Les enjeux contemporains de la planète

Notre planète est en constante évolution. Des processus naturels et anthropiques remontant à des milliers d'années ont donné forme à l'environnement qui nous entoure. En parallèle, la population humaine est en croissance constante, ce qui implique de manipuler toujours plus notre environnement pour répondre à nos besoins.

Ce cours abordera certains des moyens par lesquels l'être humain façonne son environnement pour assurer son développement, ainsi que les conséquences de cela pour le climat de notre planète.

Nous traiterons des géosciences, du développement durable, de l'organisation fonctionnelle des plantes à fleurs, des plantes en tant que producteurs de matière organique, de la reproduction et de la dmestication des plantes, ainsi que des variations climatiques passées, du réchauffement climatique et des écosystèmes.

Que sont les géosciences ?

Les géosciences sont un domaine d'étude qui englobe un large éventail de disciplines scientifiques axées sur la compréhension de la structure, des processus et de l'histoire de la Terre. Elles comprennent l'étude de la géologie, des processus géologiques, de la géophysique, de l'océanographie, de la météorologie et des sciences de l'environnement.

Les géoscientifiques utilisent toute une série d'outils et de techniques, notamment l'imagerie satellitaire, les études sismiques et la modélisation informatique, pour étudier des phénomènes tels que les tremblements de terre, les éruptions volcaniques, le changement climatique et la formation de ressources naturelles telles que le pétrole, le gaz et les minéraux.

Les géosciences jouent un rôle essentiel dans la résolution de certaines des questions les plus urgentes au monde, notamment les risques naturels, la durabilité de l'environnement, l'atténuation du changement climatique et l'adaptation à celui-ci.

L’érosion, processus et conséquences

Fig. 1 - L'arche et l'aiguille d'Étretat.

L'érosion est le processus naturel d'usure ou d'enlèvement du sol, des roches et d'autres matériaux de la surface de la Terre par des forces physiques telles que l'eau, le vent, la glace et la gravité, laissant derrière elle diverses structures géologiques telles que celle que l'on peut voir dans la Figure 1. Il s'agit d'un processus continu qui façonne les reliefs de la Terre au fil du temps, y compris la formation de canyons, de vallées et de deltas.

Les activités humaines, telles que la déforestation et la construction, peuvent accélérer l'érosion en éliminant la végétation et en modifiant le paysage naturel. Une érosion excessive peut avoir des effets négatifs sur les écosystèmes, la qualité de l'eau et les infrastructures, d'où la nécessité de mettre en place des mesures efficaces de lutte contre l'érosion.

Il existe six vecteurs d'érosion :

• la gravité ;
• le vent ;
• la pluie ;
• les glaciers ;
• les océans ;
• les rivières.

La sédimentation est le processus par lequel les sédiments, tels que le sable, le limon et l'argile, se déposent et s'accumulent dans une masse d'eau ou sur la terre. Les sédiments peuvent provenir de l'altération et de l'érosion des roches, ainsi que d'activités biologiques. En se déplaçant, l'eau entraîne les sédiments et, lorsqu'elle perd son énergie, les sédiments tombent et se déposent. Ce processus de sédimentation contribue à la formation de divers reliefs tels que les deltas, les plages et les berges des rivières, et joue également un rôle essentiel dans les cycles des nutriments et les écosystèmes aquatiques.

Cependant, les activités humaines telles que les barrages, la construction et les changements d'utilisation des sols peuvent avoir un impact sur le processus de sédimentation et perturber l'équilibre des systèmes aquatiques, entraînant des conséquences écologiques et environnementales. Les sédiments peuvent être transportés en différentes tailles (cailloux, sable, limon, ou dissous dans l'eau) par :

• le vent ;
• l'écoulement de l'eau (rivières, ruisseaux, océans) ;
• la glace.

La Figure 2 ci-dessous illustre le processus de sédimentation qui prend place dans un glacier. De la glace mêlée à des particules et des roches de différentes tailles parcourt des distances non négligeables avant d'être déposée en aval.

Fig. 2 - Le glacier de Morteratsch, vecteur de sédimentation.

Développement durable

Structure et fonctionnement des agrosystèmes

L'agriculture est un art ancien qui fut maîtrisé au cours de milliers d'années. Avec l'augmentation de la population humaine, il fallait trouver un moyen de répondre à la demande mondiale de nourriture, et l'agriculture fut la réponse. Au cours des derniers siècles, l'agriculture a évolué considérablement par rapport à ses humbles débuts. La Figure 3 illustre l'une des techniques de cultures les plus anciennes : la culture du riz. Les progrès technologiques et chimiques ont révolutionné la façon dont nous élevons notre bétail et cultivons nos produits, avec des conséquences pas toujours maîtrisées.

Fig. 3 - Une rizière à étages en Thailande.

Vers une gestion durable des agrosystèmes

La gestion durable des agrosystèmes fait référence à la pratique consistant à gérer les systèmes agricoles de manière à promouvoir la durabilité environnementale, sociale et économique à long terme. Elle implique l'utilisation de techniques qui minimisent les impacts négatifs sur l'environnement, préservent les ressources naturelles et soutiennent la viabilité économique des agriculteurs et de leurs communautés. Il peut s'agir de pratiques telles que la rotation des cultures, la lutte intégrée contre les ravageurs, le labourage de conservation et l'utilisation de cultures de couverture pour améliorer la santé et la fertilité des sols.

La gestion durable des agrosystèmes tient également compte des besoins sociaux et économiques des agriculteurs et de leurs communautés, tels que l'accès aux marchés, des prix équitables et le développement communautaire. En adoptant des pratiques de gestion durable, les agrosystèmes peuvent contribuer à la réalisation des objectifs mondiaux de durabilité tels que la sécurité alimentaire, la réduction de la pauvreté, l'atténuation du changement climatique et l'adaptation à celui-ci.

Les angiospermes appartiennent aux plantes vasculaires, un groupe de plantes qui présentent une différenciation des tissus, notamment des tissus vasculaires pour le transport des nutriments. Les autres groupes de plantes vasculaires sont les gymnospermes (pins, cycadales, cyprès) et les ptéridophytes (plantes sans graines telles que les fougères, les trèfles et les prêles). Toutes les plantes vasculaires partagent une anatomie et une structure de systèmes d'organes et de tissus similaires.

Fig. 4 - La grande diversité des plantes angiospermes (plantes à fleurs).

La plante productrice de matière organique

La photosynthèse

La photosynthèse se produit lorsque des organismes utilisent l'énergie lumineuse du soleil pour convertir des molécules inorganiques (à savoir le dioxyde de carbone et l'eau) en molécules organiques (glucose) et en oxygène. Il s'agit d'une réaction d'oxydation-réduction déclenchée par la lumière.

Le glucose formé lors de la photosynthèse fournit de l'énergie à la plante, ainsi que des molécules de carbone, essentielles pour fabriquer un large éventail de biomolécules. La photosynthèse se déroule en deux phases principales : la réaction dépendante de la lumière et la réaction indépendante de la lumière. Des étapes supplémentaires interviennent, tel que cela est décrit plus bas.

Fig. 5 - La feuille est l'organe principal dont la plante se sert pour la photosynthèse.

La reproduction asexuée des végétaux

La reproduction asexuée est un processus dans lequel un nouvel organisme est produit à partir d'un seul parent sans l'intervention de gamètes ou de cellules sexuelles. De nombreux organismes unicellulaires et multicellulaires se reproduisent de manière asexuée. Dans ce processus, l'organisme parent se divise ou une partie de l'organisme parent se sépare pour former un nouvel organisme. Il existe six types de reproduction asexuée et il est important de savoir comment les organismes unicellulaires et multicellulaires se reproduisent asexuellement.

Domestication des plantes

Agriculture

Afin de subvenir à ses besoins, l'être humain a toujours cherché à maîtriser son environnement. Les croisements entre les plantes (sélection artificielle) ont permis de développer certains traits chez les végétaux qui sont jugés utiles ou attractifs. L'activité humaine manipule de nombreux facteurs qui sont essentiels au maintien des écosystèmes complexes dans lesquels des milliers d'espèces végétales sont adaptées. Des facteurs tels que les niveaux naturels de nombreux éléments comme l'azote, le calcium, le phosphore et le CO₂ atmosphérique, ainsi que les niveaux d'herbivores, d'agents pathogènes et de prédateurs. L'activité humaine modifie également le climat, ce qui a un impact énorme sur la vie sur la planète.

Fig. 6 - La tomate, une des plantes les plus consommées au monde.

Reconstituer et comprendre les variations climatiques passées

Le réchauffement climatique du Crétacé

Le Crétacé (d'il y a 145,5 à 65,5 millions d'années) est l'une des périodes les plus étudiées en termes d'effet du gaz à effet de serre sur la Terre, car elle a vu le réchauffement climatique le plus prononcé de l'histoire de notre planète. En effet, au Crétacé supérieur, il y a environ 94 millions d'années, la Terre a connu un réchauffement climatique extrême.

Au cours de cette période, le fond de l'océan s'est considérablement modifié, les continents s'éloignant les uns des autres. Le mouvement des plaques s'est intensifié, ce qui a entraîné une forte augmentation de l'activité volcanique, tant sur Terre qu'au fond de l'océan. L'augmentation de la croûte océanique jeune et chaude et l'élévation de la température de l'eau ont entraîné une importante élévation du niveau de la mer.

Le réchauffement climatique actuel

Le changement climatique mondial désigne les variations des conditions climatiques de la Terre résultant de forçages internes et externes. La variabilité interne naturelle de la Terre fait varier le climat sur des millénaires. Cette variabilité interne comprend des facteurs tels que les éruptions volcaniques et la redistribution de la chaleur des océans.

Les forçages externes, tels que la production solaire et les variations orbitales, auront un impact sur le climat, tandis que les forçages anthropiques en constante augmentation, comme les gaz à effet de serre et les aérosols, deviennent un problème sérieux. Outre la hausse des températures, la fonte des calottes glaciaires et des glaciers, l'acidification des océans et l'élévation du niveau des mers montrent que le réchauffement climatique a des effets tangibles dans le monde entier.

Conséquences du réchauffement climatique

Le changement climatique existait déjà avant l'apparition de l'homme. Cependant, l'activité humaine a accéléré le rythme du changement climatique et, à son tour, l'homme en subit les conséquences. La hausse des températures atmosphériques résultant de la variabilité interne naturelle, des forçages externes et des émissions anthropiques de gaz à effet de serre a des répercussions considérables sur de nombreuses caractéristiques de notre planète.

Fig. 7 - La sécheresse, une des conséquences du réchauffement climatique.

Écosystèmes

Les écosystèmes sont des réseaux complexes d'organismes vivants, notamment des plantes, des animaux et des micro-organismes, qui interagissent entre eux et avec leur environnement physique. Ces interactions forment un équilibre entre les composantes biotiques et abiotiques de l'écosystème, ce qui inclut le cycle de l'énergie et des nutriments. Les écosystèmes vont de petits environnements localisés, tels qu'un étang ou une forêt, à des systèmes à grande échelle, tels que les océans et le climat mondial.

Les activités humaines, telles que l'urbanisation, les changements d'affectation des sols et la pollution, peuvent avoir un impact significatif sur les écosystèmes et leur capacité à fournir des services essentiels, tels que la pureté de l'air et de l'eau, la fertilité des sols et la régulation du climat. Il est essentiel de comprendre le fonctionnement et la dynamique des écosystèmes pour élaborer des stratégies de conservation et de gestion efficaces afin de garantir leur durabilité à long terme.