Le Léman analysé depuis les airs – un second volet pour elemo

Eté 2011. Deux submersibles russes exploraient les profondeurs du Léman, dans le cadre de la campagne d’observation scientifique elemo. Les premiers résultats préliminaires tombent actuellement. Au même moment, l’EPFL et Ferring Pharmaceuticals, sponsor du projet elemo, annoncent un nouveau volet d’exploration. Cette fois-ci, c’est dans les airs que les scientifiques vont faire leurs observations. Dès la fin novembre, ils embarqueront à bord d’ULM, pour mesurer les phénomènes à l’interface des courants aquatiques et aériens. Les autorités fédérales ont donné leur autorisation de vol. Cette mission au-dessus du Léman sera doublée sur le lac Baïkal, en Russie.

A bord des submersibles : les premiers résultats
Le programme elemo a déjà donné lieu à des résultats intermédiaires extrêmement utiles pour faire le bilan de santé du lac et mieux protéger son écosystème. En cours, ces recherches portent sur les phénomènes de pollution, la dynamique des courants, la faune bactérienne ou la géologie des fonds.

Plusieurs équipes scientifiques ont d’ores et déjà fait un premier point sur leurs recherches. Les publications scientifiques suivront ces prochains mois ou années. A bord des submersibles MIR, les chercheurs ont pu mettre en évidence un lien entre la présence de certaines bactéries et de métaux lourds, ou mesurer avec précision comment les micropolluants– pesticides ou substances pharmaceutiques, principalement - se répartissent dans le Léman à partir de l’embouchure des stations d’épuration. (voir dossier complet à la suite du communiqué).

Elemo joue la fille de l’air
A bord de leurs deux ULM, les chercheurs de l’EPFL, du centre de recherches aquatiques EAWAG et du CEA (France) se pencheront sur les phénomènes qui prennent place près de la surface, ainsi que sur l’influence des courants aériens sur le lac. Des vols d’essai auront lieu entre le 26 novembre et le 5 décembre, au-dessus des régions lausannoise et nyonnaise. Les scientifiques testeront les capteurs embarqués à bord des aéronefs. A partir de mai 2013 commencera la campagne proprement dite.

Les scientifiques utiliseront notamment une caméra dite «hyper-spectrale». Cet outil permet de décomposer le spectre lumineux en plusieurs centaines de couleurs. De la sorte, il est possible d’obtenir une image globale de certains éléments qui évoluent près de la surface du lac – bactéries, sédiments, gaz dissous etc. Ce type d’analyse est déjà effectué par des satellites, mais leurs limites techniques (quelques parties du spectre lumineux seulement) et la distance rendent impossibles un grand nombre d’observations.

En simultané, un catamaran prendra des échantillons d’eau là même où regarde la caméra. En comparant les résultats des données acquises au fil de l’eau et dans les airs, les chercheurs comptent développer de nouvelles méthodes pour mieux analyser les courants ou l’état de santé du lac.

Pour Michel Pettigrew, Président du Comité de Direction et Chief Operating Officer de Ferring Pharmaceuticals, ce soutien renouvelé au programme elemo allait de soi. «Ferring porte un grand intérêt à la science et à l'environnement et s’est tout particulièrement engagée pour la région lémanique. En tant que membre de la communauté locale, nous sommes particulièrement fiers de soutenir le projet elemo, qui rassemble les meilleures équipes scientifiques internationales dans le but de faire avancer notre compréhension sur le fonctionnement du Lac Léman.»

A l’instar de la campagne d’exploration 2011, à bord des submersibles MIR, cette extension du programme elemo va également se prolonger en Russie, au-dessus des eaux du Baïkal – le lac le plus profond du monde – sous le nom de «Projet Léman-Baïkal». En comparant les résultats obtenus en Suisse et en Sibérie, les chercheurs comptent raffermir leurs connaissances et leurs méthodes de travail sur les milieux lacustres.

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Le site web d'elemo

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Dossier

Elemo 2011 – quelques résultats préliminaires de la campagne à bord des submersibles MIR

A bord des submersibles MIR, les chercheurs ont collecté une énorme quantité de données sur le lac Léman. De quoi fournir du travail aux laboratoires pour les années à venir. En attendant les premières publications, voici un bref survol de quelques résultats préliminaires.

Analyse de la pollution et des microorganismes

• Tracer le chemin des polluants et les détecter plus simplement
  Présents en infimes quantité dans les eaux du lac, les micropolluants échappent encore dans une large mesure aux méthodes de filtration modernes. Avec son équipe de l’EPFL, Tamar Kohn est parvenue à mieux comprendre quelles sont les dimensions et la forme de l’écoulement de la station d’épuration de Vidy, et comment les polluants se répartissent dans le lac jusqu’aux plus grandes profondeurs. Aux abords de l’embouchure, ils ont pu notamment constater d’importantes traces de pesticides ou de substances médicamenteuses. Les chercheurs ont également pu déterminer la présence des micropolluants en mesurant simplement la conductivité électrique de l’eau. Cette méthode pourrait permettre une surveillance plus simple et directe de la qualité des eaux.
  
• La résistance des micro-organismes en dit long sur la pollution
  Le Laboratoire de microbiologie de l’Université de Neuchâtel a entrepris d’étudier l’impact de la pollution, principalement aux métaux lourds, sur la population bactérienne. L’équipe de chercheurs, dirigée par Pilar Junier, a privilégié l’observation des bactéries endosporulées. Leur faculté à se mettre en état de veille pour survivre dans une région polluée en faisant un excellent marqueur biologique. Les premiers résultats montrent l’existence d’un lien entre la présence des bactéries endosporulées et la charge en métaux lourds. De nouvelles analyses devront détailler ce constat. Ce travail permettra aussi de mieux comprendre quelles sont les espèces les plus à même de survivre et donc à recoloniser les espaces libres une fois la pollution disparue, et comment agir pour rétablir l’équilibre.

• Les bactéries jouent un rôle dans le stockage des métaux lourds au fond du lac
  L’évaluation des risques écologiques des métaux traces émis dans les milieux aquatiques est très difficile. Ils sont persistants. Ils ne sont ni dégradés, ni détruits par les procédés humains ou biologiques. Une fois entré dans les écosystèmes aquatiques, ils deviennent les acteurs de nombreux processus encore méconnus. Ils sont transformés sous différentes formes chimiques. Mary-Lou Tercier-Waeber et Matthieu Masson, du Département CHIAM de l’Université de Genève, ont prélevé des échantillons de sédiment entre 30m et 80m de profondeur, dans une zone géographique bien définie de la baie de Vidy, touchée par les micropolluants rejetés par la station d’épuration. Les scientifiques ont constaté que la concentration des métaux à l’interface des eaux et du fond de sédiments n’est pas liée à la distance de l’embouchure de la STEP, mais aux caractéristiques bio-géochimiques du sédiment. Les concentrations les plus élevées ont été détectées dans les zones où les bactéries avaient colonisé les sédiments.

Géologie et histoire de l’environnement

• Des canyons en perpétuelle évolution
  Lorsqu’il vient gonfler les eaux du Léman, le Rhône creuse d’étonnantes structures sous-lacustres. Ces «canyons», dont certains s’enfoncent de plus de 100 mètres par rapport au fond du lac, ont fait l’objet d’analyses poussées grâce aux submersibles MIR. Les travaux menés par Stéphanie Girardclos et Flavio Anselmetti, de l’Université de Genève et de l’EAWAG, ont d’ores et déjà montré que ces canyons sont en constante évolution, surtout en fonction des évènements géologiques et climatiques. En particulier, une épaisse couche de sédiments observée à la sortie du canyon principal témoigne d’un éboulement sous-lacustre récent, probablement consécutif à une importante crue du Rhône observée en 2000.

• Caractérisation des fonds lacustres
  Coussins, vaguelettes ou plaines ; fossés, matelas ou dépressions. Pour les plongeurs ou les submersibles qui s’y hasardent, le fond du lac Léman présente divers type de paysages, classifiés depuis déjà un demi-siècle en six catégories. Les travaux menés dans le cadre de la campagne Elemo par Nicolas Le Dantec, Yosef Akhtman, Ulrich Lemmin et D. Andrew Barry, des laboratoires d’ingénierie écologique (ECOL) et de topométrie (TOPO) de l’EPFL, ont permis d’affiner ces caractérisations. Les caméras des submersibles MIR ont pu mettre en évidence des variantes intermédiaires. En outre, l’étendue de la recherche permet désormais de cartographier la répartition des différents types de morphologies. Celle-ci dépend en partie de la pente sous-lacustre, mais probablement aussi d’autres paramètres tels que l’activité des poissons ou de certaines bactéries.
  
• Des bactéries comme un livre d’histoire
  La composition chimique et biologique des sols d’un écosystème particulier peut en dire long sur son histoire. Fort de ce principe, Pilar Junier et son équipe, du Laboratoire de microbiologie de l’Université de Neuchâtel, a mené une étude afin d’en savoir plus sur le passé du Lac Léman. Les chercheurs ont minutieusement analysé le matériel génétique contenu dans un échantillon de sédiments prélevé dans le delta du Rhône. Ils ont particulièrement observé l’évolution du nombre et de la nature des bactéries endosporulées. Ces organismes sont capables de se mettre en état de veille en se transformant en spores si les conditions environnementales leur sont moins favorables. Ils apparaissent donc comme des marqueurs intéressants, la variation de leur présence et de leur état à différentes profondeurs permettant de retracer les changements survenus, au fil du temps, dans l’équilibre chimique ou microbiologique de l’environnement.

• Les propriétés géotechniques des sédiments du Lac
  Une équipe de l’EPFL et de l’Université de Brême s’intéresse aux propriétés géotechniques des sédiments qui se trouvent au fond du lac Léman. Le Nimrod, un «pénétromètre dynamique», leur a permis d’établir une cartographie précise du transport des sédiments au fonds du Lac dans le delta du Rhône et dans la baie de Vidy. Cet appareil, piloté depuis le sous-marin, est un cylindre tombant en chute et équipé de capteurs de pression à la pointe inférieure. Ces derniers enregistrent la résistance du sol à l'enfoncement le long d'un profil vertical, au fur et à mesure de l'insertion de l'appareil. Les chercheurs ont établi une carte des points sondés. Ils ont d’ores et déjà pu constater que la résistance des sédiments est plus importante à l’embouchure du Rhône et sur son passage dans le Lac que dans les autres zones.
  
• Les flux de méthane remontent des profondeurs vers l’atmosphère
  Le méthane est un gaz qui se forme lors de la fermentation de matières organiques. Son impact sur le réchauffement climatique est plus important encore que le CO2. La libération soudaine de bulles de méthane par les sédiments du fond du Lac dans l’eau puis dans l’air, appelée «débullage», se produit lorsque le sol n’arrive plus à maintenir la pression du gaz. Des études préliminaires ont montré des émissions importantes de méthane dans le delta du Rhône. Lors des expéditions sous-marines menées pendant la campagne Elemo, des chercheurs de L’EPFL, de l’EAWAG, de l’ETHZ ainsi que de plusieurs universités de Suisse, d’Allemagne et du Canada, ont réussi à sonder les canyons du lac Léman. Les scientifiques ont collectés des carottes de sédiment et des échantillons d’eau à grande profondeur afin de déterminer la quantité de méthane produit dans le sol du lac, et celle qui s’échappe dans l’atmosphère. Les premiers résultats montrent que les émissions de méthane varient suivant la topographie des fonds lacustres et la quantité de sédiment transporté dans les canyons par les affluents.