laboratoire d’ecologie alpine – station alpine joseph fourrier · gerardin rachel - 155 page 6...

Institut polytechnique LaSalle Beauvais

19 rue Pierre Waguet

60 000 BEAUVAIS

Rachel GERARDIN

Promotion 155

4ème année spécialité agriculture

Tuteur de stage : M.P. FAUCON

Maitre de stage : J.C. CLEMENT

Encadrant de stage : L. BERNARD

Effet de la composition fonctionnelle sur la résistance et la résilience des prairies subalpines face au changement global

Suivi semi-continu d’une variable informant sur l’état physiologique des

écosystèmes : le NEE (Net Ecosystem CO2 Exchange)

Domaine Universitaire de Grenoble

2233 Rue de la Piscine

Saint-Martin d’Héres

Rapport de stage 3ème

année

Laboratoire d’Ecologie Alpine – Station Alpine Joseph Fourrier

13/10/2014

GERARDIN Rachel - 155

Résumé

Ce rapport présente mon stage de 13 semaines au Col du Lautaret (Haute-Alpes),

dans le Laboratoire d’Ecologie Alpine de Grenoble. En nous basant sur le Net Ecosystem

Exchange (NEE), nous allons nous intéresser aux échanges de flux (CO2 et H20) entre

l’atmosphère et différents graminées de prairies subalpines. Le NEE correspond à la

différence entre la production primaire brute de la plante ou de l’écosystème, et entre la

respiration hétérotrophe, c’est-à-dire, la production totale dû à la photosynthèse moins la

respiration du sol et de la plante. Le NEE est un très bon indice de l’état physiologique d’un

écosystème. Nos mesures ont été effectuées au Col du Lautaret sous différentes conditions

et traitements mimant un réchauffement climatique : sécheresse estivale, déneigement

précoce ainsi que la combinaison des deux. Les prairies subalpines, réputées comme

résistantes, ont pu livrer leurs limites face aux changements climatiques, et monter des

diminutions de photosynthèse et de respiration sous stress hydrique. Nous avons pu

également comparer la résistance et la résilience à ces perturbations de deux compositions

fonctionnelles différentes, au niveau des flux au soleil ou à l’obscurité, et au niveau du bilan

carbone. Il apparait que le réchauffement climatique aurait pour conséquence d’inverser les

échanges gazeux entre plantes et atmosphère, et de diminuer le stockage de carbone par

les plantes. Nous remarquerons également que le dactyle aurait un mécanisme découplé,

c’est-à-dire que la résistance n’influence pas la résilience, et inversement pour la fétuque qui

aurait un mécanisme couplé.

This report sums up my 13 week internship at Lautaret Pass (Haute-Alpes), in the

“Laboratoire d’Ecologie Alpine” of Grenoble. We were working on the NEE and H2O flow

measurement between the atmosphere and various grasses of subalpine meadows. The

NEE correspond to the difference between plant or ecosystem gross primary production, with

heterotrophic respiration (to resume, total production due to photosynthesis minus total

respiration: soil and plant). The NEE is a very good indicator of the physiological state of an

ecosystem. Our measurements were performed to the Lautaret Pass under different

conditions and treatments mimicking global warming: summer drought, snow removal or both

of them. Subalpine meadows, known as resistant, have shown their limits to climate change,

and have photosynthesis and respiration decreases under water stress. We could also

compare the resistance and resilience to disturbance of two different functional compositions

in flows under sunlight or darkness, and for the carbon footprint. We conclude that the global

warming is responsible to the reverse of flows between plants and atmosphere, and increase

CO2 rejects. We also concluded that both functional compositions react in different ways.

Dactyls seems to have a decoupled mechanism, (resistance doesn’t involve resilience) and

vice versa for fescue which has a coupled mechanism.

Mots clés : Col du Lautaret, Laboratoire d’Ecologie Alpine, prairie subalpine, flux de carbone

résistance, résilience, changement climatique, composition fonctionnelle, bilan carbone.

Key Words : Lautaret pass, Laboratoire d’Ecologie Alpine, sub-alpine grassland, Net

Ecosystem Exchange, resistance, resilience, climate change, functional composition,

carbone footprint.


Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier chaleureusement Lionel Bernard, mon encadrant de

stage, pour m’avoir offert cette fabuleuse opportunité. Pour ta patience, tes enseignements,

et ton aptitude à écouter RTL2 des jours entiers, merci beaucoup !

Merci également à Jean-Christophe Clément, mon maître de stage et encadrant de

thèse de Lionel. Pour m’avoir donné cette chance et pour ta bonne humeur au travail, merci

beaucoup !

Ensuite, je tiens à adresser un merci général à cette belle RDPL (République

Démocratique Populaire du Lautaret), pour tous les bons moments passés ensemble. Un

grand merci à vous : Pascal Saltz, Serge Aubert, Christophe Perrier et Rolland Douzet (pour

la bonne cuisine et l’initiation cinématographique et musicale !).

J’aimerais remercier ensuite tous les autres chercheurs ou stagiaires rencontrés cet

été : ceux travaillant au Jardin Alpin, ceux juste de passage, et bien sûr mes colocataires du

chalet-labo. Merci à vous tous, cet été fût riche en amitiés et en rencontres.

Enfin, je tiens à remercier toutes les personnes rencontrées au Jardin Alpin et au

LECA, notamment Franck Delbart pour ton humour quotidien, ainsi que tous les membres de

l’équipe FYSE. Toutes ces rencontres ont été accompagnées d’enseignements

passionnants, que ce soit dans le domaine de la recherche, de la botanique ou de l’écologie.

Je tiens pour finir à remercier toutes les personnes ayant contribuées, de près ou de

loin, à l’élaboration de ce rapport.


Table des matières Résumé ...................................................................................................................................... 2

Remerciements .......................................................................................................................... 3

Table des illustrations ................................................................................................................ 5

Liste des abréviations ................................................................................................................ 6

Glossaire .................................................................................................................................... 7

Introduction ................................................................................................................................. 8

1. La structure d’accueil : un laboratoire d’exception ............................................................. 9

1.1. Le Laboratoire d’Ecologie Alpine (LECA) ................................................................... 9

1.1.1. Le laboratoire et la recherche .............................................................................. 9

1.1.2. Organisation, fonctionnement et analyse du contexte ...................................... 10

1.2. La Station Alpine Joseph Fourrier (SAJF) ................................................................ 12

1.3. Le projet REGARDS .................................................................................................. 12

2. Mission et résultats obtenus ............................................................................................. 14

2.1. Le dispositif expérimental .......................................................................................... 14

2.2. Mes différentes missions ........................................................................................... 16

2.3. Mesures de NEE........................................................................................................ 16

2.3.1. Principe ............................................................................................................... 16

2.3.2. Outils de mesures .............................................................................................. 20

2.3.3. Mode opératoire ................................................................................................. 20

2.3.4. Protocole de mesures ........................................................................................ 21

2.3.5. Traitement des données .................................................................................... 21

2.3.6. Résultats attendus.............................................................................................. 22

2.3.7. Résultats ............................................................................................................. 24

3. Bilan de l’expérience ......................................................................................................... 33

3.1. Bilan de l’activité professionnelle .............................................................................. 33

3.2. Bilan personnel .......................................................................................................... 34

Conclusion ................................................................................................................................ 36

Liste des références bibliographiques ..................................................................................... 37

Annexe A : Organigramme du LECA ....................................................................................... 38

Annexe B : Frise chronologique de l’été 2014 ......................................................................... 39

Annexe C : Disposition des parcelles expérimentales et des différents traitements .............. 40

Annexe D : Tableau de nomenclature des 128 mésocosmes................................................. 41

Annexe E : Plan de la chambre climatique .............................................................................. 44

Annexe F : Fiche terrain pour mesures de NEE ...................................................................... 45


Table des illustrations Figure 1 : Les collaborations nationales et internationales du LECA........................................ 9

Figure 2 : Schéma représentant le projet REGARDS et les interactions entre les sous-projets

.................................................................................................................................................. 13

Figure 3 : Deux représentations d'un mésocosme et du système de récupération des lixiviats

.................................................................................................................................................. 14

Figure 4 : Représentation de l'organisation des parcelles expérimentales ............................ 15

Figure 5 : Diagramme décrivant les échanges de carbones au sein d’un écosystème. GPP et

NPP sont toujours positif, mais NEE peut-être positif ou négatif (CRC Geenhouse Accouting,

2001)......................................................................................................................................... 17

Figure 6 : Graphique représentant les principaux termes décrivant les flux de carbone d'un

écosystème (CRC Geenhouse Accouting, 2001) .................................................................... 18

Figure 7 .................................................................................................................................... 19

Figure 8 : La chambre équipée ................................................................................................ 20

Figure 9 .................................................................................................................................... 22

Figure 10 : Représentation imagée des résultats attendus ..................................................... 23

Figure 11 : Représentation schématique des différents termes utilisés pour calculer les

indices de résistance et de résilience (ORWIN K.H., WARDLE D.A., 2004) .......................... 23

Figure 12 : Evolution du NEE (balance carbone totale) de nos mésocosmes durant l'été,

suivant les traitements et les compositions fonctionnelles. Barres d’erreur : erreur standard.

P.value < 0,05 .......................................................................................................................... 25

Figure 13 : Evolution des échanges de carbones au sein de nos mésocosmes au cours de

l’été suivant les traitements et les compositions fonctionnelles, à l'obscurité et au soleil. Les

barres d’erreurs correspondent à l’erreur standard (standard error). P.value < 0,05 ............. 26

Figure 14 : Evolution de l'indice de résilience au déneigement précoce au cours de l'été

suivant plusieurs paramètres : ensoleillement, composition fonctionnelle, sécheresse......... 28

Figure 15 : Comparaison des indices de résistance à la sécheresse. Barre d’erreur : erreur

standard .................................................................................................................................... 29

Figure 16 : Indice de résilience à la sécheresse. Barre d’erreur : erreur standard................. 30

Tableau 1 : Matrice SWOT du LECA (AERES, 2014) ............................................................. 11

Tableau 2: Résultats du test post-hoc de Mann-Whitney pour la composition fonctionnelle, la

sécheresse et le déneigement précoce, sur les valeurs du bilan carbone ............................. 26

Tableau 3 : Valeurs des indices de résistances pour chaque traitement ............................... 29

Tableau 4 : Valeurs des indices de résilience pour chaque traitement de la campagne 7 .... 30

Tableau 5 : Application de l'étude à différents scénarios ........................................................ 32

Tableau 6 : Tableau représentant les points positifs et axes d'amélioration de ma mission .. 34


Liste des abréviations

DR : Dark Respiration

GPP : Gross Primary Productivity

LECA : Laboratoire d’ECologie Alpine

NEE : Net Ecosystem Exchange

NPP : Net Primary Productivity

PAR: Photosynthetically Active Radiation

PFD : Photon Flux Density

UJF : Université Joseph Fourrier

REGARDS : REsilience of marginal GrAsslands and biodiveRsity management Decision

Support

SAJF : Station Alpine Joseph Fourrier

SLA : Specific Leaf Aera – Surface Foliaire Spécifique : surface de feuille réalisée divisé par

la masse de matière sèche (en m².kg-1

)


Glossaire

Composition fonctionnelle : traits de vie et propriétés d’une espèce végétale.

Epigé : Organismes vivant à la surface du sol.

Hypogé : Végétaux ou organes végétaux vivant en permanence sous la surface du sol.

Mésocosme : dispositif expérimental contrôlé ou semi-contrôlé reconstituant les conditions

de vie d’une espèce dans le but d’étude écologique. Peut-être assimilé à un mini-

écosystème.

Prairie subalpine : prairie agricole de l’étage subalpin (dans les Alpes : 1700-1900 m à

2300-2500m d’altitude).

Résilience : capacité d'un système à revenir à un état antérieur. En écologie, cela se réfère

à l’aptitude d’une plante, d’une espèce ou d’un écosystème à retrouver un fonctionnement

normal suite à une perturbation.

Traits fonctionnels : données morphologiques d’une plante à un instant t (hauteur, nombre

de talles, de fleurs, de fruits, etc)


Introduction

Les changements de pratiques culturales et pastorales au cours des siècles ont

considérablement modifié les prairies alpines et subalpines. En ces temps de changements

globaux, l’agriculture ne peux que s’adapter à ces nouvelles conditions, et ce dans une

échelle de temps très courte.

Le rapport suivant illustre mon stage de 3ème année d’école d’ingénieur en agriculture.

J’ai ainsi vécu et travaillé trois mois dans un cadre unique au col du Lautaret avec le

Laboratoire d’Ecologie Alpine de Grenoble, en partenariat avec l’Université Joseph Fourrier

de Grenoble, et le CNRS.

Durant ces trois mois, j’ai assisté un Doctorant, Lionel Bernard, dans sa thèse portant sur

les effets de la composition fonctionnelle des prairies subalpines sur la résistance et la

résilience, face au changement global. Même si les écosystèmes alpins semblent plutôt

résistants aux changements climatiques, suite à la sélection au cours de l’évolution

(glaciation, etc), nous pouvons nous demander où se place le seuil de rupture éventuels, et

quels seraient les mécanismes de cette rupture. Pour répondre à cette question, Lionel

dispose d’un dispositif expérimental situé au col du Lautaret (Hautes-Alpes) à 2100m

d’altitude, dans la section « Recherche » du célèbre Jardin Botanique Alpin du Lautaret.

Ma mission principale fût de mesurer les flux de CO2 et d’eau sur les plantes de ce

dispositif. Ces variables nous informent de l’état physiologique des écosystèmes, ce qu’on

appelle également le Net Ecosystem Exchange (NEE).

J’ai également suivi Lionel dans ses différents travaux, et pu participer à de nombreuses

manipulations sur le terrain comme en laboratoire.

Cet été aura donc été riche en apprentissages, paysages et rencontres, et m’a donné un

premier aperçu assez positif du monde de la recherche.


1. La structure d’accueil : un laboratoire d’exception

1.1. Le Laboratoire d’Ecologie Alpine (LECA)

1.1.1. Le laboratoire et la recherche

Le LECA est une Unité Mixte de Recherche crée en 2003 de la fusion de quatre entités :

le Laboratoire de Biologie des Populations d'Altitude, le Groupe d'Etudes sur le Devenir des

Xénobiotiques Dans L'Environnement, Ecosystèmes et Changements Environnementaux

ainsi que l'équipe de l'AIPRP de Sandra Lavorel (écologie fonctionnelle).

Le laboratoire est composé de chercheurs du CNRS, de l’Université Joseph Fourrier

(UJF) et de l’université de Savoie. Il est basé à Grenoble sur le campus de l’UJF, et dispose

d’une composante à Chambéry (Haute-Savoie). Les objectifs de ce laboratoire sont de

mieux comprendre le fonctionnement des espèces et des écosystèmes alpins, afin de

prédire leurs réponses aux changements globaux. Pour cela le LECA va utiliser des

concepts et des méthodes tirées à la fois de l'écologie et de biologie évolutive, en abordant

des thèmes comme les mécanismes moléculaires d’adaptation ou encore l’impact de

l’environnement sur le maintien de la biodiversité.

L’objectif du LECA est de développer la recherche intégrée dans les mécanismes

moléculaires de l'adaptation des écosystèmes et de la biodiversité, aux impacts de

l'environnement physique.

Malgré sa taille et ses effectifs relativement modestes, le laboratoire possède un

rayonnement national et international exceptionnel. Sa renommée est visible de par l’écho

de ses publications et de par son implication dans des réseaux et grands colloques

internationaux. De plus, ce rayonnement peut être attesté de par le grand nombre de

publications réalisées : depuis 2009, le laboratoire a publié 513 articles scientifiques (pour 29

permanents) dans différentes revues scientifiques : Nature, Science, Ecology Letters,

TREE, PNAS, Global Change Biology, Molecular ecology or J of Ecology. Le laboratoire

dispose de nombreuses collaborations avec d’autres laboratoires du monde entier, et est

inscrit dans nombreux projets internationaux.

Figure 1 : Les collaborations nationales et internationales du LECA

Le LECA est également fortement intégré dans son environnement. En effet, le

laboratoire est impliqué dans l’enseignement universitaire, que ce soit à Chambéry ou à

Grenoble (où le LECA, situé sur le campus universitaire, a mis en place un master

« Biodiversité Ecologie Environnement » en 2004). Le laboratoire intervient également dans

d’autres structures nationales ou internationales d’enseignement. Il s’intègre à son


environnement grâce aussi à ses partenariats avec des parcs naturels nationaux

(notamment celui des Ecrins) et régionaux.

Les recherches du Laboratoire s’articulent autour de quatre thèmes :

- Evolution, modélisation et analyse de la biodiversité (EMABIO). Cette équipe a

pour but d’écrire et de développer des scénarios de biodiversité. Grâce à l’étude des

variations de la biodiversité, des mécanismes d’assemblages des communautés et

des processus micro et macro évolutifs, ils vont être capable de mieux comprendre

les mécanismes eco-évolutifs générant les dynamiques spatiales et temporelles de la

biodiversité.

- Fonctionnement, dynamique et services des écosystèmes de montagne (FYSE).

Cette équipe s’attache à comprendre et à évaluer les effets des changements

globaux, grâce notamment à l’étude des traits fonctionnels. Cette étude s’articule

autour des interactions entre communautés végétales, animales, et microbiennes du

sol, à différentes échelles de temps de d’espace, ainsi que sur leurs effets sur les

cycles du carbone, de l’eau et de l’azote (cycles biogéochimiques majeurs). Ces

études permettront ainsi de modéliser les services écosystémiques des milieux de

montagne, suivant différents scénarios de changement environnemental et global,

afin de prévoir leurs manifestations locales.

C’est au sein de cette équipe que s’articulait mon stage, encadré par Lionel BERNARD

doctorant du LECA, lui-même dirigé par Jean-Christophe CLEMENT (Maitre de conférences,

et mon maitre de stage) et par Sandra LAVOREL (Directrice de Recherche).

- Bases Génétiques de l’Adaptation (GBA). Grâce à des principes de génétique

quantitative, de génétique des populations ou de génomique fonctionnelle, cette

équipe va tenter de mettre en évidence les mécanismes adaptatifs des organismes à

leur environnement. Pour cela ils vont chercher à relier le phénotype des organismes

aux gènes impliqués, en travaillant sur les marqueurs moléculaires, des outils bio-

informatiques et de nouvelles méthodes de statistiques en génétique des

populations.

- Pollution, environnement, écotoxicologie, écoremédiation (P3E). Cette équipe

s’attache à comprendre les effets, directs et indirects, des xénobiotiques (pesticides,

métaux, etc) sur les écosystèmes. Pour cela, ils vont étudier la plasticité

phénotypique d’individus présents dans un environnement pollué, pour mettre en

évidence des loci ayant un rôle dans la tolérance à la pollution. (OSUG, 2014)

1.1.2. Organisation, fonctionnement et analyse du contexte

Le LECA est actuellement dirigé par Irène TILL-BOTTRAUD (CNRS), avec trois

directeurs adjoints : Jean-Philippe DAVID (CNRS), Christiane GALLET et François

POMPANON (UJF). L’organigramme complet du LECA est disponible en annexe. (Cf.

Annexe A)

Au niveau des effectifs, le LECA compte 29 enseignants-chercheurs, onze ingénieurs et

sept techniciens. (AERES, 2014)


Le nombre de chercheurs et de professeurs ne cesse d’augmenter : en 2003, le LECA en

comptait 22, 31 en 2009 contre 47 en 2014. Au contraire, le personnel technique et

administratif tend à manquer.

La stratégie scientifique du laboratoire apparait comme très pertinente. Elle est en effet

fondée sur des problématiques d’actualités, et le contexte alpin offre beaucoup

d’opportunités : diversité de conditions, vulnérabilité aux changements climatiques, etc. De

plus, le LECA possède un accès direct et pratique au milieu alpin grâce à la Station Alpine

Joseph Fourrier (SAJF) située au Col du Lautaret à près de 2100m (voir plus loin).

Le laboratoire semble bénéficier d’un bon esprit maison, et d’un cadre de vie agréable

pour ses employées. Il regroupe des chercheurs assez différents, ce qui permet d’obtenir un

large éventail de compétences et de couvrir de nombreux domaines. Cependant, cela peut

être à l’origine d’une faible redondance dans l’expertise.

Les bâtiments du LECA de Grenoble sont situés sur le campus de l’Université Joseph

Fourrier. Assez ancien et vétustes, ils ne sont parfois plus adaptés à certaines études

scientifiques, et compliquent le travail des chercheurs. Des travaux sont cependant prévus

au sein du bâtiment, pour le moderniser et offrir un cadre de travail plus adapté. Ces

rénovations, bien que nécessaires et utiles, sont une menaces pour le LECA. En effet, de

nombreux travaux sont en cours en ce moment, que ce soit à Grenoble sur le campus

(nouvelles serres, laboratoires) ou sur la station Alpins Joseph Fourrier (rénovation du Chalet

Mirande au Jardin Alpin, construction de la Galerie de l’Alpe). Tous ces travaux apportent

leurs lots de problèmes et nécessitent une nouvelle organisation, ce qui pourrait perturber

les travaux du laboratoire.

Le tableau suivant présente la matrice SWOT (Strengths, Weaknesses, Opportunities,

Threats) du LECA et met en avant les forces/faiblesses et opportunités/menaces du

laboratoire.

Tableau 1 : Matrice SWOT du LECA (AERES, 2014)

Forces Faiblesses

Large éventail de compétences

Plus de 500 publications réalisées ces cinq

dernières années

Maitrise des technologies de pointe

Gouvernance souple et solidaire

Nombreux thésards

Collaboration entre équipe

Pluridisciplinarité et complémentarité des

compétences entrainent une très faible

redondance dans l'expertise

Bâtiments assez anciens et trop petits

Opportunité Menaces

Recherches novatrices, et d’actualité

Insertion dans des réseaux nationaux et

internationaux : très bon rayonnement

Station Alpine du Lautaret : accès direct au

milieu alpin

Bonne intégration à son environnement

(universitaire + PNR et PNN)

Pénurie de personnel technique et

administratif

Disparité au sein des équipes

Difficultés logistique dans les travaux de

constructions (nouvelle serre et

réaménagement du laboratoire)


1.2. La Station Alpine Joseph Fourrier (SAJF)

Entre Grenoble et le Col du Lautaret, la SAJF est une unité mixte de Services de

l’université Joseph Fourrier de Grenoble et du CNRS. Crée en 2005, avec l’association du

Jardin Alpin et de la station de recherche (Chalet-Laboratoire), la SAJF comprends

également l’Arboretum Robert Ruffier-Lanche ainsi que des serres techniques (campus de

Grenoble). Elle englobera de plus la future Galerie de l’Alpe : nouveau bâtiment situé au

Lautaret, qui comprendra des laboratoires (notamment de glaciologie) ainsi qu’une salle

d’exposition. L’inauguration est prévue pour janvier 2016.

Le Jardin Botanique Alpin du Lautaret fût créé par Jean-Paul Lachmann en 1899 et

compte plus de 2300 espèces végétales, représentatives de la flore alpine du monde entier.

Dirigé par Serge Aubert, le jardin emploie trois autres permanents et de nombreux stagiaires

bénévoles pour l’été (jardiniers et guides pour les visites). Le Jardin Alpin compte environ

15 000 entrées par an, le tout sur trois mois (Juin-Juillet-Août).

La chalet-Laboratoire fût construit en 1989 à proximité du jardin, dans le but de mener

des recherches modernes en physiologie, biochimie et génétique des plantes d’altitude au

plus près de ces dernières. Il comprend un laboratoire écologique/écophysiologique complet,

ainsi que des chambres et lieux de vie commune pour les chercheurs, doctorants et

stagiaires séjournant ici l’été. On trouve de plus des parcelles expérimentales au-dessus du

Jardin Alpin, pour mener des manipulations semi-contrôlées sur des plantes alpines le tout à

2100 m d’altitude. Cet été nombreux doctorant/chercheurs disposaient de dispositifs

expérimentaux ici au Col, avec par exemple une étude de la limite des arbres (sapins,

épicéas, mélèzes), ou sur la floraison de l’Arabette du Caucase (Arabis alpina).

Les thèmes abordés par les chercheurs au Chalet-Laboratoire regroupent la biochimie et

la physiologie métabolique des plantes alpines, la dynamique et le fonctionnement des

écosystèmes ainsi que la biologie/écologie évolutive et l’ethnobotanique.

1.3. Le projet REGARDS

La thèse de Lionel, et donc mon stage, s’inscrivent dans un projet européen

appelé REGARDS (REsilience of marginal GrAsslands and biodiveRsity management

Decision Support). C’est un projet financé par BiodicERsA1, qui a pour but de mettre à jour

les mécanismes de résilience des prairies subalpines marginales face aux changements

environnementaux et sociaux. Ceci afin d’améliorer la résilience socio-écologique de

l’agriculture à une échelle régionale.

Les prairies subalpines sont en effet des socio-Ecosystèmes. C’est-à-dire que ce sont

des régions dans lesquelles les personnes dépendent des ressources et des services fournis

par les écosystèmes. Inversement, la dynamique de ces écosystèmes est influencée, selon

différents degrés, par les activités humaines.

Les prairies subalpines marginales européennes sont considérées comme des points

chauds2 de biodiversité en raison des différentes contraintes écologiques qu’elles

présentent, ainsi que de leur long passé agricole. Aujourd’hui, il est encore difficile de

conclure sur la question de la vulnérabilité de ces prairies, d’un point de vue

environnemental, social, économique ou politique. En effet, elles semblent avoir développé

1 Projet européen de coordination des programmes de recherche sur la biodiversité.

2 Haut lieu de la biodiversité, regroupant nombreuses espèces endémiques menacées.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Biodiversit%C3%A9


une forte résistance, suite à leur histoire et leur évolution au fil des siècles, entre hommes et

écosystèmes. Cependant, les limites de cette potentielle résistance sont encore inconnues.

C’est pourquoi le projet REGARDS s’attache à mieux comprendre les mécanismes de

résilience, ainsi que les effets de la gestion et des décisions agricoles.

Pour ce projet, trois prairies marginales subalpines ont été choisis : une à Stubai (près

d’Innsbruck en Autriche), une autre à Oppdal (Norvège) et la dernière au Col du Lautaret.

REGARDS a pour but de répondre aux questions suivantes :

- Est-ce que ces socio-écosystèmes sont vulnérables aux changements

environnementaux et sociétaux actuels ?

- Quand et où ont-ils développé une forte résilience au cours de leur histoire de

coévolution entre les hommes et les écosystèmes ?

- Quelles sont les limites à cette résilience ?

Grâce à du travail de terrain, des analyses historiques, des rencontres avec des

agriculteurs, chaque équipes pourra fournir des réponses à ces problématiques. Les

résultats seront, par la suite, utilisés pour renforcer nos connaissances au niveau de la

résilience locale et régionale des prairies agricoles subalpines.

Les recherches sur ces projets se situent à plusieurs niveaux, plus ou moins portés sur le

social ou sur les écosystèmes, résumés par le graphique suivant. La thèse de Lionel s’inscrit

dans le WP1-2 : la dynamique des sous-systèmes écologiques

Climat

WP6 : Scénarios futurs : évolution et

impacts

Dynamique

des sous-

systèmes

écologiques

Actions

humaines

Interactions

homme-

environnement

Système de

management

agricole

WP1 et WP2 : Résistance et résilience des

écosystèmes

WP3 : Dynamique des services

écosystémiques, à l’échelle du paysage

WP4 :

Gouvernance

agricole et

capacité

d’adaptation

WP5 : Flux de

biens de de

services des

écosystèmes

Figure 2 : Schéma représentant le projet REGARDS et les interactions entre les sous-projets


2. Mission et résultats obtenus Les travaux de mon maitre de stage portaient sur l’« Effet de la composition fonctionnelle

sur la résistance et la résilience des prairies subalpines face au changement global ». Ma

mission fût de l’aider dans la réalisation et l’analyse de ces manipulations au Col du Lautaret,

et principalement dans la mesure des échanges gazeux entre les plantes de ses parcelles et

l’atmosphère.

La thèse de Lionel s’attache à répondre à ces différentes questions : Quelle est le rôle de

la composition fonctionnelle dans le maintien et le recouvrement des activités physiologiques

des écosystèmes face aux perturbations ? Quelle charge de perturbations pour quels effets?

Comment l’activité agricole va-t-elle interagir sur cette résistance et résilience ?

Lionel travaille sur cette thèse depuis l’été 2012.

2.1. Le dispositif expérimental

Les parcelles expérimentales situées en haut du Jardin Alpin du Col du Lautaret, se

composent de 128 pots, appelés mésocosmes (mini écosystèmes simplifiés), répartis sous

huit abris. Chaque abri comprend seize mésocosmes, divisés en deux cercles. Cf. Figure 2

et 3.

Les mésocosmes mesurent 50 cm de diamètre pour 40 de profondeur, et sont composés

de deux pots imbriqués l’un dans l’autre. Ainsi, et ce grâce à un tube implanté dans le font du

pot externe (Cf.Figure 4), nous pouvons récupérer l’eau traversant chaque mésocosme. Ces

lixiviats seront ensuite analysés dans le but de mesurer les pertes en nutriments (azote

organique et inorganique et phosphore inorganique).

Figure 3 : Disposition des mésocosme sous un abri

Figure 2 : Exemple d'un abri, avec en arrière-plan la Meije

Lixiviats

Trop plein évacué

Figure 3 : Deux représentations d'un mésocosme et du système de récupération des lixiviats


Les mésocosmes ont été plantés avec des mélanges en abondance variable de trois

graminées (poacées) ayant des traits fonctionnels différents : Fétuque paniculée (Festuca

paniculata) étant « conservative3 », le dactyle aggloméré (Dactylis

glomerata) « exploitative4 », et le brome dressé, (Bromus erectus) qui quant à lui, se situe

entre les deux stratégies. Ces stratégies de reproduction sont estimées par la SLA (Specific

Leaf Aera – Surface foliaire Spéficique) : la fétuque conservative aura tendance à avoir des

feuilles plus épaisses pour conserver ses nutriments dans ses tissus, alors que les dactyles

aux feuilles plus larges et plus fines vont renouveler plus régulièrement leurs feuilles.

Nous avons travaillé sur quatre compositions fonctionnelles différentes : F27, F18, D27 et

D18, contenant respectivement :

- 27 fétuques, 6 bromes, 3 dactyles

- 18 fétuques, 12 bromes, 6 dactyles

- 27 dactyles, 6 bromes, 3 fétuques

- 18 dactyles, 12 bromes, 6 fétuques

Chaque mésocosme va subir un traitement (ou non pour les pots contrôles) d’imitation de

pratiques agricoles (fauche, fertilisation lente (sous forme solide) au NPK avec une

concentration de 100 kgN.ha-1), ou d’imitation de réchauffement climatique (déneigement

précoce et sécheresse estivale). Les mésocosmes sont situés sous des abris, nous avons

donc juste à ne plus arroser les pots concerné pour engendrer une période de sécheresse.

Vous trouverez en annexe le tableau récapitulant les différentes combinaisons de

traitements appliquées aux différents mésocosmes, ainsi qu’un schéma représentant les

parcelles expérimentales. (Cf. Annexe C et D)

Le but de ce travail étant de comprendre quelle composition fonctionnelle sera le plus

susceptible de résister (au niveau de la résistance et de la résilience) aux changements

climatiques, et ainsi de pouvoir mettre en œuvre des modèles à l’attention des agriculteurs

de la région.

Le schéma ci-dessous représente l’organisation des différentes parcelles expérimentales

et mésocosmes suivant les différents traitements. Nous disposons donc de quatre

traitements différents, de quatre compositions fonctionnelles, de deux types de gestion, et de

quatre répliquas pour chaque combinaison, ce qui nous fait bien un total de 128 mésocosme.

3 Qui conserve son énergie et va faire des réserves. Sa reproduction est lente.

4 Qui exploite rapidement son énergie dans le but de se reproduire le plus rapidement possible.

Figure 4 : Représentation de l'organisation des parcelles expérimentales


2.2. Mes différentes missions

Au cours de l’été, j’ai donc pu participer aux différentes manipulations et analyses portant

sur nos parcelles expérimentales. Vous trouverez en annexe une frise chronologique

présentant le déroulement de l’été, ainsi que les différents travaux réalisés sur nos parcelles.

(Cf. Annexe B).

Les missions réalisées vont de l’arrosage des mésocosmes, aux échantillonnages de

prairies alpines, en passant par des travaux en laboratoire. J’ai en effet eu la chance de

participer et de suivre toutes les étapes du dispositif expérimental de Lionel pour cet été.

Nous avons dû faire deux campagnes de mesures de traits sur les graminées présentes

dans les mésocosmes, arroser toutes les semaines en fonction de l’évapotranspiration des

plantes, câbler et programmer des stations météo (HoboWear Pro) et un lecteur de données

(Campbell) pour mesurer la température et l’humidité relative du sol des mésocosmes. J’ai

également participé à plusieurs campagnes d’échantillonnage, que ce soit sur le terrain dans

les prairies Alpines à l’aide d’une tarière, ou dans nos mésocosmes. J’ai eu de plus la

chance de travailler au Laboratoire de Grenoble, et de préparer différents échantillons de sol

par différentes techniques : filtration, fumigation, etc.

Nous avons aussi reçu la visite de deux confrères allemands, faisant partie du projet

REGARDS. Lionel et moi les avons aidés dans leurs expériences de marquage de plantes

au CO2, pour ensuite révéler l’utilisation de ce CO2 par les plantes.

Enfin, ma principale mission et le but de mon stage fût de mesurer les échanges gazeux

entre les graminées de nos mésocosmes et l’atmosphère. Cette manipulation ainsi que les

résultats seront détaillés plus bas.

Mon stage s’inscrit donc bien dans le fonctionnement de la thèse de Lionel. Etant logé

sur place, j’avais également un rôle de suivi des parcelles, pour les jours ou Lionel n’était

pas présent au Col.

2.3. Mesures de NEE

Ma mission principale pour ce stage fût donc de mettre en œuvre et de réaliser une

mesure semi-continue (environ une campagne par semaine) des échanges gazeux sur les

mésocosmes durant un épisode de sécheresse estivale.

2.3.1. Principe

Je devais mesurer les flux au sein de nos mini-écosystèmes, pour ainsi connaitre le Net

Ecosystem Exchange (NEE), correspondant à la balance nette de carbone entre

l’écosystème et l’atmosphère. En effet, les variations de NEE sur une échelle courte (heures

ou jours) suite à une perturbation peuvent être comparées de façon analogue aux variations

de cette variable sur une échelle plus grande (années, décennies), au niveau de la structure

et de la composition d’une communauté végétale. Les mesures de NEE vont nous aider à

mieux comprendre le bilan carbone d’un écosystème, et donc son état physiologique.

Ces mesures de NEE permettront finalement d’étudier l’impact de la sécheresse et du

déneigement précoce sur la résistance et sur la résilience de nos graminées.


Le NEE

Le graphique suivant représente les différents termes concernant la balance carbone

d’un écosystème.

La GPP (Gross Primary Production - Production Primaire Brute) correspond à la

quantité totale de matière organique produite par unité de temps par un écosystème grâce à

la photosynthèse.

La NPP (Net Primary Production - Production Primaire Nette) se réfère à la

production nette de matière organique. Elle est assimilable à la GPP moins la respiration

autotrophe de l’écosystème en question. C’est donc le carbone (l’énergie) accumulé par

l’écosystème grâce à la photosynthèse, moins le carbone utilisé pour la respiration.

Ensuite, le NEE s’obtient en soustrayant la respiration hétérotrophe de l’écosystème

à la NPP. La respiration hétérotrophe correspond à la perte de carbone par les organismes

autres que les plantes, présents dans le sol. C’est donc la respiration des animaux, insectes,

bactéries et tous autres types de micro-organismes (animaux ou végétaux) présents dans et

sur le sol. En puisant de l’oxygène ces micro-organismes vont dégrader le substrat et

produire du CO2. (AUBINET, BUYSSE, 2011)

Les flux de carbone au sein d’un écosystème peuvent être résumés par le schéma

page suivante :

GPP

NPP

NEE

Respiration Autotrophe

Respiration Hétérotrophe

Photosynthèse

Figure 5 : Diagramme décrivant les échanges de carbones au sein d’un écosystème. GPP et NPP sont toujours positif, mais NEE peut-être positif ou négatif (CRC Geenhouse Accouting, 2001)


Dans notre cas, la NEE correspond au carbone puisé par les graminées de nos

mésocosmes moins la respiration (autotrophe et hétérotrophe) du mésocosmes en entier.

C’est pourquoi nous avons réalisées des mesures à la lumière pour la photosynthèse et des

mesures à l’obscurité pour la respiration.

La mesure de NEE peut se faire assez facilement grâce à la méthode des chambres,

qui sera détaillée plus loin.

Bref rappel sur la photosynthèse et les échanges gazeux :

Au cours de la photosynthèse, les chloroplastes contenus dans les parties vertes de la

plante vont transformer le CO2 et l’eau en sucre sous l’action de l’énergie lumineuse. Cela va

former également de l’O2 qui va être rejeté par la plante. Ces flux de gaz sont possibles

grâce aux stomates présents principalement sur la face inférieure des feuilles, et qui vont

réguler grâce à des mécanismes de turgescence les entrées et sorties de gaz de la plante.

(SIMON, 2009)

Les stomates sont constitués de deux cellules de garde opposées l’une à l’autre. Ces

cellules contiennent notamment des vacuoles, et vont avoir la possibilité d’échanger par

osmose (notion de potentiel hydrique) des ions et de l’eau avec les cellules aux alentours

(cellules épidermiques) Cf. Figure 7.

Biomasse

épigée

Biomasse

Hypogée

MO du sol

Litière

Photosynthèse Resp des parties

aériennes

Resp des

racines

Respiration autotrophe

Flux de CO2 du sol

Respiration

Hétérotrophe

Figure 6 : Graphique représentant les principaux termes décrivant les flux de carbone d'un écosystème (CRC Geenhouse Accouting, 2001)


Lorsque la concentration en ion potassium (K+) et donc le potentiel hydrique des cellules

épidermiques devient supérieur à celui des stomates, les ions K+ puis l’eau vont entrer par

osmose dans les cellules de garde. Ces dernières vont être en turgescence, l’ostiole va

s’ouvrir par déformation cellulaire, le stomate est ouvert. La plante va donc transpirer et

puiser du CO2. (RUBINSTEIN, PRAT, 2005)

En période de stress hydrique, de températures élevées ou de fort vent,

l’évapotranspiration potentielle de la plante devient supérieure à ses possibilités

d’alimentation en eau. Grâce à un signal chimique racinaire, la plante va fermer ses

stomates. Ceci constitue un moyen de défense contre la sécheresse et évite la perte d’eau

par transpiration. Cependant, cela va également limiter l’entrée de CO2 et donc la

photosynthèse, et va conduire à une diminution de la surface foliaire (sénescence). La plante

doit donc trouver le bon compromis en perte d’eau et assimilation de CO2. (INRA, 2000)

La nuit, les stomates sont fermés et il n’y a pas de photosynthèse. Seule la respiration

mitochondriale permet les échanges de gaz. Cette respiration se fait par diffusion tout au

long de la vie d’une plante (de jour comme de nuit, mais reste négligeable en journée

comparé à la photosynthèse).

Notion de bilan carbone

Le bilan carbone correspond à la balance total de carbone d’un écosystème ou d’une

plante, c’est-e-dire la différence entre la photosynthèse et la respiration. Un bilan négatif

signifie que la plante photosynthétise plus qu’elle ne respire, et donc qu’elle stocke du

carbone dans le sol (on parle de puit à carbone). Si la respiration est supérieure à la

photosynthèse, le mésocosme rejette du CO2 dans l’atmosphère (plante source).

Les praires et les forêts sont en règle générale des puits à carbone. Or, environ 90% du

carbone fixé par la photosynthèse est perdu par respiration, et beaucoup d’écosystème ont

un stockage pérenne de carbone proche de zéro. Cependant, les écosystèmes ayant des

saisons de végétation courtes (comme en milieu subalpins par exemple) ont tendance à

stocker plus de carbone atmosphérique que les autres milieux (93 t C/ha pour une prairie

alpine sur un horizon de 0 à 30cm, comparé à 70 t C/ha pour une prairie normale). (GAC et

al., 2010)

Cellule de garde

Ostiole

Cellule épidermique

Figure 7

Vacuole

Figure 7 : Représentation schématique d'un stomate en position ouverte (à droite) et fermé (à gauche)


2.3.2. Outils de mesures

Nous avons reçu notre à NEE en fin du mois de juin, et pu donc commencer les

mesures à cette période.

Nous avons réalisé les mesures sur 32 de nos 128 pots. Les mésocosmes choisis ont

subi quatre différents traitement :

- Control : pas de sécheresse, ni de déneigement précoce

- Snow Removal : Déneigement en Avril

- Climate Change (ou aussi appelé Drought) : Sécheresse estivale

- Snow Removal + Climate Change : combinaison de la sécheresse et du déneigement

précoce

Les pots choisis pour les mesures sont en vert dans le tableau de l’annexe. Cf.

Annexe D.

Une mesure dure une minute, et nous réalisons en général quatre mesures par pots :

deux à la lumière pour mesurer la photosynthèse, puis deux à l’ombre (sous une couverture

opaque) pour mesurer la respiration du sol et des plantes. Nous effectuons deux mesures

pour chaque condition dans le but de palier à d’éventuelles erreurs de manipulations.

Cependant, suite aux mauvaises conditions météorologiques de cet été, nous avons dû

parfois en effectuer qu’une seule.

Les mesures sont faites aléatoirement sur nos 32 mésocosmes, afin de limiter les

effets de l’heure (et donc de l’ensoleillement) de la mesure.

2.3.3. Mode opératoire

En premier lieu, il faut placer les sondes sur la chambre et les connecter au boitier

Vaisala, qui possède deux ports (un pour chaque sonde). Ensuite, il faut entrer différents

paramètres dans le boitier : la pression atmosphérique, l’humidité relative et la concentration

en O2 dans l’air (constante). Nous pouvons aussi vérifier les unités (CO2 doit être en ppm,

température en degré Celsius et humidité relative en ppm).

Pour les paramètres d’acquisition des données, la mesure doit se faire en une minute

(12 enregistrements, toutes les 5 secondes).

La chambre se compose d’une

grande « cloche » en plexiglass, de quatre

ventilateurs (pour homogénéiser les gaz à

l’intérieur) et d’une batterie pour les

alimenter, d’une sonde de mesure de CO2

(GMP343) et d’une sonde de mesure

d’humidité et de température (HMP75), d’un

boitier d’acquisition de données (de type

Vaisala MI70). La chambre dispose

également de quatre poignées pour faciliter

le transport, et de quatre cordelettes pour la

fixer sur les mésocosmes. Cf.Annexe E :

Plan de la chambre.

Figure 8 : La chambre équipée


Puis, il faut remplir la fiche terrain (Cf. Annexe E) avec les informations précisées

également en annexe.

Enfin, nous pouvons commencer les mesures, qui ne peuvent se faire que sous certaines

conditions préalables : grand soleil, entre 9h et 16-17h. Le plein soleil nous permet de

travailler dans des conditions identiques, quel que soit le moment de l’été. Les mesures

doivent se faire lorsque le soleil est assez haut dans le ciel, donc pas avant 9h. De plus, lors

d’une journée chaude, les stomates ont tendance à se fermer assez tôt dans l’après-midi

(voir plus loin), ce qui rendrait difficile l’obtention de résultats.

2.3.4. Protocole de mesures

Voici les différentes étapes pour les mesures de NEE, une fois les sondes installées sur

la chambre et le boitier programmé.

- Mettre les ventilateurs en marche (si végétation haute, seulement les trois

ventilateurs du haut).

- Poser la chambre sur le pot (avec bouchon ouvert : important sinon l’augmentation

de la pression sur la végétation modifierait les activités photosynthétiques).

- Attacher les cordes élastiques sur le rebord du pot, le plus rapidement possible

- Fermer le bouchon

- (Si DR ou SH1,2,3,4 - mettre le/les voiles sur la chambre avec le capteur de PAR

dessous)

- Lancer la mesure : bouton « Start » sur le boitier MI70

- Noter valeur moyenne de PFD pendant la minute de mesure

- Arrêt automatique de la mesure après 1min

- Enlever bouchon et attaches

- Soulever et aérer (pour dissiper éventuellement la buée), et attendre que la

concentration en CO2 de la chambre revienne à la concentration atmosphérique

(environ 400ppm)

- Nouvelle mesure

2.3.5. Traitement des données

Les données (concentration en CO2, humidité relative et température) sont stockées

dans le boitier.

Pour pouvoir les traiter il faut les télécharger sur un ordinateur disposant du logiciel

Vaisala. Une fois les données enregistrées nous pouvons les traiter grâce à une macro

Excel. Ce modèle Excel nous permet d’associer les différentes mesures faites par les

sondes aux différents mésocosmes. On y entre également la pression atmosphérique, le

PFD, le type de mesure, la hauteur moyenne et maximale des plantes de chaque

mésocosmes, ainsi que le volume chambre+mésocosme. Cela nous permet de calculer le

NEE pour chaque mesure, grâce à la formule suivante :

NEE=

dCO2dt

*T*P*10^3

Vm*(273,15+T)*P0*

V

A*10^6

Avec dCO2/dt la variation de CO2 durant la mesure (60 secondes) (en µmol.mol-1.s-1), T la

température à l’intérieur de la chambre (degré Celcuis), P la pression atmosphérique (kPa),


Vm constante représentant le volume molaire du CO2 (24 m3.mol-1), V le volume de la

chambre (m3), P0 la pression atmosphérique standard, et A l’air de la base de la chambre.

Notre tableur excel va calculer directement la valeur de NEE grâce aux concentrations en

CO2 et à la pression atmosphérique. Il va également nous permettre de visualiser les

courbes de concentration en CO2 ou humidité en fonction de temps pour chaque mesure et

d’y calculer le R². Le R² doit être le plus proche possible de 1.

Les deux graphiques ci-dessous sont tirés du tableur Excel et nous montrent les

concentrations en CO2 et en H2O en fonction du temps, pour une mesure faite à la lumière et

une à l’obscurité.

Puis une fois les tableaux Excel complétés, les données vont pouvoir être traitées sous le

logiciel R.

2.3.6. Résultats attendus

Pour les mesures faites à la lumière, la concentration de CO2 doit diminuer au cours du

temps. C’est la photosynthèse. Au contraire à l’obscurité, la concentration va

augmenter grâce à la respiration du sol et des plantes.

Hypothèses :

Dans notre étude, nous supposons que des flux de carbone des mésocosmes subissant

une sécheresse seront plus faibles que sur nos mésocosmes contrôles. Au pic de

sécheresse et à fort PFD, nous espérons observer l’arrêt de la photosynthèse suite à la

fermeture des stomates. En période de sécheresse l’activité microbienne des sols est

également moindre. (FLAHAUT, 2006). Les flux de nos mésocosmes à l’obscurité devraient

donc diminuer avec le manque d’eau.

De plus, d’après leurs caractéristiques fonctionnelles, la fétuque devrait être plus

résistante que le dactyle. Nous pouvons donc penser qu’elle sera moins sensible à cette

perturbation, et aura des flux plus importants que le dactyle en période de sécheresse.

Figure 9

R² = 0.9493

R² = 0.9973

17550

17600

17650

17700

17750

17800

17850

17900

17950

396.0

397.0

398.0

399.0

400.0

401.0

402.0

0 20 40 60

H2O

dC

(p

pm

)

CO

2 d

C (

pp

m)

dT (s)

Concentration en CO2 et H2O en fonction du temps - Mesure de DR (obscurité)

R² = 0.977

R² = 0.9961

19200

19400

19600

19800

20000

20200

20400

20600

20800

21000

21200

380.0

381.0

382.0

383.0

384.0

385.0

386.0

387.0

388.0

389.0

0 20 40 60

H2O

dC

(p

pm

)

CO

2 d

C (

pp

m)

dT (s)

Concentration en CO2 et H2O en fonction du temps Mesure de NEE (lumière)

Figure 9 : Evolution de la concentration en carbone et de l’humidité relative au sein de la chambre au cours d’une mesure. Deux types de mesures : lumière (gauche) et obscurité (droite).


Nous nous attendons également à pouvoir observer la résistance et la résilience de nos

plantes, suivant les différents traitements au cours du temps. Nous pourrions ainsi comparer

les effets de ces traitements sur nos deux compositions fonctionnelles, avant, pendant et

après sécheresse.

La période de résistance est bien assimilée à l’amplitude de la réponse de nos

mésocosmes suite à la perturbation (sécheresse), et la résilience aux temps nécessaire aux

plantes pour retrouver leur comportement de départ, après le retour aux conditions

normales.

Les indices de résilience et de résistance

Pour pouvoir comparer efficacement nos traitements, nous allons utiliser un indice de

résilience et de résistance déterminé par K.H. ORWIN et D.A. WARDLE comme étant le plus

pertinent. (ORWIN, WARDLE, 2004)

Le graphique ci-dessous présente les différents termes utilisés pour calculer ces indices.

La courbe C représente le « contrôle », et la P une perturbation. Le point t0 correspond à la

fin de la perturbation (dans notre cas le ré-arrosage de tous les mésocosmes), et tx un point

choisis, situé après t0. Pour t0, j’ai utilisé les valeurs de notre cinquième campagne de

mesures (la première suite à la fin de la sécheresse), et pour tx notre dernière campagne.

Figure 11 : Représentation schématique des différents termes utilisés pour calculer les indices de résistance et de résilience (ORWIN K.H., WARDLE D.A., 2004)

Figure 10 : Représentation imagée des résultats attendus

Ce graphique présente

une hypothèse (imagée)

des résultats attendu, et

explique bien la

différence entre

résistance et résilience.


L’indice de résistance (RS) se calcul grâce à la formule suivante :

RS(t0)=1-2|D0|

(C0+|D0|)

D0 correspond à la différence entre la valeur contrôle et la valeur subissant une

perturbation (D0 = C0 – P0). L’indice RS est compris entre -1 et 1. S’il est égal à 1, cela

signifie que la perturbation n’a pas d’effet sur les valeurs, et donc que la résistance est

maximale. Au contraire un RS faible montrera un important effet de la perturbation

(résistance faible).

Pour le calcul de l’indice de résilience (RL), la formule est la suivante :

RL(tx)=2|D0|

(|D0|+|Dx|)-1

Dx est égal à la différence entre Px et Cx. Comme pour la résistance, un indice de 1

correspond à une forte résilience, c’est-à-dire un retour total aux conditions de départ. Un

indice plus bas représente une faible résilience, la valeur mesurée n’a pas retrouvé ses

conditions de départ.

Grâce à ces indices nous serons capables de calculer les indices de résilience et

résistance de nos mésocosmes à la sécheresse, suivant un déneigement précoce ou non, et

inversement : la résistance et la résilience au déneigement précoce en période de

sécheresse ou non.

2.3.7. Résultats

Grâce à notre travail sur R et les 646 mesures effectuées cet été, nous avons pu réaliser

les graphiques suivant, représentant le bilan carbone (photosynthèse moins respiration) de

nos mésocosmes en fonction du temps, pour nos deux compositions fonctionnelles étudiées

(F27 et D27). Un bilan négatif signifie que la plante photosynthétise plus qu’elle ne respire, et

donc qu’elle stocke du carbone dans le sol (on parle de puit à carbone). Si la respiration est

supérieure à la photosynthèse, le mésocosme rejette du CO2 dans l’atmosphère (plante

source).

Les praires et les forêts sont en règle générale des puits à carbone. Or, environ 90% du

carbone fixé par la photosynthèse est perdu par respiration, et beaucoup d’écosystème ont

un stockage pérenne de carbone proche de zéro. Cependant, les écosystèmes ayant des

saisons de végétation courtes (comme en milieu subalpins par exemple) ont tendance à

stocker plus de carbone atmosphérique que les autres milieux (93 t C/ha pour une prairie

alpine sur un horizon de 0 à 30cm, comparé à 70 t C/ha pour une prairie normale). (GAC et

al., 2010)


Le graphique ci-dessus présente la moyenne du bilan carbone de chaque

combinaison de traitements pour les mésocosmes au cours de l’été. La période de

sécheresse y est représentée en mauve. Les différents points correspondent aux

campagnes réalisées, où les moyennes de nos valeurs ont été réalisées pour chaque

traitement (photosynthèse moins respiration). Les barres d’erreurs correspondent à l’erreur

standard (standard error).

Pour la composition fonctionnelle F27, on remarque à première vue que tous les

traitements semblent suivre le même schéma : le bilan tend à être positif au moment de la

sécheresse, et négatif avant et après. Pour le contrôle, ceci peut s’expliquer par le fait que

cette période de l’année représente naturellement une période de stress hydrique. Les flux

pour les plantes déneigées précocement semblent cependant moins impactés par ce

phénomène, et gardent un bilan négatif. En ce qui concerne les pots ayant subi une

sécheresse, il semblerait que nous nous retrouvions dans le même schéma : les pots

déneigés sont moins sensibles à la sécheresse, et semble réagir de manière similaire aux

pots contrôles. Ils continuent de puiser du carbone dans leur environnement.

Concernant les dactyles, les flux sont également réduis pendant la sécheresse, mais

à l’inverse de la fétuque, le déneigement semble avoir un impact négatif sur la sécheresse.

La combinaison de ces deux perturbations entraine en effet un bilan carbone positif. De plus,

après re-arrosage de nos mésocosmes ayant subi une sécheresse, le bilan carbone stagne

autour de zéro. La résilience semble donc être minimale pour les dactyles subissant une

sécheresse.

Cependant, grâce au test de post-hoc, nous pouvons mettre en évidence le fait que

toutes ces différences ne sont pas significatives. Notre distribution est non normale (p<0.05),

nous pouvons donc réaliser un Kruskal-Wallis et un test post-hoc de Mann-Whitney (sans

correction de Bonferroni). Nous ne pouvons pas prouver significativement de différences

entre chaque combinaisons de traitements.

Un test de post-hoc réalisé seulement sur un paramètre à la fois (Cf.Tableau 2), nous

permet de conclure que la composition fonctionnelle ainsi que la sécheresse estivale ont

Figure 12 : Evolution du NEE (balance carbone totale) de nos mésocosmes durant l'été, suivant les traitements et les compositions fonctionnelles. Barres d’erreur : erreur standard. P.value < 0,05


bien une influence sur le bilan carbone. Dans le cas présent, l’effet significatif du

déneigement précoce seul reste encore à prouver.

Tableau 2: Résultats du test post-hoc de Mann-Whitney pour la composition fonctionnelle, la sécheresse et le déneigement précoce, sur les valeurs du bilan carbone

Nous allons maintenant analyser plus précisément nos données pour mettre en évidence

les différences au niveau du bilan carbone.

Le graphique ci-dessus présente l’évolution de flux de carbone au cours de l’été. On

y trouve les valeurs de carbone de nos mésocosmes suivant nos quatre traitements, et nos

deux compositions fonctionnelles. On peut y comparer les mesures faites à la lumière et

celle faites à l’obscurité.

Graphiquement, nous pouvons tirer quelques informations. Premièrement, au niveau

des mesures réalisées à l’obscurité (DR), les deux compositions fonctionnelles semblent

réagir de manières un peu près similaires. La courbe des « contrôles » reste stable et

connait un léger pic aux alentours du 20 juillet, les pots déneigés précocement semblent

respirer moins que les contrôles, et la respiration des sécheresses (déneigé ou non) est plus

faible que ceux n’ayant pas subi de perturbations (d’environ 3-4 ppm). On remarque aussi

que les flux de CO2 pour les « Sécheresse » diminuent suite à l’arrêt de l’arrosage, et

D27 CC NSR

F27 0,02425 NCC 0.02132 SR 0.9443

Figure 13 : Evolution des échanges de carbones au sein de nos mésocosmes au cours de l’été suivant les traitements et les compositions fonctionnelles, à l'obscurité et au soleil. Les barres d’erreurs correspondent à l’erreur standard (standard error). P.value < 0,05


reprennent après le re-arrosage (résilience). On note cependant une différence entre F27 et

D27 au niveau du déneigement précoce. Pour les fétuques, les pots ayant été déneigés

respirent moins que ceux étant restés sous la neige, et inversement pour les dactyles. En

période de sécheresse, le déneigement précoce semble donc être bénéfique aux dactyles et

leur a permis d’être mieux préparés à la sécheresse.

Concernant les mesures réalisées au soleil, on remarque une importante différence

au pic de sècheresse entre les mésocosmes ayant subi une sécheresse (flux inférieur à -10

ppm) et les autres (environ 15 ppm). Chez les dactyles en sécheresse en particulier, il

semblerait que les plantes aient quasiment stoppé toute photosynthèse et toute respiration

au moment le plus critique.

Comparons maintenant ce graphique avec le précèdent. Pour la composition

fonctionnelle F27, où le bilan carbone le plus élevé correspondait aux « sécheresse », dans

ce second graphique on peut bien observer qu’entre le 20 et le 26 juillet, la respiration pour

ces pots est supérieure à la photosynthèse. Cependant, la plus importante réduction de flux

des fétuques s’observe pour les pots « déneigement+sécheresse », et non pour la

sécheresse. Cette réduction est homogène entre respiration et photosynthèse (ce qui

explique le bilan carbone proche de zéro).

Nous pouvons également remarquer que les pots déneigés précocement (sans

sécheresse) ont une photosynthèse bien supérieure à la respiration. Ils agissent bien comme

des puits à carbone.

Concernant les dactyles, la différence la plus important entre photosynthèse et

respiration s’observe au 21 juillet. La photosynthèse des pots déneigé est particulièrement

faible et inférieure à leur respiration (qui elle est supérieur aux pots non-déneigé subissant

une sécheresse). Donc même si la valeur de flux à l’obscurité des pots en sécheresse est

inférieure aux « sécheresse+déneigement », l’écart entre respiration et photosynthèse est

supérieur pour ces derniers.

Calculs des indices de résistance et de résilience

Grâce au logiciel R, nous obtenons les moyennes des valeurs de flux de carbone pour

chaque type de mesures (lumière et obscurité), pour chaque composition fonctionnelle (F27

et D27) et pour nos quatre traitements : contrôle, sècheresse, déneigement précoce et la

combinaison de ces deux derniers. Ainsi nous pourrons calculer et représenter

graphiquement la résistance à la sécheresse au moment le plus stressant (pic de

sécheresse), la résilience à la sécheresse suite au ré-arrosage, ainsi que la résilience au

déneigement précoce tout au long de l’été.


La résilience au déneigement précoce

Le graphique ci-dessus présente les indices de résilience au déneigement précoce

suivant l’application du traitement sécheresse ou non, la composition fonctionnelle et le type

de mesures. Au niveau du bilan carbone, on remarque bien la présence de deux groupes

distincts : celui des D27 avec au départ un assez bon indice de résilience, mais qui va

rapidement chuter lors de la sécheresse, comparé à celui des fétuques proche de -1 et

stable au cours de l’été. Nous pouvons donc penser que le déneigement aurait assez peu de

d’impact sur le bilan carbone des fétuques.

En nous intéressant au deux graphiques suivant, nous pouvons confirmer cette

hypothèse. A l’obscurité, l’indice de résilience des fétuques chute brutalement, alors qu’il a

tendance à augmenter au soleil.

Concernant les dactyles, l’indice de résilience pour le bilan carbone diminue au cours

de la sécheresse. Contrairement aux fétuques, la résilience des dactyles a tendance à

stagner à l’obscurité mais à diminuer au soleil, engendrant donc une diminution au niveau du

bilan carbone.

La résistance à la sécheresse

Pour calculer ensuite l’indice de résistance à la sécheresse, nous utilisons les valeurs

de la campagne 5 correspondant au pic de sécheresse. Grâce aux formules citées plus haut,

nous sommes en mesure de calculer cet indice, présenté dans le tableau et l’histogramme

suivant. Cela va nous permettre de mettre en évidence la résistance de nos plantes à la

sécheresse suivant le déneigement précoce ou non.

Figure 14 : Evolution de l'indice de résilience au déneigement précoce au cours de l'été suivant plusieurs paramètres : ensoleillement, composition fonctionnelle, sécheresse


Tableau 3 : Valeurs des indices de résistances pour chaque traitement

RS Sécheresse Déneigement précoce +

Sécheresse

F27 DR 0.249391727 0.142380423

NEE 0.109170306 0.12542604

D27 DR 0.07845687 0.162073797

NEE 0.057299843 0.110927835

On observe tout d’abord une différence notable entre F27 et D27 au niveau du

traitement de sécheresse seule. Les dactyles semblent plus affectés par ce changement

climatique, (avec un indice de 0,05 pour les NEE et de 0,08 pour les DR), que les fétuques

(respectivement 0,24 et 0,10).

On peut également noter que les fétuques ayant subis un déneigement et la

sécheresse ont un indice plus faible ou similaire que ceux ayant juste subi une sécheresse.

Contrairement aux dactyles, ou l’indice est plus élevé pour les mésocosmes présentant la

combinaison des deux traitements. Cela nous amène à penser que le déneigement précoce

aurait un effet assez bénéfique à la résistance à la sécheresse pour la composition

fonctionnel D27, mais non sur la F27.

De plus, même si les fétuques semblent, de manière générale, plus résistante à la

sécheresse, elles réagissent de manière similaire aux dactyles lorsque cette sécheresse est

accompagnée d’un déneigement précoce.

Enfin, au niveau des différences entre obscurité et soleil, nous confirmons nos

résultats précédents. Pour les F27, la résistance « déneigement+sécheresse » est la même

quelques soit l’ensoleillement, alors que pour les D27 pour le même traitement : la résistance

à la sécheresse est plus faible pour les mesures faites à la lumière qu’a l’obscurité.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

DR NEE DR NEE

F27 D27

Indice de Résitance à la sécheresse suivant le déneigement précoce ou non

Sécheresse

Déneigement précoce +Sécheresse

Figure 15 : Comparaison des indices de résistance à la sécheresse. Barre d’erreur : erreur standard


La résilience à la sécheresse

Nous avons pu observer une faible résistance de la part de nos plantes suite à la

sécheresse. Nous souhaitons maintenant observer leur résilience en créant une dynamique

des indices de résiliences suite à la fin de la sécheresse. Pour se faire, nous utilisons la

campagne 5 comme référence, et les campagnes 6 et 7 comme comparaison.

Le tableau ci-dessous nous présente les résultats de ces calculs, accompagné d’un

histogramme.

Tableau 4 : Valeurs des indices de résilience pour chaque traitement de la campagne 7

RL Déneigement précoce +

Sécheresse Sécheresse

F27 DR 0.5211043 0.7873764

NEE 0.2001889 0.5068022

D27 DR 0.6509269 0.6917132

NEE 0.3127331 0.3238004

Figure 16 : Indice de résilience à la sécheresse. Barre d’erreur : erreur standard

Tout d’abord, nous pouvons noter que, de manière générale, la résilience semble

plus élevée pour la campagne 7 que pour la 6. De plus pour la campagne 6, la résilience en

DR est inférieure à celle en NEE, mais inversement pour la campagne 7. Suite à un épisode

de sécheresse, la respiration serait donc remise en place plus rapidement que la

photosynthèse.

Attardons nous sur la campagne n°7. Nous pouvons tout d’abord noter une

importante différence de l’indice au niveau du traitement « sècheresse » entre nos deux

compositions fonctionnelles. En effet, pour les F27, l’indice de résilience est de 0,79 pour les

mesures faites à l’obscurité (DR) et de 0,51 pour celle effectué à la lumière (NEE). Cela

témoigne d’un assez bon retour aux conditions initiales. Cette résilience est plus faible pour

les D27 : 0,69 pour les DR et 0,32 pour les NEE.

-0.10

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

DR NEE DR NEE DR NEE DR NEE

F27 D27 F27 D27

C6 C7

Evolution de l'indice de résilience à la sécheresse au cours de l'été

Sécheresse

Sécheresse +Déneigement précoce


Toujours pour la campagne 7, nous observons de nouveau une différence entre D27 et

F27 en comparant la sécheresse avec la combinaison des deux traitements. Pour les

fétuques, les mésocosmes ayant subi juste une sécheresse ont une meilleure résilience que

ceux ayant subi en plus un déneigement précoce. Pour les dactyles, cette différence n’est

pas aussi importante : 0,69 contre 0,65 à l’obscurité et 0,32 contre 0,31 au soleil. 3 semaines

après le re-arrosage, la résilience est donc la même pour les dactyles, qu’ils aient été

déneigés ou non.

Conclusion

Grâce à ces différentes approches graphiques et aux statistiques menés sur nos

résultats nous pouvons tirer plusieurs conclusions.

Premièrement, quelle que soit la composition fonctionnelle de nos mésocosmes ainsi que

le type de mesures réalisées, nos plantes ayant subi une sécheresse estivale ont toutes été

affectées, connaissant une diminution de leurs flux. Cette baisse de photosynthèse entraine

une baisse de la production primaire brute de la plante, et donc une baisse en biomasse.

Ceci engendre une diminution des rendements des prairies agricoles subalpines.

On peut ensuite noter que la fétuque semble moins impactée par la sécheresse que le

dactyle, la preuve en est de son plus grand indice de résistance.

D’après le bilan carbone, la combinaison du traitement « sécheresse estivale » et du

traitement « déneigement précoce » impacterait plus les dactyles que les fétuques, bien que

ces dernières auraient une réduction plus importantes de leur flux, mais une réduction

homogène entre respiration et photosynthèse.

En cas de sécheresse seule, comparé au dactyle, la fétuque a une bonne résilience,

mais possède un bilan carbone positif. Si cet épisode de sécheresse est accompagné d’un

déneigement précoce, alors le dactyle est le plus résilient, et rejette plus de CO2. Nous

pouvons donc faire un lien entre bilan carbone et résistance/résilience. Il semblerait que plus

une plante soit résiliente et résistante à une perturbation, plus son bilan carbone risque

d’être positif. La respiration jouerait donc un rôle important dans la résistance et dans la

résilience à la sécheresse et au déneigement précoce des écosystèmes.

Pour l’ensemble des paramètres, la fétuque semble avoir une meilleure résistance et

résilience au soleil, et le dactyle à l’obscurité.

Pour conclure, les D27 connaissent la même résilience avec ou sans déneigement, quel

que soit l’intensité de la perturbation (puisque la résistance « sécheresse-déneigement » est

plus faible que « sécheresse »). On peut donc dire que la résistance et la résilience sont

deux mécanismes découplés dans le cas d’un milieu de dactyle.

Au contraire pour les F27, plus le stress est important plus la résilience sera faible. Les

deux mécanismes sont donc couplés pour les milieux à fétuques.

Nous pouvons donc mettre en place différents scénarios : suivant l’importance future des

changements climatiques, et suivant la proportion d’épisodes de sécheresse estivale. En

effet, d’après le rapport du GIEC, les températures globales devraient augmenter de un à

deux degré d’ici 2050, et de quatre d’ici 2100. Cela aurait pour conséquence direct une

diminution importante de l’enneigement en hiver (par exemple d’après l’OCDE, pour un


réchauffement de 2°C, le nombre de stations de ski bénéficiant d’un enneigement suffisant

serait de 96, contre 143 aujourd’hui). A cela s’ajoutera une hausse des épisodes caniculaires

estivaux, estimés à une année sur deux à la fin de ce siècle. (OECD, 2014)

Tableau 5 : Application de l'étude à différents scénarios

Scénarios Hypothèses

Réchauffement climatique global,

diminution de l’enneigement

hivernal

Peu de changements dans la photosynthèse et

dans la respiration, pas de différence notable entre

les deux compositions fonctionnelles.

Pas de réchauffement global (bon

enneigement hivernal), mais

d’importantes sécheresses

estivales

Faible production au moment de la sécheresse,

mais retour rapide aux conditions normales.

Le dactyle semble plus adapté au niveau bilan

carbone.

Réchauffement global +

sécheresse estivale

Faible production pendant l’été, et retour lent aux

conditions de départ pour les fétuques.

Le fétuque (bien que moins résistante à la

combinaison des deux traitements) garde un bilan

carbone négatif et serait donc plus adapté.

Le dactyle serait susceptible de rejeter plus du

carbone dans l’atmosphère.

Cependant, des études plus poussées sur nos données (ou sur de nouvelles) semblent

nécessaire pour confirmer ces hypothèses. Mais nous pouvons d’ores et déjà être certains

que le réchauffement climatique a tendance à inverser cette faculté qu’on les plantes à

puiser le carbone atmosphérique et à le stocker dans le sol.

De plus, nous pouvons aujourd’hui craindre un emballement de ce phénomène : moins

les écosystèmes puiserons de carbone, plus la quantité de CO2 atmosphérique sera haute,

plus les températures moyennes seront élevé, et donc moins les écosystèmes stockeront de

carbone.


3. Bilan de l’expérience

3.1. Bilan de l’activité professionnelle

Ce stage fût vraiment passionnant pour moi. J’ai aimé participer à ce projet de recherche,

et pouvoir en voir les différents aspects. Ce fut très intéressant de suivre et de comprendre le

fonctionnement d’une étude scientifique et d’un laboratoire en général.

Tout au long de l’été, j’ai eu la chance de participer à toutes les manipulations faites sur

les parcelles, et ainsi d’être bien intégré au projet.

Le tableau page suivante résume les points positifs ainsi que les axes d’améliorations de

mon stage. J’ai fortement apprécié le cadre et l’ambiance de travail, ainsi que le fait d’être

très bien encadrée (que ce soit par Lionel, JC Clément mon maitre de stage, ainsi que par

tout le personnel de la SAJF). J’ai toujours eu des réponses à mes questions et de l’aide

quand nécessaire. Nous avons souvent travaillé à deux, mais j’ai pu également être

autonome et prendre des initiatives. J’ai beaucoup apprécié cette liberté, tout en étant bien

encadrée. Ensuite, le fait de travailler sur un projet si intéressant, avec des missions variées

et des résultats visibles est aussi un point positif. J’ai pu me sentir utile et m’investir dans

mon travail, ce qui fût très épanouissant.

Pour ce qui est des points négatifs, les principaux problèmes que nous avons

rencontrés cet été reposent sur des contraintes météorologiques. Cet été a en effet (comme

partout en France) été particulièrement maussade. La majeure partie de notre travail

s’effectuant en extérieur, nous avons souvent été bloqués par les mauvaises conditions :

orages, pluie, neige. De plus, les mesures de NEE ne pouvant se faire qu’en plein soleil,

certaines semaines, nous n’avons pas pu effectuer nos mesures faute de beau temps.

Enfin, à cause d’importantes rafales de vents lors d’un orage, deux de nos abris se

sont envolés, transportant les toits (retenus par des parpaings) à une dizaine de mètres. L’un

des deux n’étant pas trop abimé, il a pu être réutilisé, mais nous avons dû en reconstruire un

neuf pour le second. Cependant, même si nous ne pouvons pas encore contrôler la météo,

le fait d’habiter près de nos parcelles fût un avantage non négligeable lorsque le mauvais

temps (grêle, neige, etc) apparaissait. Nous avions aussi la chance de travailler sous des

abris, et donc de pouvoir continuer nos travaux même en cas de pluie.

Le second axe d’amélioration, bien que la météo n’en soit pas vraiment un, concerne

les contraintes physiques. Les abris de nos parcelles mesurent environ 1m30 de hauteur, ce

qui rend le travail assez contraignant, principalement lors des mesures de NEE. En effet, la

chambre est assez lourde et encombrante, et la déplacer sous les abris ne fût pas toujours

chose aisée. Les mesures de NEE sont également assez longues à faire, et il y a beaucoup

de temps d’attente entre chaque mesure, et au moment de la mesure (une minute). Mais

dans ce cas aussi, il serait difficile d’améliorer le protocole et le meilleur moyen est de

prendre patience, ou encore d’apporter un bon livre !


Tableau 6 : Tableau représentant les points positifs et axes d'amélioration de ma mission

Points positifs Axes d’améliorations

Etude intéressante

Travail sur le terrain alpin

Travail en laboratoire à Grenoble

Découverte du monde de la recherche

Résultats visibles et cohérants

Logement au Col du Lautaret

Travail bien encadré, mais autonomie et

prise d’initiative

Ambiance et cadre de travail très agréable

Mission variées

Apprentissage dans de nombreux

domaines

Découverte du logiciel R

Mesure de NEE assez longues

Problèmes météorologiques

Travail assez dur sous les abris (il faut

toujours se courber)

3.2. Bilan personnel

Ce stage m’a permis de mobiliser certaines compétences apprises à l’école. Mes cours

d’Ecologie, Biodiversité, physiologie végétale, pédologie, botanique, ou encore

environnement et territoires m’ont été utiles cet été pour bien comprendre l’objectif et les

résultats du projet. Les statistiques sont également une matière très importante dans

l’analyse des résultats dans le domaine de la recherche, et mes cours m’ont permis d’être

plus à l’aise dans le traitement de nos données. Enfin, pour l’utilisation du logiciel de

statistique R, les cours de programmation de première et deuxième années m’ont permis de

comprendre plus rapidement le principe du logiciel. Même si nous n’avions appris que le

langage C et le SQL, j’ai pu retrouver certaines similitudes dans la manière de coder.

Cet été fût riche en apprentissage, dans de nombreux domaines.

Tout d’abord, grâce aux travaux exercés sur nos parcelles, j’ai pu en apprendre plus sur

la physiologie et la biologie végétales. J’ai également pu apprendre de nombreuses

techniques d’analyses, de mesures ou de comptages sur le terrain (que ce soit sur nos

parcelles expérimentales, ou en prairies alpines) : comment bien mesurer les traits

fonctionnels d’une plantes ? Comment mener à bien son dispositif expérimental ? Ou

encore, comment mesurer les flux au sein d’un mésocosme ?

J’ai donc pu développer de nombreuses compétences intellectuelles mais aussi

manuelles. Nous avons construit différents abris pour la pompe d’arrosage, pour la chambre

(pour éviter de la transporter à chaque fois), et pour le lecteur de données Campbell. J’ai

également pratiqué un peu d’électricité avec le câblage des stations météo et du lecteur de

données. J’ai donc appris de nombreuses notions en bricolage.

J’ai eu la chance de passer deux jours au Laboratoire d’Ecologie Alpine de Grenoble,

pour analyser des échantillons de sols de nos mésocosmes. J’ai donc pu voir le


fonctionnement du laboratoire, et expérimenter différentes techniques d’analyse : extraction

par filtration, incubation, et fumigation, afin de connaitre la biomasse microbienne ou en

encore le taux d’azote de nos sol. J’ai toujours apprécié travailler en laboratoire, et en

découvrir un de façon professionnelle et non scolaire fût très intéressant.

Etant au contact de nombreux chercheurs, botanistes, scientifiques de tous genres, j’ai

pu acquérir différentes compétences scientifiques et notamment en botanique, grâce à la

proximité du Jardin Alpin. J’ai pu ainsi compléter mon herbier effectué en première année

avec de nombreuses plantes alpines. De plus, au cours de l’été nous avons pu assister à

différentes conférences données notamment par Serge Aubert (le directeur du jardin),

souvent sur des thématiques de botanique.

Une des grandes découvertes de ce stage fût également l’utilisation du logiciel de

statistique R. Pour traiter nos nombreuses données, un tableur Excel n’est pas suffisant.

Lionel m’a donc initié à l’utilisation de R, notamment pour traiter les mesures de NEE.

D’accès assez complexe, je pense maintenant avoir compris les bases du logiciel, et être

capable de coder quelques scripts. R étant un logiciel très répandu dans le domaine de la

recherche, je suis très contente d’avoir pu le découvrir le plus tôt possible.

Enfin, ce stage m’a permis de me poser d’importantes questions sur mon avenir

étudiant et professionnel.

J’ai toujours pris en compte la possibilité de faire une formation à double diplôme en

cinquième année. Connaissant maintenant mieux les masters de l’Université de Grenoble,

les enseignants ainsi que nombreux étudiants, mes choix s’affinent et l’envie de me

spécialiser en écologie alpine, déjà forte avant ce stage, s’est accrue.

De plus, ce stage m’a ouvert les portes du monde de la recherche et permis de

découvrir les avantages et les inconvénients du métier de chercheur. En effet, avant cet été,

la recherche m’attirait déjà mais cela restait un milieu inconnu pour moi. Aujourd’hui, je sens

que le métier de chercheurs pourrait être passionnant et me permettrait d’avoir un métier

passion. Cependant, je comprends aussi toutes les difficultés pour y parvenir et tous les

inconvénients que cela peut engendrer. Je suis donc heureuse d’avoir pu effectuer ce stage,

qui va m’aider à discerner mon avenir professionnel.


Conclusion

Travailler avec le Laboratoire d’Ecologie Alpine tout au long de l’été m’a donné

l’opportunité d’en apprendre plus sur l’écologie alpine, domaine qui m’a toujours fortement

intéressé, ainsi que sur le monde de la recherche. Le dynamisme et le rayonnement

international du LECA m’ont permis de travailler avec de nombreux chercheurs d’Europe et

du mond e entier.

Grâce au dispositif expérimental de Lionel situé au col du Lautaret et aux mesures de

flux effectués sur nos mésocosmes, nous avons pu analyser les différents traitements et

prouver l’impact du changement climatique sur les prairies subalpines. En effet, en période

de sécheresse la photosynthèse et la respiration des plantes se trouvent fortement

diminuées, induisant une baisse de la production primaire et donc une diminution des

rendements agricoles. Ces perturbations ont également pour effet d’inverser l’aptitude des

écosystèmes subalpins à puiser et stocker du carbone, et ainsi d’encourager la hausse de la

concentration atmosphérique en CO2. Notre étude nous aura également permis de mettre en

évidence les différences de mécanismes entre fétuques, (résistance et résilience découplés),

et dactyles (résistance et résilience couplé). Enfin, nous avons pu monter différents

scénarios et supposer les effets que cela induirait.

Dans ce cadre exceptionnel qu’est la Station Alpine Joseph Fourrier, j’ai donc pu

améliorer mes connaissances scientifiques dans de nombreux domaines (écologie,

botanique, statistiques), et apprendre plusieurs techniques d’analyses ou de mesures de

terrain.

Ce stage fût une très bonne formation professionnelle au milieu de la recherche, et

m’aura permis de prendre part à un projet européen passionnant, alliant différents domaines

dans lesquels je souhaiterais évoluer plus tard : l’écologie, l’étude des milieux alpins et du

réchauffement climatiques.


Liste des références bibliographiques AERES, 2010. Rapport de l’AERES sur l’unité : Laboratoire l’Ecologie Alpine (LECA). 18p.

AERES, 2014. Vague A : Campagne d’évaluation 2014 – 2015, Unité de recherche : Dossier d’Evaluation. 61p.

AUBINET M., BUYSSE P., 2011. La respiration hétérotrophe dans les sols agricoles : description des facteurs importants et comparaison de modèles semi-mécanistes existants. In : Base, Biotechnologie, Agronomie, Société et Environnement. Date de consultation : 25/08/2014. Disponible sur : < http://popups.ulg.ac.be/1780-4507/index.php?id=6552>

CRC Geenhouse Accouting, 2001. Net Ecosystem Exchange. Australie (Camberra) : Dr Miko U.F. Kirschbaum and Rowena Mueller (CRC for Greenhouse Accounting). 136 p. ISBN 0957959702.

FLAHAUT C., 2006. Etude des facteurs de variation de la respiration du sol en milieu alpin : mesures in situ, en conditions contrôlées et modélisation. Mémoire de fin d’étude : AgroCampus Renne. 58p.

GAC A., DOLLE J.B., LE GALL A., KLUMPP K., 2010. Le stockage de carbone par les prairies, Une voie d’atténuation de l’impact l’élevage herbivore sur l’effet de serre. ISBN : 978-2-84148-994-7.

INRA, 2000. La résistance des plantes à la sécheresse. In : Institut National de Recherche Agronomique. Date de consultation : 21/09/2014. Disponible sur : <http://www7.inra.fr/internet/Directions/DIC/ACTUALITES/Aquaexpo/PDF/secher2.pdf>

OCDE, 2014. Des politiques meilleures pour une vie meilleure [en ligne]. Date de consultation 23/09/2014. Disponible sur : <http://www.oecd.org/fr/>

OSUG, 2014. Laboratoire d’Ecologie Alpine [en ligne]. Date de consultation : 22/08/2014. Disponible sur : < http://www.leca.ujf-grenoble.fr/?lang=fr>

ORWIN K.H., WARDLE D.A., 2004. New indices for quantifying the resistance and resilience of soil biota to exogenous disturbances. Soil Biology & Biochemistry. 6p.

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SIMON M., 2009. L’eau, de l’absorption à la transpiration. In : Cours-Pharmacie.com [en

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Annexe A : Organigramme du LECA


Annexe B : Frise chronologique de l’été 2014

T1

, T

2 T

3 e

t T

fin

al : m

esu

re d

e tra

its v

égé

tau

x


Annexe C : Disposition des parcelles expérimentales et des

différents traitements

40


Annexe D : Tableau de nomenclature des 128 mésocosmes

Mesocosm Zone1 Zone2 SnowRemoval ClimateChange Functional

Composition Management

1 A A1 NSR NCC F27 NMF

2 A A1 NSR NCC D27 MF

3 A A1 NSR NCC D18 NMF

4 A A1 NSR NCC F27 MF

5 A A1 NSR NCC F18 MF

6 A A1 NSR NCC D18 MF

7 A A1 NSR NCC F18 NMF

8 A A1 NSR NCC D27 NMF

9 A A2 NSR CC F27 MF

10 A A2 NSR CC F18 NMF

11 A A2 NSR CC D27 MF

12 A A2 NSR CC D18 MF

13 A A2 NSR CC F27 NMF

14 A A2 NSR CC F18 MF

15 A A2 NSR CC D27 NMF

16 A A2 NSR CC D18 NMF

17 B B1 NSR CC F18 MF

18 B B1 NSR CC D18 MF

19 B B1 NSR CC F27 NMF

20 B B1 NSR CC D27 NMF

21 B B1 NSR CC F18 NMF

22 B B1 NSR CC F27 MF

23 B B1 NSR CC D18 NMF

24 B B1 NSR CC D27 MF

25 B B2 NSR NCC D27 NMF

26 B B2 NSR NCC F27 MF

27 B B2 NSR NCC F18 NMF

28 B B2 NSR NCC F18 MF

29 B B2 NSR NCC D18 NMF

30 B B2 NSR NCC D27 MF

31 B B2 NSR NCC F27 NMF

32 B B2 NSR NCC D18 MF

33 C C1 NSR NCC D18 NMF

34 C C1 NSR NCC F27 MF

35 C C1 NSR NCC F18 MF

36 C C1 NSR NCC D27 MF

37 C C1 NSR NCC D27 NMF

38 C C1 NSR NCC F18 NMF

39 C C1 NSR NCC D18 MF

40 C C1 NSR NCC F27 NMF

41 C C2 NSR CC F27 NMF

42 C C2 NSR CC D27 MF


43 C C2 NSR CC D18 NMF

44 C C2 NSR CC F18 NMF

45 C C2 NSR CC D18 MF

46 C C2 NSR CC D27 NMF

47 C C2 NSR CC F27 MF

48 C C2 NSR CC F18 MF

49 D D1 SR CC D18 MF

50 D D1 SR CC D27 NMF

51 D D1 SR CC F27 NMF

52 D D1 SR CC F18 MF

53 D D1 SR CC D18 NMF

54 D D1 SR CC D27 MF

55 D D1 SR CC F27 MF

56 D D1 SR CC F18 NMF

57 D D2 SR NCC D27 NMF

58 D D2 SR NCC D18 NMF

59 D D2 SR NCC F18 MF

60 D D2 SR NCC F27 NMF

61 D D2 SR NCC F18 NMF

62 D D2 SR NCC D18 MF

63 D D2 SR NCC D27 MF

64 D D2 SR NCC F27 MF

65 E E1 SR NCC D18 NMF

66 E E1 SR NCC F18 NMF

67 E E1 SR NCC D27 NMF

68 E E1 SR NCC F27 MF

69 E E1 SR NCC D27 MF

70 E E1 SR NCC F27 NMF

71 E E1 SR NCC F18 MF

72 E E1 SR NCC D18 MF

73 E E2 SR CC F18 NMF

74 E E2 SR CC F27 NMF

75 E E2 SR CC D18 MF

76 E E2 SR CC F18 MF

77 E E2 SR CC D27 MF

78 E E2 SR CC F27 MF

79 E E2 SR CC D18 NMF

80 E E2 SR CC D27 NMF

81 F F1 NSR CC D27 NMF

82 F F1 NSR CC D18 NMF

83 F F1 NSR CC F27 MF

84 F F1 NSR CC F27 NMF

85 F F1 NSR CC D18 MF

86 F F1 NSR CC F18 MF

87 F F1 NSR CC D27 MF


88 F F1 NSR CC F18 NMF

89 F F2 NSR NCC D18 MF

90 F F2 NSR NCC F18 NMF

91 F F2 NSR NCC D27 NMF

92 F F2 NSR NCC D27 MF

93 F F2 NSR NCC F27 MF

94 F F2 NSR NCC D18 NMF

95 F F2 NSR NCC F18 MF

96 F F2 NSR NCC F27 NMF

97 G G1 SR NCC F27 MF

98 G G1 SR NCC D27 MF

99 G G1 SR NCC F18 NMF

100 G G1 SR NCC D18 MF

101 G G1 SR NCC F18 MF

102 G G1 SR NCC D27 NMF

103 G G1 SR NCC F27 NMF

104 G G1 SR NCC D18 NMF

105 G G2 SR CC F18 MF

106 G G2 SR CC F27 MF

107 G G2 SR CC D18 NMF

108 G G2 SR CC D27 NMF

109 G G2 SR CC F27 NMF

110 G G2 SR CC F18 NMF

111 G G2 SR CC D18 MF

112 G G2 SR CC D27 MF

113 H H1 SR CC F18 NMF

114 H H1 SR CC D18 MF

115 H H1 SR CC D27 MF

116 H H1 SR CC D18 NMF

117 H H1 SR CC F27 NMF

118 H H1 SR CC F27 MF

119 H H1 SR CC D27 NMF

120 H H1 SR CC F18 MF

121 H H2 SR NCC D27 MF

122 H H2 SR NCC F18 MF

123 H H2 SR NCC F27 NMF

124 H H2 SR NCC D18 NMF

125 H H2 SR NCC D27 NMF

126 H H2 SR NCC D18 MF

127 H H2 SR NCC F18 NMF

128 H H2 SR NCC F27 MF


Annexe E : Plan de la chambre climatique

Sonde Humidité et Température

Boitier Vaisala

Batterie

Interrupteurs

(ventilateurs)

Ventilateur

Sonde CO2

Poignée

Cordelette élastique

Joins en mousse


Annexe F : Fiche terrain pour mesures de NEE

- Site : REGARDS WP1-2

- Weather : entre 0 et 10 (0/10 : pas de nuage, 10/10 : que des nuages)

- User : Initiale de l’expérimentateur

- Type : Mésocosmes

- Preasure : pression sur le site le jour de la mesure (en Hpa)

- Number : numéro de la mesure (1,2,3,4…..)

- Plot : numéro du mésocosme (1-128)

- Time : heure de la mesure (HH : MM)

- PFD : Valeur moyenne de la quantité de photons reçue sur la chambre pendant la

minute de mesure (Photon Flux Density en μmol.m-2.s-1), mesurée grâce à un capteur de

PAR positionné en plus sur la chambre.

- Measurement Type : NEE = plein soleil / DR = chambre sous voile occultant (capteur

de PAR sous le voile) / SH = chambre sous voile(s) d’ombrage (SH1 : une couche, SH4 :

quatre couches, capteur de PAR sous le/les voiles).

- Remark : toute observation lors de la mesure qui pourrait être utile lors du traitement

de données (ex : chambre non hermétique, buée sur les parois, passage d’un nuage, etc)

laboratoire d’ecologie alpine – station alpine joseph fourrier · gerardin rachel - 155 page 6...

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