Axe 3 : Systèmes Expérimentaux Complexes

- Responsables : Françoise Binet (ECOBIO), Hervé Tabuteau (IPR)
- Animateurs : Yves Méheust, Dimitri Lague, Tanguy Le Borgne, Françoise Binet, Pascal Dupont, Thierry Morvan, Anne Bonis, Ramiro March, Hervé Tabuteau

Thématiques

- Mesure de l’hétérogénéité spatiale et temporelle.
- Quantification des flux
- Interaction dynamiques physiques et biologiques

Descriptif

L’approche « expérimentale » est un complément aux modèles numériques et, dans certains cas, la seule manière d’aborder les systèmes dans toute leur complexité. La démarche expérimentale peut prendre différentes formes allant, pour les plus simples, d’expériences de laboratoire très contrôlées et fortement instrumentalisées, dont l’objectif est de quantifier des processus déjà identifiés, jusqu’à des systèmes beaucoup plus complexes où l’enjeu est d’identifier des chaînes de processus responsables des manifestations complexes observables.

Les premiers dispositifs (expériences de laboratoire) relèvent généralement d’une démarche classique de physicien avec de petits dispositifs où l’expérience est construite pour analyser la réponse d’un système « modèle » à une action et quantifier les processus mis en jeu. Les seconds (expériences complexes) peuvent aller jusqu’à l’étude sur le long terme de systèmes naturels de plusieurs km2 (aquifères, bassins versants, etc.) pour étudier les interactions entre les activités humaines et les milieux.

Sans dresser une liste exhaustive, on peut distinguer 4 catégories de dispositifs au sein du réseau RISC-E :

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Développement de cyanobactéries dans un écoulement turbulent en présence de nutriment sous atmosphère contrôlée (photo A. Pannard)

Les systèmes contrôlés de laboratoire

ex. : Le laboratoire de géomorphologie (Géosciences Rennes, D. Lague) et les « flumes » de l’Institut de Physique (A. Valance).

Ces dispositifs sont dédiés à l’étude des processus élémentaires : l’érosion et le transport sédimentaire.

Les mésocosmes de laboratoire ou de terrain

ex : mésocosmes du sol (ECOBIO, F. Binet), des milieux aquatiques (U3E, D. Azam), dispositifs lysimétriques (UMR SAS, T. Morvan, ORE-PRO).

Ces dispositifs permettent d’aborder les interactions entre des processus biologiques (micro et macro-biologique), des processus biogéochimiques (dynamique des matières organiques, …) et des processus biophysiques (émission gazeuse, transfert vers les nappes,…). Les systèmes naturels sont considérés comme des bioréacteurs, sous des contraintes totalement contrôlées en laboratoire (température, lumière,…) ou semi-contrôlées au champ (contrôle des apports au sol, enregistrement des conditions climatiques,…).

Les expériences de terrain

- Aquifères : le service national d’observation H+ (Géosciences, P. Davy et T. Le Borgne) maintient un réseau d’aquifères expérimentaux pour étudier la structure complexe du milieu souterrain et les processus hydro-bio-chimiques qui s’y développent.
- Bassins versants : L’Observatoire de Recherche en Environnement AGRHYS (SAS, P. Mérot) suit un petit nombre de bassins versants pour étudier leur réponse à des changements climatiques ou anthropiques. Fleuves Côtiers : l’ORE « Petits Fleuves Côtiers » étudie les perturbations des écosystèmes aquatiques.

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Mesure de la morphologie et de la position de dunes en Mauritanie

- Dunes : Le banc d’Arguin (Mauritanie) est un système très étudié par la communauté internationale. Les chercheurs de l’IPR (A. Valance) et du LGCM (P. Dupont) sont impliqués dans l’étude des dunes.

Les zones ateliers

Les zones ateliers (ZA) sont des dispositifs nationaux, financés par le CNRS, pour rassembler des chercheurs de différents organismes et disciplines autour de territoires permettant d’aborder des questions scientifiques sur les relations entre l’homme et son milieu.
- La ZA « Pleine-Fougères » (resp. J. Baudry) aborde la question de l’évolution des paysages, de la biodiversité, des sols et de l’eau en fonction des usages de la terre.
- La ZA « Terres australes et antarctiques » (resp. M. Lebouvier) étudie l’impact des changements climatiques sur la biodiversité de ces terres.

Ces dispositifs, extrêmement complémentaires, partagent une démarche scientifique commune autour de la notion de protocole expérimental, de mesures, d’interprétations et de modèles. Le réseau RISC-E va permettre de rassembler les expérimentateurs pour échanger sur les techniques et les méthodes et enrichir la réflexion sur la notion-même d’expérimentation pour les systèmes complexes.

L’objectif est aussi de réfléchir à la mise en place de nouvelles méthodes d’observation/expérimentation sur ces systèmes environnementaux complexes.

Mis en ligne le jeudi 16 septembre 2010