Photo : Spéléothèmes verts dans l’Aven du Mont Marcou (Hérault, France) © Stéphane Pire, Gaëtan Rochez (UNamur)

Les spéléothèmes, qui comprennent notamment les stalactites et les stalagmites, sont communément composés de calcite ou d’aragonite (CaCO₃). Ce composé minéral provient directement de la roche dans laquelle la grotte s’est formée, et arbore naturellement une teinte blanche à brunâtre. Cependant, il peut arriver que les spéléothèmes arborent des teintes uniques et particulières. Du jaune au noir en passant par le bleu, le rouge, le vert ou encore le mauve, il y en a pour tous les goûts ! 

Une telle diversité de colorations reflète les nombreuses causes possibles : origine minéralogique, chimique, biologique ou même physique. Un spéléothème, comme toute formation naturelle, n’est jamais parfaitement pur. Leur processus de dépôt, par précipitation du carbonate de calcium dissout dans l’eau, s’accompagne nécessairement du dépôt des nombreuses impuretés transportées avec l’eau qui circule sous terre. Même si ces impuretés sont parfois trop peu concentrées ou simplement non colorées, il arrive qu’elles aient un impact visible sur la couleur. Le spéléothème arborera alors une couleur modifiée.

OK, mais à quoi ça sert ?

La formation des spéléothèmes est très souvent liée aux impuretés dissoutes dans l’eau souterraine. Dès lors, l’étude des spéléothèmes colorés permet d’apporter des informations précieuses sur les potentielles contaminations en métaux lourds ou autres composés organiques nocifs des eaux de surface, qui peuvent dans certains cas être consommées par les habitants. C’est donc un moyen simple et direct d’identifier des zones aux eaux potentiellement contaminées, et de déterminer si ces contaminations présentent un risque environnemental ou sanitaire.

Et c’est l’objectif de la thèse de Martin Vlieghe : appliquer de nombreuses techniques analytiques de pointe sur des échantillons de ces spéléothèmes afin de déterminer ces causes, et proposer une explication quant à l’origine des éléments colorants. 

Quelques exemples.

Un premier projet a exploré les spéléothèmes verts de l’Aven du Marcou (voir photo ci-dessus). Situé dans l’Hérault (France), ce gouffre est très connu dans la région pour sa succession de puits impressionnants, dont le plus grand est profond de plus de 100 mètres. Il possède également une toute petite salle dissimulée en haut d’une paroi abrupte, qui abrite une impressionnante concentration de spéléothèmes d’un vert profond. Après tous les efforts pour descendre et remonter des cordes pour progresser dans cette grotte très verticale, quelle belle récompense de découvrir ce véritable joyau souterrain ! L’émerveillement initial passé, il est temps de se mettre au travail : on observe, on décrit, on interprète, et on récupère quelques fragments verts au sol tout en respectant au maximum l’intégrité des lieux. De retour en Belgique, il est temps de passer aux analyses.

La découverte est d’autant plus étonnante qu’il n’existe aucun gisement de nickel dans les environs de la grotte ! Une étude plus poussée de la composition des népouites révèle qu’elles contiennent une forte concentration de zinc, ce qui est aussi très inhabituel et qui suggère qu’elles sont en fait bien différentes de celles qui sont communément exploitées dans les gisements volcaniques. Finalement, ce mystère sera élucidé par l’examen approfondi des affleurements rocheux à proximité directe de l’aven. Juste au-dessus de la grotte se trouvent des riches siliceuses particulièrement riches en pyrites, un sulfure de fer communément trouvé dans ce genre de dépôts. L’analyse de ces sulfures révèle de fortes concentrations de nickel, qui se retrouve également dans la source d’eau naturelle en surface la plus proche de l’aven. 

Résultat de cette « enquête » et explication finale : la népouite a pu se déposer sous terre par la dissolution des différents éléments chimiques contenus dans les pyrites des roches sus-jacentes, qui ont été transportés jusque dans la grotte par les eaux de surface et ont pu cristalliser sur place. 

La grotte de Malaval est bien différente de l’aven du Marcou. Située en Lozère (France), elle s’étend en grand partie le long d’une haute rivière souterraine qui sinue sous le massif des Cévennes. Au détour d’un méandre, on peut y trouver des spéléothèmes d’un magnifique bleu azur. 

Comme au Marcou, les spéléothèmes colorés ne se trouvent qu’à deux endroits bien précis de la grotte et nulle part ailleurs, ce qui suggère que l’origine des éléments chromophore est probablement très localisée.

Photos - Gauche : Stalagmite bleue de la Grotte de Malaval. Droite : Bouquet d’aragonite bleue de la Grotte de Malaval © Gaëtan Rochez (UNamur)

A nouveau, quelques fragments sont récoltés, qui comprennent une grande stalactite bleutée trouvée cassée à même le sol de la grotte. Une série d’observations microscopiques et d’analyses minéralogiques et géochimiques sont réalisées. La première constatation marquante est que plusieurs fragments bleus ne contiennent aucun autre minéral que l’aragonite, suggérant que contrairement aux vertes du Marcou, c’est l’aragonite elle-même qui est colorée par la présence d’éléments métalliques. Après examen des analyses, trois de ces éléments sortent du lot : le cuivre, très couramment cité comme cause de colorations bleutées dans l’aragonite, ainsi que le zinc et le plomb. 

S’il apparait que le cuivre est bel et bien la cause principale de la coloration bleue, le zinc et le plomb jouent aussi un rôle. 

Le plomb, quant à lui, a également un pouvoir colorant marqué, donnant des teintes vertes à bleues, mais l’analyse statistique des zones colorées et non colorées montre que ces colorations ne s’expriment qu’en l’absence de zinc, qui semble être un inhibiteur de la coloration induite par le plomb. Cette étude démontre bien que, même si un problème semble facile à expliquer de prime abord, il peut parfois cacher des subtilités insoupçonnées qu’il est nécessaire d’approfondir - pour en percer tous les secrets. 

La Grotte de la Cigalère est unique en son genre. Non seulement elle recèle des quantités impressionnantes de gypse, un sulfate de calcium qu’on retrouve notamment dans certaines grottes. Cependant, ce gypse présente des colorations très variées et rarement observées dans la nature. En raison de cette rareté, cette grotte est particulièrement bien protégée, au point qu’il nous était interdit de récupérer le moindre fragment dans la grotte. Cette étude a donc été le moyen idéal de tester la nouvelle acquisition du Département de géologie : un spectromètre à fluorescence X portable (pXRF), qui permet une analyse rapide, in situ, et surtout totalement non-destructive des spéléothèmes colorés.

Photos - Analyse pXRF d’un coeur de stalactite bleu (gauche) et d’une coulée jaune (droite) dans la Grotte de la Cigalère © Stéphane Pire (UNamur)

On retrouve également du noir dans la Chapelle de Donnea, mais contrairement à ce qu’on pourrait croire, aucun fer n’a été détecté. Ici, c’est bien le manganèse sous forme d’oxydes qui est responsable de la coloration. Cette observation est intéressante, car elle démontre bien que les colorations noires du gypse, deux phénomènes qui semblent similaires au premier abord, peuvent avoir des causes bien différentes, d’où l’intérêt de pouvoir réaliser des analyses directement sur le terrain. 

Un peu plus en aval, c’est le bleu qui domine le long de la galerie principale, et les analyses réalisées ont montré de fortes similarités avec les spéléothèmes bleus de Malaval, avec une influence marquée du cuivre et potentiellement du zinc. 

Tout ceci met en évidence que, malgré certaines limitations de l’appareil, ce type de méthode d’analyse non-destructive est un outil très précieux pour étudier des objets rares, fragiles, précieux ou protégés, dont la grotte de la Cigalère est un excellent exemple ! 

La thèse de doctorat de Martin Vlieghe sur « L'origine(s) des spéléothèmes colorés dans les grottes », réalisée sous la supervision du Professeur Johan Yans, et en collaboration avec Gaëtan Rochez a commencé en février 2022. Les chercheurs sont tous trois membres de la Faculté des sciences, Département de géologie de l’UNamur et de l'Institut de recherche ILEE. 

ILEE (Institute of Life, Earth and Environment) s’intéresse directement aux problématiques liées à l’étude et la préservation de l’environnement, auxquelles ce sujet se rattache directement. 

Les différentes analyses ont été réalisées avec le soutien des plateformes technologiques de l’UNamur :

• Caractérisation physico-chimie (PC²)
• Lasers, optiques et spectroscopies (LOS)
• Microscopie électronique
• Synthèse, Irradiation et Analyse de Matériaux (SIAM)

Certaines analyses ont été réalisées en partenariat avec la KUL, le MRScNB et l’UMontpellier, et l’accès aux grottes a été assuré par l’Association Mont Marcou, l’Association de la grotte de Malaval et l’Association de Recherche souterraine du Haut Lez.

A l’origine, cette thèse a été financée par l’institut ILEE et les fonds institutionnels de l’UNamur, et par une bourse Aspirant F.R.S. - FNRS (FC 50205) depuis octobre 2023.

Elle est également étroitement liée au nouveau partenariat de recherche soutenu par le réseau RELIEF (Réseau d’Échanges et de Liaisons entre Institutions d’Enseignement supérieur Francophones), l’Institut de recherche ILEE de l’UNamur et l’EDYTEM (Environnements, Dynamiques et Territoires de Montagne, Université Savoie Mont Blanc).  Les programmes de mobilité entre ces entités renforceront un domaine de recherche commun : l’étude de la zone critique, la zone la plus superficielle de la Terre, où les roches, l'eau, l'air et les organismes vivants interagissent.  La perspective est de développer d'autres domaines de recherche transdisciplinaires et des projets d'enseignement potentiels dans le domaine des sciences de l'environnement et du développement durable.

Etudier la géologie, c’est développer des bases solides en physique, chimie et biologie pour comprendre la Terre, de sa dynamique interne aux processus de surface et leurs interactions avec notre environnement et les activités humaines. 

Le géologue, grâce à sa formation interdisciplinaire, se positionne idéalement pour exercer des fonctions variées valorisant une approche scientifique rigoureuse à la résolution de problématiques complexes (recherche et développement, gestion de projet, consultance et éducation).

Dans les valises de l’astronaute Raphaël Liégeois, se trouveront des passagers plutôt insolites : des échantillons de blob desséchés, dont certains préalablement irradiés par des rayons X à l’UNamur. Objectif des scientifiques namurois ? Observer comment cet organisme répond à l’environnement spatial et est capable de réparer son ADN en microgravité, et comparer ces résultats avec ceux obtenus lors d’une expérience similaire réalisée sur Terre. « Nous simulons, dans notre laboratoire, les stress que le blob pourrait subir dans l’espace, afin d’évaluer sa capacité de survie et de réparation », explique Anne-Catherine Heuskin, professeure au Département de physique.

En attendant le décollage de la fusée prévu courant de l’année 2027, les chercheurs de l’UNamur préparent déjà activement la mission. Depuis plusieurs mois, ils mènent une batterie de tests pour garantir la fiabilité de l’expérience : réaction à des variations de température, pannes électriques, transport vers le lieu de décollage en Floride, assemblage du mini-vaisseau qui abritera les échantillons, etc. « Chaque détail compte : même le choix des sachets qui protègent les échantillons de la lumière peut influencer les résultats », souligne Boris Hespeels.

Une fois dans l’ISS, Raphaël Liégeois procédera à la réhydratation des échantillons, à leur culture dans une cabine de la station et les placera enfin dans un congélateur à -80°C. « Cette manipulation, simple en apparence, devient complexe en apesanteur. Par ailleurs, nous devons aussi nous assurer de la stabilité de nos échantillons, peu importe le timing de l’expérience », poursuit Boris Hespeels. Au sein de l’ISS, Raphaël Liégeois va, en effet, devoir mener diverses expériences sélectionnées par le service public de la Politique scientifique fédérale (BELSPO). « Et l’ordre de leur réalisation n’est pas encore établi », précisent les deux chercheurs namurois.  

Les analyses post-mission permettront d’identifier les mécanismes de protection cellulaire en conditions extrêmes. Ces résultats pourraient inspirer le développement de molécules protectrices pour les astronautes ou les patients en radiothérapie. « L’espace reste un environnement hostile. Comprendre comment le vivant s’y adapte est essentiel pour préparer l’exploration future », rappelle Boris Hespeels.

Enfin, le projet BeBlob comporte aussi un volet pédagogique : des activités autour du blob seront proposées dans les écoles pour sensibiliser les jeunes à la recherche scientifique et à l’exploration spatiale. Un projet ambitieux est également à l’étude, afin de permettre à des élèves de 8 à 18 ans de travailler directement sur des échantillons ayant participé à la mission de Raphaël Liégeois à bord de l’ISS.

L’Université de Namur s’impose comme un acteur clé dans l’étude du blob. Les chercheurs du LARN (Laboratoire d'Analyse par Réaction Nucléaire) et des Instituts ILEE (Institute of Life, Earth and Environment) et NARILIS (Namur Research Institut for Life Sciences) mènent depuis plusieurs années des recherches sur la résistance aux radiations et la réparation de l’ADN. Le projet BeBlob s’appuie sur une expérience acquise lors de précédentes missions spatiales et sur une collaboration active avec l’ESA et BELSPO. Le projet BeBlob est l’une des trois expériences scientifiques belges sélectionnées parmi 29 projets, pour être réalisées lors de la mission de l’astronaute belge Raphaël Liégeois prévue en 2027. Cette compétence scientifique place l’UNamur au cœur des enjeux de la biologie spatiale et de la recherche fondamentale sur la vie en milieu extrême. Un projet qui s’inscrit dans la dynamique d’UNIVERSEH, l’alliance d’universités européennes ERASMUS+ qui vise à construire une « université européenne » axée sur le secteur spatial, et dont l’UNamur fait partie. 

L’appel « Crédits & Projets » a permis d’obtenir 12 financements pour de nouveaux projets ambitieux. Parmi ceux-ci, notons deux financements « équipement », huit financements « crédits de recherche (CDR) », deux financements « projets de recherche (PDR) » dont un en collaboration avec l’ULB. L’appel de soutien à la recherche doctorale FRIA financera onze bourses de doctorat et l’appel FRESH, trois. 

Deux prestigieux Mandat d’Impulsion Scientifique (MIS) ont également été obtenus.  Ce financement de 3 ans permet de soutenir de jeunes chercheurs permanents désireux de développer un programme de recherche original et novateur en acquérant leur autonomie scientifique au sein de leur département.  

Signalons également les deux projets financés dans le cadre de l’appel « WelCHANGE » ; instrument de financement de projets de recherche ayant des impacts sociétaux potentiels, portés par une promotrice principale ou un promoteur principal relevant des Sciences Humaines et Sociales.

Appel Equipement  

• Xavier De Bolle, Institut Narilis, Co-promoteur en collaboration avec l’UCLouvain
• Luca Fusaro, Institut NISM 

Appel Crédits de recherche (CDR) 

• Marc Hennequart, Institut NARILIS
• Nicolas Gillet, Institut NARILIS
• Jean-Yves Matroule, Institut NARILIS
• Patricia Renard, Institut NARILIS
• Francesco Renzi, Institut NARILIS
• Stéphane Vincent, Institut NISM
• Laurence Meurant, Institut NaLTT
• Emma-Louise Silva, Institut NaLTT  

Appel Projets de recherche (PDR) 

• Jérémy Dodeigne, Institut Transitions, Co-promoteur en collaboration avec l’ULB
• Luc Henrard, Institut NISM; Co-promoteur: Yoann Olivier, Institut NISM 

Fonds pour la formation à la Recherche dans l’Industrie et dans l’Agriculture (FRIA)

• Emma Bongiovanni - Promotrice : Catherine Michaux, Institut NISM
• Simon Chabot - Promotrice : Carine Michiels, Institut Narilis ; Co-promotrice : Anne-Catherine Heuskin, Institut Narilis
• Lee Denis - Promotrice : Muriel Lepère, Institut ILEE
• Maé Desclez - Promoteur : Johan Yans, Institut ILEE ; Co-promoteur : Hamed Pourkhorsandi (Université de Toulouse)
• Pierre Lombard - Promoteur : Benoît Muylkens, Institut Narilis ; Co-promoteur : Damien Coupeau, Institut Narilis
• Amandine Pecquet - Promoteur : Nicolas Gillet, Institut Narilis ; Co-promoteur : Damien Coupeau, Institut Narilis
• Kilian Petit - Promoteur : Henri-François Renard, Institut Narilis ; Co-promoteur : Xavier De Bolle, Institut Narilis
• Simon Rouxhet - Promotrice : Catherine Michaux, Institut NISM ; Co-promoteur : Nicolas Gillet, Institut Narilis
• William Soulié - Promoteur : Yoann Olivier, Institut NISM
• Elisabeth Wanlin - Promoteur : Xavier De Bolle, Institut Narilis
• Laura Willam - Promoteur : Frédérik De Laender, Institut ILEE 

Fonds pour la Recherche en Sciences Humaines (FRESH) 

• Louis Droussin - Promoteur : Arthur Borriello, Institut Transitions ; Co-promoteur : Vincent Jacquet, Institut Transitions
• Nicolas Larrea Avila - Promoteur : Guilhem Cassan, Institut DeFIPP
• Victor Sluyters – Promotrice : Wafa Hammedi, Institut NADI
• Amandine Leboutte - Co-promotrice : Erika Wauthia (UMons) ; Co-promoteur : Cédric Vanhoolandt, Institut IRDENa.

Mandat d’Impulsion Scientifique (MIS) 

• Charlotte Beaudart, Institut Narilis
• Eli Thoré Institut ILEE 

Appel WelCHANGE  

• Nathalie Burnay Institut Transitions, en collaboration avec l’UCLouvain
• Catherine Guirkinger Institut DeFIPP

Félicitations à tous et toutes ! 

Photo : Site de fouilles à Albas, Massif des Corbières (France) © Gaëtan Rochez (UNamur)

Les prédictions actuelles en matière d’évolution de la biodiversité face aux changements climatiques sont basées sur des modèles et scénarios issus d’études multidisciplinaires. Un article vient d’être publié dans la prestigieuse revue PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), alimentant ces scénarios. L’idée originale des chercheurs ? Envisager une analogie entre la biodiversité du passé et celle du futur.

Pour comprendre, il faut remonter 56 millions d’années en arrière, à la transition entre le Paléocène et l’Éocène, période caractérisée par un intense réchauffement de la planète (nommé Paleocene-Eocene Thermal Maximum – ou PETM). Les paléoclimatologues considèrent que cette période est un analogue géologique du réchauffement actuel par son amplitude (augmentation de 5 à 8 °C) et par sa cause (un largage massif de CO₂ dans l’atmosphère, semblable à ce que nous connaissons aujourd’hui).

À cette époque, le réchauffement climatique a généré des perturbations majeures sur la faune. Ce changement du climat, bien qu’il ait été 10 à 100 fois plus lent que celui que nous subissons aujourd’hui, a coïncidé avec l’apparition des mammifères placentaires « modernes » (dont les humains font partie), mais aussi des artiodactyles (ruminants, chèvres…), périssodactyles (chevaux, rhinocéros…), chauves-souris, rongeurs, etc. Les perturbations climatiques intenses et rapides génèrent en effet des stress majeurs sur les écosystèmes : les organismes tentent de s’adapter, certains disparaissent car incapables de faire face à ces intenses modifications environnementales, tandis que d’autres se développent ou évoluent. Ce scénario était déjà bien connu…

Mais quelques milliers d’années avant le PETM, un autre épisode de réchauffement, nommé Pre-Onset Event (ou POE), est enregistré. Il est moins intense (+2 °C) que le PETM, et ressemble davantage aux perturbations climatiques actuelles, ce qui a conduit les chercheurs à investiguer ses impacts sur les faunes.

Photo : A la recherche de fossiles par les collègues paléontologues de l’Université de Montpellier ©  ISEM

Des recherches de terrain ont été menées dans le Massif des Corbières, au sud de la France : les couches géologiques représentatives de cette période y sont nombreuses et épaisses. Grâce à la géochimie isotopique du carbone, les chercheurs namurois ont pu dater ces couches avec grande précision, permettant de détailler l’évolution des fossiles dans le temps.

Les fossiles ainsi découverts ont livré leur mémoire. Et cela remet en question les scénarios préalablement établis sur deux aspects essentiels :

• Les espèces ont évolué rapidement dès le POE, événement climatique semblable aux perturbations actuelles.
• Alors que les chercheurs pensaient que les faunes européennes étaient composées d’espèces endémiques cantonnées à l’Europe, ils ont découvert que ces animaux archaïques côtoyaient aussi des espèces plus modernes, comme des marsupiaux ou des rongeurs, ayant probablement migré d’Amérique du Nord lors du POE.

Photo : Fossiles de mammifères découverts à Albas conservés dans de petits tubes de verre. Il s’agit ici de dents minuscules d’un petit mammifère « archaïque » nommé Paschatherium. © Rodolphe Tabuce

Ainsi donc, lors du POE, les espèces ont migré d’un continent à l’autre… Mais comment est-ce possible ? On pensait qu’à l’époque, le continent européen était relativement isolé des autres par des mers peu profondes. En réalité, à la suite du réchauffement climatique, de vastes étendues de forêts recouvraient les hautes latitudes (actuel nord du Groenland, Scandinavie et détroit de Béring en Sibérie), servant de « ponts terrestres naturels » pour les faunes forestières ! Les perturbations climatiques ont donc modifié la flore, qui a elle-même servi de passage entre continents pour des faunes « modernes », elles aussi en plein bouleversement.

Les perturbations climatiques du POE, semblables à celles enregistrées aujourd’hui, ont donc drastiquement influencé les faunes, notamment en facilitant des migrations intercontinentales. 

L’impact de ces événements déterminants durant le POE offre de nouvelles pistes de réflexion et d’étude sur l’avenir de la biodiversité dans le contexte du réchauffement climatique actuel et futur.

« EDENs : Life during past super-warm climate events: Evolutionary Dynamics of Early EoceNe mammals from Southwestern France » est un projet multidisciplinaire et international auquel participent Johan Yans, Jean-Yves Storme et Gaëtan Rochez (Département de géologie et Institut ILEE de l'UNamur) depuis 3 ans.  Cette recherche réunit les expertises de différents partenaires : 

• L’Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier (ISEM), Rodolphe Tabuce et Fabrice Lihoreau,
• Géosciences Montpellier, Flavia Girard et Gregory Ballas.

Il est financé par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR-France). Elle a pour mission de soutenir et de promouvoir le développement de recherches fondamentales et finalisées dans toutes les disciplines, et de renforcer le dialogue entre science et société.

• Réchauffements climatiques il y a 56 millions d’années : la biodiversité du passé peut-elle nous aider à anticiper l’avenir ? - The Conversation
• Réchauffement climatique : la biodiversité du passé peut-elle nous aider ? - RTBF

En matière de formation, outre les cours intégrant les ODD, l’Université de Namur propose le Certificat d’université de formation complémentaire en Développement Durable.  A destination des membres d'organisations, administrations, entreprises, écoles, etc. concernés ou simplement intéressés par les implications et les enjeux du développement durable, il a pour objectif de proposer une information aussi réfléchie et diversifiée que possible afin d'amener chaque participant à mieux positionner, dans son cadre professionnel, les problématiques liées au développement durable qui le concernent plus directement. 

En matière de recherche, les chercheurs travaillent à travers 11 instituts de recherche interdisciplinaires.  L’équipe de Johan Yans est active au sein de l’Institut ILEE - Institute of Life, Earth and Environment – et cette recherche est un axe des activités consacrées au Développement Durable à l’UNamur.