Sebastien Joannin climate pollen anthropisation Holocene Pleistocene mediterranee

La Palynologie

Premier marqueur de la végétation

Plusieurs méthodes permettent d’étudier la végétation :

  • la palynologie (l’étude du pollen)
  • la génétique moléculaire (phylogénie)
  • la chimie taxonomique (signature moléculaire à partir de l’ADN de la plante)
  • la géochimie isotopique (rapport  des isotopes des atomes)

Ma priorité étant l’étude des impacts des changements climatiques abrupts et de l’Homme, le bilan suivant des avantages et inconvénients des quatre disciplines penchent alors nettement en faveur de la palynologie.

Discipline

Palynologie

Génétique moléculaire

Chimie taxonomique

Géochimie isotopique

Niveau de détermination taxonomique

au genre, rarement à l’espèce

à l’espèce

au genre, connaissance partielle du spectre moléculaire

n.a.

Importance relative des taxons (%)

++

 n.a.

+

 n.a.

Processus écologiques

Compétition

+

+

 n.a.

 n.a.

Migration (vitesse)

+

+

-

 n.a.

Phylogénie

 n.a.

++

  n.a.

-

Impact de l’Homme

++ (agriculture, pastoralisme, arboriculture)

 n.a.

+ (miliacine pour la culture du millet)

 n.a.

Préservation du matériel

++

--

+

 n.a.

Facilité d’application (prélèvement, extraction, comparaison avec d'autres marqueurs).

++

-

+

-- (presque impossible) Développement des plantes en C4 (Nielson et al., 2000)

Coût financier (équipement, analyses, personnel)

++

-

+

-

Bilan

++

 neutre

+

-

n.a. = non applicable

La palyno est la plus compétitive de toutes ces disciplines car elle permet de travailler sur les principaux facteurs écologiques (processus écologiques, climatique et anthropique) avec une haute résolution temporelle, proche du demi-siècle, et donc directement comparable aux autres marqueurs utilisés en paléo. L'efficacité de la palynologie est encore renforcée pour l'étude des périodes plus anciennes que l'Holocène.

Malgré ce net avantage, la palynologie est une discipline chronophage, nécessitant jusqu'à plusieurs heures de comptage au microscope pour un échantillon. Il faut en moyenne 10-12 mois pour préparer et compter une série de 200 échantillons.

Mais qu'est-ce que c'est exactement ?

Dans mon cas, j'utilise la palynologie pour identifier les grains de pollen qui sont préservés dans le sédiment des lacs ou des mers.

Le pollen fait partie du cycle de reproduction des plantes. Sa membrane arbore différentes formes et ornementations pour lui assurer sa mobilité et des apertures (pour laisser le contenu cytoplasmique sortir).

schema-d-un-grain-de-pollen.png

Voyons comment le pollen arrive jusqu'au sédiment.

C'est le pollen des plantes anémogames qui nous intéresse, car il est transporté par le vent, puis est collecté par le réseau hydrographique avant de venir se déposer et sédimenter dans les lacs ou les mers. La sédimentation à l'entrée dans un lac est de quelques heures (Brown et l., 2007) et de quelques jours en mer (Muddie et McCarthy). Le pollen, à l'air libre se dégrade en quelques jours, oxydé par les rayons du soleil, son stockage sur les banquettes des rivières est donc très bref. Le pollen des plantes entomogames, transporté par les insectes, échappent à mes reconstitutions. Cela implique beaucoup d'arbres fruitiers.

Comment étudier le pollen ?

kalavan-lake-prospection1.jpg

La première étape consiste à prélever les carottes sédimentaires que l'on extrait en tourbière, lac et mer.

Sur la première illustration, une section hémisphérique de 56 cm de long, prélevées à 3,5 mètres de profondeur à l'aide d'un carottier russe.

Sur la seconde illustration, le Joides, bateau de forage de l'IODP (Integrated Ocean Drilling Program).

joides-iodp.jpg

La deuxième étape consiste à prélever une quantité définit de sédiment (généralement 1 cm3), et à le traiter pour extraire la matière organique. Le traitement dépend de la nature du sédiment car il faut alors utiliser différentes attaques : chlorhydrique pour dissoudre les carbonates, sulfurique pour les silicates. J'ai construit cette tamiseuse automatique pour réduire au maximum l’usage de la chimie (et donc la pollution générée par mes recherches), le temps et le coût des préparations.

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tamiseuse-automatique.png
traitement.jpg

La troisième étape consiste à identifier le pollen par sa morphologie (morphotype) et ainsi à reconnaitre la plante qui l'a produit. Plus précisément, il existe quatre critères morphologiques.

Pour cela, j'utilise un microscope pouvant magnifier jusqu'à 1000 fois l'image du grain de pollen.

2013-mai-manchester-173b.jpg

morphologie.png

Deux exemples :

pterocarya-armenia.png
helianthemum-morocco.png

Une monade périporée (ici cinq pores tous dans le même plan) à la surface lisse correspondant à Pterocarya.

Une monade tricolporée (association d'un pore à l'intérieur d'un colpe, répétée trois fois, les deux autres colpores sont cachés par cette vision 2D) à la surface réticulée correspondant à Helianthemum.

La quatrième étape consiste à traiter les données des comptages, d'un point de vue statistique pour déterminer les associations végétales, ou encore dans le temps pour déterminer les fréquences dominantes des changements de végétation. On monte les données sous forme de diagrammes polliniques en pourcentage, en concentration et en influx, les échantillons étant répartis en profondeur ou en âge.

La cinquième étape est la comparaison des résultats et leur interprétation en fonction des problématiques définies dans la page d'accueil. Vous en trouverez les applications concrètes dans les pages L'Holocène et Le Pléistocène.

Quelques images

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