (2003). Effect of enhanced ultraviolet-B radiation and mixing regime on nitrogen metabolism of a natural plankton community shifting from a nitrate to a silicate deficiency. Limnol. & Oceanogr. 48 : 18-30.

· De Wit, R., Leibreich, J., Vernier, F., Delmas, F., Beuffe, H. Maison, Ph. Chossat, J.-C. Laplace-Treyture, C., Laplana, R., Clavé, V., Torre, M., Auby, I. Trut, G., Maurer, D., Capdeville, P. (2005) Relationship between land-use in the agro-forestry system of les Landes, nitrogen loading to and risk of macro-algal blooming in the Bassin d'Arcachon coastal lagoon (SW France). Estuar. Coast. Shelf Sci. 62, 453-465

· Zaldívar JM, Viaroli P, Mostajir B, Giordani G (2005). Impacts of climate change on Mediterranean coastal lagoons. Future of Mediterranean coastal lagoons. In Eisenreich SJ (Editor): Climate Change and the European Water Dimension. EUR 21533 EN European Communities. 106-115 p.

· Momo F, Ferrero E, Eöry M, Esusy M, Iribarren J, Ferreyra GA, Schloss I, Mostajir B, Demers S (2006). The whole is more than the sum of its parts: modeling community level effects of UVR in marine ecosystems. Photochemistry & Photobiology 82 : 903-908

· De Wit R., Mostajir B., Troussellier M. & Do Chi T. (2007). Environmental management and sustainable use of coastal lagoons ecosystems. In: BASSET A. & GEORGESC L. (eds.) Conservation of transitional water ecosystems in the context of sustainable development. sous presse.

5. Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier

Les recherches développées à l’ISEM portent sur les modalités et les mécanismes de l’évolution biologique et s’articulent selon trois entrées :

· niveaux d’intégration auxquels l’évolution sera perçue, des gènes aux organismes, populations, communautés et écosystèmes.

· périodes envisagées (actuelle / passée) et, par conséquent, la nature du matériel étudié (actuel / fossile).

· nature des approches, théoriques, expérimentales et/ou de terrain (fouille, récolte, échantillonnage, observation). Les organismes considérés sont animaux, végétaux, et microbiens.

Prédire l'impact des changements globaux sur les organismes vivants et les systèmes écologiques exige une compréhension fine des capacités de réponses et d'adaptation des organismes aux changements de leur environnement. En focalisant sur l’étude des mécanismes de l’évolution, chacun des 4 départements de l’ISEM peut se prévaloir d’une implication significative dans les thématiques développées dans le cadre de ce projet d’OSU.

DEPARTEMENT « BIOLOGIE INTEGRATIVE » – Les recherches associant des compétences et des approches disciplinaires variées (génétique évolutive, écophysiologie et immunologie) tentent une approche intégrative de la biologie des populations qui allie la connaissance du phénotype à celle du génotype. Ce département s’intéresse notamment aux polymorphismes d’expression et de régulation, impliqués dans l’adaptation des organismes à leur milieu. A ce titre, l’adaptation des espèces laguno-marines aux changements environnementaux s’appuie sur l’analyse des réponses à long terme de la physiologie des poissons à une augmentation des niveaux de CO₂ marins, et de l’interaction avec l’augmentation de la température, hypoxie et polluants.

DEPARTEMENT « GENETIQUE ET ENVIRONNEMENT » – Les thématiques développées dans ce département sont regroupés en quatre thèmes.

(1) Modalités d’évolution et spéciation. Cela concerne l’étude des patrons de divergences des génomes, les mécanismes conduisant à l’émergence des incompatibilités et à l’apparition des espèces. Parmi les organismes modèles, on trouve les rongeurs muridés (rats, souris) qui sont parmi les premières espèces invasives liées à l’anthropisation.

(2) Impact des activités humaines sur l’évolution des organismes et des communautés. Certains organismes subissent l’impact des activités humaines de façon ciblée. L’analyse des réponses de ces organismes « modèles » nous permet d’approcher les conséquences directes des activités humaines sur la biodiversité. Par ailleurs, les forces évolutives induites par l’homme peuvent présenter un caractère amplifié (fortes pressions de sélection, fragmentation accentuée, etc.) qui facilite le décryptage des mécanismes de l’évolution au travers de l’étude de tels modèles.

Ainsi l’approche des mécanismes d’évolution de la tolérance aux métaux lourds chez les plantes ou vers la résistance aux insecticides chez les moustiques s’appuie notamment sur le suivi de populations naturelles (suivi démographique, traits d’histoire de vie, identification des gènes de résistance, flux de gènes entre milieux pollués/traités et non pollués/non traités, etc.) ; certaines espèces rares telles que la Centaurée de la Clape ou le Chou insulaire, servent de modèles à l’étude de l’évolution des populations fragmentées et notamment des conséquences de la fragmentation sur la diversité génétique.

Liée à ce thème, une approche expérimentale et théorique soutenue par un projet EC2CO teste le rôle de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes (hypothèse d’assurance écologique).

(3) Interactions et co-évolutions. Ce thème concerne l’étude des processus impliqués dans l’évolution de la symbiose, de la virulence et de la co-évolution. Avec des enjeux sanitaires importants, les programmes attachés à ce thème s’intéressent notamment à l’effet des changements environnementaux sur les communautés hôtes-pathogènes.

(4) Biologie évolutive humaine. Les sociétés humaines sont également le fruit d’une évolution. Portée par ce thème émergent, la question essentielle est de savoir quels sont les déterminismes et les forces sélectives à l’origine de la transformation de ces sociétés. L’implication des changements environnementaux sur l’évolution des populations humaines est implicitement considérée.

DEPARTEMENT « PALEONTOLOGIE, PHYLOGENIE ET PALEOBIOLOGIE » – Les objectifs sont de comprendre les contextes et les mécanismes de différenciation et d’évolution de groupes d’organismes modèles, mammifères, tuniciers, trilobites, etc. Ces recherches sont fondées sur l’étude du matériel fossile (paléontologie) et vivant (phylogénie).

Plusieurs programmes ont pour objectif de reconstituer les modalités d’évolution des communautés passées et de leur environnement. Une attention particulière est donnée aux conséquences à long terme des crises biologiques (quaternaires, KT, etc) sur le devenir des organismes et des communautés.

Par ailleurs, ce département participe activement au développement d’outils au service de la reconstruction phylogénétique et de la phyloinformatique.

DEPARTEMENT « PALEOENVIRONNEMENTS ET PALEOCLIMATS » – Une meilleure appréhension des interactions entre l’environnement, le climat et les écosystèmes doit permettre d’affiner les prédictions à l’aide de modèles de simulation. En associant étroitement modélisation et collecte de données, cette équipe reconstitue les paléoenvironnements et met en parallèle les changements paléoenvironnementaux avec ceux de la biodiversité.

Cette équipe gère et utilise des référentiels tels que la banque européenne de données palynologiques ainsi qu’une collection de lames de références qui sont uniques au monde. Ces bases de référentiels paléoécologiques sont nécessaires dans la compréhension des déterminants climatiques de l’évolution des écosystèmes. L’impact des changements abrupts sur les écosystèmes et l’interaction entre changements environnementaux et activités humaines fait aussi partie des préoccupations de cette équipe.

Parmi les programmes développés, le suivi de la distribution de certaines espèces méditerranéennes emblématiques (cèdres, pins) permet d’identifier les paramètres environnementaux à l’origine de leur régression / changement d’aire. Cette approche écologique s’accompagne d’approches paléoenvironnementales et génétiques qui permettent de reconstituer la phylogéographie de ces espèces et de mettre en relation la diversité génétique de l’espèce avec les zones refuges glaciaires. D’autre part, la reconstitution et l’étude des variations saisonnières et des évènements El Niño sont traitées grâce à l’analyse des isotopes stables chez les bivalves.

L’implication de l’ISEM dans les thématiques d’évolution de la biodiversité en relation avec les changements environnementaux place naturellement cette unité dans le projet d’OSU. Les apports à l’OSU en terme de potentiel conceptuel et méthodologique sont nombreux. L’essentiel des approches qui y sont développées nécessitent pourtant peu d’observation à long terme en milieu méditerranéen, soit parce que les modèles ou systèmes biologiques considérés ne s’inscrivent pas dans cette région, soit parce que les approches sont plus expérimentales ou théoriques ou encore qu’elle s’appuient sur des échantillonnages sporadiques.

Malgré cela, l’approche de processus évolutifs induits ou accentués par l’activité humaine se fonde sur le suivi à long terme de certaines populations d’organismes modèles : évolution de la tolérance aux métaux lourds (Thlaspi), de la résistance aux insecticides (moustique), évolution des populations fragmentées (Centaurée), des populations réintroduites (truite). Pour chacun de ces organismes, une tache d’observation doit venir soutenir l’effort de suivi des populations qui s’étend, dans certains cas, sur déjà plus de 30 ans.

D’autre part, l’ISEM dispose de la plus grande collection française de pollen et d’une salle de traitement palynologique. L’enregistrement du contenu de l'atmosphère en pollen permettrait de suivre les modifications de la composition des communautés végétales, l’alerte vis-à-vis d’invasion d’espèces, de changements dans les périodes de pollinisation qui sont autant d’indicateurs de l’impact des changements environnementaux sur les organismes et les communautés végétales. Ce sont par ailleurs des proxies utiles aux recherches fondamentales et appliquées en agronomie, allergologie, phénologie, biogéographie, mélissopalynologie, météorologie, etc.

Production scientifique de l’unité

Nombre de publications de rang A (2002-2006): 514

5 publications dans le thème :

Cheddadi, R., Beaulieu, JL., Jouzel, J., Andrieu-Ponel, V., Laurent, JM., Reille, M., Raynaud, D. and Bar-Hen, A. 2005. Similarity of vegetation dynamics during interglacial periods. PNAS 12 (39): 13939-13943.

Jimenez-Ambriz G, Petit C., Bourrie I., Dubois S., Olivieri I., Ronce O. 2007. Life history variation in the heavy metal tolerant plant Thlaspi caerulescens growing in a network of contaminated and noncontaminated sites in southern France: role of gene flow, selection and phenotypic plasticity. New Phytologist 173 (1): 199-215 2007.

Mouquet N, Belrose V, Thomas JA, Elmes GW, Clarke RT, Hochberg ME. 2005. Conserving community modules: A case study of the endangered lycaenid butterfly Maculinea alcon. Ecology 86 (12): 3160-3173

Renaud S, Michaux J, Schmidt DN, Auffray, J.-C. 2005. Morphological evolution, ecological diversification and climate change in rodents. Proc. R. Soc. B.: 609-617.

Weill, M., Lutfalla, G., Mogensen, K., Chandre, F., Berthomieu, A., Berticat, C., Pasteur, N., Philips, A., Fort, P. and Raymond, M., 2003. Insecticide resistance in mosquito vectors. Nature 423: 136-137.

6. Centre de Bio-Archéologie et d'Ecologie

Composé de biologistes et de géologues, le CBAE est une UMR d’interface entre les domaines des sciences de la vie (SDV), des sciences de l’Homme et de la société (SHS) et des sciences de la terre (SDU) dont les tutelles sont l’UM2, le CNRS et l’EPHE-Paris. Un autre établissement participe à la vie du laboratoire en affectant du personnel, l’Inrap (Ministère de la Culture) qui devrait pouvoir devenir un partenaire institutionnel de l’unité au prochain quadriennal. Cette situation d’interface conduit le CBAE à dépendre de deux départements du CNRS, EDD en principal et SHS en second.

Le cœur d’ouvrage du CBAE consiste à étudier les environnements passés (>100 ans), pour l’essentiel durant les derniers millénaires de l’actuel post-glaciaire (Holocène). Mais une partie des recherches couvre des périodes plus anciennes du Quaternaire et même de la transition Plio-Pléistocène. Les recherches visent à décrire les changements paléo-environnementaux, qu’ils soient induits par des modifications climatiques ou par des changements d’usage du sol et des pratiques agropastorales, se traduisant généralement par des changements du régime des perturbations, notamment les incendies ou d’avalanches. L’analyse des causes des changements environnementaux visent à mieux comprendre les conséquences en termes de structurations des écosystèmes, de dynamique de la biodiversité, de mise en place des agrosystèmes et enfin d’évolution des sociétés. La chaîne d’investigation couvrant les causes (forçages) aux conséquences des processus (perturbations) sur les écosystèmes naturels ou cultivés intègre depuis peu l’analyse des rétroactions comme les conséquences des changements climatiques des régimes de feux sur les émissions de carbone atmosphérique avec pour éventuelle résultante une altération du climat. Pour atteindre ces objectifs, les recherches réalisées mettent en œuvre des stratégies visant la haute résolution spatiale et temporelle, et déploient des approches fondées sur des indicateurs et des archives paléoenvironnementales aussi diversifiés que l’étude des charbons dans les sols naturels (pédoanthracologie) et les sédiments lacustres, la dendrochronologie, la bioarchéologie ou les analyses bio-géochimiques élémentaires.

Le CBAE comporte deux équipes correspondant aux deux principales tendances de l’unité.

L’équipe « Ressources biologiques, sociétés et biodiversité » a pour principale vocation l’analyse des relations entre l’Homme et son environnement. Ici l’Homme est considéré sous sa dimension sociétale, bien que des recherches ponctuelles ont conduit à explorer les environnements associés aux Hominidés (>100 000 ans). Les problématiques intègrent l’exploitation de la diversité des ressources organiques en vue d’usages domestiques (combustible, habitat, mobilier, etc.) et alimentaire. Les recherches de cette équipe bénéficient de soutien sous forme d’ACI et depuis peu de financements ANR. En outre, une ATIP EDD est financée au bénéfice de cette équipe (2007-08). Le territoire de ces recherches est le bassin méditerranéen de la péninsule ibérique au Moyen-Orient, territoire berceau de notre civilisation agronomique et d’un grand nombre de plantes cultivées et exploitées. L’équipe « Paléoécologie, perturbations et changements globaux » étudie le complexe de relations liant les régimes de perturbations (feux, avalanches) à leurs forçages (climat, activités humaines, reliefs) et à leurs conséquences en termes de dynamique et de structuration spatiale des écosystèmes et de communautés. Les régimes de perturbations sont décrits en termes de fréquences et d’intervalles entre évènements, et à l’avenir un effort sera investi pour explorer les régimes en termes de surface ou de sévérité qui constituent des variables physiques essentielles à décrire pour comprendre les processus écologiques induits. Les hypothèses de travail supposent que les changements globaux n’agissent pas toujours directement sur les organismes (populations, communautés, écosystèmes) mais s’exercent au travers des changements de régime de perturbations qui peuvent avoir des conséquences profondes et durables (>100 ans) sur les écosystèmes, voire des conséquences inverses à ce que l’action directe du climat sur les systèmes écologiques pourrait induire. Les processus étudiés explorent les derniers 10 000 ans du post-glaciaire, mais aussi la période sub-récente qui est le siège de la déprise agropastorale de l’ère industrielle (<200 ans) dont les conséquences sont remarquables pour la biodiversité. L'essentiel des recherches de cette équipe bénéficie de soutiens financiers de l’INSU (ECLIPSE, ECCO, EC2CO, ARTEMIS) et de l’IGBP (Fast track initiative on fire). Le programme ESMERALDA qui a débuté en 2007 est labellisé et reconnu par le Pôle Risque de la région PACA : il vise a étudier le rôle des incendies sur la structuration des écosystèmes de montagne périméditerranéenne. Un programme en partenariat avec des universités canadiennes (UQAT, UQAM) et le Canadian Forest Service permettent de soutenir les recherches en forêt boréales avec en ligne de mire des questions sur la variabilité naturelle des régimes de feux pour mieux maîtriser les modalité de gestion durable des forêts dans une perspective d’exploitation de la ressource ligneuse et de préservation des stocks de carbone. Positionnement par rapport à l’OSU

Les programmes mis en œuvre par les deux équipes du CBAE peuvent bénéficier utilement de système d’observation à long terme, notamment pour expérimenter les processus associés à la déprise pastorale, ou pour monitorer le transfert des bio- et géo-indicateurs utilisés pour reconstituer les paléoenvironnements dans des archives très diverses comme les sols naturels, les travertins ou les sédiments lacustres et tourbeux. Ce travail de monitoring est déterminant pour la calibration des méthodes qui sont mise en œuvre. Les actions envisagées sont les suivantes :

Recrutement forestier et pastoralisme. Depuis 2005, le CBAE a mis en place un protocole à long terme (mini. 10 ans) de suivi de la régénération et mortalité forestière pour quantifier le recrutement dans un massif forestier méditerranéen soumis à un pastoralisme traditionnel avec du gros bétail (bovins). Ce projet vise à quantifier les conséquences induites par les bovins dans des systèmes forestiers, processus s’apparentant à ce qui a pu se dérouler au cours du Néolithique et des âges des métaux.

Traçage de bioproxies paléoécologique. La paléoécologie en milieu méditerranéen est particulièrement pauvre en travaux taphonomiques permettant de calibrer les signaux fossiles. ELes recherches sur les paléo-incendies ne disposent que de données taphonomiques en milieux boréaux et tropicaux, et aucun en milieu méditerranéen, alors même que ces écosystèmes sont le siège d’incendies fréquents ce qui limite les reconstructions en zone méditerranéenne. Des lacs de retenues entourés de massifs forestiers susceptibles de brûler (lacs de Salagou, de St-Mathieu de Tréviers, de la Ste Victoire, etc.) peuvent accueillir des pièges à sédiment qui permettront de quantifier les apports en bio-proxies et notamment à l’occasion d’incendies qui ne manqueront pas de se dérouler un jour dans les bassins versants. Ce système d’observation doit pouvoir réunir les paléoécologues et sédimentologistes de l’OSU (CBAE, ISEM, Géosciences).

Production scientifique de l’unité

Nombre de publications de rang A (2002-2006): 70

5 publications dans le thème :

Ali A.A., Carcaillet C., Talon B., Roiron P. et Terral J-F. (2005). Pinus cembra L. (arolla pine) a common tree in the inner French Alps since the early Holocene and above the present treeline: a synthesis based on charcoal data from soils and travertines. Journal of Biogeography 32, 1659-1669

Carcaillet C., Bergman I., Delorme S., Hörnberg G., Zackrisson O. (2007) Long-term fire frequency not linked to prehistoric occupations in northern Swedish boreal forest. Ecology 88(2) 465-477

Chauchard S., Carcaillet C. & Guibal F. (2007) Patterns of land-use abandonment control tree-recruitment and forest dynamics in Mediterranean mountains. Ecosystems DOI: 10.1007/s10021-007-9065-4

Hély, C., Bremond, L., Alleaume, S., Smith, B., Sykes, M.T., Guiot, J. (2006) Sensitivity of African biomes to changes in the precipitation regime. Global Ecology and Biogeography (15), 258-270

Terral J.-F., Badal E., Heinz C., Roiron P., Thiébault S. et Figueiral I. (2004). A hydraulic conductivity model points to post-Neogene survival of the Mediterranean Olive in riparian habitat. Ecology 85, 3158-3165

II. Observation systématique

II-A. Observation du milieu naturel (observation ss) ou stimulé (expérimentation)

Les 6 laboratoires du projet souhaitent développer des systèmes d’observation couplés et complémentaires focalisés sur le suivi des aléas et des changements des systèmes géologiques, hydrologiques et biologique méditerranéens en réponse à ces aléas. Ces systèmes d’observation sont essentiels parce que la continuité temporelle des observations (physiques, chimiques et biologiques) est la condition sine qua none de leur pertinence pour étudier les changements globaux selon les axes scientifiques de l’OSU. Les systèmes d’observation proposés sont le plus souvent transverses à plusieurs thématiques de l’OSU et rassemblent parfois plusieurs services ou tâches d’observation différentes :

· Système d’Observation Géodésique et gravimétrique

o Service GPS

o Service de Gravimétrie

o Service d’Inclinométrie

· Système d’Observation Multi-Echelle de la DYnamique des Crues et de l’hYdrodynamique Souterraine des systèmes fracturés et karstiques :MEDYCYS

· Système d’Observation Géophysique/Hydrogéophysique systématique en forage in situ

o Hydrodynamique systématique en forage

o Géophysique systématique en forage

· Système d’Observation de la pollution et de l’adaptabilité biologique en aval des anciens sites miniers

o Suivi des processus hydrobiogéochimiques de transfert des métaux et métalloïdes issus des activités minières

o Evolution de la diversité spécifique et des caractéristiques bio-démographiques chez les végétaux en relation avec la pollution des sols

· Système d’Observation du littoral languedocien, interface entre bassin versant et espace marin

o MAG-OBS : Observation et suivi multi-proxies du système avant-côte / lido / lagune de Maguelone.

o Suivi-Thau : Suivi des apports du bassin versant, des variables bio-physico-chimiques et courantologie de la lagune de Thau.

o Observatoire des courants marins en domaine côtier

· Système d’Observation de la Biodiversité en système méditerranée et changement planétaire

o Mesures de flux et fonctionnement des écosystèmes de garrigue: site de Puéchabon

o Phénologie de la flore et la faune terrestre

o Dynamique des communautés

o Dynamique des populations d’organismes modèles

Unités de Recherche
· Géosciences Montpellier UMR 5243 · Hydrosciences Montpellier UMR 5569 · CEFE : Centre d'Ecologie Fonctionnelle et Evolutive UMR 5175 · ECOLAG : Laboratoire Ecosystèmes lagunaires UMR 5119 · ISE-M : Institut des Sciences de l’Evolution UMR 5554 · Centre de Bio-Archéologie et d'Ecologie UMR 5059
Tutelles nationales :	Tutelles locales :
· CNRS, à travers les Départements MPPU/PU et EDD · IRD · IFREMER · CIRAD · EPHE	· Université de Montpellier 2 · Université de Montpellier 1 · Université de Montpellier 3 · SupAgro-M (Ministère de l’Agriculture)
Communautés territoriales partenaires dans le cadre de groupements scientifiques et/ou de plateformes technologiques
· Région Languedoc Roussillon (plateformes GLADYS, AETE et microscopie électronique) · CG34, CG30