Les barrages, pièges pour le carbone

Jeudi l 18-05-2017

Les réservoirs créés par la construction de barrages sur les rivières du monde entier pourraient avoir des effets importants sur le cycle global du carbone et sur le système climatique, effets jusqu'à présent ignorés. C'est la conclusion d'une étude réalisée par des chercheurs de l'Université de Waterloo (Canada) et de l'Université Libre de Bruxelles (R. Lauerwald et P. Regnier, unité de recherche Biogéochimie et Modélisation du Système Terre, Faculté des Sciences), publiée dans Nature Communications.

Il existe à l'heure actuelle plus de 70 000 grands barrages à travers le monde. De nouveaux barrages sont sans cesse construits, et à l'échelle planétaire, plus de 90 % de nos cours d'eau seront fragmentés par au moins un barrage d'ici 15 ans. Si l'effet des réservoirs individuels sur le cycle du carbone est relativement bien connu, l'impact global des milliers de réservoirs existants, en construction ou planifiés pour les décennies à venir, est encore très mal évalué.

Cette étude est la première à analyser comment la construction de barrages modifie les flux de carbone à l'échelle planétaire. Pour ce faire, une méthode basée sur des simulations « Monte-Carlo », combinant des fonctions de densité de probabilités pour l'ensemble des paramètres cinétiques caractérisant le cycle du carbone des réservoirs, a été mise au point. Cette approche permet de relier à des paramètres physiques simples, tels que le débit d'eau et la taille du réservoir, l'intensité de la production photosynthétique primaire (P), la décomposition du carbone organique produit in-situ ou dérivé des écosystèmes terrestres (R), le piégeage du carbone dans les sédiments et leur export vers le réseau fluvial. Une fois ces relations déterminées, le modèle a été appliqué à un ensemble de réservoirs (de géométrie et débit connu) distribués sur le réseau hydrographique mondial, et qui collectivement représentent plus de 70 % (en volume) des réservoirs créés par l'homme. Le modèle résultant est spatialement résolu et prend non seulement en compte le nombre et l'âge des réservoirs, mais également les changements d'apports en eau et en carbone continental ainsi que les variations de température au cours de la période 1970-2050.

Les résultats démontrent que les réservoirs filtrent des quantités importantes de carbone organique transporté des continents vers les océans par le réseau fluvial. Les simulations révèlent que l'évolution est fortement non-linéaire, et que la capacité de rétention devrait atteindre 20 % des apports de carbone continental à l'horizon 2030 (environ 2/3 par séquestration et 1/3 par décomposition). En conséquence, l'export de carbone organique vers l'océan devrait être réduit malgré l'augmentation des apports due aux activités humaines, modifiant ainsi de manière significative le « bilan carbone » de l'océan côtier. Les simulations mettent également en évidence que, si à l'échelle globale les réservoirs sont à l'heure actuelle net hétérotrophes (P/R <1), ils pourraient devenir net autotrophes (P/R > 1) durant la deuxième moitié du 21ème siècle et donc jouer un rôle de service écosystémique important en captant des quantités considérables de CO2 atmosphérique. Enfin, les résultats mettent en évidence que l'impact des réservoirs n'est pas homogène géographiquement : si par le passé des fleuves comme le Mississipi ou le Niger ont été profondément impactés par la construction de barrages, d'autres le seront au cours des années à venir. Par exemple, plus de 150 nouveaux barrages seront construits sur l'Amazone à l'horizon 2030, augmentant d'un facteur 40 environ la séquestration de carbone organique le long du réseau hydrographique du plus grand fleuve du monde.

Global perturbation of organic carbon cycling by river damming
Taylor Maavara, Ronny Lauerwald, Pierre Regnier & Philippe Van Cappellen
Nature Communications 8, Article number: 15347 (2017)

D'imposants reliefs découverts sous la calotte Antarctique

Mercredi l 10-05-2017

Les paysages de Scandinavie et d'Amérique du Nord sont marqués par d'anciens systèmes hydrologiques formés sous les calottes de glace qui recouvraient ces régions. Ces reliefs n'avaient jusqu'à aujourd'hui jamais été observés sous une calotte contemporaine, parce que la glace – épaisse de plusieurs kilomètres – rend leur observation très difficile.


Une équipe de scientifiques de l'Université libre de Bruxelles (ULB, Belgique) et de l'Académie bavaroise des sciences (Allemagne) ont découvert un système hydrologique actif de chenaux et de crêtes sédimentaires sous la calotte Antarctique. Leur étude, publiée en Nature Communications, montre que ces reliefs sous-glaciaires sont cinq fois plus grands que les vestiges observés actuellement dans les paysages déglacés de l'hémisphère nord. Les crêtes sédimentaires découvertes façonnent la glace sur des centaines de kilomètre en aval car elles amincissent la glace à la base de la calotte. Leur étude est importante pour la stabilité des plateformes de glace car, comme de nombreuses études l'ont montré, l'amincissement des plateformes de glaces affecte la stabilité de la calotte Antarctique.

Lorsqu'un système hydrologique se met en place à la base d'une calotte de glace, des chenaux sous-glaciaires se forment pour évacuer l'eau de fonte vers l'océan. La hauteur de ces chenaux s'élève général à quelques mètres. De nouvelles observations géophysiques menée par le laboratoire de glaciologie de l'ULB montrent que ces chenaux s'élargissent de plus en plus à l'approche de l'océan. Ils ont mis au point un nouveau modèle mathématique pour expliquer leur découverte : les chenaux s'élargissent parce que la pression de la glace qui les recouvre disparaît lorsque la glace se met à flotter sur l'océan.

Alors que ces chenaux s'élargissent de plus en plus, la vitesse d'écoulement de l'eau qu'ils contiennent diminue à son tour, forçant ainsi les sédiments en suspension à se déposer à la sortie des chenaux. Maintenu sur plusieurs milliers d'années, ce processus construit d'énormes crêtes sédimentaires – d'une hauteur comparable à la tour Eiffel – en dessous de la glace.
La sédimentation active dans les chenaux sous-glaciaires semble contrôler la formation des « Eskers » qui sont des crêtes sédimentaires, communément observées dans les paysages aujourd'hui déglacés. Les eskers que l'on observe de nos jours sont néanmoins 5 fois moins élevés que ceux qui viennent d'être découverts en Antarctique.

Des chenaux géants capables d'entailler la glace par en dessous

En évoluant, les crêtes sédimentaires entaillent la glace qui s'écoule par-dessus. Ces entailles se déplacent ensuite avec la glace et deviendront plus tard des «sillons» dans les plateformes de glace flottante. La glace au niveau de ces sillons est jusqu'à deux fois plus fine que dans ses alentours, rendant ceux-ci potentiellement très vulnérables à la fonte océanique.

Les chercheurs pensaient auparavant que les sillons de plateformes de glace étaient exclusivement creusés au contact de l'océan mais il semble désormais clair que d'autres facteurs rentrent en jeu.

« Notre étude montre que les sillons dans les plateformes de glace sont déjà initiés sur le continent, et que leur taille dépend fortement des processus de sédimentation qui ont lieu des centaines, voire des milliers d'années auparavant », explique Reinhard Drews, le principal auteur de l'étude.

Ce nouveau lien entre système hydrologique sous-glaciaire, sédimentation active et stabilité des plateformes de glace ouvre la voie à une nouvelle compréhension des mécanismes en jeu sous la calotte Antarctique; et nous aide également à mieux reconstituer l'étendue des calottes de l'hémisphère nord au cours des dernières périodes glaciaires.

Actively evolving subglacial conduits and eskers initiate ice shelf channels at an Antarctic grounding line

R. Drews, F. Pattyn, I. J. Hewitt, F. S. L. Ng, S. Berger, K. Matsuoka, V. Helm, N. Bergeot, L. Favier & N. Neckel

Système toxine-antitoxine bactérien : comment bloquer l'initiation de la synthèse des protéines ?

Jeudi l 27-04-2017

Les systèmes toxine-antitoxine (TA) bactériens sont abondants dans les génomes bactériens et présentent des activités très diversifiées. Ces modules sont composés d'une protéine toxique inhibant les fonctions essentielles de la bactérie hôte et d'une protéine antidote, contrecarrant l'activité de la toxine. Dans certaines conditions environnementales stressantes, comme par exemple lors d'un traitement antibiotique, l'activité toxique de la toxine est libérée et inhibe la croissance de la bactérie hôte. Ces systèmes ont été impliqués dans la persistance, un phénomène permettant aux bactéries de tolérer et de survivre aux antibiotiques.

Nous avons caractérisé l'activité d'une nouvelle toxine, AtaT, provenant d'une souche d'Escherichia coli pathogène. AtaT présente une activité acétyl-transférase ayant la capacité de transférer un groupe acétyl sur sa cible à partir de l'acétyl-coenzymeA, une molécule du métabolisme abondante. La cible de cette toxine a été identifiée par les chercheurs: il s'agit de l'ARN de transfert initiateur, indispensable à l'initiation de la traduction des protéines. Chez les bactéries, cet ARN de transfert chargé par l'acide aminé méthionine subit une modification (formylation), qui permet le démarrage de la traduction. En présence de la toxine AtaT, l'acide aminé méthionine est acétylé et non formylé. Par une combinaison d'approches menées in vivo et in vitro, les chercheurs ont montré que l'acétylation de la méthionine chargée sur l'ARN initiateur empêche son interaction avec le ribosome et les facteurs d'initiation de la traduction, ce qui conduit à un blocage de l'étape d'initiation de la traduction.

Ce travail a révélé un nouveau mécanisme moléculaire permettant de bloquer la traduction et met en évidence le tRNA initiateur comme un cible de choix pour bloquer la croissance bactérienne.

Jurėnas D, Chatterjee S, Konijnenberg A, Sobott F, Droogmans L, Garcia-Pino A, Van Melderen L.

AtaT blocks translation initiation by N-acetylation of the initiator tRNAfMet

Nat Chem Biol. 2017 Apr 3. doi: 10.1038/nchembio.2346. [Epub ahead of print]

Personnalité et anonymat lors de la migration: le cas des blattes

Jeudi l 06-04-2017

La tendance à former des groupes est un phénomène des plus observés au sein du règne animal et notamment chez les vertébrés et les insectes. La formation de ces groupes et leurs décisions collectives résultent des décisions personnelles des individus et de leurs communications. Cette recherche publiée dans Scientific Reports et associant expériences et modélisation mathématique, a pour but d'identifier les synergies et conflits entre personnalités et communications chez une espèce de blatte nuisible et commensale de l'homme. Celle-ci forme, la journée, des groupes de repos qui disparaissent la nuit - les blattes explorant leur environnement - et qui se reforment le matin. Cette étude montre que le groupe, malgré ces dispersions nocturnes, reste fidèle jour après jour au même site de repos. Cependant cette fidélité a des limites. Soumis à des perturbations similaires à celles que, dans notre environnement, nous imposons à diverses espèces, le groupe migre vers des endroits plus sûrs.

S'il n'y a rien de plus anonyme qu'une blatte, les résultats montrent que chaque individu lorsqu'il explore son environnement a sa propre personnalité pendant la nuit : certains explorent peu, d'autres la plus grande partie de la nuit. Mais lors de la migration d'un site vers un autre, ces personnalités ne se manifestent plus et les insectes retrouvent leur anonymat. Cette présence et absence de personnalité, suivant l'activité, illustrent la plasticité comportementale des insectes.

Ces résultats montrent que nous sommes confrontés à des insectes qui ont des stratégies hautement collectives et des comportements individuels d'une grande complexité, ce qui doit nous conduire à réviser nos méthodes de lutte. De plus, les outils développés dans ce travail peuvent être appliqués à d'autres espèces partageant notre environnement et contribueront à identifier une gestion plus efficace de celles-ci.

I. Planas-Sitjà, M. O. Laurent Salazar, G. Sempo & J.L. Deneubourg
Emigration dynamics of cockroaches under different disturbance regimes do not depend on individual personalities.
Scientific Reports, 7,Article number: 44528

Jeudi l 08-06-2017
École d'été - agriculture urbaine et alimentation durable

Suite au succès retentissant de la première version, une seconde édition de l'École d'été de l'agriculture urbaine et l'alimentation durablese tiendra du jeudi 13 au samedi 15 juillet, sur le campus de La Plaine, à l'ULB.
Trois journées autour d'une question fédératrice: "d'où vient ce qui se trouve dans mon assiette ?".

Destinée à un public varié (académiques et étudiants belges et internationaux, professionnels, institutions publiques, associations, citoyens, etc.), cette école d'été s'articule autour d'un apprentissage à la fois théorique et pratique. L'objectif est tant d'informer et de sensibiliser aux enjeux bruxellois et mondiaux, que de partager et d'enrichir les savoirs(-faire) des acteurs (non-)scientifiques via un réseautage, que de venir en soutien et de stimuler la réflexion autour de l'agriculture urbaine et l'alimentation durable.

Au programme: des rencontres avec des professionnels et des amateurs, des conférences animées par des intervenants hors-pair ainsi que des débats, des ateliers pratiques et des visites de terrain auprès d'acteurs clés du secteur.

Initiée par le Laboratoire d'écologie du paysage et systèmes de production végétale de l'ULB, l'École d'été de l'agriculture urbaine et alimentation durable à Bruxelles est portée par un consortium de citoyens et d'associations et soutenue par l'Action Co-create pour des systèmes d'alimentation durable d'Innoviris et l'Institut bruxellois pour la recherche et l'innovation.

Inscrivez-vous dès aujourd'hui, les places sont limitées !
> Plus d'informations sur l'École d'été de l'agriculture urbaine et alimentation durable

Mercredi l 07-06-2017
Exposition photo en plein air : Relations Plantes-Insectes

"1133 espèces d'insectes logent au Massart !", "Plus d'un tiers des coccinelles et libellules belges sont présentes au Jardin !", "20% des coléoptères et papillons de jour sur 5 hectares !"... Les entomologistes de l'Institut royal des Sciences naturelles de Bruxelles n'en reviennent pas. Le recensement des insectes qu'ils ont effectué au Jardin Massart ces trois dernières années est un succès: le Jardin Massart est un véritable "Hotspot" de biodiversité en insectes et ce aux portes de Bruxelles!

Pour fêter cette découverte, l'Université Libre de Bruxelles et l'Institut royal des Sciences naturelles s'associent pour un évènement entièrement libre d'accès durant tout le mois d'août 2017: Relations Plantes-Insectes - Une exposition photo de plein air PAR et POUR le public. Les clichés exposés à travers le Jardin seront l'œuvre d'une dizaine de photographes (amateurs ou non) qui sillonnent depuis plusieurs années le Jardin Massart. Chaque photo sera accompagnée d'un commentaire sur la relation plante-insecte mise à l'honneur.

Il y en aura pour tout le monde! Les plus jeunes pourront découvrir le monde fascinant des insectes et leurs relations avec les plantes à travers un livret de jeux distribué gratuitement. Les scientifiques, les passionnés ou simplement les curieux, pourront assouvir leur soif de connaissances sur l'entomologie au Jardin Massart dans le "Scientist's corner".

Pour ceux qui veulent aller plus loin, des visites guidées sur le sujet seront proposées chaque mercredi et chaque dimanche du mois d'août (3euros/personne). Par ailleurs, pour l'occasion, le Jardin Massart ouvrira ses portes tous les dimanches du mois d'août de 12h à 18h.

Plus d'informations sur les activités du Jardin Massart.

Mercredi l 07-06-2017
Stage enfants au Musée de Zoologie

Écouter le chant des oiseaux, les sifflements des baleines, les bruitages des grillons, les cris des singes, la bande sonore des fourmis, la mélodie des éléphants, la symphonie de la jungle... Le musée ouvre ses portes pour nous faire entendre la musique de la nature !

Un atelier ouvert aux plus jeunes afin d'explorer ensemble le lien entre sciences et musique. Comment ? Découverte des sons fantastiques, jeux musicaux, observation des animaux naturalisés, bricolage des appeaux sonores, danses et mouvements, balades sonores en nature, fabrication d'instruments et recyclage en chansons... Une infinité d'aventures afin de redécouvrir les secrets sonores de l'environnement pour mieux le protéger !

Informations pratiques :
Où : Muséum de Zoologie (Campus du Solbosch, Université Libre de Bruxelles)
Public : Enfants de 6 à 10 ans
Dates et horaires : 10 et 11 Juillet OU 17 et 18 Juillet de 9:00 à 16:00 (garderie possible)
Tarif totale : 20€


Infos et inscriptions sur le site du Musée de Zoologie de l'ULB

Jeudi l 01-06-2017
Visites thématiques au Jardin Jean Massart

Pendant les vacances estivales, découvrez les visites guidées thématiques du jardin botanique Jean Massart. Ouvert au public non-universitaire grâce à une convention entre l'ULB et la Région de Bruxelles-Capitale, ce jardin écologique organise des visites guidées, des animations ainsi que des activités pédagogiques en référence au monde végétal.

Au programme des visites thématiques :

  • Les plantes médicinales - mercredi 14 et dimanche 18 juin
  • Histoire et Evolution des plantes domestiquées par l'Homme- dimanche 23 et mercredi 26 juillet
  • Les relations plantes-insectes - chaque dimanche et mercredi du mois d'août

Informations pratiques :

Prix des visites = 3 euros
Rendez-vous à 14h30 devant le plan du jardin au niveau de l'entrée principale.


Plus d'informations sur les activités du Jardin Massart

Mercredi l 31-05-2017
Cédric Barroo, lauréat du M&M 2017 Postdoctoral Scholar Award

Tous les ans, la Microscopy Society of America (MSA) et la Microanalysis Society (MAS) attribuent des prix aux contributions exceptionnelles dans le domaine de la microscopie et de la microanalyse. Cette année, elles ont récompensé Cédric Barroo, chercheur au service Chimie Physique des Matériaux et Catalyse (Faculté des Sciences), pour ses travaux postdoctoraux, et en particulier son étude de la réactivité de catalyseurs à base d'alliages par techniques de microscopies à effet de champ, réalisée avec ses collègues.

La contribution récompensée pour les travaux postdoctoraux de Cédric Barroo s'intitule « Field Emission Microscopy to Study the Catalytic Reactivity of Binary Alloys at the Nanoscale », dont les auteurs sont Cédric Barroo, Luc Jacobs, Natalia Gilis, Sten V. Lambeets, Sylwia Owczarek, Yannick De Decker et Thierry Visart de Bocarmé. Les recherches ont été, et sont toujours, effectuées à l'ULB, au sein du service de Chimie Physique des Matériaux et Catalyse. Comme indiqué dans le titre, cette recherche se focalise sur l'étude de la réactivité de catalyseurs à base d'alliages par techniques de microscopies à effet de champ.

La catalyse joue un rôle crucial dans les applications industrielles modernes, l'objectif principal étant d'obtenir une conversion importante et durable, ainsi qu'une sélectivité élevée vis-à-vis des produits souhaités. Dans le cas de la catalyse hétérogène, à savoir une réaction en phase gazeuse qui se déroule sur un catalyseur solide, l'une des façons d'atteindre ces objectifs consiste en la conception de nanoparticules présentant une composition, structure et morphologie spécifique. Cette démarche d'ingénierie de catalyseurs ne peut être efficace que si l'on comprend le comportement du catalyseur en conditions réactionnelles, à savoir comment la réaction se déroule sur des nanoparticules de morphologies différentes, et comment la réaction peut induire des changements structurels au niveau du catalyseur. Une autre façon d'améliorer l'efficacité du processus catalytique repose sur le contrôle de la réaction catalytique elle-même. Pour cela, il est nécessaire d'étudier les dynamiques se déroulant à la surface du catalyseur afin de mieux comprendre le mécanisme réactionnel. De manière générale, afin d'améliorer un processus catalytique, une compréhension fondamentale du comportement catalytique est donc nécessaire.

Ces études fondamentales peuvent s'effectuer par techniques de microscopie et de science des surfaces qui historiquement ont un impact important sur la compréhension des systèmes catalytiques. Ces études sont principalement réalisées pour des réactions se produisant en surface de métaux purs. Cependant, pour les applications industrielles, il existe un intérêt croissant pour l'utilisation de catalyseurs sous forme d'alliage. En effet, la combinaison de deux, ou plusieurs, métaux permet d'obtenir des propriétés catalytiques nouvelles qui n'existent pas lorsque les métaux sont utilisés de manière isolée, ceci grâce à la synergie entre les métaux parents. Une meilleure compréhension de ces systèmes est donc nécessaire. Afin de mener ceci à bien, les techniques d'émission de champ sont utilisées, notamment la microscopie ionique à effet de champ (FIM) et la microscopie électronique à émission de champ (FEM). Ces techniques permettent d'étudier, avec une résolution nanométrique voire atomique, le comportement d'une seule nanoparticule de catalyseur afin de déterminer la structure et la composition des alliages dans leur état catalytiquement actif, mais aussi d'étudier la dynamique des réactions, en temps réel, pendant que la réaction de déroule.

Les deux thématiques d'intérêt qui sont actuellement étudiées au sein du laboratoire et qui ont été récompensés consistent en l'utilisation de catalyseurs Pt-Rh pour la réduction des NOx, qui trouvent leur intérêt dans l'industrie automobile, ainsi que l'oxydation d'alcools en présence de catalyseurs Au-Ag, cette réaction est importante dans la valorisation de molécules organiques simples. Tout d'abord, l'hydrogénation du dioxyde d'azote (NO2) est étudiée sur des catalyseurs Pt-Rh. Les oxydes d'azote sont produits dans les moteurs à combustion interne, et la réaction d'hydrogénation de NO2 est d'une grande importance puisque le monoxyde d'azote NO est d'abord oxydé en NO2 avant d'être réduit au niveau du pot catalytique. Les résultats obtenus prouvent expérimentalement, pour la première fois, la présence de dynamiques non-linéaires sur un catalyseur à base d'alliage à l'échelle du nanomètre. Enfin, les alliages Au-Ag sont utilisés pour des réactions d'oxydation sélective en tant que catalyseurs à double fonctionnalité. Le principe de base est de combiner une petite quantité de métal actif, pour faciliter la formation d'intermédiaires réactifs, avec une phase moins active qui transforme ces intermédiaires en produits désirés, et ce avec une haute sélectivité. La formation de l'oxygène atomique, qui correspond à l'étape clé pour obtenir une activité et sélectivité accrue sur catalyseurs d'or, est ici étudiée grâce à l'interaction du N2O sur des échantillons Au-Ag.

Les techniques de microscopie à effet de champ sont des techniques d'imagerie puissantes qui, en exploitant la résolution nanométrique, permettent de mieux comprendre les systèmes catalytiques au niveau moléculaire. Les expériences sur les alliages Pt-Rh et Au-Ag prouvent que ces techniques peuvent être utilisées pour étudier des systèmes complexes et apportent des résultats originaux sur des sujets de recherche importants dans le domaine de la catalyse.