Utiliser les bonnes données climatiques pour modéliser la distribution du vivant
Publié par Adrien le 15/09/2019 à 08:00
Source: CNRS INEE
Tous les êtres vivants ne perçoivent pas les mêmes conditions climatiques que celles mesurées par nos postes météorologiques situés à découvert et exposés aux vents dominants. Les écologues et les gestionnaires des milieux naturels le savent bien et pourtant quasiment tous les modèles de distribution d'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de...) utilisés à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) s'appuient sur ce type de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) pour étudier l'impact du réchauffement du climat (Le climat correspond à la distribution statistique des conditions atmosphériques dans une région donnée pendant une période de temps donnée. Il se distingue de la...) sur la distribution des organismes, quels que soient la taille et le milieu de vie (La vie est le nom donné :) de ces derniers. En comparant plusieurs sources de données climatiques, allant de la télédétection (La télédétection désigne, dans son acception la plus large, la mesure ou l'acquisition d'informations sur un objet ou un phénomène, par l'intermédiaire d'un instrument de mesure n'ayant pas de contact avec l'objet...) par satellite (Satellite peut faire référence à :) à la prise de mesure in-natura par microsondes, un groupe de chercheurs impliquant le laboratoire Ecologie et Dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des Systèmes Anthropisés (EDYSAN - CNRS/Univ Picardie Jules Verne) a montré dans une étude publiée dans la revue Global Ecology and Biogeographyqu'en adaptant le choix de la source de données de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud,...) à la taille et la biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une partie des sciences naturelles et de l'histoire...) des organismes étudiés, la performance des modèles de distribution d'espèce peut être augmentée de 25%. Ainsi les modèles de distribution des espèces végétales herbacées répondent mieux aux températures mesurées à proximité de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) du sol tandis que les modèles de distribution des plantes ligueuses de hautes statures répondent mieux aux températures mesurées par les postes météorologiques.


Microsonde de température et d'humidité (TOMST Data Logger) mesurant les conditions de température et d'humidité ressentient par les plantes herbacées au niveau racinaire (8 cm sous la surface du sol), ainsi que les conditions de température à la surface et 10 cm au dessus du sol.
©Jonas Lembrechts

Les modèles de distribution d'espèces, plus communément appelés modèles de niche, sont très utilisés par la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) et les gestionnaires des milieux naturels dans le but de prédire la redistribution du vivant en fonction du changement climatique. Les prédictions issues de ces modèles s'appuient quasiment toutes, sauf rares exceptions, sur des données climatiques issues de postes météorologiques ou bien de données issues de la télédétection satellite (Satellite peut faire référence à :) qui reflètent plutôt les conditions synoptiques ou régionales. Le concept même d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de ces données synoptiques, dont la couverture est globale, est de gommer toute la variabilité locale liée au microclimat. Ainsi, les postes météo sont communément disposés en zone découverte et exposés aux vents dominants (p.ex. à proximités des aérodromes), là où l'air (L'air est le mélange de gaz constituant l'atmosphère de la Terre. Il est inodore et incolore. Du fait de la diminution de la pression de l'air avec l'altitude, il est nécessaire de pressuriser les...) est régulièrement brassé et renouvelé.

Par conséquent, et les écologues en sont bien conscients, les données climatiques utilisées dans les modèles de niches actuels ne reflètent pas vraiment le microclimat local et sont la plupart du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) inadaptées aux organismes vivants étudiés par les gestionnaires des milieux naturels, comme les plantes herbacées et les micromammifères du sous-étage forestier, les insectes (Insectes est une revue francophone d'écologie et d'entomologie destinée à un large public d'amateurs et de naturalistes. Produite par l'Office pour les insectes et leur environnement (association loi de 1901), elle...) rampants à la surface du sol, les microorganismes du sol ou encore les organismes vivants en milieu lacustre ou cavernicole. Heureusement, l'acquisition de données microclimatiques locales de température et d'humidité se démocratise grâce au développement florissant des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension...) en environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...).


Renoncule des glaciers (Ranunculus glacialis) au Nord de la Scandinavie (La Scandinavie est une région située dans le Nord de l'Europe. Elle comprend, au sens le plus strict, la Norvège et la Suède, qui se...) (Laponie).
©Jonas Lembrechts

Dans cette étude publiée dans la revue Global Ecology and Biogeography, les chercheurs du laboratoire Ecologie et Dynamique des Systèmes Anthropisés (EDYSAN - CNRS/Univ Picardie Jules Verne), ont testé huit sources de données climatiques différentes pour modéliser la distribution de plusieurs espèces végétales des paysages de toundra du Nord de la Scandinavie (Norvège et Suède), incluant des données issues: de postes météorologiques ; de modèles climatiques globaux ; d'images satellites ; de modèles topo-climatiques ; et de microsondes placées à quelques centimètres de la surface du sol. Les chercheurs montrent que suivant le type d'organisme considéré, le choix du type de données climatiques utilisées pour calibrer les modèles aura un impact considérable sur la qualité des prédictions. Ainsi, Les modèles calibrés avec les données microclimatiques des microsondes présentent des performances bien supérieures (+25%) pour les plantes herbacées de petites statures.

Pour les espèces ligneuses, surtout les ligneux arbustif haut, c'est l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x...): les performances des modèles de distribution sont supérieures si ces derniers sont calibrés avec des données climatiques synoptiques plutôt qu'avec des données issues de microsondes placées à quelques centimètres sous la surface du sol. Les auteurs montrent également de fortes différences dans les températures hivernales observées entre les sources de données étudiées, pouvant atteindre plus de 10°C entre les températures négatives issues des postes météorologiques et les températures stabilisées autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter,...) de zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture des nombres en notation...) pour les microsondes protégées par le manteau neigeux. Ces différences importantes en hiver (L'hiver est une des quatre saisons des zones tempérées.) expliquent les meilleures performances des modèles calibrés avec les microsondes pour prédire la distribution des organismes vivant proche de la surface du sol et bénéficiant d'une couverture isolante neigeuse pour passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) la saison (La saison est une période de l'année qui observe une relative constance du climat et de la température. D'une durée d'environ trois mois (voir le tableau Solstice et Équinoxe ci-dessous), la saison joue un...) froide. Les résultats de cette étude suggèrent que les prédictions actuelles, qui sont toutes issues de modèles calibrés avec des données issues de postes météorologiques, sont erronées pour les organismes biologiques de petite stature (La taille humaine ou stature, est la hauteur d'un être humain. En général, si on la compare aux autres données anthropométriques, la stature varie peu entre les individus ; une taille exceptionnelle (variance par...) vivant à proximité de la surface du sol (p.ex. plantes herbacées, micromammifères, insectes rampants), sous la surface du sol (p.ex. microfaune du sol) ou encore dans des environnements isolés des fluctuations extérieures (p.ex. habitats forestiers, lacustres ou cavernicoles). Pour ces organismes, les risques d'extinctions actuellement avancés par les modèles basés uniquement sur des températures synoptiques sont probablement à revoir à la baisse.

Référence:
Lembrechts J.J., Lenoir J., Roth N., Hattab T., Milbau A., Haider S., Pellissier L., Pauchard A., Backes A.R., Dimarco R., Nunez M., Aato J. & Nijs I. (2019). Comparing temperature data sources for use in species distribution models: from in-situ logging to remote sensing. Global Ecology and Biogeography, DOI: 10.1111/geb.12974
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