Les Fondements Scientifiques de l’Agroclimatologie

Comprendre le climat, l’eau, les sols, les plantes et les interactions du vivant

L’encyclopédie scientifique de référence de la Vision Omakëya™

L’HISTOIRE CLIMATIQUE DE LA TERRE

Comprendre 4,6 milliards d’années de changements climatiques pour préparer les paysages de demain

L’histoire climatique de la Terre n’est pas une histoire de stabilité.

Depuis sa formation, notre planète connaît une succession de transformations majeures : atmosphère primitive, formation des océans, apparition de la vie, grandes glaciations, réchauffements extrêmes, périodes tempérées, crises biologiques et réorganisations profondes des écosystèmes.

Le climat terrestre est donc un système dynamique.

Il dépend simultanément :

du rayonnement solaire ;
de l’atmosphère ;
des océans ;
des continents ;
des sols ;
de la végétation ;
de la glace ;
du volcanisme ;
de la composition chimique de l’atmosphère ;
de la circulation océanique ;
des interactions entre organismes vivants et environnement.

Comprendre cette histoire est essentiel pour l’agroclimatologie.

Car un jardin, une forêt, une ferme ou un territoire n’est jamais indépendant du système climatique global.

Il en constitue une composante locale.

1. LA TERRE : UNE PLANÈTE CLIMATIQUE EN PERPÉTUELLE ÉVOLUTION

La Terre s’est formée il y a environ 4,54 milliards d’années.

Depuis cette époque, les conditions physiques de sa surface ont considérablement changé.

La composition de l’atmosphère a évolué.

Les océans sont apparus.

Les continents se sont déplacés.

Les montagnes se sont élevées.

Les glaciers sont apparus puis ont disparu.

La vie s’est développée.

Les organismes ont eux-mêmes transformé l’atmosphère et les cycles biogéochimiques.

Le climat doit donc être compris comme le résultat d’une interaction permanente entre :

géosphère + atmosphère + hydrosphère + cryosphère + biosphère.

Cette représentation constitue l’un des fondements scientifiques de l’agroclimatologie.

2. LA FORMATION DE L’ATMOSPHÈRE

L’atmosphère primitive de la Terre était très différente de celle que nous connaissons aujourd’hui.

Elle ne ressemblait pas à l’atmosphère actuelle riche en oxygène.

Les premières étapes ont notamment impliqué :

dégazage volcanique ;
vapeur d’eau ;
dioxyde de carbone ;
azote ;
composés soufrés ;
autres gaz issus de l’activité géologique.

La composition atmosphérique a ensuite été profondément transformée par l’apparition et le développement de la vie.

3. L’APPARITION DE L’OXYGÈNE

L’un des événements les plus importants de l’histoire terrestre est l’apparition de la photosynthèse oxygénique.

Les cyanobactéries ont progressivement contribué à l’accumulation d’oxygène dans l’atmosphère.

Cette transformation a eu des conséquences considérables :

modification de la chimie atmosphérique ;
apparition d’un environnement favorable à de nombreuses formes de vie ;
formation progressive de la couche d’ozone ;
transformation des cycles du carbone et d’autres éléments.

La végétation actuelle constitue donc l’héritière d’une histoire climatique et biologique extrêmement ancienne.

4. LES PREMIERS OCÉANS

Lorsque la Terre s’est suffisamment refroidie, une partie importante de la vapeur d’eau atmosphérique s’est condensée.

Les océans se sont constitués progressivement.

Cette étape est fondamentale.

L’eau liquide devient alors un gigantesque régulateur climatique.

Les océans :

stockent de la chaleur ;
transportent de l’énergie ;
absorbent une partie du CO₂ ;
alimentent le cycle hydrologique ;
influencent les précipitations ;
contrôlent une partie importante des échanges atmosphère-océan.

Pour l’agroclimatologie, cette fonction est fondamentale.

Une sécheresse agricole locale peut être influencée par des phénomènes océaniques situés à plusieurs milliers de kilomètres.

5. LE CLIMAT COMME MACHINE THERMIQUE PLANÉTAIRE

La Terre reçoit essentiellement son énergie du Soleil.

Mais cette énergie n’est pas distribuée uniformément.

Les régions équatoriales reçoivent davantage de rayonnement solaire que les régions polaires.

Il existe donc un déséquilibre énergétique permanent.

L’atmosphère et les océans cherchent continuellement à redistribuer cette énergie.

On peut simplifier le système ainsi :

Soleil

↓

rayonnement

↓

surface terrestre

↓

chauffage différentiel

↓

atmosphère + océans

↓

transport de chaleur

↓

climats régionaux

↓

microclimats

↓

conditions de croissance des plantes

L’agroclimatologie constitue en quelque sorte le dernier niveau de cette chaîne :

du rayonnement solaire jusqu’à la feuille.

6. LES GRANDES GLACIATIONS

L’histoire de la Terre comprend plusieurs périodes glaciaires majeures.

Certaines furent extrêmement anciennes.

La planète a notamment connu des épisodes où les surfaces englacées ont occupé une part considérable des continents.

Ces périodes montrent une propriété fondamentale du climat :

le système climatique peut basculer entre des états très différents.

La température globale, les glaces, les océans, l’atmosphère et la biosphère interagissent.

7. L’EFFET ALBÉDO

La glace possède une réflectivité élevée.

Elle renvoie donc une partie importante du rayonnement solaire vers l’espace.

À l’inverse, une surface sombre absorbe davantage d’énergie.

On obtient une boucle de rétroaction :

refroidissement

↓

augmentation des glaces

↓

augmentation de l’albédo

↓

moins d’énergie absorbée

↓

refroidissement supplémentaire

Cette boucle constitue une rétroaction positive au sens des systèmes climatiques.

« Positive » signifie ici qu’elle amplifie la perturbation initiale, et non qu’elle serait bénéfique.

8. LES PÉRIODES INTERGLACIAIRES

Les périodes glaciaires ne sont pas uniformes.

Elles sont interrompues par des périodes interglaciaires plus chaudes.

Nous vivons actuellement dans l’une d’elles :

l’Holocène.

L’Holocène commence conventionnellement il y a environ 11 700 ans.

Cette période relativement stable a joué un rôle majeur dans le développement des sociétés humaines.

9. L’HOLOCÈNE : LA FENÊTRE CLIMATIQUE DE LA CIVILISATION

L’Holocène a offert pendant plusieurs millénaires un environnement climatique relativement favorable à l’agriculture.

Les sociétés humaines ont progressivement développé :

agriculture ;
élevage ;
villages ;
villes ;
réseaux hydrauliques ;
systèmes alimentaires.

L’agriculture moderne s’est donc développée dans une fenêtre climatique particulière.

C’est un point essentiel pour comprendre la transition agroclimatique actuelle.

Le problème contemporain n’est pas simplement :

« la température augmente ».

Il est plus profond :

les systèmes agricoles et paysagers conçus pendant une période climatique relativement stable doivent désormais fonctionner dans un climat plus variable et plus chaud.

10. LES EXTINCTIONS MAJEURES

L’histoire de la Terre comporte plusieurs crises biologiques majeures.

Les plus importantes sont traditionnellement regroupées sous le terme de « Big Five ».

Elles montrent que le climat et les écosystèmes sont capables de subir des transformations rapides et profondes.

Les facteurs ont varié selon les crises :

volcanisme massif ;
changements climatiques ;
variations du niveau marin ;
modifications de la chimie des océans ;
impacts extraterrestres ;
perturbations des cycles du carbone.

Ces événements ont profondément modifié la biodiversité.

11. LA BIOSPHÈRE : UNE FORCE CLIMATIQUE

La vie ne subit pas seulement le climat.

Elle contribue également à le modifier.

Les forêts :

captent du CO₂ ;
transpirent ;
modifient l’humidité ;
influencent les échanges d’énergie ;
ralentissent les vents ;
modifient l’albédo ;
structurent les sols.

Les océans biologiquement actifs participent également aux cycles du carbone.

Les sols stockent de grandes quantités de matière organique.

Ainsi :

la biosphère est à la fois conséquence et acteur du climat.

C’est précisément cette relation qui rend l’agroclimatologie si importante.

12. L’ANTHROPOCÈNE : UNE NOUVELLE ÈRE ?

Le terme Anthropocène est largement utilisé pour décrire l’influence considérable des activités humaines sur le système Terre.

Il faut cependant distinguer :

son usage scientifique général ;
son statut comme proposition de subdivision officielle de l’échelle des temps géologiques.

L’idée essentielle reste néanmoins robuste :

les activités humaines modifient désormais suffisamment les grands cycles planétaires pour influencer le fonctionnement du système climatique et des écosystèmes à l’échelle mondiale.

Les principales transformations concernent notamment :

émissions de gaz à effet de serre ;
changement d’occupation des sols ;
artificialisation ;
déforestation ;
agriculture ;
extraction de ressources ;
modification des cycles de l’azote et du phosphore ;
fragmentation des habitats.

13. DU CLIMAT GLOBAL AU MICROCLIMAT

L’un des principes majeurs de la Vision Omakëya™ est de ne pas confondre :

climat global

avec

climat local.

Un réchauffement global de quelques degrés ne signifie pas que chaque parcelle augmentera exactement de la même manière.

Le climat local dépend de :

latitude ;
altitude ;
relief ;
exposition ;
nature du sol ;
végétation ;
eau ;
vent ;
urbanisation ;
bâtiments ;
orientation ;
humidité.

Et à l’échelle d’un jardin :

quelques mètres peuvent parfois suffire à créer des conditions thermiques très différentes.

C’est l’un des fondements du génie agroclimatique.

14. LES CYCLES DE MILANKOVIĆ

Les cycles de Milanković décrivent plusieurs variations astronomiques influençant la distribution du rayonnement solaire reçu par la Terre.

Trois paramètres principaux sont considérés :

Excentricité

Variation de la forme de l’orbite terrestre.

Obliquité

Variation de l’inclinaison de l’axe terrestre.

Précession

Variation de l’orientation de l’axe de rotation.

Ces cycles agissent sur des échelles de temps très longues.

Ils jouent un rôle majeur dans l’alternance des périodes glaciaires et interglaciaires du Quaternaire.

Encadré scientifique

Échelle temporelle :

précession : environ 19 000 à 23 000 ans ;
obliquité : environ 41 000 ans ;
excentricité : environ 100 000 ans, avec également une composante d’environ 405 000 ans.

Ils ne constituent évidemment pas une explication du réchauffement actuel.

L’évolution contemporaine se produit sur une échelle beaucoup trop rapide et s’accompagne d’une augmentation anthropique des concentrations de gaz à effet de serre.

15. ACTIVITÉ SOLAIRE

Le Soleil n’est pas parfaitement constant.

Son activité varie notamment selon des cycles d’environ 11 ans associés aux taches solaires et à l’activité magnétique.

Ces variations modifient légèrement le rayonnement solaire reçu par la Terre.

Elles ont donc un rôle climatique réel, mais relativement faible par rapport à l’effet du forçage radiatif anthropique contemporain.

Cette distinction est essentielle.

Comprendre les causes naturelles du climat permet justement de mieux identifier les causes actuelles.

16. VOLCANISME

Les volcans peuvent influencer fortement le climat.

Lors d’une éruption explosive importante, des aérosols soufrés peuvent atteindre la stratosphère.

Ils peuvent alors réfléchir une partie du rayonnement solaire.

Conséquence possible :

éruption

↓

aérosols stratosphériques

↓

augmentation de la réflexion solaire

↓

refroidissement temporaire

Certaines éruptions majeures ont ainsi provoqué des refroidissements mesurables pendant plusieurs années.

Le volcanisme constitue donc un exemple remarquable de perturbation externe du système climatique.

17. CIRCULATION OCÉANIQUE

Les océans constituent l’un des principaux systèmes de transport de chaleur de la planète.

Les courants océaniques redistribuent l’énergie entre régions.

La circulation dépend notamment :

température ;
salinité ;
densité ;
vents ;
configuration des bassins océaniques.

La circulation méridienne de retournement de l’Atlantique, souvent désignée par AMOC, constitue un élément particulièrement important du climat de l’Atlantique Nord.

Elle influence notamment :

températures régionales ;
circulation atmosphérique ;
précipitations ;
écosystèmes.

18. ENSO : EL NIÑO – LA NIÑA

L’ENSO constitue l’une des principales oscillations couplées océan-atmosphère.

Elle se manifeste principalement dans le Pacifique tropical.

Deux phases sont particulièrement connues :

El Niño

Réchauffement anormal de certaines zones du Pacifique tropical.

La Niña

Refroidissement relatif de ces mêmes régions.

Ces phénomènes modifient la circulation atmosphérique mondiale.

Ils peuvent influencer :

températures ;
précipitations ;
sécheresses ;
vagues de chaleur ;
activité cyclonique ;
agriculture.

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Un agriculteur ne doit donc pas seulement connaître :

« les prévisions de la semaine ».

Il peut être pertinent de connaître également :

les grands régimes climatiques susceptibles d’influencer la saison à venir.

19. NAO : OSCILLATION NORD-ATLANTIQUE

La NAO est particulièrement importante pour l’Europe.

Elle décrit essentiellement une variation de la différence de pression atmosphérique entre les centres d’action subtropical et subpolaire de l’Atlantique Nord.

Ses phases modifient notamment :

trajectoires des perturbations ;
températures ;
précipitations ;
vents.

Pour l’Europe occidentale, elle constitue un facteur important de variabilité hivernale.

20. AMO : OSCILLATION MULTIDÉCENNALE DE L’ATLANTIQUE

L’AMO désigne les variations multidécennales de la température de surface de l’Atlantique Nord.

Son interprétation physique et la distinction entre variabilité interne et forçages externes font encore l’objet de travaux scientifiques.

Elle peut néanmoins être utile pour étudier certaines variations climatiques régionales sur plusieurs décennies.

21. PDO : OSCILLATION DÉCENNALE DU PACIFIQUE

La PDO est une structure de variabilité climatique du Pacifique Nord.

Elle peut modifier :

températures océaniques ;
précipitations ;
circulation atmosphérique ;
écosystèmes.

Son influence est particulièrement importante lorsqu’elle interagit avec ENSO et d’autres composantes du système climatique.

22. LE JET STREAM

Le Jet Stream est un courant atmosphérique rapide situé dans les hautes couches de la troposphère.

Dans l’hémisphère Nord, plusieurs structures peuvent être distinguées, notamment le courant-jet polaire et le courant-jet subtropical.

Le Jet Stream joue un rôle majeur dans :

circulation des perturbations ;
transport de chaleur ;
transport d’humidité ;
succession des régimes météorologiques.

Sa position et sa forme peuvent contribuer à favoriser des situations persistantes :

blocages atmosphériques

↓

stagnation

↓

périodes prolongées

↓

chaleur / sécheresse / pluie selon configuration.

23. OSCILLATION DE MADDEN-JULIAN

La Madden-Julian Oscillation, ou MJO, est une perturbation tropicale organisée qui se déplace vers l’est autour du globe.

Elle associe notamment :

convection ;
précipitations ;
anomalies de pression ;
circulation atmosphérique.

Son échelle temporelle est généralement de l’ordre de plusieurs semaines.

Elle peut influencer indirectement des phénomènes météorologiques jusque dans les moyennes latitudes.

Elle illustre une propriété fondamentale du climat :

les différentes échelles temporelles sont interconnectées.

24. UNE HIÉRARCHIE DES FORÇAGES CLIMATIQUES

Pour comprendre un climat, il faut donc raisonner à plusieurs échelles.

Échelle	Phénomènes	Influence
Millénaires à millions d’années	tectonique, composition atmosphérique	climat global
100 000 ans	cycles orbitaux	glaciations
Décennies à siècles	océans, variabilité interne	climat régional
Années	ENSO, volcans	climat saisonnier/interannuel
Semaines	MJO, circulation atmosphérique	régimes météo
Jours	anticyclones, dépressions, fronts	météo
Heures	rayonnement, convection, brises	microclimat
Minutes à secondes	turbulence, échanges thermiques	végétation et bâtiments

Cette hiérarchie est essentielle pour la conception d’un écosystème.

25. DU CLIMAT AU JARDIN

La Vision Omakëya™ propose une descente progressive des échelles :

CLIMAT PLANÉTAIRE

↓

CLIMAT RÉGIONAL

↓

CLIMAT LOCAL

↓

MICROCLIMAT

↓

CLIMAT DU JARDIN

↓

CLIMAT DE LA PARCELLE

↓

CLIMAT DU SOL

↓

CLIMAT DE LA RHIZOSPHÈRE

↓

CLIMAT DE LA FEUILLE

C’est ici que l’agroclimatologie devient véritablement opérationnelle.

26. LE CLIMAT DU XXIᵉ SIÈCLE

Le climat contemporain se caractérise par une augmentation rapide des températures moyennes mondiales depuis l’ère préindustrielle.

Mais le changement climatique ne se résume pas à une simple hausse de température.

Il concerne également :

fréquence et intensité des vagues de chaleur ;
modification des précipitations ;
sécheresses agricoles ;
sécheresses hydrologiques ;
pluies extrêmes ;
fonte des glaciers ;
élévation du niveau marin ;
réchauffement des océans ;
acidification des océans ;
déplacement des aires de répartition des espèces.

Pour l’agriculture, les conséquences sont multiples.

27. LE CLIMAT DE DEMAIN : RAISONNER EN SCÉNARIOS

Il est impossible de connaître avec précision le climat d’une parcelle en 2100.

En revanche, il est possible de travailler avec des scénarios climatiques.

Les modèles climatiques explorent différents futurs en fonction notamment des trajectoires d’émissions et d’autres facteurs.

La bonne question n’est donc pas :

« Quel sera exactement le climat en 2100 ? »

Mais plutôt :

« Quels climats plausibles devons-nous être capables d’affronter ? »

C’est une différence fondamentale.

28. PROJECTIONS JUSQU’EN 2300

Les projections climatiques ne s’arrêtent pas nécessairement à 2100.

Des simulations explorent également les trajectoires à plus long terme.

À ces horizons, l’incertitude augmente fortement, notamment parce que les trajectoires futures d’émissions, d’usage des terres et de captation du carbone deviennent déterminantes.

Mais un principe général apparaît :

plus les émissions cumulées de CO₂ sont élevées, plus le réchauffement à long terme est important et plus certains changements deviennent durables.

Cela concerne notamment :

température ;
niveau marin ;
cryosphère ;
cycles hydrologiques ;
écosystèmes.

Pour la conception paysagère, cette perspective impose de penser non seulement à :

2030

mais également :

2050 → 2075 → 2100 → 2150 → 2200 → 2300.

29. L’ARBRE COMME ARCHIVE CLIMATIQUE

Les organismes vivants peuvent conserver une mémoire environnementale.

Les arbres en particulier constituent des archives remarquables.

Les cernes peuvent renseigner sur :

croissance ;
sécheresse ;
température indirectement ;
disponibilité en eau ;
événements extrêmes.

Les isotopes et autres indicateurs permettent d’aller plus loin dans la reconstruction des conditions passées.

La dendrochronologie constitue ainsi un pont entre :

botanique

→

climatologie

→

agroclimatologie.

30. LES SÉDIMENTS COMME ARCHIVES

Les lacs et les océans accumulent progressivement des sédiments.

Ces dépôts peuvent conserver :

pollens ;
charbons ;
microfossiles ;
minéraux ;
molécules organiques ;
signatures isotopiques.

Ils permettent de reconstruire des environnements anciens.

31. LES GLACES COMME ARCHIVES ATMOSPHÉRIQUES

Les carottes glaciaires constituent une autre archive fondamentale.

De petites bulles d’air emprisonnées dans la glace peuvent conserver des informations sur la composition passée de l’atmosphère.

Elles permettent notamment de reconstruire l’évolution de certains gaz à effet de serre sur de très longues périodes.

La paléoclimatologie devient ainsi une véritable machine à remonter le temps climatique.

32. CE QUE L’HISTOIRE CLIMATIQUE NOUS APPREND

L’étude du climat passé apporte plusieurs enseignements fondamentaux.

Première leçon

Le climat change naturellement.

Deuxième leçon

Les changements peuvent être très importants.

Troisième leçon

Les océans jouent un rôle majeur.

Quatrième leçon

La biosphère influence le climat.

Cinquième leçon

Les changements climatiques peuvent transformer profondément les écosystèmes.

Sixième leçon

La vitesse du changement compte autant que son amplitude.

Septième leçon

Les sociétés humaines dépendent fortement de la stabilité climatique.

33. LA GRANDE LEÇON OMAKËYA™

La Vision Omakëya™ ajoute une huitième leçon :

un écosystème doit être conçu non pas pour un climat fixe, mais pour une trajectoire climatique.

Un jardin planté aujourd’hui peut encore exister :

dans 20 ans

dans 50 ans

dans 100 ans

dans 200 ans

Les arbres auront grandi.

Le sol aura évolué.

La disponibilité en eau aura changé.

Les températures auront changé.

Certaines espèces seront devenues plus adaptées que d’autres.

La conception doit donc intégrer le temps.

34. CONCEVOIR POUR LE CLIMAT FUTUR

Un projet Omakëya™ peut être évalué selon cinq dimensions :

Dimension	Question
Thermique	Le système supporte-t-il les fortes chaleurs ?
Hydrique	Dispose-t-il d’une stratégie en période de sécheresse ?
Biologique	La biodiversité peut-elle s’adapter ?
Structurelle	Les arbres et infrastructures résisteront-ils aux événements extrêmes ?
Évolutive	Le système peut-il être modifié progressivement ?

35. DE LA RÉSILIENCE À L’ADAPTABILITÉ

Un système résilient ne doit pas seulement :

résister.

Il doit aussi :

récupérer.

Et idéalement :

s’adapter.

La trajectoire devient :

résistance

↓

récupération

↓

adaptation

↓

transformation

↓

évolution

C’est cette dernière dimension qui devient particulièrement importante pour les écosystèmes plantés sur plusieurs décennies.

36. LE JARDIN COMME SYSTÈME CLIMATIQUE MINIATURE

À l’échelle Omakëya™, un jardin peut être considéré comme une petite infrastructure climatique.

Les arbres interceptent le rayonnement.

Les feuilles transpirent.

Les sols stockent l’eau.

Les mares stockent de l’énergie thermique.

Les haies ralentissent les vents.

Les murs accumulent la chaleur.

Les reliefs orientent les écoulements.

Les végétaux captent le carbone.

Les racines structurent les sols.

Les microorganismes transforment la matière organique.

Le jardin devient alors :

un système climatique, hydrologique, biologique et énergétique intégré.

37. LA SYNTHÈSE SCIENTIFIQUE

L’histoire climatique de la Terre permet finalement de comprendre une évidence fondamentale :

le climat n’est pas une donnée fixe.

C’est un système dynamique soumis à de multiples forçages et rétroactions.

Les cycles orbitaux agissent sur des dizaines de milliers d’années.

Les océans redistribuent la chaleur.

Les volcans peuvent modifier temporairement le bilan radiatif.

ENSO agit sur des échelles interannuelles.

La NAO influence fortement l’Europe.

Les oscillations océaniques modulent certaines tendances régionales.

Le Jet Stream organise une partie de la circulation atmosphérique.

La MJO agit sur des échelles de quelques semaines.

Et l’activité humaine modifie aujourd’hui fortement le bilan énergétique et la composition de l’atmosphère.

L’agroclimatologie doit intégrer l’ensemble de ces niveaux.

COMPRENDRE LE CLIMAT POUR CONCEVOIR LE VIVANT

La première erreur serait de considérer le climat comme une simple moyenne de température et de précipitations.

Le climat est un système complexe.

Il est :

énergétique ;
hydrologique ;
atmosphérique ;
océanique ;
géologique ;
biologique ;
temporel ;
spatial.

Et surtout, il est interconnecté.

Le climat mondial influence le climat régional.

Le climat régional influence le climat local.

Le climat local influence le microclimat.

Le microclimat influence le sol.

Le sol influence les racines.

Les racines influencent la plante.

La plante influence l’humidité, l’ombre, le carbone et la température.

Et l’ensemble transforme à son tour le microclimat.

C’est cette boucle qui constitue l’une des idées fondatrices de la Vision Omakëya™ :

nous ne pouvons pas contrôler le climat mondial, mais nous pouvons concevoir intelligemment les conditions microclimatiques dans lesquelles vivent nos écosystèmes.

Cela ne signifie évidemment pas créer artificiellement n’importe quel climat.

Cela signifie exploiter les mécanismes naturels :

eau

→ sol

→ végétation

→ ombre

→ évapotranspiration

→ humidité

→ vent

→ inertie

→ biodiversité

→ résilience.

Ainsi commence véritablement l’agroclimatologie appliquée.

Et c’est précisément à cette échelle que la science du climat rejoint l’ingénierie écologique :

comprendre les grandes lois de la planète pour mieux concevoir les petits mondes vivants qui nous entourent.