Expérience de longue durée
Une expérience de longue durée est une procédure expérimentale qui se déroule sur une longue période, afin de tester une hypothèse ou d'observer un phénomène qui se produit à un rythme extrêmement lent. La durée considérée comme « longue » dépend de la discipline académique. Par exemple, plusieurs expériences agricoles en plein champ ont duré plus de cent ans, mais des expériences beaucoup plus courtes peuvent être qualifiées de « longue durée » dans d'autres disciplines.
Une expérience est « un ensemble d'actions et d'observations », ce qui implique qu'un ou plusieurs traitements (fertilisants, repas scolaires subventionnés, etc.) sont imposés au système étudié. Les expériences de longue durée contrastent donc avec les études à long terme non expérimentales dans lesquelles la manipulation du système étudié est impossible (par exemple la Grande Tache rouge de Jupiter) ou indésirable (par exemple les observations de terrain du comportement des chimpanzés).
En physique
modifierLe carillon électrique d'Oxford, alimenté par deux piles électriques spéciales, sonne à l'université d'Oxford depuis 1840[1].
L'horloge de Beverly de l'université d'Otago en Nouvelle-Zélande fonctionne depuis 1864.
L'expérience de la goutte de poix est menée à l'université du Queensland en Australie depuis 1927.
En botanique
modifierL' expérience de germination de William James Beal est en cours depuis 1879 et constitue la plus longue expérience en cours en botanique. Ellse devrait s'achever en 2100.
L'expérience des parcelles Godwin, menée dans la réserve de Wicken Fen dans le Cambridgeshire en Angleterre, est en cours depuis les années 1920 et explore les différences entre les zones de végétation qui ne sont jamais taillées, et celles taillées tous les quatre ans, trois ans, deux ans et chaque année.
En agronomie
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Des expériences de longue durée permettent de tester la durabilité de différentes pratiques agricoles, mesurée par l'évolution des rendements sur plusieurs décennies. Parmi les exemples, on dénombre l'expérience Park Grass à la station expérimentale de Rothamsted (depuis 1843), les parcelles Morrow (depuis 1876) à l'université de l'Illinois Urbana-Champaign, le terrain Sanborn à l'université du Missouri (depuis 1888), les parcelles Magruder (depuis 1892) à l'université d'État de l'Oklahoma, l'expérience Old Rotation d'Auburn (depuis 1896) et l'expérience de Haughley (1939-1982 ?).
Les expériences menées à Rothamsted ont montré que « les rendements en céréales peuvent être maintenus (et même augmentés) pendant près de 150 ans dans des monocultures de blé et d’orge en recevant annuellement des engrais organiques ou inorganiques »[2]. Ces résultats montrent que des pratiques considérées comme non durables par certains défenseurs de l'agriculture durable peuvent préserver « la capacité d'une exploitation agricole à produire perpétuellement », du moins dans certaines conditions. Mais même si la diversité des cultures dans l'espace ou dans le temps (rotation culturale) et les intrants organiques ne sont pas toujours essentiels à la durabilité, de nombreuses preuves provenant de Rothamsted et d'ailleurs montrent qu'ils sont souvent bénéfiques. En 2017, Rothamsted a lancé une nouvelle expérience à long terme, la Large Scale Rotation Experiment, afin de mieux comprendre les compromis liés aux approches plus régénératrices de l'agriculture telles que la préservation des sols, la rotation culturale et le compostage[3].
Une expérience en alpage est menée en Suisse, à Schynige Platte, depuis les années 1920, afin d'étudier l'impact de l'homme sur l'environnement alpin[4].
L'expérience Haughley était remarquable en tant qu'exemple rare d'expérience à long terme en agriculture biologique sans apports externes de nutriments. Au bout d'une trentaine d'années, il a toutefois été décidé de commencer à apporter du fumier. Il existe un désaccord pour savoir si la « baisse des rendements relatifs de la parcelle biologique » était due à un épuisement des nutriments dans le sol[5].
Diverses expériences à court terme ont utilisé des légumineuses (en symbiose avec des rhizobia fixatrice d'azote) comme source d'azote, mais de bons rendements à court terme ne prouvent pas que le système est durable. Le problème est que la libération d'azote par la matière organique du sol peut compenser tout déficit d'azote provenant des légumineuses pendant une décennie, voire plus. L'expérience Old Rotation a démontré que l'azote provenant des légumineuses peut compenser sur le long terme l'azote exporté par une récolte des cultures. Un point essentiel est que l'azote contenu dans les légumineuses n'a pas été prélevé, comme cela aurait été le cas pour une culture de soja, mais enfoui sous terre comme engrais vert. Dans la Old Rotation, l'engrais vert était cultivé pendant l'hiver pour fournir de l'azote à une culture d'été (le coton) ; cela serait moins pratique dans les climats plus froids[réf. nécessaire].
Les expériences agricoles à long terme lancées plus récemment comprennent celles sur les systèmes agricoles de l'UC Davis, commencées en 1993[6].
En biologie
modifierEn microbiologie
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Au Centre britannique d'astrobiologie de l'université d'Édimbourg et à l'Institut de médecine aérospatiale du centre aérospatial allemand, Charles Cockell et Ralf Möller ont mis en place l'« expérience de microbiologie de 500 ans », qui a débuté en juillet 2014, afin d'étudier la perte de viabilité des bactéries résistantes à la dessiccation sur de longues périodes. L'expérience implique l'étude de bactéries végétatives (la cyanobactérie extrêmement tolérante, Chroococcidiopsis sp.) et de bactéries sporulantes (Bacillus subtilis)[7],[8].
L’expérience comprend deux boîtes en bois de chêne contenant des échantillons en double, qui seront conservées à l’université d’Édimbourg et au musée d’histoire naturelle de Londres. Tous les deux ans pendant les 24 prochaines années, puis tous les 25 ans pendant les 475 prochaines années, des échantillons en triple exemplaire des deux organismes contenus dans des ampoules de verre seront ouverts et le nombre de cellules viables sera relevé. Le premier point de mesure a été relevé en 2014, et le dernier devrait avoir lieu le 30 juin 2514. Dans chaque boîte, l'expérience est dupliquée en une expérience à rayonnement de fond réduit (conservé dans une boîte en plomb) et une autre à rayonnement de fond non réduit, permettant ainsi d'étudier l'impact du rayonnement combiné à la dessiccation sur la viabilité sur de longues périodes.
L'expérience est motivée par le désir de comprendre comment les microbes survivent à la dessiccation dans les déserts, les roches, le pergélisol et leur survie potentielle dans l'espace. La destruction et les voies de dégradation des biomolécules seront également étudiées. En plus de l'expérience principale, il existe divers échantillons, notamment des plaques d'agar-agar séchées et des endolithes, destinés à être étudiés sur de longues périodes[réf. nécessaire].
L'une des boîtes en bois a été livrée au musée d'histoire naturelle le 27 février 2015 et sera intégrée à la collection de cyanobactéries.
En biologie évolutive
modifierL' expérience d'évolution à long terme d'E. coli, en anglais E. coli long-term evolution experiment (en) (LTEE), une étude sur l'évolution expérimentale lancée par Richard Lenski à l'université de Californie, est en cours depuis 1988 et compte plus de 70 000 générations[9],[10]. Les expériences sur l'évolution du maïs sous sélection artificielle pour favoriser la teneur en huile et en protéines représentent plus d'années, mais beaucoup moins de générations (seulement 65)[11],[12].
Le renard argenté domestiqué est un programme d'élevage en cours depuis 1959 avec des résultats spectaculaires sur l'évolution du comportement et la néoténie.
L'expérience « Dark Fly », lancée par Syuichi Mori à l'université de Kyoto en 1954, étudie l'évolution de la drosophile élevée dans une pièce constamment sombre pendant 57 ans (plus de 1400 générations). En 2012, le troisième successeur de l'expérience, Naoyuki Fuse, a effectué le séquençage complet du génome de la souche et a rapporté environ 5 % d'altérations par rapport à la souche sauvage[13].
En écologie
modifierAux États-Unis, la Fondation nationale pour la science (NSF) soutient un certain nombre d'expériences écologiques à long terme, principalement dans des écosystèmes moins directement affectés par l'homme que la plupart des écosystèmes agricoles, comme LTER. Au Royaume-Uni, l'Ecological Continuity Trust œuvre à promouvoir et à assurer l'avenir des expériences écologiques à long terme, en tenant un registre des expériences où des traitements ont été appliqués pendant au moins six ans.
Un certain nombre d'autres zones, parfois appelées parcs involontaires, peuvent être considérées comme des expériences écologiques de longue durée, car elles ont été abandonnées par l'homme et sont revenues à un état quasi sauvage. Il s'agit notamment de zones abandonnées pour des raisons politiques, comme la zone coréenne démilitarisée, ou de contamination environnementale, comme la zone d'exclusion de Tchernobyl.
En médecine et en psychologie
modifierL'étude Framingham sur le cœur est menée sans interruption depuis 1948.
L'étude Grant menée au Laboratoire du développement adulte du Département de psychiatrie du Brigham and Women's Hospital, affilié à la Harvard Medical School, est une étude longitudinale sur le développement humain adulte, en suivant deux groupes d'individus au fil de leur vieillissement (268 diplômés de Harvard et 456 hommes du centre-ville de Boston). Cette étude est menée depuis 1937 et constitue actuellement l'étude la plus longue jamais réalisée sur la vie adulte.
Notes et références
modifier- ↑ « Exhibit 1 – The Clarendon Dry Pile », Department of Physics, Oxford University (consulté le )
- ↑ « The Rothamsted long-term experiments: Are they still of use? », Agronomy Journal, vol. 83, no 1, , p. 2–10 (DOI 10.2134/agronj1991.00021962008300010008x, Bibcode 1991AgrJ...83....2J)
- ↑ Li, Storkey, Mead et Shield, « A new Rothamsted long-term field experiment for the twenty-first century: Principles and practice », Agronomy for Sustainable Development, vol. 43, no 5, (PMID 37637434, PMCID 10449994, DOI 10.1007/s13593-023-00914-8, Bibcode 2023AgSD...43...60L)
- ↑ (de) Otto Hegg et Urs Schaffner, 80 Jahre experimentelle Ökosystemforschung auf der Schynigen Platte im Berner Oberland, Haupt Verlag AG, (ISBN 978-3-258-07720-8, lire en ligne)
- ↑ « The comparative productivity of organic agriculture. », Agriculture, Ecosystems & Environment, vol. 30, nos 1–2, , p. 1–26 (DOI 10.1016/0167-8809(90)90179-H, Bibcode 1990AgEE...30....1S)
- ↑ « Long-Term Research on Agricultural Systems », University of California, Davis
- ↑ Cockell, « The 500-Year Microbiology Experiment », Microbiology Today, no World War I, , p. 95–96 (lire en ligne)
- ↑ Cockell, « A 500-year experiment », Astronomy and Geophysics, vol. 56, no 1, , p. 28–29 (DOI 10.1093/astrogeo/atv028, Bibcode 2015A&G....56a1.28C, lire en ligne)
- ↑ « Historical contingency and the evolution of a key innovation in an experimental population of Escherichia coli », Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 105, no 23, , p. 7899–906 (PMID 18524956, PMCID 2430337, DOI 10.1073/pnas.0803151105, Bibcode 2008PNAS..105.7899B)
- ↑ (en) Lenski, « We Interrupt this Nasty Virus with Some Good News about Bacteria », Telliamed Revisited, (consulté le )
- ↑ « Behavior, Transmission, and Morphological Effects of Accessory Chromosomes in Panicum coloratum L.1 », Crop Science, vol. 9, no 2, , p. 176–181 (DOI 10.2135/cropsci1969.0011183X000900020020x)
- ↑ « Genetic Variability After 65 Generations of Selection in Illinois High Oil, Low Oil, High Protein, and Low Protein Strains of Zea mays L.1 », Crop Science, vol. 9, no 2, , p. 179–181 (DOI 10.2135/cropsci1969.0011183X000900020021x)
- ↑ « Genome features of "Dark-fly", a Drosophila line reared long-term in a dark environment », PLOS ONE, vol. 7, no 3, (PMID 22432011, PMCID 3303825, DOI 10.1371/journal.pone.0033288, Bibcode 2012PLoSO...733288I)
