Projet de recherche SD/CS/02B (Action de recherche SD)
Contexte
Afin de réagir aux changements climatiques, nous devons améliorer nos connaissances des impacts respectifs de la variabilité naturelle du climat et de l’action de l’Homme. Notre projet précédent (CALMARS 2001-2005) a démontré que les squelettes calcaires d’invertébrés marins peuvent être utilisés comme enregistreurs environnementaux. Ils intègrent en effet sans discontinuer des informations écologiques suivant diverses échelles de temps. Leur étude permettra de reconstruire l'évolution de climat et d’établir un modèle prédictif. Cependant, comme des facteurs biologiques influencent la composition des carbonates biogéniques, l'interprétation correcte de ces archives chimiques exige de comprendre précisément les processus permettant l'incorporation des éléments au squelette, et donc, de la biominéralisation.
Description du projet
Objectifs
Cinq institutions belges ont établi un programme visant à produire un modèle mathématique prédictif basé sur des données climatiques enregistrées par des squelettes calcaires appartenant à trois taxons déjà validés en tant qu’enregistreurs climatiques. Ces taxons aux propriétés contrastées (durée de vie, vitesse de croissance, etc.) sont les éponges hypercalcifiées, les bivalves et les échinodermes. L’originalité de ce projet réside en quatre nouvelles perspectives:
(i) Une meilleure compréhension de la biominéralisation et des voies d’incorporation des éléments dans le squelette qui renforcera la valeur des marqueurs proposés.
(ii) L’étude de nouveaux marqueurs du changement global ("proxies") qui permettra d’améliorer la séparation des signaux de température et de salinité (δD dans la matrice organique du squelette) et définira la part de l’apport alluvial et des processus d’altération qui y sont associés (δMg dans le carbonate de calcium).
(iii) Une compréhension précise du signal baryum (Ba) dans les carbonates qui aboutira à des reconstructions détaillées du cycle du Ba dans les estuaires et participera à l’interprétation de cet élément comme traceur océanique.
(iv) La mise au point d’un modèle de reconstitution climatique multi-spécifiques et multi-proxies permettra de clarifier les reconstitutions réalisées à ce jour. Par exemple, il permettra de séparer les influences relatives de la température et de la salinité qui agissent conjointement sur un même marqueur.
Méthodologies
L’approche de CALMARS II, combine le travail de terrain, un contrôle expérimental en laboratoire et la modélisation mathématique. Le travail de terrain consiste en un échantillonnage régulier de chaque groupe dans quelques sites choisis en Mer du Nord et en Méditerranée. Cet échantillonnage est doublé d’un monitoring permanent des conditions environnementales afin de définir l’influence des variations saisonnières sur la formation du squelette. Des spécimens de chaque groupe sont aussi récoltés le long de gradients du milieu afin de déceler l’enregistrement de variations géographiques. Les proxies choisis sont analysés en ICP-MS à ablation laser à haute résolution. L'influence des paramètres du milieu sur les vitesses de croissance squelettique est testée expérimentalement pour chaque groupe (in situ et en laboratoire). Des expériences de régénérations in situ sont menées en parallèle. Les voies d’incorporation des proxies sont étudiées en laboratoire après addition d'isotopes radioactifs. Le rôle de la matrice organique dans les processus de biominéralisation est également envisagé.
Un modèle mathématique pourra être déduit après intégration de l’ensemble de ces données. Ce modèle peut être validé par l’analyse complémentaire de spécimens issus de collections de musées et aboutir à la reconstitution de paléoclimats.
Résultats et/ou Produit attendus
CALMARS II a pour but d'améliorer et d'élargir les données relatives au changement global dans le domaine océanique, avec un intérêt particulier pour les bases de données climatiques. Le réseau, formé de biologistes et de géochimistes aux expériences complémentaires, a pour but:
(1) l'amélioration de la compréhension des mécanismes de calcification et des effets physiologiques et biologiques liés à l’incorporation de marqueurs du changement global ("proxies") chez les éponges hypercalcifiées, les bivalves et les échinodermes;
(2) l’utilisation d’une approche multi-proxies qui permettra de distinguer les signaux de température et de salinité, rendant possible des reconstitutions détaillées de l’évolution de ces paramètres sur base d’archives fossiles;
(3) le développement du marqueur baryum (Ba) qui contribuera à la création d’un modèle de l’évolution des apports de Ba par les estuaires et de son cycle océanique et qui permettra une meilleure interprétation de paléoproductivité et de la paléoalcalinité océanique;
(4) le développement d'un logiciel "Toolbox" à partir de cette approche multi-espèces multi-proxies. Ce logiciel présentera trois applications:
(i) Optimiser les relations empiriques entre les proxies et les paramètres environnementaux;
(ii) Reconstituer des paleoclimats à partir d’ensembles de mesures de proxies;
(iii) Détecter des artefacts tels que des données aberrantes, des phénomènes de diagenèses, etc. grâce à de nouveaux outils mathématiques.
CALMARS II vise aussi à aboutir à des aspects éducatifs. Le site Web mis en place pendant le projet CALMARS (2001-2005) est périodiquement mis à jour et décrira les développements principaux du projet.
Partenaires
Activités
IRScNB a une longue expérience dans la biologie des sclérosponges des Caraïbes (ultrastructure et mesures de croissance in situ). Son implication dans le projet CALMARS (2001-2005) a accru son degré d’expertise relatif à la biominéralisation chez les éponges hypercalcifiées.
ULB a une connaissance établie des mécanismes de biominéralisation chez les échinodermes, par des approches morphologiques, biochimiques, physiologiques et environmentales tant sur le terrain qu’en laboratoire.
UA réalise des recherches sur la bioaccessibilité, la bioaccumulation et les effets de métaux chez des animaux aquatiques et étudie l’influence du milieu sur la cinétique d’accumulation des métaux.
MRAC & VUB-DSCH ont développé ensemble une expertise d’analyse des éléments traces en ICP-MS à Ablation Laser.
VUB-DGLG a une longue expérience en géochimie isotopique appliquée aux changements climatiques.
Coordonnées
Site web du projet: http://www.vub.ac.be/calmar/index.html
Coordinateur
Philippe Willenz
Institut royal des Sciences naturelles de Belgique (IRScNB)
Département des Invertébrés
Rue Vautier, 29
B-1000 Bruxelles
Tel: +32 (0)2 627.42.53
Fax: +32 (0)2 627.41.41
philippe.willenz@naturalsciences.be
www.naturalsciences.be
Promoteurs
Luc G.R. André
Musée royal de l'Afrique centrale (MRAC)
Section de Pétrographie-Minéralogie-Géochimie
Leuvensesteenweg 13
B-3080 Tervuren
Tel: +32 (0)2 769.54.59
Fax: +32 (0)2 769.54.32
lucandre@africamuseum.be
www.africamuseum.be
Philippe Dubois
Université Libre de Bruxelles (ULB)
Laboratoire de Biologie marine - CP 160/15
Av. F.D. Roosevelt, 50
B-1050 Bruxelles
Tel: +32 (0)2 650.28.39
Fax: +32 (0)2 650.27.96
phdubois@ulb.ac.be
www.ulb.ac.be/sciences/biomar/
Frank Dehairs
Vrije Universiteit Brussel (VUB)
Analytische en Milieuchemie (ANCH)
Pleinlaan 2
B-1050 Brussel
Tel: +32 (0)2 629.32.60
Fax: +32 (0)2 629.32.74
fdehairs@vub.ac.be
Ronny Blust
Universiteit Antwerpen (UA)
Onderzoeksgroep Ecofysiologie, Biochemie en Toxicologie
Groenenborgercampus, Groenenborgerlaan 171
B-2020 Antwerpen
Tel: +32 (0)3 265.03.44
Fax: +32 (0)3 265.04.97
ronny.blust@ua.ac.be
Comité d’accompagnement
Guy Munhoven - Université de Liège / Département d'astrophysique, géophysique et océanographie (AGO) / Labo de physique atmosphérique et planétaire (LPAP), Belgium
Peter K. Swart - Stable Isotope Laboratory / University of Miami, Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science (RSMAS), Florida, USA
Yves-Marie Paulet and Laurent Chavaud - Université de Bretagne Occidentale (UBO) / Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM), France
Jelle Bijma - Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, Germany
Anne Lorrain - CHRONOS/LASAA Centre IRD (Institut pour la Recherche et le Développement) de Brest, BP 70 29280 Plouzané France
Catherine Mertens - Conseil Fédéral du Développement Durable (CFDD), Belgium
Critical evaluation of MARine CALcareous Skeletons as recorders of global climate change : final report
André, Luc - Blust, Ronny - Dehairs, Frank ... et al Brussels : Federal Science Policy, 2012 (SP2511)
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