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OpenEdition Books

Le développement durable à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Laurence Eymard
, 
Françoise Gaill

Deuxième partie - L'environnement, un système global dynamique

19. Modélisation et expérimentation pour la biodiversité

Michel Loreau

Texte intégral

1L’un des plus grands défis du XXIe siècle sera de prendre la mesure des impacts croissants des sociétés humaines sur les systèmes naturels et des effets en retour de ces changements sur les sociétés, puis de modifier la trajectoire de développement des sociétés pour atténuer ces impacts. L’ampleur de la tâche ne peut être sous-estimée. Si les conséquences des changements climatiques en cours et à venir sont aujourd’hui assez bien comprises (sans mener nécessairement à l’action), il n’en va malheureusement pas de même des changements de biodiversité, qui sont pourtant au moins aussi alarmants que ceux du réchauffement climatique. Il est admis que les taux d’extinction actuels des espèces animales et végétales sont quelque centaines de fois supérieurs aux taux moyens du passé, mais les projections pour le XXIe siècle, basées sur les changements environnementaux déjà réalisés, ou en voie de l’être, font état de taux d’extinction environ dix mille fois supérieurs aux taux moyens du passé. Quels que soient les chiffres exacts, nous sommes en passe de connaître une crise majeure de la biodiversité, d’une ampleur peutêtre équivalente à celle des grandes crises d’extinctions du passé, dont la dernière, mais pas la plus grande, a vu la disparition des dinosaures. Et cette fois, la cause n’en est pas une météorite ou l’activité volcanique, mais bien une espèce parmi les millions d’autres qui a réussi à étendre sa niche écologique* démesurément et ainsi à bouleverser les « équilibres » naturels préexistants par le biais de la connaissance et de la technique : Homo sapiens. Le problème est que cette espèce voit encore mal ce qui justifierait d’abandonner ce chemin. Après tout, les autres espèces ontelles tant d’importance ? Pouvonsnous nous en passer ?

2Bien que l’écologie scientifique n’ait pas le monopole de la réponse à ces questions, qui ont également une dimension philosophique et sociale, sa contribution est essentielle, car elle apporte un éclairage objectif et quantitatif (cf. I.13). Comprendre et prédire, pour ensuite contribuer à réduire, voire même à inverser, les conséquences de la crise de la biodiversité pour le fonctionnement des écosystèmes et des sociétés, tels sont quelques-uns des grands enjeux de l’écologie scientifique actuelle. Et pour atteindre ces objectifs, théorie, modélisation et expérimentation sont indispensables. En effet, la seule observation sur le terrain – approche traditionnelle de l’écologie – ne suffit pas, car toute variation de la biodiversité observée en conditions naturelles est due à de multiples facteurs environnementaux et historiques, qui eux-mêmes influent sur le fonctionnement des écosystèmes, de sorte qu’il est très difficile de séparer l’effet propre de la biodiversité de celui du contexte dans lequel il prend place (cf. I.14).

Rôle de l’expérimentation

3L’expérimentation a donc joué un rôle-clé dans l’étude des effets de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes et sur les « services » écologiques qu’ils fournissent aux sociétés. Les expériences de terrain, qui ont manipulé la diversité végétale pour en étudier les conséquences sur le fonctionnement des écosystèmes de prairie, comptent parmi les expériences les plus grandes et les plus ambitieuses (cf. VI.19) jamais réalisées en écologie (figure). Ces expériences ont ainsi permis de démontrer de façon rigoureuse qu’une perte de diversité végétale diminuait la production moyenne de biomasse des prairies selon une loi simple : toute réduction de moitié du nombre d’espèces s’accompagne en moyenne d’une même perte de productivité, quelle que soit la diversité initiale. Plus récemment, ces mêmes expériences ont également établi qu’une perte de diversité tendait à augmenter la variabilité temporelle de la biomasse végétale des prairies, tout en diminuant pourtant la variabilité de la biomasse des espèces qui les composent, révélant ainsi des effets très différents de la biodiversité sur la stabilité des populations et des écosystèmes. Plusieurs centaines d’expériences ont permis de généraliser ces résultats dans un large éventail d’écosystèmes différents.

Apports de la modélisation

4Malgré sa puissance, l’approche expérimentale ne suffit pourtant pas non plus pour véritablement comprendre, et encore moins pour prédire. Pour preuve, la controverse scientifique suscitée par certains des résultats expérimentaux : les effets de la biodiversité étaient-ils dus à une véritable complémentarité fonctionnelle entre espèces menant à une meilleure utilisation des ressources, ou à une simple prédominance des espèces les plus productives dans les mélanges ? À la puissance de l’approche expérimentale doit donc se joindre la puissance de l’approche théorique et de modélisation. La théorie permet de clarifier les concepts, d’organiser les hypothèses en un ensemble cohérent, de les formaliser sous forme de modèles mathématiques, de faire des prédictions quant aux effets possibles et à leurs conditions d’existence, et ainsi d’interpréter les expériences et les observations ou d’en suggérer de nouvelles. Quelques modèles simples ont ainsi permis de résoudre la controverse suscitée par les expériences de biodiversité en révélant les mécanismes sous-jacents et les conditions sous lesquelles ils se manifestent. En particulier, leur application aux données a démontré l’importance de la complémentarité fonctionnelle entre espèces.

Vue aérienne de l’expérience de Cedar Creek (Minnesota, États-Unis), l’une des expériences classiques qui ont manipulé la diversité végétale pour en étudier les effets sur le fonctionnement de l’écosystème prairie. L’expérience comprend 342 parcelles de 169 m2 chacune, dans lesquelles la végétation préexistante a été éliminée et des communautés végétales de diversité contrôlée (1, 2, 4, 8 ou 16 espèces de plantes), mais de composition en espèces différentes, ont été établies. © D. Tilman

5La connaissance des mécanismes et leur formalisation dans des modèles mathématiques permettent ensuite de faire des prédictions ou projections quantitatives des évolutions futures des systèmes considérés. Bien que la modélisation prédictive n’en soit qu’à ses débuts en écologie, elle est en train de prendre son essor, grâce à la mathématisation croissante des connaissances et à l’augmentation de la quantité et de l’accessibilité des données. Le couplage de modèles qui visent à prédire les changements de biodiversité induits par les impacts directs ou indirects des activités humaines et de modèles qui visent à en prédire les conséquences écologiques et sociales devrait, à terme, permettre de faire un meilleur diagnostic des changements de biodiversité à venir et de leurs conséquences pour les écosystèmes et les sociétés. Aux sociétés ensuite d’utiliser ce diagnostic pour éclairer leurs décisions.

Bibliographie

Références bibliographiques

• M. LOREAU – From Populations to Ecosystems : Theoretical Foundations for a New Ecological Synthesis, Princeton University Press, 2010.

• B. J. CARDINALE et al. Biodiversity Loss and its Impact on Humanity, Nature, 2012.

• S. NAEEM, D. E. BUNKER, A. HECTOR, M. LOREAU et C. PERRINGS (éds) – Biodiversity, Ecosystem Functioning, and Human Wellbeing : An Ecological and Economic Perspective, Oxford University Press, 2009.

Table des illustrations

Légende Vue aérienne de l’expérience de Cedar Creek (Minnesota, États-Unis), l’une des expériences classiques qui ont manipulé la diversité végétale pour en étudier les effets sur le fonctionnement de l’écosystème prairie. L’expérience comprend 342 parcelles de 169 m2 chacune, dans lesquelles la végétation préexistante a été éliminée et des communautés végétales de diversité contrôlée (1, 2, 4, 8 ou 16 espèces de plantes), mais de composition en espèces différentes, ont été établies. © D. Tilman
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10639/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 908k

Auteur

Écologue, Directeur de Recherche au CNRS, Directeur du Centre de Théorie et Modélisation de la Biodiversité à la Station d’Écologie Expérimentale, Membre de la Société Royale du Canada, Moulis.
michel.loreau@ecoex-moulis.cnrs.fr

© CNRS Éditions, 2013

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