Ecologie générale_Introduction-1(Buttler)
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EPFL Bachelor 2 SIE – Sciences et Ingénierie de l’Environnement Écologie générale Essential of ecology Alexandre Buttler Constant Signarbieux Bjorn Robroek Laboratoire des systèmes écologiques EPFL – ENAC – ISTE – ECOS Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 1 Chapitre 1: Introduction L ordre dans le monde naturel 26 diapositives faites par les étudiants pour illustrer les différents aspects abordés dans le chapitre 1! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 2 1! Le monde naturel: ensemble des organismes vivants, des conditions physico-chimiques de leur environnement, et de leurs interactions • L écologie cherche à savoir comment le monde naturel fonctionne: • du grec oikos : « maison » • c est l étude des relations entre organismes, et entre eux et le milieu environnant, formant un « système » complexe, l écosystème • Comprendre les principes de l écologie est essentiel pour comprendre la « condition » humaine: • l homme dépend du monde naturel autant que le chêne ou un vers de terre, même si la vie moderne et sa technologie font parfois oublier cette dépendance essentielle Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 3 L écologue cherche à comprendre l ordre du monde naturel • Décrire les patrons de distribution des organismes (pattern) • Comprendre et expliquer la nature et les mécanismes des relations entre organismes et le milieu: comment? pourquoi? depuis quand? • Faire des prédictions de changements et en évaluer les conséquences pour l être humain et les organismes Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 4 2! Les outils de l écologue: • L observation et l exploration, qui permettent de décrire et de poser des questions • Les questions sont le reflet de la curiosité et le moteur de la découverte et de la recherche • L expérimentation, qui répond à des hypothèses quant aux réponses à ces questions • La modélisation mathématique pour généraliser et prédire • La communication scientifique et vulgarisée Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 5 Des patrons de distribution spatiale • Question 1: Pourquoi ces plantes sont-elles disposées de façon régulière? • Question 2 : Pourquoi la toile d araignée est-elle ainsi organisée? • Question 3: Pourquoi le cri du lémurien Indri se fait-il à heures régulières quotidiennement? Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 6 3! Des interactions • Question 4: Pourquoi les fruits de telle espèce ontils cette forme? • Question 5: Pourquoi ce phasme a-t-il cette forme et cette couleur? • Question 6: Pourquoi ce papillon est-il si coloré et visible? Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 7 Des coexistences et de la diversité • Question 7: Pourquoi y a-t-il autant d espèces dans ce milieu? • Question 8: Cette chenille se nourrit-elle de toutes les plantes? Comment se fait le choix du support pour la ponte? • Question 9: Pourquoi des symbioses? Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 8 4! Des changements temporels • Question 10: Pourquoi la forêt reste t-elle identique alors que les espèces se succèdent? • Question 11: Pourquoi la forêt se régénère-t-elle après un feu dévastateur? Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 9 D un point de vue historique, l écologie moderne est issue de deux concepts, … • Les organismes s organisent naturellement en associations (animales ou végétales) distinctes, ou communautés (ensemble de populations, qui elles sont un ensemble d’individus de la même espèce) ! (Duvigneaud, 1980)! • Les organismes sont liés directement et indirectement par des relations trophiques (p. ex. proie vs prédateur) en unités fonctionnelles interactives! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 10 5! Dias: Romain Bienz … complétés, en écologie moderne, par la notion de spatialité • Importance de la notion d échelle qui caractérise tout écosystème et conditionne les processus et les échanges (écologie du paysage) L’écosystème peut être considéré à l’échelle d’une simple feuille de chêne, à celle de l’arbre en entier, et de la forêt entière. Tous ces écosystèmes sont caractérisés par leur dynamique propre, mais ils interagissent aussi. ! La planète ellemême est un écosystème. Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 11 … complétés, en écologie moderne, par la notion de spatialité Sylva Exemple de processus: effet du climat de la vallée, effet versant ! Saltus Ager Unité d'exploitation pastorale Exemple de processus: dynamique des arbres, dispersion des graines! Estivage Bois pâturé Pâturage très boisé Pâturage peu boisé Phytocénose Synusies herbacées sous-bois prés pâturés Exemple de processus: microsites de régénération des arbres, activité du bétail! Synusie arbustive pelouses maigres friches Pâturage non boisé Importance de la notion d échelle qui caractérise tout écosystème et conditionne les processus et les échanges (écologie du paysage)! buissons Synusie arborescente arbres Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 12 6! Dias: Caroline Ménard! … complétés, en écologie moderne, par la notion de spatialité • Importance de la position dans l espace qui caractérise tout écosystème et conditionne les processus et les échanges (écologie du paysage) Facteurs de la position qui influencent les écosystèmes: • Climat (température, intensité des précipitations) • Ex: paysage désertique, alpin, gradient d’altitude • Exposition au soleil • Ex: - Sous l’ombre d’un arbre ou non - Bassin versant orienté à l’Est ou à l’Ouest Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 13 Dias: Caroline Ménard! • Processus hydrologiques (présence/absence d’eau) Ex: écosystème lac vs écosystème forêt • Type de roche sur lequel les plantes poussent (dépend des processus géologiques qui se sont produits dans le passé, sols hétérogènes) • Emplacement des organismes • Ex: position des plantes entre elles (distance entre deux arbres) • L’échelle spatiale et la position dans l’espace sont déterminants pour les interactions entre écosystèmes • Ex: interactions à la frontière entre écosystème forêt et écosystème lac, ou entre écosystème forêt et champ agricole) Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 14 7! Des limites à notre perception • Le cycle de vie d une bactérie ou d un insecte est très différent de celui d un arbre ou d un être humain • Ces variations d échelle de temps et d espace limitent notre perception des phénomènes Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 15 Dias: Chloé Gariépy … complétés, en écologie moderne, par la notion de temporalité • Importance du passé pour expliquer l’état actuel Fjord du Saguenay Événements passés: Effondrement tectonique: 950 millions d’années Érosion glaciaire: 10 000 ans Impact sur l’écosystème actuel Relief typique aux fjords Topographie sous-marine Espèces marines “reliquaires” Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 16 8! Dias: Sebastien Strobl … complétés, en écologie moderne, par la notion d’interactions • entre le milieu biotique (les organismes) et abiotique (l’environnement) • La plante dépend du sol et de l’atmosphère, mais elle les influence aussi Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 18 Dias: Mélanie Gaillet-Tourner et Steve Hottinger … complétés, en écologie moderne, par la notion d’interactions • entre animaux et plantes Avantages : - L’abeille trouve une source de nourriture sur la plante - La plante utilise l’abeille comme moyen de reproduction Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 19 9! Dias: Clara Barret! … complétés, en écologie moderne, par la notion d’interactions • entre organismes et sol Exemples d’interactions : - Organismes décomposeurs qui travaillent ensemble et « à la chaîne » pour minéraliser la matière organique du sol, à commencer par la litière fraîche - La boucle microbienne du sol Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 20 Dias: Kevin Bärenzung … complétés, en écologie moderne, par la notion d’interactions • entre macroorganismes et microorganismes ◊ Mutualisme : relation bénéfique entre deux espèces vivant ensemble soit facultativement (mycorhizes sur les racines d’arbres, nodosités sur les légumineuses...), soit obligatoirement, et l'on parle alors de symbiose (bactéries luminescentes chez les poissons...) Nodosités ◊ Commensalisme : relation bénéfique pour une espèce, sans porter nuisance à l'autre (bactéries qui consomment les déchets produits par notre peau...) ◊ Parasitisme : bénéfice d'une espèce au détriment de l'autre (Ténia chez l’Homme, virus...) Le ténia (ou ver solitaire) ◊ Compétition : des organismes partageant la même niche écologique et qui entrent en compétition pour une ressource en quantité insuffisante pour pallier aux besoins des deux espèces (compétition entre plantes et bactéries pour l’azote du sol) ◊ Neutralisme (absence d'interaction) Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 21 10! Dias: Oriane Magnin … complétés, en écologie moderne, par les effets anthropiques et les interactions avec l’Homme • Effets bénéfiques Parc naturel Jura Vaudois Objectifs : - Mettre en valeur la nature de cette région jurassienne utilisée de manière ancestrale et durable, et qui a acquis une valeur de patrimoine écologique - Renforcer les activités économiques axées sur le développement durable - Utiliser cette région attractive proche des centres urbains pour sensibiliser la population à l’utilisation respectueuse de la nature En pratique : - Caches d'hivernage pour la faune, pour renforcer les populations et gîtes de certaines espèces - Projet circuit vélo - Activités pédagogiques Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 22 Dias: Mélanie Gaillet-Tourner et Steve Hottinger … complétés, en écologie moderne, par les effets anthropiques et les interactions avec l’Homme • Effets négatifs pour l’environnement La création de barrages But pour l’Homme : création d’énergie Effets négatifs : perturbation de l’écosystème de la rivière (cycle de vie des poissons, modifications du milieu et des processus alluviaux, ,…) Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 23 11! Un monde influencé par l homme • Des décisions aux conséquences heureuses: la Correction des eaux du Jura a crée la Grande Cariçaie • Des actions catastrophiques en raison d un manque de connaissance sur les équilibres écologiques: l introduction de la perche du Nil dans le lac Victoria (film Le Cauchemar de Darwin) Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 24 Dias: Samuel Etique Une discipline basée sur les milieux naturels, mais dont les principes s’appliquent avec profit aux milieux anthropisés L’urbanisme écologique • S’applique à l’échelle d’un quartier ou d’une ville • Applique les principes du développement durable • Limite l’empreinte écologique • Favorise les transports en commun • Favorise l’habitat groupé • Bâtiments à biodiversité positive • Bâtiments à énergie positive Avantages: • Faible empreinte écologique • Préserve la biodiversité • Limite la dépendance aux énergies fossiles • Bonne qualité de vie • Faible coût d’entretien Éco$quar)er+Vauban,+Allemagne+ Inconvénients: • Limité par ses frontières: subit la pollution de ses voisins • Dépend du comportement de ses habitants • Investissements souvent élevés • Greenwashing Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 28 12! Ecologie appliquée • Lutte biologique • Fauchage des marais pour lutter contre l atterrissement et favoriser certaines biocénoses Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 29 La naissance du concept d écosystème Les grandes étapes historiques Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 30 13! Querelle d école autour de la notion de communauté Dias: Younes Seghrouckni + Xavier Aimé Tendon Communautés « fermées » Clements (1916, 1936)! (Kent and Paddy, 1992)! • La communauté possède-t-elle des propriétés qui dépassent celles des différents organismes qui la composent en raisons des interactions? • Communauté fermée, tel un « super-organisme », avec des propriétés émergentes, et dont les organes seraient les espèces, qui sont interdépendantes • Unité clairement visible et définissable, avec des caractères constants et répétitifs à l'intérieur d'un territoire géographique donné; peu d’interactions avec les autres communautés • Co-évolution des espèces de la communauté, qui tend vers un état stable et équilibré, le climax • Evolution: naissance, évolution vers un climax, reproduction, mort (tel un organisme – concept organismique) • Graphes: communautés bien séparées, liens entre les espèces (courbes de réponse) Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler Querelle d école autour de la notion de communauté 31 Dias 32: Clarissa Wehrli Communauté « fermée » • La communauté possède-t-elle des propriétés qui dépassent celles des différents organismes qui la composent en raisons des interactions? • Communauté ouverte qui n‘est pas une unité distincte, mais une association aléatoire d‘espèces, donc un assemblage qui ne se répète pas à l’identique ailleurs dans le territoire géographique. On ne peut donc pas faire une typologie valide • L’adaptation individuelle (concept individualistique) permet à chaque espèce de vivre à un endroit spécifique (espèces indépendantes) • Les espèces se répartissent selon un continuum, toujours en équilibre relatif et temporaire Communauté « ouverte »! Gleason (1926, 1939)! (Kent and Paddy, 1992)! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 32 14! Dias: Nicolas Belleville – Avez-vous une proposition?! Naissance du concept d écosystème • Tansley (1935) prend position dans la polémique sur la notion de communauté • Unités fonctionnelles et interactions A. G. Tansley. The Use and Abuse of Vegetational Concepts and Terms. Ecology, Vol. 16, No. 3 (Jul., 1935), pp. 284-307 Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 33 • Naissance du concept d écosystème • Tansley (1935) prend position dans la polémique sur la notion de communauté! – Il rejette l idée d un superorganisme qui sous-tend une finalité dans la réunion des espèces et des individus à tel ou tel endroit! – Pour lui, les communautés sont des entités abstraites, sans limite concrète, même si certaines analogies peuvent être faites avec un organisme! – Il défend l idée d une unité fonctionnelle, un écosystème, né des interactions entre organismes et facteurs physiques! – Les limites ne sont que des créations mentales qui facilitent l étude et la comparaison des systèmes! – L homme fait partie de ce système! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 34 15! Dias: Laura Mathieu L’approche paysagère a permis d’apporter des nuances à la notion de communauté et d’écosystème Climax patterns (Whittaker, 1953) Les communautés peuvent se répéter dans le paysage, comme des fragments d'une mosaïque, lorsque la combinaison des facteurs environnementaux reste la même (vue de Clements)! • Mais il existe souvent des milieux atypiques, particulièrement aux interfaces des unités (vue de Gleason) ! • Forêt riveraine, mangroves - Monoclimax stipulant que seul le facteur climat est déterminant, et que plusieurs systèmes sous un même climat tendent vers le même climax (selon Clements) - Polyclimax soulignant l'influence également d'autres facteurs tels que les nutriments du sol, la topographie... (selon Tansley et Gleason) - Climax pattern variété de “climax” différents, résultant de l'influence de toutes les différentes facettes de l'environnement - Ecotone : zone de transition entre différents écosystèmes, disposant de ses propres propriétés (p.ex mangrove) Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 35 Dias: Antoine El Hanna Approche holistique de Eugen Odum et concept des niveaux d'organisation intégrés • Système d’unités fonctionnelles « emboitées » • Chaque unité regroupe un certain nombre d organismes proches par leur habitat, leur comportement écologique et leur périodicité • Un ensemble d’unités forme une unité plus large : S1 + S2 + S3 = P2; P1 + P2 + P3 = T3; etc. • Toutes les unités sont stables, avec des propriétés fonctionnelles émergentes quand elles sont en interactions • La stabilité (homéostasie) d un système dépend de celle de toutes les unités emboîtées : un changement dans l’une peut affecter l ensemble du système (Gillet and Gallandat, 1996)! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 37 16! Dias: Brendan Parlange + Romain Gitton La notion de chaîne alimentaire et réseau trophique • Elton (1920) • Chaîne alimentaire • Pyramide des nombres • Mets en évidence les relations fonctionnelles en décrivant la chaîne alimentaire dans la toundra : Plantes -> Arthropodes -> Oiseaux -> Renard arctique • Met en évidence la pyramide des nombres: chaque prédateur a besoin de plusieurs proies; à chaque niveau successif de la chaîne alimentaire, le nombre d animaux, c’est-à-dire les ressources, diminuent Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 38 Dias: Viktoria Paetzel La notion de chaîne alimentaire et réseau trophique • Chaîne alimentaire: suite de relations alimentaires entre les êtres vivants. Chaque être vivant mange des organismes de niveau trophique inférieur (but=acquérir de l’énergie) • Réseau trophique: ensemble de chaînes alimentaires reliées entre elles au sein d’un écosystème et par lesquelles circulent l’énergie et la biomasse Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 40 17! Dias: Alexia Rousseau Le concept de transformation d énergie • Lindeman (1942) • Niveaux et réseaux trophiques-dynamiques • niveaux d énergie L’énergie circule dans l’écosystème; les organismes sont des convertisseurs et accumulateurs d énergie, dont une partie est perdue à chaque niveau trophique successif (efficacité écologique entre 10-20%): - Lumière du soleil = première source d’énergie - Producteurs (organismes autotrophes) : convertissent l’énergie lumineuse en énergie chimique par photosynthèse - Consommateurs de 1er ordre (herbivores) : emmagasinent l’énergie produite par les producteurs lorsqu’ils les consomment. Perte d’une partie de l’énergie sous forme de déchets et chaleur. - Consommateurs de 2ème ordre (carnivores) : profitent de l’énergie contenue dans les consommateurs lorsqu’il les consomment. Perte d’énergie sous forme de déchets et chaleurs. - . Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 44 Dias: Stéphanie Meyer Le modèle des flux d énergie et de matière • Diagramme universel de Eugen Odum (1968) (a) Flux de l’énergie à un niveau trophique donné: - L’énergie vient de l’ingestion de nourriture - Une partie de l’énergie est perdue (pertes, respiration) et une autre est assimilée pour la production de biomasse -Le terme de production décrit la quantité d’énergie formée (croissance) disponible pour le niveau trophique suivant (b) Lien entre deux niveaux trophiques : - La taille des boîtes est proportionnelle à la quantité de biomasse formée à chaque niveau trophique Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 47 18! Approche déductive, inductive et probabiliste • Comme dans tous les aspects de la science, la description, puis l analyse, doivent se faire de façon logique et systématique, avec un but bien précis et déclaré, conduisant ainsi à l explication des phénomènes Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 50 • L'approche inductive • Les données sont collectées sans formuler préalablement d'hypothèse, et les explications sont dérivées de ces données par généralisation des faits observés • Une des critiques majeures que l'on fait à l'égard de la méthode inductive est son manque d'efficacité, puisque beaucoup de données doivent être récoltées, sans que l'on sache si elles serviront à fournir une explication valide Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 51 19! Dias: Lukas Eglin Votre exemple d’approche inductive (1 diapositive): • Description: observation de la végétation (inventaire) des différentes prairies à différentes altitudes. Sans a priori par rapport aux phénomènes sous-jacents, sans formulation d’hypothèses concrètes • Exploration: analyse de cet inventaire pour avoir une compréhension globale de l’état actuel de la végétation, ce qui pourrait montrer par exemple des différences de biodiversité selon un gradient d’altitude • Explication: Le nombre de différentes plantes et leur abondance relative nous amène à faire une généralisation pour des prairies similaires à la même altitude considérée, voire à conclure que le gradient de biodiversité selon l’altitude est dû à l’intensité d’utilisation (qui n’a pas été mesurée) Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 52 • Approche déductive • Le chercheur a une vue théorique du monde naturel, basée sur des concepts et théories acceptés, et cherche simplement à vérifier certaines hypothèses (nées des acquis) quant aux causes d'un phénomène • Ces hypothèses sont ensuite testées au cours de l'analyse, et c est par le jeu de leurs acceptations/rejets que se construisent les théories explicatives • Cette approche, de nature expérimentale s.l., est actuellement la plus répandue, et les scientifiques qui la pratiquent sont qualifiés de rationalistes Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 54 20! Dias: Alexis Baron Votre exemple d’approche déductive (1 diapositive): • Théorie (connue): L’ajout d’un nutriment limitant va augmenter la croissance d’une plante • Hypothèse: On suppose que le phosphore est un nutriment limitant dans un lac. Donc l’ajout de phosphore devrait amener à une croissance d’algues • Expérience: Expérience avec de l’eau de lac à laquelle on donne différentes doses de phosphore et on mesures la croissance des algues • Tests statistiques: Comparaison des échantillons fertilisés à des échantillons de contrôle non fertilisés • Explication: de manière rationnelle, « mécanistique » Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 55 Dias: Lukas Eglin Votre exemple d’approche déductive (1 diapositive): • Théorie (connue): Plus un sol contient de carbone organique, plus l’activité et la croissance des plantes est élevée • Hypothèse: Le taux de photosynthèse est défini par le taux de carbone organique dans le sol • Expérience: relevés de la composition du sol dans le voisinage de plusieurs types de plantes et mesure de l’activité photosynthétique de ces plantes • Tests statistiques: comparaison de la photosynthèse entre plantes sur sol riche en carbone par rapport à celles se développant sur sol pauvre en carbone • Explication: de manière rationnelle, « mécanistique » Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 56 21! L approche probabiliste • Cette méthode fait appel aux hypothèses de travail multiples • On utilise alors un maximum de variables explicatives dans des études expérimentales destinées à rejeter les hypothèses pour ne retenir que les plus probables comme explication raisonnable Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 58 • En fait, bien des programmes de recherche combinent ces méthodes: ! 1) Une démarche scientifique rigoureuse et complète nécessiterait une première approche inductive permettant de décrire la végétation et d'explorer les relations environnementales, puis de générer des hypothèses, pour finalement ! 2) Procéder à une approche déductive ou probabilistique à l'aide d'études orientées sur des aspects précis! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 59 22! Anticiper la complexité de la nature • Il arrive fréquemment qu'un biologiste ait à répondre à des questions du type: « Dans quelle mesure l'humidité influence-t-elle les populations de telle espèce? » • Deux démarches sont alors possibles, qui relèvent de deux philosophies (et d outils mathématiques) différents: expérimentale et observationnelle Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 60 • Démarche expérimentale, modèle prédictif • On prend l'espèce en question et on la place dans des conditions expérimentales (traitements) permettant de mesurer sa réponse à des variations d'humidité de son milieu, tout en gardant constant les autres conditions (contrôle) • Permet de tester des liens de causalité (souvent circulaires, comportant des boucles de rétroaction, qui font intervenir le temps) entre l'espèce et le ou les facteurs que l'on modifie • On bâtira un modèle fondé sur les processus biologiques qui régissent la relation de l'espèce avec le facteur humidité Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 61 23! Expérience en plein champ simulant l’activité du bétail et son effet sur les plantes et les communautés microbiennes du sol Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 62 Dias: Pauline Andrey Votre exemple d’expérimentation pour simuler en plein champ l’effet combiné des enrichissements azotés et du réchauffement climatique sur les écosystèmes prairiaux - Établissement de trois «serres» sur des zones diverses de la prairie (à l’ombre, au centre ensoleillé, … ) - Expérience réalisée sur différentes prairies (extensives, intensives, de montagne, de plaine, qui ont des sols avec différentes fertilités azotées, et subissent des climats différents) - Possibilité de modifier les conditions environnementales - Ajout de gaz à effet de serre (p.ex. CO2) - Augmentation de la température - Augmentation des précipitations (irrigation régulière) - Comparaison avec les zones témoins « hors serre »! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 63 24! Dias: Philippe Morais et Caroline Brodeur-Doucet Votre exemple d’expérimentation pour simuler en serre l’impact du réchauffement du climatique sur les écosystèmes L’Écotron de Montpelier! «Une plateforme de recherche expérimentale dédiée à l’étude de l’impact des changements climatiques sur le fonctionnement des écosystèmes et leur biodiversité» (Agropolis international, 2015) . Permet de:! ! - Contrôler une large gamme de conditions climatiques et de chimie atmosphérique! • Température! • Humidité relative! • Précipitations! • CO2! • Lumière! • etc.! - Mesurer les variations des principaux cycles biogéochimiques! (CNRS, n.d)! http://www.dailymotion.com/video/xpus8g_ecotron-une-grande-infrastructure-pour-lecologie_tech! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 64 Dias: Philippe Morais Votre exemple d’expérimentation pour simuler en serre l’effet des enrichissements azotés sur les écosystèmes marécageux Depuis déjà un certain temps, les marécages sont utilisés pour éliminer l’azote des cours d’eau; ce concept est appelé la phyto-technologie Serre dans laquelle on construit un marécage et on augmente avec différents niveaux l’azote dans l’eau provenant de l’irrigation, puis on observe et note les changements (biomasse, qualité de l’eau de l’effluent). L’azote stimule la croissance de plusieurs types de marais (p. ex roselières, prairies à grands Carex), donc l’eau d’écoulement est appauvrie en nutriments. Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 65 25! • Démarche observationnelle, modèle prévisionnel • On recherche en nature des situations où l'espèce est présente dans des conditions d'humidité variables, et on cherche la corrélation entre l'abondance observée de l'espèce et le taux d'humidité • Démarche dite observationnelle, corrélative ou régressive, car elle met en évidence des relations numériques selon une vision statique des phénomènes, et sans qu'un lien causal puisse être testé formellement • Les observations sont interprétées en fonction d'un modèle causal implicite Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 66 Plan quasi expérimental sélectionnant des tourbières le long d’un gradient altitudinal pour mettre en évidence des processus écologiques dans un même habitat mais dans des conditions de température différentes Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 67 26! Des processus lents exigent une surveillance à long terme (monitoring) Suivi de la mobilité locale des espèces en relation avec l impact du bétail Exemple de carte d inventaire du Centre suisse de la cartographie de la faune (CSCF) Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 68 Observations spatiales au cours du temps de l’impact du bétail à l’échelle d’un paddock Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 69 27! Dias: Romain Burgard Votre exemple de monitoring biologique à l’échelle des communautés végétales Modélisa)on+de+l’évolu)on+paysagère+ des+pâturages+boisés+du+Jura+ Ques)ons+++ + • +Le+réchauffement+clima)que+pourrait+me;re+en+péril+la+végéta)on+et+les+sols+ des+pâturages+boisés+du+Jura,+et+en+conséquence+aussi+leur+exploita)on+ tradi)onnelle+en+es)vage.+Ce+paysage+typique+des+sommets+jurassiens+est$il+ menacé+?++ • +Le+taux+de+boisement+des+pâturages+a$t$il+augmenté+au+cours+du+siècle+passé+?+ • +Si+oui,+pourquoi+et+comment+ce+paysage+va$t$il+évoluer+au+cours+du+siècle+à+ venir?+ Méthode+ Pour+répondre+à+ces+ques)ons,+la+répar))on+spa)ale+des+pâturages+boisés+a+été+examinée.+Le+taux+de+ boisement+dans+des+cellules+de+25x25+mètres+a+été+calculé,+et+son+évolu)on+au+cours+des+temps+passés+ décrites.+Les+modèles+perme;ent+ensuite+de+prédire+l’évolu)on+de+la+forêt.+ Résultats+ Les+photographies+aériennes+et+les+recensements+d’occupa)on+du+sol+perme;ent+d’analyser+l’évolu)on+des+ pâturages+boisés.+ L’al)tude+à+laquelle+se+situe+le+pâturage+a+une+certaine+influence+sur+sa+ges)on,+ainsi+que+sur+la+progression+de+ la+surface+boisée.+ La+forêt+a+tendance+à+progresser+à+une+al)tude+plus+élevée.+ Ce+dernier+siècle,+et+probablement+aussi+à+l’avenir,+le+paysage+du+Jura+a+été+et+sera+soumis+à+de+forts+ changements.+ Source+:+Ins)tut+fédéral+de+recherches+sur+la+forêt,+la+neige+et+le+paysage+WSL+ Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 70 Dias: Guillaume Crosset-Perrotin Votre exemple de monitoring biologique à l’échelle d’un organisme animal L’évolu)on+de+la+popula)on+de+lièvres+bruns+en+Suisse+ • Contexte et buts: Ce lièvre est sur la liste rouge des espèces menacées, il faut donc vérifier que les mesures misent en place pour sa sauvegarde soient efficaces, ainsi que déterminer la population réelle • Monitoring : Délimitation de 218 secteurs de mesures de 1 Km2 répartis partout en Suisse, puis recensement des populations • Bilan : Niveau critique de la population des lièvres. Observation qu’il y a plus de lièvres dans les secteurs riches en haies qu’ailleurs Source':'h*p://www.wild2er.ch/index.php?id=316&L=1' Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 71 28! Votre exemple de monitoring biologique à l’échelle d’un organisme végétal Dias: Mathieu Desmarescaux Monitoring+de+l’algue+verte+ Surface'' couverte'par'' les'algues'en':' 2009+ 2011+ 2013+ + Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 72 Les types d études Description séparée de la communauté et du milieu dans le temps et l'espace. Approche observationnelle et inductive.! ! Description simultanées de la communauté et du milieu pour mettre en évidence des corrélations. Pas de modèle explicatif, approche inductive.! ! Étude de l’influence unilatérale du milieu sur la communauté . Approche déductive! • Régression : données biologiques versus environnementales! • Modèle empirique explicatif! • Observationnel prévisionnel (causalité implicite), statique! • Expérimental prédictif, (causalité explicite), cinétique! ! Etude des interactions réciproques des deux systèmes.! • Approche systémique des processus! • Modèle théorique prédictif (causalité explicite), dynamique! ! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 74 29! • Formuler des hypothèses • L hypothèse qu on fait par rapport aux causes d un phénomène, à un moment donné, est appelé « hypothèse nulle » • Toute autre idée par rapport à ce phénomène sera une hypothèse alternative • Une hypothèse est une affirmation et pas une question • Les hypothèses sont souvent formulées sous forme de relations mathématiques Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler • 75 Erreurs expérimentales • Le but d une expérience est de faire une évaluation de l hypothèse nulle Ho ! « la présomption d’innocence »! • • Erreur du type I! Erreur du type II! Erreur de type I:! on condamne un innocent! Erreur de type II:! on disculpe un coupable! ! (Ricklefs & Miller, 2000)! • En principe, une bonne conception expérimentale devrait permettre de connaître la nature de l erreur en quantifiant sa probabilité! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 76 30! Dias: Matteo Guidicelli et Giada Zünd Votre exemple de formulation d’hypothèse dans une expérience et la méthode pour la tester Hypothèse nulle: «les deux vaches ont la même espérance de vie, quelle que soit leur couleur» Hypothèse alternative: « un type de vache a une espérance de vie majeure » VS Vérification: Comparaison de la moyenne d’âge atteinte par les deux types de vache (P-value, probabilité) Moyennes d’âge semblables Moyenne d’âge différentes Conditions: ‘ • Même environnement • Nombre élevé de vaches étudiées (répétition) Hypothèse nulle acceptée, P-value grande Hypothèse nulle réjetée car P-value très faible Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 77 Ecologie, niveaux de complexité, échelles d approche • Ecophysiologie ou autoécologie: comment les individus d une espèce réagissent-ils aux variables abiotiques de l environnement? • Ecologie des populations ou démoécologie: comment les individus d une espèce se comportent-ils collectivement dans un certain environnement et comment entrent-ils en compétition avec une autre espèce? • Ecologie des communautés ou synécologie: comment les différentes espèces d un milieu s organisent-elles collectivement et se répartissent-elles dans le territoire? Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 78 31! • Ecologie écosystémique: comment les espèces interagissent- elles collectivement avec leur environnement et comment se font les transferts de matière et d énergie? • Ecologie évolutive: rôle des formes et des fonctions dans l adaptation des organismes à leur environnement; évolution au cours du temps? • Ecologie paysagère: comment les processus écologiques opèrent-ils à une plus large échelle comprenant l hétérogénéité des habitats? • Ecologie de la conservation: comment utiliser les connaissances de base pour le maintien de la biodiversité, la préservation des espèces menacées, voire la restauration des milieux? Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 79 • Notions connexes • Sciences de l environnement: étude de l impact de l homme sur son environnement • Intègre des disciplines comme l écologie, la chimie, la physique, l économie, l éthique, la politique • Ecotoxicologie: étude des polluants et de leur action sur le milieu naturel • Attention aux confusions • Ecologisme, environnementalisme, conservationisme: mouvements associatifs et politiques qui s inspirent des connaissances écologiques, mais sans méthode scientifique Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 80 32! A la base de toute étude écologique: de bonnes idées, parfois incongrues, de l ingéniosité, et de la persévérence Le radeau des cimes pour étudier la forêt tropicale! Ecologie générale et biodiversité – Chapitre 1, Introduction - A. Buttler 81 33!
