Au laboratoire MACE, nous étudions comment les microbes survivent et s'adaptent dans la neige, la glace et les sols gelés. Grâce à des travaux sur le terrain, des expériences en laboratoire et des analyses moléculaires, nous découvrons comment ces formes de vie résilientes réagissent au réchauffement climatique et contribuent à façonner les écosystèmes alpins et polaires fragiles.
Sujets de recherche
1
Dégel du pergélisol et libération de gaz à effet de serre : Lorsque le sol gelé dégèle, le carbone piégé devient accessible aux microbes, ce qui entraîne la libération de gaz à effet de serre tels que le CO₂ et le méthane. Nous étudions comment les communautés microbiennes évoluent avec le réchauffement et comment ces changements influencent la stabilité des écosystèmes et les rétroactions climatiques.
2
Adaptation microbienne au froid : Nous étudions comment les micro-organismes survivent et restent actifs dans la neige, la glace et les sols gelés. Ils utilisent des stratégies biochimiques spéciales pour fonctionner à des températures inférieures à zéro. Ces adaptations révèlent comment la vie réagit aux changements environnementaux.
3
Interactions et symbioses microbiennes : Les microbes interagissent en permanence, parfois en coopérant, parfois en rivalisant. Nous étudions comment ces relations façonnent les communautés microbiennes dans les environnements froids et comment les partenariats entre les microbes et les plantes ou les animaux aident les uns et les autres à s’adapter à des conditions difficiles et changeantes.
Nos projets clés
Le microbiome alpin sous pression
Sur plusieurs sommets des Alpes suisses, nous utilisons des parcelles de réchauffement passif pour étudier comment la hausse des températures affecte les microbes du sol et les émissions de gaz à effet de serre. Ces expériences révèlent comment les écosystèmes de montagne réagissent au réchauffement.
Institut fédéral de recherche suisse WSL
Déclin de l'enneigement dans les Alpes
Nous étudions comment la réduction de la couverture neigeuse affecte les sols alpins et leurs microbes en utilisant des parcelles de terrain où la neige est enlevée et rajoutée. Le suivi des changements au fil des saisons nous aide à comprendre comment la diminution de l'enneigement modifie la santé des sols, les cycles des nutriments et les émissions de gaz à effet de serre.
Microbes du Groenland sur des terres nouvellement exposées
À mesure que les glaciers du Groenland reculent sous l'effet du réchauffement climatique, de nouveaux écosystèmes pédologiques émergent, dans lesquels les microbes s'installent rapidement. Nous étudions comment ces premières communautés transforment des sédiments sans vie en sols plus riches et influencent les flux de gaz à effet de serre.
ECEO EERL
Nos résultats et highlights
1
Nos études de terrain dans les Alpes révèlent une diversité microbienne riche et unique dans différents sites montagneux, montrant que même des écosystèmes proches peuvent abriter des communautés microbiennes distinctes. Nous avons également constaté que si les sols alpins libèrent du CO₂, nombre d’entre eux absorbent simultanément du méthane (CH₄), ce qui contribue à compenser potentiellement les émissions de gaz à effet de serre.
Team & talents
Taille de l'équipe du laboratoire
8 personnes dans le laboratoire (sans compter les étudiants en master)
Impacts régionaux et sociaux
1
Nos recherches permettent de prévoir comment le changement climatique affecte les écosystèmes des montagnes alpines et des régions polaires. Cela permettra d’orienter la conservation et la sensibilisation du public aux régions froides.
2
L’étude des sols alpins et des systèmes d’enneigement en Valais nous permet de soutenir l’utilisation durable des terres, la conservation de la biodiversité et les stratégies d’adaptation au climat dans cette région alpine sensible.
3
La préservation et l’étude des organismes microbiens adaptés au froid ouvrent de nouvelles possibilités pour la biotechnologie durable, de la chimie verte et des solutions environnementales aux nouvelles enzymes pour les applications industrielles.
Perspectives et défis
Principales opportunités
L’une des principales priorités est de comprendre comment le réchauffement va remodeler les écosystèmes alpins, l’activité microbienne et l’équilibre des gaz à effet de serre. * Les microbes adaptés au froid offrent un potentiel inexploité pour l’innovation biotechnologique et industrielle durable.
Principaux défis
L’établissement d’un lien entre les données microbiennes et les modèles climatiques est un défi, mais il peut améliorer considérablement les prévisions concernant les rétroactions des gaz à effet de serre.
Laboratoire de détection environnementale intelligente dans les environnements extrêmes (SENSE)
Prof. Jérôme Chappellaz
Smart Environmental Sensing in Extreme Environments Laboratory (SENSE)
Les missions de SENSE consistent à explorer le changement climatique et la biogéochimie des gaz à effet de serre par le biais de l'ingénierie et des nouvelles technologies, en mettant l'accent sur les environnements extrêmes et marins. La devise correspondante résumant notre mission pourrait être exprimée comme "Tech for Climate".
Sujets de recherche
1
Biogéochimie des gaz à effet de serre dans les environnements aquatiques, c’est-à-dire quels sont les mécanismes de production et de consommation de ces gaz, affectant éventuellement les flux entre l’environnement aquatique et l’atmosphère
2
Capteurs intelligents : des données supplémentaires sont nécessaires, à de meilleures échelles spatiales et temporelles. Nous développons des capteurs, y compris des capteurs abordables, permettant d’augmenter la couverture des données
3
Low tech et science citoyenne : engager les marins à équiper leurs bateaux de capteurs peu coûteux permettant de tirer un bénéfice scientifique de leur expédition
Nos projets clés
BASAL-CH4
Un projet financé par l'Institut polaire suisse, au cours duquel nous avons évalué les flux de méthane (CH4) des fjords de l'ouest du Groenland en été, en utilisant notre capteur in-situ appelé SubOcean et une expédition du voilier scientifique suisse FOREL.
Institut polaire suisse Association du patrimoine de Forel
Nous continuons à acquérir des mesures détaillées de l'oxyde nitreux (N2O) et du CH4 dissous dans le lac Léman et d'autres lacs suisses à différentes saisons, dans le but final d'évaluer leurs mécanismes de production et de consommation, ainsi que les flux vers l'atmosphère.
Plate-forme LéXPLORE Eawag UNIL
Sailowtech
Nous concevons, construisons et améliorons des capteurs peu coûteux pour mesurer la température, la salinité, l'oxygène dissous et le CO2 dissous dans les environnements aquatiques. Cela permettra de développer la science citoyenne pour un meilleur enregistrement spatial et temporel de ces variables importantes. Depuis 2025, notre équipe assure la coordination académique globale de Sailowtech.
Nos analyses détaillées in situ du CH4 dissous dans le lac Léman ont démontré que les concentrations élevées loin du delta du Rhône sont principalement générées par le transport latéral depuis le delta lui-même.
2
Jérôme Chappellaz, qui dirige l’unité SENSE, a reçu la médaille Belgica de l’Académie royale des sciences de Belgique.
3
Projets soutenus par l’Institut polaire suisse : BASAL-CH4 et NITRO-BAFFIN
Team & talents
Taille de l'équipe du laboratoire
7
Membre de l'équipe spécifique
Cette année, Isabel Wild est l’assistante administrative de l’équipe. Elle effectue un travail incroyable en suivant tous les aspects de l’administration de l’équipe, mais aussi en accompagnant les Professeurs ALPOLE dans l’organisation de la réunion bimestrielle de tous les Professeurs ALPOLE. Son dévouement et son professionnalisme sont vraiment étonnants et constituent un grand atout pour notre équipe et pour ALPOLE.
Compétences développées par l'équipe scientifique
Approche pluridisciplinaire à l’interface entre les géosciences de l’environnement et l’ingénierie. Travail sur le terrain et logistique associée. Environnements de terrain exigeants (lacs, régions polaires).
Autres
La communication. Un tel sujet de recherche intéresse un large public. Il est donc important de pouvoir gérer les interviews avec les médias, par exemple.
Impacts régionaux et sociaux
1
Notre recherche fournit des informations essentielles sur les rétroactions biogéochimiques potentielles qui s’activent dans un monde plus chaud, ce qui est particulièrement important en Suisse où le réchauffement actuel est plus fort que la moyenne mondiale.
2
Nos recherches montrent que le canton du Valais prend sa part de responsabilité dans la compréhension du fonctionnement du système climatique. Notre savoir-faire pourrait trouver des ramifications dans les activités valaisannes liées à la qualité de l’eau, au cycle du carbone et de l’azote.
3
Nos recherches sur les nouveaux capteurs peuvent déboucher sur des découvertes ayant des ramifications dans les applications industrielles.
Perspectives et défis
Priorité 1
Améliorer nos capteurs actuels
Priorité 2
Déployer les capteurs en collaboration avec des programmes internationaux, par le biais de nouvelles expéditions scientifiques dans différentes parties du monde
Priorité 3
Développer la capacité de la science citoyenne autour des environnements aquatiques, mais aussi éventuellement d’autres environnements
Principaux défis
Il y a des défis d’ingénierie, qui nécessitent de développer des connexions avec différentes disciplines à l’EPFL. Il y a aussi des défis de déploiement, car nous dépendons en partie de la logistique complexe des opérateurs étrangers dans les régions polaires. Enfin, la science citoyenne exige de minimiser les budgets des instruments, ce qui n’est pas toujours facile.
Partenariats futurs
Autres professeurs de l’EPFL. Collaboration avec l’Eawag autour de nouveaux types d’instruments CTD capables de documenter l’état physique des systèmes aquatiques. Collaboration avec d’autres nations (en particulier la Norvège) pour le déploiement dans les océans polaires, avec des perspectives au Svalbard et dans l’océan austral autour de l’Antarctique. Perspective de participer à l’expédition BeauPair en 2027 avec l’Allemagne et le Canada.
Au laboratoire de biogéochimie des sols, nous révélons comment les processus redox régissent le cycle du carbone, des nutriments et des contaminants. En combinant des observations sur le terrain et des expériences en laboratoire, nous construisons des outils et des modèles pour prédire la fonction des écosystèmes et guider la gestion durable des sols dans un climat changeant.
Sujets de recherche
1
Chimie d’oxydoréduction minérale : Certains minuscules minéraux du sol (avec du fer et du manganèse) agissent comme de petites piles. Nous mesurons le moment où ils « donnent » ou « prennent » des électrons afin de prévoir l’évolution des nutriments et des polluants.
2
Dynamique de la matière organique du sol : Les microbes consomment les feuilles mortes et les racines pour en tirer de l’énergie. Nous mesurons cette énergie pour savoir si le carbone reste dans le sol ou se transforme en gaz qui affectent notre climat.
3
Gestion durable des sols : Les sols comportent de minuscules poches sans air où peuvent se former des gaz à effet de serre supplémentaires. Nous cartographions l’emplacement et l’importance de ces poches afin d’aider les agriculteurs à produire des cultures saines tout en préservant la propreté de l’eau et en réduisant les émissions.
Nos projets clés
Sols de montagne
Nous cartographions le carbone organique du sol à travers les topographies du Vallon de Réchy et du Binntal et mettons en évidence les facteurs chimiques, physiques, microbiens et géologiques qui déterminent l'accumulation du carbone. Cela permet de prévoir l'évolution de ces stocks en fonction du climat futur. Plus d'informations : https://www.epfl.ch/labs/soil/soil-organic-carbon-in-mountain-soils/ et données : https://alpinesoc.epfl.ch/
Nous mesurons la façon dont les minéraux de manganèse de différentes structures échangent des électrons. Nos résultats permettent d'améliorer les prévisions des réactions médiées par les minéraux, y compris les transformations des polluants. Pour plus d'informations : https://www.epfl.ch/labs/soil/electrochemical-analysis-of-the-redox-properties-and-reactivity-of-manganese-oxides-strong/
Nous développons un cadre de modélisation basé sur les processus pour estimer les flux de carbone dans les zones humides restaurées en reliant les processus écohydrologiques et biogéochimiques et en validant les résultats avec les données de surveillance des zones humides suisses. Cela permet de quantifier les impacts de la restauration et d'optimiser les projets afin de maximiser la séquestration du carbone dans un contexte de changement climatique.
Vineeth Pothanamkandathil : Podstoc dans le groupe depuis mars 2025. Développe de nouvelles approches expérimentales et de modélisation pour caractériser la réactivité redox des minéraux du sol.
Compétences développées par l'équipe scientifique
Gestion et supervision de projets, compétences expérimentales et de laboratoire, conception expérimentale, compétences sur le terrain, gestion des données, compétences en matière de communication.
Autres
Équipe interdisciplinaire composée de spécialistes de la chimie environnementale, de la pédologie, de la microbilogie environnementale et de l’agronomie
Impacts régionaux et sociaux
1
En révélant comment les sols stockent le carbone, purifient l’eau, recyclent les nutriments et transforment les polluants, nos recherches transforment les connaissances moléculaires en outils d’action climatique, d’assainissement de l’eau et de résilience des systèmes alimentaires, guidant ainsi les politiques et les pratiques qui protègent l’homme et la nature.
2
Nos recherches permettent de cartographier les stocks de carbone organique des sols dans des vallées telles que Réchy et Binntal et d’identifier les facteurs de leur stabilité. Ces informations permettent d’anticiper l’évolution des sols alpins et de leur carbone organique à mesure que le climat se réchauffe.
3
Nous formons des étudiants et des stagiaires aux méthodes de terrain, aux expériences de laboratoire, aux SIG/modélisation et à la gestion et à la supervision de projets. Nous produisons des talents prêts à travailler pour des entreprises de conseil en environnement, d’hydroélectricité, d’agro-technologie et d’assainissement.
Perspectives et défis
Principales opportunités
Évaluer comment l’épaisseur et la durée de la couverture neigeuse modifient le cycle du carbone dans les sols alpins.
Aider l’agriculture à s’adapter à des étés plus chauds et plus secs (rétention d’eau, cultures de couverture, travail du sol).
Améliorer les modules de sol dans les modèles pour prévoir les impacts climatiques locaux. Optimiser la restauration des zones humides pour obtenir des gains nets de carbone tout en gérant le méthane.
Créer des ensembles de données ouvertes et des réseaux de capteurs pour la surveillance à long terme des Alpes.
Principaux défis
Distinguer les effets du climat de ceux de la topographie et de l’utilisation des terres sur les processus pédologiques.
Conditions alpines difficiles : accès, sécurité et fiabilité des instruments.
Passer de micro-sites à des bassins versants tout en tenant compte de l’incertitude.
Données à long terme limitées ; harmonisation des mesures et des normes.
Intégration des résultats de terrain, de laboratoire et de modèle dans des orientations exploitables.
Partenariats futurs
Agences cantonales et gestionnaires du territoire
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