Les écosystèmes peuvent-ils récupérer d'une grande perturbation ?

Publié par Isabelle le 19/09/2016 à 12:00
Source: Université de Sherbrooke

Dominique Gravel, professeur au Département de biologie de la Faculté des sciences.
Photo: Michel Caron
Imaginons un écosystème, une forêt tropicale. Elle foisonne d'organismes d'une diversité spectaculaire en raison de la chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent :...) et de l'abondance des pluies: plantes, insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large...), reptiles, oiseaux, mammifères, sans oublier des milliers de microorganismes. Et puis, soudainement, un orage (Un orage, de l'ancien français ore qui signifiait vent, est une perturbation...) extrêmement violent s'abat sur cette forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense,...). Elle subit des inondations, des arbres sont cassés, d'autres renversés. L'équilibre précieux de cet écosystème est perturbé. Est-ce que la forêt pourra retrouver sa vitalité ? Est-ce que cet écosystème est en péril ?

La question de la stabilité des écosystèmes a longtemps divisé les écologistes, empiristes et théoriciens. En 1972, le chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la...) australien Sir Robert May propose un modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils,...) très général prédisant que les écosystèmes riches en espèces ne parviendraient pas à récupérer de telles perturbations. Selon cette théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...), nous ne devrions trouver sur terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...) que des systèmes relativement simples, avec peu d'interactions écologiques. Or, les systèmes diversifiés, comme le sont les forêts tropicales et les récifs coralliens, sont bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de...) et bien persistants et survivent à des perturbations régulières depuis des milliers d'années. Les relevés faits par les écologistes démontrent une certaine constance dans les assemblages d'espèces, lorsqu'ils ne sont pas perturbés par l'humain.


" Stability and Complexity in Model Ecosystems " de Robert May.
Photo: Michel Caron
Le paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un...) de Robert May est un problème sur lequel travaillent les écologistes depuis près de 45 ans maintenant. À l'image de la conjoncture de Poincarré en mathématiques, ou encore du boson de Higgs (Le boson de Higgs est une particule élémentaire dont l'existence a été...) en physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...), ce problème fascine la discipline toute entière et est l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) d'étude de nombreuses équipes à travers le monde (Le mot monde peut désigner :).

Un de ces théoriciens est le professeur Dominique Gravel, chercheur au département de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) de la Faculté des sciences. En abordant la question de la stabilité des écosystèmes de façon originale, lui et une équipe internationale de chercheurs a réussi à pousser le modèle de May plus loin et à ouvrir la voie à des avancées majeures dans le domaine de l'écologie théorique. Deux études publiées à la fin août dans Nature Communications s'attaquent à deux perspectives différentes à cette question.

La première étude développe une extension spatiale du modèle de May.  On trouve en nature une grande diversité d'échanges entre localités, par exemple les nutriments qui circulent entre océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) et influencent la distribution des stocks de poissons (Les Poissons sont une constellation du zodiaque traversée par le Soleil du 12 mars au 18...), ou encore les grandes migrations d'oiseaux qui connectent différents continents. On nomme un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) d'écosystèmes ainsi connectés par des échanges un 'méta-écosystème'.  Or la théorie initiale de May ignore cette réalité et ces chercheurs ont tenté de comprendre s'il pourrait s'agir d'une piste pour résoudre son fameux paradoxe. Le nouveau modèle utilisé démontre clairement qu'un niveau de dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un...) intermédiaire entre des écosystèmes distincts tend à stabiliser l'ensemble du système et donc permettrait l'existence d'écosystèmes riches et complexes. Ces travaux ont des implications pratiques pour notre gestion du patrimoine naturel, même ici au Québec. " Par exemple, commente Dominique Gravel, la connexion entre les écosystèmes que l'on peut constater dans un paysage (Étymologiquement, le paysage est l'agencement des traits, des caractères, des formes d'un...) constitué de champs et de forêt, typique du sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) du Québec, pourrait être fragilisé par la fragmentation, l'urbanisation, et conduire à une perte de résilience des écosystèmes.  "

La seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...) étude a compilé et analysé des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) existantes en vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et...) de vérifier la prédiction du modèle de May. "Nous avons utilisé les données de plus d'une centaine de réseaux d'échanges entre proies et prédateurs pour réaliser cette étude, ajoute Pr Gravel. Nous avons d'abord tenté de valider la prédiction de May, laquelle fut rejetée, pour ensuite essayer de trouver les caractéristiques des écosystèmes qui leurs permettent d'être résilients.  Les résultats de l'analyse de ces données mettent évidence des facteurs stabilisants les réseaux d'alimentation, soit principalement l'existence d'un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) d'interactions faibles et la structure très organisée des réseaux écologiques. "

Étant donné le travail colossal que représente l'analyse des 128 jeux de données, les chercheurs ont dû utiliser des ordinateurs à grande puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de calcul pour en arriver à des conclusions probantes. " Ce qui a permis d'utiliser toutes ces données, c'est qu'elles ont été recueillies sur une même plateforme. Je crois aussi que le succès de notre démarche tient à l'excellente relation que nos équipes de travail ont élaborée au fil des ans ", conclut Pr Gravel.

Ces travaux ont démarré lors d'ateliers au National Institute for Mathematical and Biological Synthesis, à Knoxville, au Tennessee. Ils ont été réalisés en collaboration avec des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) du Québec à Rimouski, du Centre de la Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) de la Biodiversité (La biodiversité est la diversité naturelle des organismes vivants. Elle s'apprécie...) du Québec,  du Laboratoire Évolution, Écologie et Paléontologie (La paléontologie est la science qui étudie les restes fossiles des êtres vivants du...) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) (France), du laboratoire des universités de Lille, de Montpellier et de la University of Texas at Austin.

Informations complémentaires

Premier article: "Stability and complexity in model meta-ecosystems"
Deuxième article: "No complexity-stability relationship in empirical ecosystems"
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