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Réponses adaptatives au changement global :

résultats et prospective

IFB - GICC

Colloque de restitution

18 - 20 septembre 2006

ASIEM

6 rue Albert de Lapparent, 75007 Paris Biodiversité

et changement global

Biodiversité

et changement global

Réponses adaptatives au changement global :

résultats et prospective

IFB - GICC

Colloque de restitution

18 - 20 septembre 2006

ASIEM

6 rue Albert de Lapparent, 75007 Paris Gestion et Impacts

du Changement

Climatique

Avant propos..........................................................................................................................................................4

Biodiversité et changement global.............................................................................................................7

Liste des projets financés..............................................................................................................................11

Session 1Changement global et mécanismes d'adaptation....................................................................................6

- Impact des changements environnementaux sur la dynamique de l'interaction entre le mélèze et les

insectes affectant sa régénération naturelle.

Laurence DESPRES...........14

- Mutualisme et impacts des changements globaux : réponse d'une composante importante et négligée de la biodiversité.

Martine HOSSAERT-McKEY...........20

- Adaptation et changement global : approche évolutive et mécanistique de l'adaptation des Lépidoptères aux changements environnementaux.

Jean-François MARTIN ..........27

- Conséquences du changement global sur la distribution et la démographie du Chabot (Cottus gobio) : une approche intégrative.

Didier PONT...........28

- Dynamique des champs de Laminaria digitata, ressource algale en Bretagne : impacts biotiques, abiotiques et anthropiques

Myriam VALERO ..........37

- Changement global et biodiversité des forêts tropicales : modélisation spatiale du couvert arboré dans un paysage forestier fragmenté

Jérôme CHAVE...........46

Session 2 Réponses fonctionnelles aux changements globaux...............................................51

- Relations fonctionnelles entre la diversité végétale et diversité bactérienne en prairies permanentes

sous deux régimes de fertilisation azotée.

Emile BENIZRI et Bernard AMIAUD.........52

- Evaluation des modifications de la biodiversité marine sous l'influence du changement global en Méditerranée nord-occidentale.

Nicole BOURY-ESNAULT...........58

- Stochasticité climatique et pâturage : rôle de l'hétérogénéité spatio-temporelle des ressources sur la

diversité des peuplements de grands ongulés africains.

Hervé FRITZ...........66

- Diversité dans le sol et dynamique du paysage dans la France continentale ; recherche de groupes fonctionnels et modélisation.

Patrick LAVELLE...........71

- Effet de substitutions d'essence et de l'augmentation en CO 2 de l'atmosphère sur les communautés microbiennes intervenant dans le fonctionnement d'un écosystème forestier.

Francis MARTIN...........78

- Diversité et recrutement dans un écosystème pélagique. Serge POULET...........83

Session 3 Réponses spatiales aux changements globaux .........................................................85

- Effets de la pêche et du réchauffement climatique sur le peuplement de poissons du golfe de Gascogne et conséquences pour les pêcheries.

Fabian BLANCHARD...........86

- Impact du climat sur quelques espèces méditerranéennes : du passé au futur. Rachid CHEDDADI............91

- Dynamique de la végétation dans les forêts de montagne : impact des changements climatiques.

Jean-Luc DUPOUEY...........97

- Analyse multi-échelle de l'impact du changement global sur la diversité des communautés aphidiennes.

Maurice HULLE...........99

- Impact des changements climatiques globaux du Quaternaire chez plusieurs espèces de mammifères

forestiers européens et un de leurs parasites.

Johan MICHAUX.......104

- Effets des changements globaux sur les écosystèmes aquatiques d'Europe occidentale ; rôle des communautés planctoniques.

Sami SOUISSI........111

Sommaire

Session 4 Réponses temporelles aux changements globaux...................................................117

- Changement global, biodiversité animale et sociétés humaines dans la moitié nord de la France depuis 16000 ans. Anne BRIDAULT ........118 - Variations de biodiversité forestière résultant des pratiques agricoles passées et pérennité.

Etienne DAMBRINE........122

- Interactions biodiversité végétale - changements globaux à la transition Crétacé inférieur-supérieur d'Europe occidentale. Bernard GOMEZ et Frédéric THEVENARD........128

- Dynamique de la diversité à différentes échelles de temps : petits et grands mammifères comparés.

Exemple des mammifères cénozoïques d'Europe.

Serge LEGENDRE........133

- Un atelier exceptionnel d'étude de la dynamique de la diversité végétale : la Camargue d'il y a 6000 ans à demain.

Jean-Pierre SUC........138

- Paléobiologie et paléomilieu tropical : inventaire des modifications de l'environnement thaïlandais depuis le Pléistocène.

Valery ZEITOUN........143

Session 5 Réponses sélectives aux changements globaux.......................................................149

- Evolution de la diversité des mils et sorghos cultivés au Niger entre 1976 et 2003 : influence des facteurs naturels et anthropiques.

Gilles BEZANÇON........150

- Dynamique de recolonisation du frêne oxyphylle (Fraxinus angustifolia Vahl.) et d'hybridation avec le frêne commun (Fraxinus excelsior L.) face aux changements globaux.

Nathalie FRASCARIA-LACOSTE........156

- Diversité des plantes-hôtes, structuration génétique et compétition à différentes échelles spatiales

chez deux lépidoptères ravageurs : adaptation aux cultures conventionnelles et transgéniques

chez Ostrinia nubilaliset Sesamia nonagrioides.

Sergine PONSARD et Denis BOURGUET........162

- Mécanismes de régulation de la biodiversité à l'échelle de l'Holocène : les contributions de l'archéozoologie.

Jean-Denis VIGNE........167

Session 6 Outils disponibles et services écologiques.................................................................173

- Modèles pour une gestion durable de la biodiversité sous incertitude et dynamique globale.

Luc DOYEN........174

- Dégradation de la connexité du paysage et impact sur une espèce-sentinelle : mise au point d'un outil

d'évaluation et de restauration.

Pierre JOLY........179

- Modifications d'utilisation des terres et diversité fonctionnelle des espèces végétales

en régions tempérées et tropicales : développement d'une base de données de traits biologiques

et synthèse multi-sites.

Sylvie GOURLET-FLEURY et Eric GARNIER........184

- Mise en place d'un " Observatoire microbiologique du littoral » : analyse de la biodiversité bactérienne à long terme en relation avec le cycle du carbone.

Philippe LEBARON.......191

Session 7 Scénarios et projections.......................................................................................................195

- Dynamique de la biodiversité : processus d'extinction à différentes échelles spatiales et temporelles et effets des changements de l'environnement.

Thierry BOULINIER........196

- Comprendre et prévoir l'impact des changements climatiques sur la répartition de la flore française.

Isabelle CHUINE........200

- Evolutions croisées de l'occupation du sol et de la biodiversité : le cas des communautés d'oiseaux à large échelle spatiale.

Frédéric JIGUET et Denis COUVET........204

- Impacts du changement climatique sur la biodiversité et le cycle du carbone en prairie (Imagine).

Jean-François SOUSSANA........208

- Réponses démographiques des vertébrés aux changements climatiques - pertinence d'indicateurs

environnementaux et influence des stratégies démographiques et conséquences pour la dynamique

de la biodiversité. Henri WEIMERSKIRSCH et Vladimir GROSBOIS........215 - Conséquences de l'intensification agricole sur la biodiversité en système agricole : utilisation d'approche descriptive, semi-expérimentale et modélisatrice et analyse des dynamiques spatiale et temporelle.

Vincent BRETAGNOLLE.......219

L'action de l'homme, si puissante pour dessécher les marécages et les lacs, pour niveler les obstacles entre les divers pays, pour modifier la répartition des espèces

végétales et animales, est par cela même d'une importance décisive dans les transformations

que subit l'aspect extérieur de la planète. Elle peut embellir la Terre, mais elle peut l'enlaidir ;

suivant l'état social et les moeurs de chaque peuple, elle contribue tantôt à dégrader la nature,

tantôt à la transfigurer (Elisée Reclus, L'homme et la Terre,1905)

Biodiversité et changement global

4

Biodiversité et Changement Global :

une dynamique adaptative d'interactions

Serge MORAND

Une définition du changement global

Le changement global est la conséquence d'une empreinte écologique humaine consi-

dérable. Une formidable expérience à l'échelle de la planète, dont nous sommes à la fois les

expérimentateurs et les sujets, est en cours. L'utilisation de la biodiversité fossile (gaz,

charbon, pétrole) à un niveau jamais égalé affecte le climat de la planète par le rejet de gaz

à effet de serre. L'urbanisation et l'intensification agricole accroissent la fragmentation des habitats. La production de nombreux polluants affectent tant les cycles biogéochimiques (intrants agricoles) que la physiologie des organismes vivants, y compris celle des humains (augmentation de la pénétration d'UV, perturbateurs endocriniens ...). La mondialisation accroît le commerce international, homogénéise les modes de vie et les cultures avec une disparition probable de 50% des langues humaines dans les 30 prochaines années. Les échanges d'organismes vivants sont en constante augmentation, ce qui contribue à homogénéiser les faunes et les flores. Les échanges commerciaux, le changement climatique et les changements d'usages des terres favorisent les émergences de pathogènes avec des

conséquences importantes pour la santé animale, la santé des plantes et la santé humaine.

La fragmentation des habitats et les bioinvasions augmentent les taux d'extinction des espèces. Les ressources vivantes sont fortement affectées tant par la surexploitation (chasse, cueillette, pêche) que par le changement climatique, avec par exemple de nombreux exemples cas d'effondrement de pêcheries. Selon le Millenium Ecosystem Assessment,

60 % des écosystèmes sont dégradés à des degrés plus ou moins importants. L'émergence

de nouvelles puissances économiques au sud (Chine, Inde, Brésil...) augmente les besoins énergétiques mondiaux et l'intensification des transports, avec des conséquences sur les niveaux de rejet de gaz à effet de serre. L'exploitation sur de très grandes superficies des OGMs est une réponse de nombreux pays à la demande d'intensification de la production agricole. Enfin, la stabilisation de la population humaine globale à un niveau probablement inférieur aux précédentes estimations laisse quant même poser de manière cruciale la nécessité de nourrir au moins 10 milliards d'êtres humains d'ici 2100. L'humain, produit de l'évolution, est la seule espèce en mesure d'affecter l'ensemble

de la biosphère, et donc les capacités adaptatives et le futur de toutes les autres espèces.

Avant-propos

Colloque de restitution 18-20 septembre 2006

5Biodiversité et changement global

La biodiversité est affectée par ce changement global, tant pour sa composante climatique que par toutes ses autres composantes, tant au travers des modifications du fonctionnement des écosystèmes que des changements d'utilisation, voir des représentations du vivant. Comment ? Quelles en sont (seront) les conséquences ? L'expérience en cours est unique, elle concerne toute la planète, et ne comporte pas de réplicats ou de témoin non modifié. Il s'agit donc de développer des approches originales de recherche afin de conserver toute la rigueur scientifique à des résultats qui concernent de nombreux domaines des activités humaines. La biodiversité peut être une assurance écologique, sociétale, contre les risques et les incertitudes associés à ce changement global. Là encore, il faut être inventif afin de développer de nouveaux concepts et outils pour élaborer les scénarios de demain. Un groupe de travail pour une problématique globalisante Le conseil scientifique de l'IFB a créé un groupe de travail ouvert chargé d'une

réflexion sur la thématique du changement global et de la biodiversité. Les échanges au sein

du groupe ont mis en exergue qu'il fallait penser spécifiquement les liens entre biodiversité et changement global :

- en termes de vitesse et d'accélération ; en effet, les processus en jeu ne se déroulent pas

sur les même pas de temps, et leurs vitesses peuvent se modifier ; le temps n'est pas une variable isomorphe pour étudier les phénomènes qui nous intéressent ; ce point est particulièrement crucial quand nous voudrons comparer passé, présent et projections du futur ; - en termes d'interaction : la biodiversité c'est d'abord des interactions entre des niveaux d'organisation du vivant (du génome à l'écosystème) et en leurs seins (prédation, symbiose, parasitisme...) où l'humain est un acteur important ; - en termes de changement d'échelle : les interactions à un niveau d'organisation ont des conséquences sur les interactions à d'autres niveaux, et réciproquement ; - en termes de capacités adaptatives ; de nombreuses adaptations sont le résultat de processus co-évolutifs car concernant des interactions (comme la pollinisation, le parasitisme ou les symbioses) ; ceci pose l'évolution des trajectoires futures des adaptations en fonction de la vitesse des changements ; ceci pose le problème de l'adaptation des humains au changement de biodiversité.

Il ressortait de nos échanges qu'il fallait :

- dépasser le stade des inventaires, tout en les poursuivant, afin d'aborder les mécanismes et les processus ; - d'utiliser les situations du passé (du très ancien au récent) afin de mieux comprendre certaines trajectoires historiques et certains mécanismes de cicatrisations post-crises. La constitution de bases de données et leur exploitation, notamment en relation avec le changement climatique devait être fortement encouragée afin de donner " matière » pour la production de " patterns », pour des indicateurs de biodiversité et pour le test de scénarios issus par exemple de modélisation. Enfin, un appel à proposition commun avec le comité Gestion et Impacts du Changement Climatique (GICC) a été élaboré afin de conforter des liens entre la " communauté du climat » et la " communauté de la biodiversité ».

Biodiversité et changement global

6Les attendus des résultats de l'appel à propositions de recherche

Les nombreux résultats obtenus pourront se lire suivant deux gradients : - comment passer des patterns aux mécanismes et au fonctionnel ? - comment établir des projections pour quelle prise de décision ? Les perspectives à l'issu de ce séminaire devront s'alimenter de débats concernant : - l'indispensable constitution de bases de données, entretenues au long terme, s'appuyant

sur des réseaux d'observatoires coordonnés (climat, écosystèmes, biodiversité, dynamique

sociale) - la production de scénarios et leurs types (" catastrophisme éclairé » ?) - la place des plateformes de modélisation et expérimentales - le partage de concepts communs. Curieusement, et contrairement à la " communauté des climatologues », la " communauté de

la biodiversité» affiche plus difficilement une " unité de vue». Pourquoi ? Les difficultés sont

à chercher dans le partage et l'élaboration de concepts communs, dans l'assimilation des changements d'échelles et de vitesse, dans l'élaboration des méthodes comparatives. Conserver et gérer durablement la biodiversité dans un contexte de changement global nous impose de rechercher et d'expérimenter de nouvelles manières de travailler ensemble.

Quelques Références

Barbault R, Chevassus-au-Louis B (2004). Biodiversité et changements globaux. Apdf, Paris. Diamond J. (2005) Collapse. How societies choose to fail or survive. Penguin Books,

New York

Dupuy J.-P. (2002) Pour un catastrophisme éclairé. Quant l'impossible est certain.

Edition du Seuil, Paris.

Griffon M. (2006) Nourrir la planète. Odile Jacob, Paris. Lovejoy T.E., Hannah L. (2005) Climate change and biodiversity. Yale University Press,

New Haven & London.

Millennium Ecosystem Assessment (2005) Ecosystems and Human Well-being : Biodiversity Synthesis. World Resources Institute, Washington, DC.

Biodiversité et changement global

Le ministère chargé de l'environnement a mis en place à l'automne 1998 le programme de recherche fédé-

rateur " Gestion et impacts du changement climatique » (GICC). Le but général du programme est d'évaluer

les risques encourus (notamment en France et en Europe) et les possibilités de les prévenir ou de les gérer.

L'évolution des connaissances et des problématiques de recherche conduisent à replacer le changement cli-

matique dans le contexte du changement global, qui concerne toutes les modifications majeures engendrées

tant par les activités anthropiques que par les facteurs naturels.

L'Institut français de la biodiversité (IFB), en partenariat avec le ministère de l'Ecologie et du

Développement durable, a élaboré un premier appel à propositions de recherches qui concerne les interac-

tions entre dynamique de la biodiversité et changement global. Les propositions de recherche seront évaluées

par la commission scientifique de l'IFB qui en assurera le suivi scientifique en liaison avec le programme

GICC.

Contexte scientifique

Le changement global concerne toutes les modifications majeures engendrées tant par les activités anthro-

piques que par les facteurs naturels. La réalité du changement climatique, et en particulier celle de l'augmen-

tation de la température moyenne à la surface du globe, n'est plus mise en doute. Même si des controverses

existent encore sur son origine, de nombreux arguments indiquent que ce changement climatique est corrélé

à une augmentation de la température résultant de l'activité humaine (augmentation de la production de gaz

à effet de serre). La température moyenne s'est élevée au cours du siècle passé avec une nette augmentation

durant les vingt dernières années. Tout indique qu'en raison de l'inertie des grands systèmes climatiques à

l'échelle du globe, ces changements vont s'accélérer au cours du XXI e siècle avec un réchauffement global

de l'ordre de 1,4 °C à 5,8 °C, une élévation du niveau marin d'environ 50 cm et un renforcement du cycle

hydrologique. Durant la même période, la concentration atmosphérique en CO 2 aura probablement doublé.

Cependant, le changement global ne se limite pas aux seuls changements du climat et de la composition

de l'atmosphère. D'importantes modifications liées aux changements d'usage des terres et des milieux aqua-

tiques sont attendues ou sont déjà observées. Ces modifications d'usage sont de deux types :

- une intensification des usages dus à l'accroissement de la pression anthropique (aménagement, défores-

tation, défrichage, intensification agricole, surexploitation, pollutions diverses, accroissement du com-

merce international, introduction d'espèces, OGM...) ; - un abandon des usages (déprises agricoles, reforestation...).

Si le changement global, déjà perceptible, ne peut que s'amplifier, ses conséquences sur la dynamique de

la biodiversité restent à quantifier de manière bien plus précise, tant en termes de distribution des espèces,

d'adaptation des individus ou des populations, de co-adaptation des systèmes biologiques (prédation, parasi-

tisme, symbiose...) ou d'évolution génotypique que d'évolution des sociétés humaines. D'une manière géné-

rale, l'examen des conséquences du changement global portera de préférence sur la structure et la dynamique

des paysages, les aires de répartition des espèces, les rythmes d'extinction, la phénologie des principaux évé-

nements biologiques qui rythment le cycle annuel, la structure et la dynamique des populations et les inter-

actions entre espèces (compétition, invasions, réseaux trophiques, parasitisme et symbioses...). Ces change-

ments seront modulés par la structure spatiale à différentes échelles des habitats et des écosystèmes, qui sera

elle-même affectée (fragmentation...) par les changements globaux. Pour l'étude et la modélisation du chan-

gement global actuel, l'appréhension du temps sous ses différentes échelles de perception est essentielle.

Pour mesurer leur vitesse et leur durée, pour comprendre et analyser leurs effets et leurs conséquences sur le

vivant, il faut prendre en considération le temps, les temporalités des événements et les pas de temps des

observations.

Enfin, les modifications de la biodiversité induites par le changement global pourraient rétroagir sur des

services rendus par les écosystèmes, comme le stockage de carbone dans les sols et les forêts, l'épuration de

l'eau, la valeur d'usage ou d'aménité des milieux... Les interactions entre changement global et biodiversité

doivent donc être considérées dans les deux sens pour pouvoir comprendre et, si possible, prédire les chan-

gements à venir.Appel à propositions de recherches 7

Compte tenu de la complexité de la notion de biodiversité, il n'est pas possible d'en rendre compte de

manière exhaustive. Connaître l'ensemble des espèces présentes en un lieu et évaluer la contribution de ce

lieu à la diversité à des échelles plus vastes (du régional au global) est presque impossible. L'analyse de la

biodiversité doit s'appuyer sur des indicateurs : nombre d'espèces ou présence de quelques espèces de grou-

pes taxonomiques bien connus et représentatifs d'un mode de fonctionnement, variabilité infra-spécifique,

diversité et pérennité des composantes d'un paysage... Plusieurs questions sont à prendre en considération :

- comment mesurer les changements de la biodiversité, à quelles échelles spatiales et temporelles et en

fonction de quelle(s) métrique(s) ?

- les extinctions et radiations consécutives aux crises passées peuvent-elles nous renseigner et nous per-

mettre de préciser des scénarios pour les changements à venir ?

- comment tester des hypothèses et des scénarios d'évolution de la biodiversité sous l'influence du chan-

gement global ?

- quels sont les processus qu'il sera nécessaire d'étudier dans ce but et selon quelles approches expéri-

mentales ?

- quels sont les apports de la modélisation ? Comment intégrer les paramètres socio-économiques dans

les modèles portant sur les interactions entre changement global et biodiversité ?

- comment se prennent les décisions sociétales relatives au changement global ? Quelles en sont les

conséquences sur les changements d'usage ?

- enfin, quelles seront les conséquences des modifications de la biodiversité induites par les changements

globaux sur les services rendus par les écosystèmes ?

L'appel à proposition s'intéresse à quatre problématiques qui vont de la description des patterns à la prise

de décisions en passant par la compréhension des mécanismes et l'établissement de projections.

I - Description des patterns

En quoi l'étude de la dynamique de la biodiversité à différentes échelles de temps, d'espace et d'organi-

sation peut-elle nous amener à proposer des scénarios d'évolution de la biodiversité ?

Si l'on veut prendre la mesure de la crise actuelle de la biodiversité et des questions qu'elle soulève, il faut

s'appuyer sur une mise en perspective historique et préhistorique de la biodiversité actuelle :

- les changements globaux qui se produisent depuis un siècle ou moins peuvent être associés à des chan-

gements de répartition, voire à des disparitions d'espèces. Il est parfois possible de les documenter et

d'en préciser les causes (changements climatiques ou modifications d'usage des sols). Ils peuvent aussi

être mis en relation avec des modifications des traits d'histoire de vie des espèces.quotesdbs_dbs42.pdfusesText_42

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