Introductionàlarésilience Résilienceécologiqueàrésiliencesocio-écologique JuliaClause 29Octobre2015 AtelierCERES1 Plan Défini&onsetApprocheSystémique Systèmesdynamiques:rappels Exemples Résiliencesocio-écologique Larésilienceenpra&que DÉFINITIONS ETAPPROCHESYSTÉMIQUE Résilience? Caractéris&que mécanique définissant la résistance aux chocs d'un matériau. La résilience des métaux, qui varie avec la température,estdéterminéeenprovoquantlaruptureparchocd'une éprouveFenormalisée,AlbertCharpy1901 -Larousse2015 Physique: Capacité d’un matériau à retrouver sa forme originelle après avoir subi une contrainte ponctuelle ou con&nue. Psychologie:Capacitéàvivre,àréussir,àsedévelopperen dépit de l’adversité. (> en France, Boris Cyrulnik - psychiatre, neurologueetéthologuefrançais) Unconceptmultidisciplinaire Lhomme et al. 2010 Unconceptmultidisciplinaire Lhomme et al. 2010 Défini&onsmul&plesèconfusion Engineeringvs.ecologicalresilience Engineering Ecological Unétatd’équilibredésiréunique; résistance Efficience Constance Prédictabilité Plusieursdomainesdestabilité; évolu&on;adapta&on Persistence Changement Non-prédictabilité Engineeringvs.ecologicalresilience Engineering Ecological Unétatd’équilibredésiréunique; résistance Efficience Constance Prédictabilité Mesure:résistanceàlaperturba&on pourretourneràl’équilibre Plusieursdomainesdestabilité; évolu&on;adapta&on Persistence Changement Non-prédictabilité Mesure:magnitudedela perturba&onabsorbéeparle systèmeavantchangementde structure,variablesetprocessus Engineeringvs.ecologicalresilience Engineering Ecological Unétatd’équilibredésiréunique; résistance Efficience Constance Prédictabilité Mesure:résistanceàlaperturba&on pourretourneràl’équilibre Ges'on:autreséquilibresdoivent êtreévités;conserva&on Plusieursdomainesdestabilité; évolu&on;adapta&on Persistence Changement Non-prédictabilité Mesure:magnitudedela perturba&onabsorbéeparle systèmeavantchangementde structure,variablesetprocessus Ges'on:intégra&ondesélémentsdu système;échellesspa&otemporelles;variabilitédesvariables Engineeringvs.ecologicalresilience Engineering Ecological Unétatd’équilibredésiréunique; résistance Efficience Constance Prédictabilité Mesure:résistanceàlaperturba&on pourretourneràl’équilibre Ges'on:autreséquilibresdoivent êtreévités;conserva&on Plusieursdomainesdestabilité; évolu&on;adapta&on Persistence Changement Non-prédictabilité Mesure:magnitudedela perturba&onabsorbéeparle systèmeavantchangementde structure,variablesetprocessus Ges'on:intégra&ondesélémentsdu système;échellesspa&otemporelles;variabilitédesvariables Résilienceécologique La capacité d’un système à absorber les perturba&ons etseréorganisertoutenopérantdeschangementsde manièreàgarderessen&ellementlesmêmesfonc&ons, structures,iden&téetrétroac&ons.(Holling1973) è Approche systémique Holling CS 1973 Resilience and stability of ecological systems, Ann. Rev. Ecol. Syst. Qu’estcequ’un«système»? Unsystème=objetcomplexe,formédecomposantsdis&nctsreliésentreeuxpar uncertainnombrederelaBons. Les composants = sous-systèmes. Un sous-système peut être décomposé à son tour en sous-systèmes d'ordre inférieur ou être traité (au moins provisoirement) comme un système indécomposable, c'est-à-dire comme un système réduit à un seulélément. Popula&on Lessystèmesécologiques classiques Communauté Ecosystème Biosphère Echellesspatiales Echellesemboîtées Interac&onsboFom-upettop-down Ecosystème Communauté Biosphère Echellesspatiales Non-uniformitédessystèmesàtoutesles échelles=«Patchs» ènon-linéarité Communauté Ecosystème 2 X X Ecosystème 1 Biosphère Echelletemporelle Changementdansletemps/épisodique Evénements: Naturel Anthropogénique Capitalnaturel (ex:biomasse debois) temps Récolte/Feu/Fauche RéorganisaBondesespèces/ foncBonsàtoutesleséchelles Echellestemporellesetspatialestrès variables Généralementaccroissement propor&onneldel’échelle temporelleetspa&ale Millénaire Organisme longévif Siècle Organisme àcourte duréedevie Année Journée Toujourslamêmepente? Heure EchellespaBale Plusieurséchellestemporelles HistoiredelaTerre ex:géomorphologie,associa&onorganismes -->tempslong;échelleévolu&ve Histoiredelaterre Historiqued’u&lisa&ondesterres Historiquedesévénements(feux,inonda&ons,etc.) -->impactssurlongterme Plusieurséchellestemporelles Echelleécologique:legénotypedesorganismesn’apas le temps de changer (croissance, dynamique de popula&on, changements physico-chimiques de l’écosystème) Echelle évolu&ve: les organismes ont le temps de s’adapter->leurgénotypeetphénotypechangent Réponsedesécosystèmes: Croissancedesplantesì Décomposi&ondelaMOdessolsì Exemple Réponseclima&que Ecosystèmes Grandsflux atmosphériques etéchangesdechaleur CO2atmosphériqueì T°ì Exemple Réponseclima&que Àlongterme Réponseévolu&ve desorganismes desécosystèmes Ecosystèmes Grandsflux atmosphériques etéchangesdechaleur Mesuresd’évolutionspatialeettemporelle Nombred’individus=densité Traitsdesindividus=caractéris&ques (taille,sexe,physiologie,gènes,etc.) Nombred’espèces=biodiversité Biomassedechaqueespèce Caractéris&quesphysicochimiques: T°,concentra&onenCO2, humidité,quan&tédeMO,N,… Fonctionsécologiques FoncBons écologiques: processus et composants biologiques, géochimiques qui ont lieu dans un écosystème = composants structurels d’un écosystème (végéta&on, eau, sol, atmosphère, biota) et leurs interac&onsentreeux,auseind’unécosystèmeetentreécosystèmes. Fonc&onsdéterminéeparladiversitégénéBque Espècesexécutentdiverses fonc&onsécologiques. èExemples? èQuellecontribu&onàla résiliencedel’écosystème? Fonc&onsécologiques forêtsurbassinversant Fonctionsécologiques FoncBons écologiques: processus et composants biologiques, géochimiques qui ont lieu dans un écosystème = composants structurels ) s e l l e tur naatmosphère, ( s e d’un écosystème (végéta&on, eau, sol, biota) et leurs u q i g o l o c é s me) Fonc&on m interac&onsentreeux,auseind’unécosystèmeetentreécosystèmes. o ≠ H e r t ê bien( s e u q i systém o c é / e u q cologi é s e c i v r Se Fonc&onsdéterminéeparladiversitégénéBque Fonc&onsécologiques forêtsurbassinversant Espècesexécutentdiverses fonc&onsécologiques. èExemples? èQuellecontribu&onàla résiliencedel’écosystème? ModèleDarwin/MacArthur ì Nombred’espèces ì Nombredefonc&ons =>ìstabilité èTauxconstant? Déstabilisa&on ModèleidiosynchraBque(Lawton1994) Dépenddel’espèce+différencesquandseuleouen interac&on èStabilitévariable Modèledes‘rivets’(EhrlichandEhrlich1981) Redondance/superposi&ondesfonc&ons èAugmenta&ondelapersistence(rela&ons) …maissatura&ondelafonc&on Carrôlestructurant Modèledesconducteurs/passagers(Walker1992) carinterac&on! Conducteur(driver):fonc&onécologiqueforte Passager(passenger):impactmineur Resistance Résilience Ecosystem stability Resistance Resilience Resistance Résilience Ecosystem stability Biodiversity on stability with time Resistance Resilience Resistance Résilience Productivity Biodiversity on stability with time Approchesystémique:conclusions Sionseposeuneques&on Ex:Pourquoilapelousecalcaireévolue-t-elleversunbois? Histoire de la Terre? Histoire de la terre? -Action de l’homme Acteurs Lesquels? Quelles interactions? Quelles fonctions? + Contexte socio-économique Végétation Faune Sol NEXT: Peut-on restaurer la pelouse? Comment? Approchesystémique:conclusions denombreuxcomposants(=sous-systèmes) Unsystème denombreusesinterac&ons denombreusesfonc&ons/mécanismes Echellesspa&otemporelles Emboîtées Non-linéaires EtudierlocalenpensantglobalPenséeholis&que “ResilienceofasystemneedstobeconsideredintermsoftheaFributes thatgovernthesystem’sdynamics”(Walkeretal.2004) RAPPELSURLESSYSTÈMES DYNAMIQUES(ETTERMES) DéKinirlesystème Echellespa&ale Echelletemporelle Acteurs/variablesprisencompte Fonc&ons/Mécanismesprisencompte Quelsystème? Quelsparamètres? Enfonc&ondelaques&onposée Enfonc&ondesconnaissancesdusystème Récoltededonnéesempiriquescomplémentaires Exemple:eutrophisationd’unlac Observa&ons • Mul&plica&ondesalgues • Diminu&ondutauxd’oxygène • Dispari&ond’organismes Ques&ons • • • • Barot Quelssontlesfacteursdel’eutrophisa&on? Quelleestleurimportancerela&ve? L’eutrophisa&onestelleréversible? Quefairepouréviterl’eutrophisa&on? Exemple:eutrophisationd’unlac Variablesvenantdel’observa&on Biomassed’algue Tauxd’azoteminéral Tauxd’oxygène Tauxdephosphoreminéral L’ensembleduréseau trophiquedulac Echellesspa&alesettemporelles lac Mvtd’eauetde nutriments Bassinversant Echelletemporelle: aumoinsuneannée Dynamiquepluriannuelle ATTENTION:échelletemporelle, toujourssebasersurlapluslente Barot Exemple:eutrophisationd’unlac Liensentrelesdifférentesvariables?=Iden&fierlesmécanismes Contrôleparlesherbivores Apportexternesdenutriments Sor&esdenutriments Disponibilité desnutriments Biomassed’algue Tauxd’oxygène Quelle(s)rela&on(s)etimportancedesrela&ons? ΔBiomassed’algue=f(disponibilitédesnutriments,herbivores) ΔDisponibilitédesnutriments=f(apports,sor&es,biomassed’algue) Passageàladynamique Barot Passageàsystèmed’équationsdifférentielles Pour3variablesA,B,C tempsconsidérécommediscon&nu Passageau tempscon&nu dA/dt=f(A,B,C) dB/dt=g(A,B,C) dC/dt=h(A,B,C) ΔΑ = f(A,B,C) ΔΒ = g(A,B,C) ΔC = h(A,B,C) Trouverlespointsd’équilibre Lesvariablesdusystèmenevarientplus dA/dt=f(A,B,C)=0 dB/dt=f(A,B,C)=0 dC/dt=f(A,B,C)=0 ….. dN = Nr Densitéd’unepopula&on:N N dN =0 K dt N = N 0 ert dt dN N = Nr (1 − ) dt K N0 t Pourquoiunmodèlemathématique? Pour décrire la dynamique d’un système et déterminer s’il est stable (entrouvantl’équilibre) Pour déterminer quelle est l’influence rela&ve de tel mécanisme/ acteur sur la dynamique du système (qualité et quan&té) = étude de sensibilité Pourfairedesprédic&onsquan&ta&ves(simula&ons) ⇒ Pourcomprendrelesystème ⇒ Pourmesurerlarésilience Tailledudomained’aFrac&on Valeurcri&queau-dessusdupointd’équilibre Représentationsgraphiques A Enfonc&ondutemps Unevariableen fonc&ondel’autre B A Surtoutpourunsystème àdeuxoutroisvariables t A Cartes vectorielles A0 B0 B Barot B Permetd’avoiruneidéeglobaledu comportementdusystème Quellesquesoientlescondi&ons ini&ales Variableécologique Variableécologique Equilibre Variableécologique temps temps Dynamique«chao&que» Typesdecomportement d’unsystèmedynamique temps Barot Dynamiquecyclique Typesd’équilibre Variableécologique Perturba&on Stable Variableécologique temps Instable temps DéKinitions Equilibre:étatd’unsystèmedontaucunedesvariables dv1 dv2 nevarientplus =0 =0 dt dt Equilibre stable: le système retourne à son état d’équilibreaprèsunepe&teperturba&on Equilibre instable: le système ne retourne pas à son étatd’équilibreaprèsunepe&teperturba&on…passeà unautretypededynamique capacitédusystèmeàrevenirviteàsonétat d’équilibreaprèsuneperturba'on Résilience Variableécologique Perturba&on Faible résilience Variableécologique temps Forte résilience temps capacitédusystèmeànepass’éloignerloindeson étatd’équilibreaprèsuneperturba'on Variableécologique Résistance Perturba&ons d’égaleintensité Faible résistance Variableécologique temps Forte résistance temps Domained’aFrac&on Valeurcri&que/seuildex Bassind’aFrac&on Pointd’équilibre= Pointd’aFrac&on Walkeretal.2004 Holling1973 La&tude Ex:Lac 1:eauclaire(grand) 2:eauturbide(pe&t) Perturba&on 3èmebassin–sédiments/végéta&on 1erbassindiminue–2èmeaugmente Resistance Precariousness Dynamiqueslocaleetglobale A A B B Le comportement global peut être différent du comportementlocal Il peut exister différents comportements locaux qualita&vementtrèsdifférents A Etatsd’équilibremultiples A B Pourquoicetypedecomportementest-ilimportant? Unéquilibrestable:lesystèmeécologiqueestprochedecepoint Deuxéquilibresstables:onnesaitplusaprioridansquelétatest lesystèmeécologique B Variable Etatsd’équilibremultiples Equilibre Paramètre Pourquoicetypedecomportementest-ilimportant? Quandonvientdepasserd’unéquilibreàl’autre,ilnesuffitpasde changerleparamètrepourreveniràl’étatini&al!! EXEMPLESDERESILIENCE Casdu“budworm” Où?Forêtsd’épicéas,Canada Choristoneura fumiferana (Clemens) Qui? Paruline du Canada Epinette blanche Cardellina canadensis Sapin baumier Picea glauca Abies balsamea +30 espèces 5 classes de taille ProblèmeExplosiondelapopula&ondetordeusedes bourgeonsdel’épineFe(=budworm)ravagelessapinières Modèle: http://mathinsight.org/spruce_budworm_outbreak_model Casdu“budworm” Tousles30-40ans Renouvellement delaforêt EQUILIBRE1 - -- Jeuneforêt Densitémaintenueparstabilité depop.en-dessousdevaleurseuil EQUILIBRE2 1-20ans Casdu“budworm” Tousles30-40ans Forêt mature EQUILIBRE2 -- ++Densité feuillage - Renouvellement delaforêt - Contôleréduit inefficace Collapse Destruc'on/mort delaforêt EQUILIBRE1 - -- Jeuneforêt Densitémaintenueparstabilité depop.en-dessousdevaleurseuil =>ImpactsurlecycleduCarbone ⇒ Matériaumortàdépartdefeu Rapide > Lent Casdu“budworm” Tousles30-40ans Forêt mature EQUILIBRE2 1-20ans -- ++Densité feuillage - Renouvellement delaforêt - Lent > Rapide Contôleréduit inefficace Collapse Destruc'on/mort delaforêt EQUILIBRE1 - -- Jeuneforêt Densitémaintenueparstabilité depop.en-dessousdevaleurseuil =>ImpactsurlecycleduCarbone ⇒ Matériaumortàdépartdefeu Résiliencedesprairies-Succession Prairie–successionvégétale Recolonisa'on (banquedegraines) Reprisepâturage /Fauche Pelouseouverte Fortediversité Arrêt pâturage + pâturage Prairie–successionvégétale Restaura'ond’uneprairie Chgtsstructurels =>Changementde bassind’aFrac&on(bol) Chgtsimportants • • • Prop.Sol Fragmenta&on Pertededebiodiversit Bois/Forêt Déforesta'on Recolonisa'on (banquedegraines) Reprisepâturage /Fauche Pelouseouverte Fortediversité Arrêt pâturage + pâturage Prairie–successionvégétale Restaura'ond’uneprairie Chgtsstructurels =>Changementde bassind’aFrac&on(bol) Chgtsimportants • • • Prop.Sol Fragmenta&on Pertededebiodiversit Bois/Forêt Déforesta'on Recolonisa'on (banquedegraines) Reprisepâturage /Fauche Pelouseouverte Fortediversité Arrêt pâturage Quelledatedenon-retour? + pâturage Esp.1,Esp.2,Sol,… =>échellesdetemps1,2,3,... Résiliencedesprairies-Invasions Prairie–invasions Prairienon-perturbée • Végéta&onmodifiée,peuproduc&ve • Versdeterrena&fslimitentexpansionnon-na&fs Aporrectodea trapzeoides Colonisation vers de terre exotiques Prairienon-perturbée • Végéta&onna&ve,peu produc&ve,pauvreennutriments • Versdeterrena&fs Prairie–invasions Prairienon-perturbée • Végéta&onmodifiée,peuproduc&ve • Versdeterrena&fslimitentexpansionnon-na&fs Aporrectodea trapzeoides Colonisation vers de terre exotiques Prairieperturbée • Végéta&onexo&que,trèsmodifiée,produc&ve • Versdeterrenon-na&fs>>exo&ques Prairienon-perturbée • Végéta&onna&ve,peu produc&ve,pauvreennutriments • Versdeterrena&fs + Perturbation Prairie–invasions Prairienon-perturbée • Végéta&onmodifiée,peuproduc&ve • Versdeterrena&fslimitentexpansionnon-na&fs Aporrectodea trapzeoides Colonisation vers de terre exotiques Prairieperturbée • Végéta&onexo&que,trèsmodifiée,produc&ve • Versdeterrenon-na&fs>>exo&ques Prairienon-perturbée • Végéta&onna&ve,peu produc&ve,pauvreennutriments • Versdeterrena&fs + Perturbation Changements debassins d’a6rac8on RESILIENCESOCIO-ECOLOGIQUE Systèmessocio-écologiques Perturba&onsnaturelles=>crises Servicesécosystémiques Système écologique Système social =>Feedbacks ⇒ FoncBonnements similaires Perturba&onsanthropiques Erosiondelarésilience=>changementsd’états U&lisa&ondesproduitsdesécosystèmes=>sur-u&lisa&on? Servicesécosystémiques • MilleniumEcosystemAssessment(2000s) “Evaluer les conséquences du changement écosystémique pour le bien-êtrehumainetac&onnécessairespouraméliorerlaconserva&on et l’u&lisa&on durable de ces systèmes et leur contribu&on au bienêtrehumain” ⇒ Moyendevaloriserlesystèmeécologique ⇒ Priseencomptedu“non-retour” 3 grands types Services d’approvisionnement Servicesde régula&on Services culturels Trajectoiresdésirables Ges&ondesécosystèmesdemanièreintégrée ⇒ Évalua&onetcréa&ondetrajectoiresdésirables ⇒ An&cipa&ondeschangements Scenarios Businessasusual NormaBf (=désirable) Scenario3 Scenario4 Exemple1 Obj.écon. Globalisa&on (monde homogène) Obj.environn. A1: B1:Durabilité Croissance environn.glob. écon.rapide +1.1-2.9°C +1.4-6.4°C A2: Régionalisa&on Dvptécon. (monde régional hétérogène) +2.0-5.4°C B2:Durabilité environn.loc. +1.4-3.8°C Objectif: Impact des differentes politiques sur l’utilisation des terres et identifier où les menaces potentielles des écosystèmes d’eau douce seraient les plus sévères. Exemple2 http://news.wisc.edu/22223 Cycled’adaptationetPanarchy Origine: dynamique des écosystèmes 1 cycle = 4 phases r: exploitation phase K: stabilisation, conservation Ω: réajustement, collapse α: réorganisation Revolt = perturbation Memory = éléments du système contribuant à la résilience è Perturbation = opportunités, adaptation, transformabilité Folke, 2006 DéKinitions Adaptabilité: capacité des gens/acteurs à construire la résilienceàtraversunensembled’ac&ons Transformabilité: capacité des gens à construire un systèmesocio-écologiquenouveau ⇒ B alance entre résilience et transformabilité: résiliencedubassind’équilibre ⇒ Un système résilient = aussi système qui se réorganise. LARÉSILIENCEENPRATIQUE Rendreunsystèmeplusrésilient Augmenterlesespèces,fonc&ons,interac&ons ⇒ restaura&on,conserva&on Augmenterlaflexibilitédessystèmes ⇒ Écologiques(capitalnaturel,mémoire) ⇒ Socio-écologiques(capital,mémoiresociale) Changementdegouvernance èGes&onsystéma&quefausse? Lesfreinsàlarésilience Différentesidées/perspec&vesd’unbassind’aFrac&on désirable Miseenpra&quedelarésilience • “Economisa&on”:moné&sa&ondesresourcesetfonc&ons • Poli&sa&on:Transi&onvs.capitalisme • U&lisa&on/détournement(Néolibéralisme) èQuelleplacedesécosystèmes? Résilience:toujourssouhaitable? Pasforcémentcarsystèmesdeviennenttroprésistants aux perturba&ons et incapables de réagir face à certainschocs(tropsécurisévs.tropendommagé) Résilience=critèredesélec&onsociale =>Aspectssociétauxnon-prisencompte;inégalités nonperçuesparl’approchesystémique Conclusions Défini&onvariable=>compréhension,ges&onvariables Non-linéarité,stabilité,résistance,résilience Echellesspa&o-temporelles Fonc&onsécologiques Approchesystémiqueindispensable Ou&lsmathéma&quesçèDonnéesempiriques Cycled’adapta&on=>dynamiquenaturelle Réflexionsurlefuturetconceptdelarésilience