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Hélène Morlon, mathématicienne du vivant

Hélène Morlon, mathématicienne du vivant

05.02.2018, par
Hélène Morlon durant une conférence TED en 2016.
Rencontre avec Hélène Morlon, lauréate du prix Irène Joliot-Curie 2017 dans la catégorie « Jeune femme scientifique ». Elle est récompensée pour ses travaux sur la modélisation de la biodiversité, à la croisée des mathématiques et de l’écologie.

Poignée franche et sourire bienveillant. La lauréate 2017 du prix Irène Joliot-Curie nous ouvre chaleureusement les portes de son laboratoire de l’École normale supérieure en cette matinée de décembre. Sa spécialité : l’évolution de la biodiversité, qu’elle étudie en conciliant modèles probabilistes et phylogénie moléculaire. Quelle est l’histoire de la biodiversité et comment va-t-elle répondre aux changements actuels ? Pourquoi certains groupes d’organismes renferment-ils plus d’espèces que d’autres ? Pourquoi des zones géographiques comportent-elles plus ou moins de biodiversité ? L’originalité de ses travaux sur ces questions avait déjà été saluée en 2015, lorsqu’elle a reçu la médaille de bronze du CNRS.

Le laboratoire et le terrain

La jeune équipe de post-doctorants est encore en transit et il règne comme un air de feng shui dans cette salle moderne et épurée des bâtiments annexes de la rue d’Ulm, à Paris. Hélène Morlon reprend le fil de son parcours qui, loin des modèles mathématiques sur lesquels elle travaille, a laissé la part belle au hasard des rencontres. Et ce dès son entrée à l’ENS Cachan. « À l’époque, je n’imaginais pas faire de recherche en mathématiques. J’aimais cette discipline mais je voulais exercer un métier qui soit davantage ancré dans la société et l’enseignement m’apparaissait comme un bon compromis. » Enseignante, vraiment ? « Je préparais l’agrégation de mathématiques quand le déclic est arrivé, se souvient Hélène Morlon. Ce jour-là, j’ai assisté à un cours d’application des mathématiques à l’écologie qui a beaucoup résonné en moi. » Nous sommes en 2000, et tout vient de basculer pour elle.

Sensibilisée aux questions environnementales depuis son enfance en Provence, Hélène Morlon décide de quitter la voie de l’enseignement pour poursuivre ses études en écologie. Elle s’inscrit donc à un DEA avant de soutenir une thèse en écotoxicologie à l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) au CEA de Cadarache, au sud de Manosque. Trop de mathématiques fondamentales à Cachan, trop d’expérimental désormais à Cadarache. « Après trois ans de recherche exclusivement expérimentale à Cadarache, j’ai eu envie, dans le cadre de mon post-doctorat, de retourner aux mathématiques et à la modélisation. » Hélène Morlon consulte alors les appels d’offres sur Internet.

À l’époque, les postes en biomathématiques se font rares en France. La scientifique décide de candidater pour un poste aux États-Unis, dans le laboratoire de Jessica Green, chercheuse en modélisation de la biodiversité. Le laboratoire californien développe des modèles mathématiques pour expliquer la distribution géographique de la biodiversité, en particulier celle des micro-organismes.

Les trois années qui suivent sont une bouffée d’oxygène pour celle qui multiplie les allers-retours entre le laboratoire et le terrain pour échantillonner des plantes et des micro-organismes : Californie certes, mais aussi Colorado, Chili, Afrique du Sud et Australie… « Des destinations à faire pâlir d’envie mes confrères », s’amuse la scientifique.

Hélène Morlon prolonge ensuite son expérience américaine en intégrant l’équipe de Joshua Plotkin en Pennsylvanie. Le chercheur, rencontré quelque temps plus tôt, développe des modèles mathématiques appliqués à la biologie évolutive et à l’écologie. C’est là qu’Hélène Morlon commence à s’intéresser aux phénomènes de spéciation et d’extinction des espèces. En 2011, un article cosigné avec Joshua Plotkin et publié dans les Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) consacrera l’excellence de leurs travaux. « Si les approches phylogénétiques permettent d’étudier l’évolution de groupes d’espèces peu représentés dans le registre fossile, plusieurs études remettaient jusque-là en cause ces approches en pointant des incohérences avec les données fossiles. » En développant un nouveau modèle mathématique appliqué aux cétacés – dauphins, baleines, marsouins –, les chercheurs ont permis de réconcilier les deux camps, redonnant ainsi confiance dans les approches phylogénétiques.

Une équipe de chercheurs atypiques

« J’aurais pu décider de poursuivre ma carrière aux États-Unis, mais je suis attachée à mon pays et à la qualité de la recherche mathématique en France », avoue la jeune femme. Recrutée par le CNRS en 2010, Hélène Morlon obtient une bourse de l’ANR de quelque 280 000 euros et poursuit ses recherches au Centre de mathématiques appliquées avant de rejoindre, en janvier 2014, l’Institut de biologie de l’École normale supérieure1 de Paris. Elle y prend la tête d’une équipe et bénéficie d’une bourse européenne ERC « consolidator grant », d’une enveloppe de 1,8 million d’euros pour cinq ans. Elle se lance alors en quête de dix jeunes chercheurs aux profils atypiques, au croisement de la biologie, de la physique et des mathématiques quantitatives.

Les tangaras sont l’un des groupes d’oiseaux les plus diversifiés. En appliquant des modèles à leur phylogénie et à leurs phénotypes actuels, l'équipe d’Hélène Morlon cherche à comprendre quand et pourquoi ont évolué les morphologies, les plumages et les chants qui les caractérisent aujourd’hui.
Les tangaras sont l’un des groupes d’oiseaux les plus diversifiés. En appliquant des modèles à leur phylogénie et à leurs phénotypes actuels, l'équipe d’Hélène Morlon cherche à comprendre quand et pourquoi ont évolué les morphologies, les plumages et les chants qui les caractérisent aujourd’hui.

L’équipe à consonance très internationale développe des recherches sur l’impact des changements de températures et des interactions entre espèces, comme la compétition, sur l’évolution de la biodiversité. Récemment, ces travaux ont montré une évolution des tailles plus rapide chez les mammifères et les oiseaux pendant les périodes géologiques froides. Ils ont également porté sur l’évolution des phénotypes sociaux comme la couleur du plumage ou les chants chez les oiseaux. « Les recherches sur le terrain dans ce domaine portent typiquement sur deux ou trois espèces. Avec nos modèles, nous pouvons tester l’impact de la compétition entre espèces sur la diversité phénotypique à beaucoup plus large échelle, comme sur l’ensemble des oiseaux. » Soit plus de 10 000 espèces au total.

2018 sonnera la fin de la bourse ERC. Les recherches, elles, continuent. Dans un premier temps, Hélène Morlon entend développer ses modèles pour prendre en compte des changements environnementaux plus variés, comme le niveau des mers ou la pression partielle de CO2 dans l’atmosphère. Pour ensuite les appliquer aux données collectées lors des expéditions Tara Océans, soutenues par le CNRS. Son objectif ? Mieux appréhender les facteurs qui ont influencé l’évolution du plancton océanique, et donc, le cycle des nutriments et le stockage du CO2. ♦

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Son parcours en 6 dates

2000    Agrégation de mathématiques à l’ENS de Cachan
2005    Thèse en écotoxicologie, puis post-doctorat aux États-Unis
2010    Entre au CNRS, au sein du Centre de mathématiques appliquées
2014    Obtient une bourse ERC « consolidator » et devient directrice de recherche à l’Institut de biologie de l’ENS (IBENS)
2015    Lauréate de la médaille de bronze du CNRS
2017    Lauréate du prix Irène Joliot-Curie dans la catégorie « Jeune femme scientifique »

Notes
  • 1. Unité CNRS/ENS Paris/Inserm.

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