lundi 16 décembre 2013

Longue durée de vie de l'azote dans le sol après l'utilisation d'engrais





Pour Agreg et CAPES
Thèmes : cycle de l'azote, agrosystèmes, nourrir l'humanité





Les engrais azotés ajoutés en masse dans les sols pour l'agriculture posent des problèmes de pollutions aux nitrates des eaux de surface et souterraines menant à terme à des phénomènes néfastes (eutrophisation, prolifération d'algues vertes sur les côtes...). Le devenir à long terme de l'azote dans ces fertlisants est mal connu d'où l'intérêt de l'étude au long cours initiée depuis 1982 (! vous n'étiez pas nés...) par un groupe d'équipes françaises et qui ont publiés leurs travaux dans PNAS.
L'étude a été réalisée près de Châlons-en-Champagne, dans deux cases lysimétriques cultivées, qui sont des monolithes de sol de 2 mètres de côté dont on peut faire le suivi hydrique et chimique, notamment en récupérant l'eau draînée jusqu'au plancher des cases. En 1982, les chercheurs de l'INRA ont épandu un engrais enrichi en azote 15 (un isotope stable, non radioactif). Puis les deux cases ont continué à être amendées avec de l'engrais non marqué et on y a cultivé du blé et de la betterave sucrière. 30 ans plus tard, les 2/3 de l'engrais d'origine ont été utilisées par les cultures, mais près de 15% de l'azote introduit en 1982 se trouvait encore dans la matière organique présente dans le sol (et notamment dans les bactéries qui s'y trouvent) et 8 à 12% de l'azote a été drainé vers les eaux souterraines. De l'azote initial continue toujours à être drainé petit à petit vers les eaux souterraines. En prolongeant les asymptotes on estime que l'azote des engrais met plus de 80 ans à disparaître du sol (bien plus qu'on ne l'estimait jusqu'à présent). Il y a donc une inertie importante dans le sol de l'azote apporté par les engrais, ce qui permet de mieux apprécier la vitesse à laquelle tourne le cycle de l'azote impliquant les engrais et permet aussi aux agronomes de mieux mesurer l'impact à long terme de l'utilisation des engrais azotés sur l'environnement.
Cette étude souligne aussi l'intérêt des expérimentations à long terme pour la recherche environnementale.

D'après communiqué du CNRS : http://www.cnrs.fr/inee/communication/breves/b018.htm

Article original : Long-term fate of nitrate fertilizer in agricultural soils, publié dans Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) le 21 octobre 2013 par Mathieu Sebilo, Bernhard Mayer, Bernard Nicolardot, Gilles Pinay & André Mariotti

 













dimanche 8 décembre 2013

Des ondes de gaz pour expliquer la périodicité des éruptions volcaniques explosives

Pour Agreg et CAPES
Thème : volcanisme, magmatisme

Contribution rédigée par Philippe Sarda, Professeur Université Paris Sud

 
La Soufrière Hills de Montserrat (©Anthony Finizola - IPGP2013)


Les volcans actifs au magma riche en silice, typiques des zones de subduction, présentent souvent une activité périodique. A la Soufrière Hills (Ile de Montserrat) comme au Mont Pinatubo (Philippines) ou au volcan Sakurajima (Japon) des cycles périodiques de déformation du sol et de sismicité, accompagnés de dégazage et d’activité éruptive, ont été enregistrés. Par exemple, à Montserrat, en 1996-1997, des épisodes récurrents de bombement (inflation) et de déflation de l’édifice volcanique avec des périodes de 6 à 30 h étaient accompagnés par des essaims sismiques. Le pic du cycle de déformation et de sismicité correspondait à des épisodes éruptifs importants comme des écoulements pyroclastiques, des éruptions vulcaniennes ou des épisodes de croissance rapide du dôme. Un comportement très similaire est enregistré au Sakurajima. Ainsi, les observations de cycles de déformation et de dégazage sont d’une importance cruciale pour prédire une éruption.


La lave qui pénètre dans le conduit et débute son ascension est un mélange de magma et de gaz (sous forme de bulles). C’est sur la physique de ce problème très particulier d’écoulement à deux phases (magma et gaz) que se sont penchés les auteurs de l’article paru récemment à Nature Geosciences : une équipe internationale de chercheurs français, de l’Institut de physique du globe de Paris (CNRS/ Paris Diderot/ Cité Paris Sorbonne) et du Laboratoire de géologie de Lyon Terre Planète Environnement (CNRS/ Université de Lyon 1/ ENS)), américain, de l’Université de Yale, et britannique, de l’Université de Bristol.


Et ils ont trouvé un nouveau processus qui doit avoir lieu dans le conduit.
D’un côté, par décompression et du fait de sa faible densité, le gaz a tendance à se détendre, à se séparer du magma (les bulles se soudent entre elles) et à remonter plus vite que celui-ci dans le conduit : c’est en somme ce qui se passe après l’ouverture d’une bouteille de champagne ; c’est le gaz qui fait sauter le bouchon. 

D’un autre côté, pour laisser passer le gaz, le magma se déforme et se compacte : le gaz comprime le magma. Mais la compressibilité du magma n’est pas très grande comparée à celle du gaz, et la magma empêche donc le gaz de se détendre beaucoup : la magma tend donc à comprimer à son tour le gaz.
S’instaure alors une compétition entre compression du gaz à cause de la résistance du magma et expansion du gaz contenu dans les bulles à cause de l’ascension et de la décompression.


Grâce à leurs calculs, les auteurs montrent que cette compétition doit produire un comportement périodique. Il se créée des zones compactées, peu riches en bulles de gaz, alternant avec des zones riches en bulles de gaz sur une longueur bien spécifique qui donne au phénomène un caractère ondulatoire. C’est pourquoi les auteurs appellent "onde de gaz" cette alternance entre zones riches en bulles et zones peu riches en bulles : l’ensemble remonte dans le conduit et se manifeste en surface par des explosions périodiques.
Les calculs prédisent qu’un onde de gaz aurait une longueur d’onde assez étroitement définie car s’il elle était trop courte, elle disparaîtrait, et si elle était trop longue, le gaz serait brutalement évacué. La longueur d’onde prédite par cette théorie est en bon accord avec les observations de cyclicité mentionnées plus haut.
Ce phénomène physique explique donc le comportement cyclique des volcans riches en silice. Sa connaissance doit aussi permettre de mieux prédire encore les éruptions.




"Source : Actualités du CNRS-INSU" du Samedi 14 Septembre 2013: http://www.insu.cnrs.fr/node/4491


Article original :
Eruption cyclicity at silicic volcanoes potentially caused by magmatic gas waves,
Chloé Michaut_1, Yanick Ricard2, David Bercovici3 and R. Steve J. Sparks4. Nature Géoscience, doi:10.1038/ngeo1928, 2013.
1-Institut de Physique du globe de Paris (CNRS, Paris Diderot, Cité Paris Sorbonne)
2-Laboratoire de Géologie de Lyon, CNRS, Université Lyon 1, ENS Lyon, 
3-Dept of Geology and Geophysics, Yale University, USA 
4-Dept of Earth Sciences, University of Bristol, UK

mardi 3 décembre 2013

L'héritage des odeurs

Pour Agreg et CAPES
Thèmes : (épi)génétique, méthylation de l'ADN, cerveau

 Méthylation de la cytosine de l'ADN (source : http://www.ks.uiuc.edu/Research/methylation/)


C'est une étude assez importante, voire révolutionnaire qui vient d'être publiée dans Nature Neuroscience. D'une génération à l'autre c'est l'ADN qui est transmis via les gamètes et la réfutation de l'hérédité des caractères acquis (vision lamarckienne de l'Evolution) nous indique que la vie et le comportement de la génération N n'influence pas à l'issue de la reproduction la vie et le comportement de la génération N+1 (sauf passage à travers le placenta de divers substances, soins parentaux, apprentissage,  ...etc...). Or cette étude tend à prouver le contraire.
Des souris mâles ont été soumises à des chocs électriques associées à une odeur particulière (l'acétophénone). Cela a induit les souris à présenter des indices de peur lorsqu'on leur faisait sentir de l'acétophénone même en absence de chocs électriques (phénomène de peur conditionnée). Les chercheurs ont ensuite réalisé des fécondations in vitro avec les spermatozoïdes de ces souris mâles conditionnées et ont réimplanté les embryons dans des mères porteuses (qui n'ont jamais été en contact avec les mâles conditionnés et qui n'ont subi aucun stress particulier). Bilan : les souris de la génération N+1 sont significativement plus sensibles que les témoins (issus de fécondation in vitro de mâles non conditionnés) à l'acétophénone ! Et ce caractère se transmet même à la génération suivante (les petits-enfants des mâles conditionnés). L'analyse de leur cerveau a montré qu'ils produisent plus de neurones avec les récepteurs qui détectent l'acétophénone. Les connexions du bulbe olfactif avec l'amygdale (qui contrôle les comportements de peur) étaient aussi plus importantes. Le mécanisme impliqué reste assez mystérieux mais les chercheurs donnent des pistes : les spermatozoïdes expriment des récepteurs aux odeurs et la méthylation de l'ADN autour du gène codant les récepteurs à l'acétophénone était diminuée. La méthylation de l'ADN est une modification épigénétique qui contrôle à long terme l'expression des gènes, le modèle est donc plausible mais pour l'instant on est au stade des corrélations, pas des relations de cause à effets. Surtout le passage des odeurs vers les spermatozoïdes reste assez mystérieux...(le testicule nouvel organe olfactif ?). Une partie de la communauté scientifique reste sceptique car les mécanismes sont encore flous même si les données sont solides et la technique élégante. Chez les humains, on savait que le stress et l'anxiété pouvaient être transmis à ses enfants mais on pensait que c'était l'environnement familial, social et éventuellement des messages endocriniens à travers le placenta qui étaient la cause de ce phénomène. Il se pourrait bien que l'on doit rajouter une origine supplémentaire possible !

Voir : le résumé sur le site de Nature

Article original : Dias, B. G. & Ressler, K. J. Nature Neurosci. http://dx.doi.org/10.1038/nn.3594 (2013).

Merci à Morgane Thion de m'avoir signalé cet article.