Impact du changement climatique sur la biodiversité

Harold Levrel

Plan

• Les impacts du réchauffement climatique sur la biodiversité

• La biodiversité pour atténuer le réchauffement climatique

• La biodiversité pour s’adapter au réchauffement climatique

• La biodiversité pour fournir une assurance contre les évènements extrêmes liés au réchauffement climatique

Nombre d’années (en millions)Période

Cambrien

Ordovicien

Silurien

Devonien

Carbonifère

Permien

Trias

Jurassique

Tertiaire

Crétacé

Quaternaire

500

345

250

180

65

0,01

Source: Barbault, 2000, p.43

Devonien: 30% des familles d’animaux, incluant les agnathes, les poissons placodermes et beaucoup de trilobites

Extinction

Extinction

Extinction

Extinction

Extinction

Groupes subissant une extinction de masse

Pléistocène: grands mammifères et oiseaux

Crétacé: dinosaures et beaucoup d’espèces marines

Trias: 35% des familles d’animaux, incluant beaucoup de reptiles et de mollusques marinsPermien: 50% des familles d’animaux, plus de 95% des espèces marines, beaucoup d’arbres, d’amphibiens, tous les trilobites…

Extinction

Ordovicien: 50% des familles d’animaux, incluant beaucoup de trilobites

La largeur représente le nombre relatif de groupes vivants

Biodiversity Intactness IndexBII = average abundance of species, relative to an unimpacted baseline… across many 

taxonomic groups… averaged across all land uses… excluding novel species

Newbold et al., in revision, Science

L’empreinte carbonne de l’empreinte écologique

Les types d’impacts du changement climatiques sur la biodiversité

• Changement phénologique des espèces (date de reproduction, de végétation…)

• Changement de l’aire de répartition des espèces (vers le nord)

• Changements écophysiologiques (mortalité)• Adaptation génétique• Fonctionnement des écosystèmes (productivité, résilience)

• Nouveaux risques: – Nouvelles infrastructures pour prélever de nouvelles ressources énergétiques

– Les biocarburants

Les menaces sur les espèces menacées (Maxwel et al., 2016) 

Des cercles vicieux• L’altération de ces écosystèmes entrainent des modifications dans 

les échanges de matière et d’énergie qui affectent les caractéristiques des milieux (température à la surface de la terre, hygrométrie de l’air, effet albédo, perméabilité des sols, stock de carbone)

• En Australie, le défrichement de 13 millions d’hectares de forêt d’eucalyptus a entraîné la disparition des nuages à la verticale des zones cultivées, nécessitant l’irrigation des parcelles agricoles, alors que des nuages continuent de se former au‐dessus de la zone forestière

• La biodiversité des océans permet la production d’un gaz, le sulfure de diméthyle (DMS) qui possède un effet refroidissant sur l’atmosphère, en participant à la création de nuages. Ce DMS est produit indirectement par des micro‐algues. Or, l’acidification des océans due aux changements climatiques entraine une diminution de la production de DMS et les changements climatiques s’en trouvent amplifiés.

Les écosystèmes vulnérables au changement climatique

• Récifs coraliens, montagnes, fleuves et rivières sont particulièrement vulnérables

• Manque d’informations sur beaucoup d’écosystèmes

• Seuls le Brésil, le Japon et la Finlande ont des plans d’actions pour les écosystèmes vulnérables

Changement climatique et pathogènes

• Augmentation de l’aire de répartition (ex du moustique tigre qui transmet la dengue et le chikungunya)

• Désynchronisation temporelle du rapport proie/prédateur ou hôte/parasite qui conduit à des augmentation de tailles de population de vecteurs de pathogènes ou de parasites

Principaux impacts du changement climatique sur les services écosystémiques en France

Types d’écosystèmes Services de régulation Services d’approvisionnement

Services culturels

Ecosystèmes forestiers Sécheresse, feux de forêts et ravageurs

Baisse de la productivité Impacts paysagers

Prairies et landes Résilience accrue à la sécheresse

Augmentation de la productivité

Impacts paysagers

Agrosystèmes Accroissement des aléas

Augmentation de la productivité si adaptations

Impacts paysagers

Ruisseaux, rivières, fleuves et estuaires

Augmentation des cynobactériesassociées aux algues

Peu d’exploitation Risques sanitairesAugmentation de la pêche récréative

Lacs, étangs, mare,tourbières…

Modification du service de contrôle biotique

Pas d’exploitation Risques sanitaires

Ecosystèmes marins Acidification des océans

Réduction et transformation des stocks

Réduction de la pêche récréativeRisques sanitaires

Lavorel, Gerdeaux et Levrel, 2011

Les solutions par la nature

Quelles solutions par la nature? • L’atténuation fondée sur les écosystèmes est le recours à la biodiversité et aux services écologiques dans le but de capter et stocker les gaz à effet de serre. 

• L’adaptation fondée sur les écosystèmes est le recours à la biodiversité et aux services écologiques dans le cadre d’une stratégie d’adaptation globale, aux fins d’aider les populations à s’adapter aux effets des changements climatiques. 

• La réduction des risques naturels fondée sur les écosystèmes consiste en la protection, la gestion durable et la restauration d’écosystèmes pour diminuer les risques de catastrophes naturelles. 

Source: UICN, 2016

Le potentiel des écosystèmes pour atténuer le changement climatique

Lien habitats / climat

• La moitié du CO2 émis par l’homme est séquestré par les habitats naturels, (moitié par la mer et moitié par la végétation terrestre)– Forêts– Tourbières– Mangroves– Océans

• Bilan entre CO2 émis par végétation morte et CO2 séquestré par végétation vivante

• La déforestation et l’artificialisation des sols sont à l’origine d’environ 20 % des émissions annuelles de CO2 

Ecosystèmes aquatiques

• Ecosystèmes marins capte carbone par processus physico‐chimiques, par la matière vivante et par réaction avec le calcium pour former les squelettes et coquilles de certains organismes marins à base de calcaire minéral 

• Les tourbières contiennent en moyenne deux fois plus de carbone que les forêts

• La dégradation actuelle des tourbières représente annuellement près de 6% des émissions de carbone liées à l’Homme 

Forêt et carbone• Forêt amazonienne séquestrait 2 milliards de tonnes de CO2 par an 

dans les 90s et 1 milliards aujourd’hui• Près de la moitié du stock total de carbone des forêts dans les sols • Les résineux stockent plus rapidement le carbone à CT mais ce sont 

ensuite les feuillus qui sont les plus efficients à LT• Le bilan carbone d’une forêt exploitée dépend de sa bonne santé et 

des débouchés du bois exploité • Peuplement multistratifié = meilleur stockage de carbone car les 

strates basses pourront capter le carbone relargué par le sol • Bois mort utile pour la biodiversité mais mauvais pour les émissions 

de carbone• Problème: déforestation (17% de la forêt amazonienne a disparue) 

et augmentation du taux de mortalité des arbres (30%) du fait d’épisodes de sécheresse

Contribution of protected areas to carbonstorage

15 % des réserves de carbone terrestre de la planète 

Niveau de séquestration (A) et de stockage (B) de carbone dans des zones protégées (Biodiversityhotspots, High‐Biodiversity Wilderness Areas (HBWAs) and Global 200 ecoregions)

La ligne horizontale correspond à la moyenne pour l’ensemble des services écosystémiques

Naidoo et al., 2008

La séquestration de carbone et les autres services écosystémiques en Europe

Ecosystem service Proxy Code Unit Source

Cultural Leisure Recreation potential index Leis Adimensional continuous index JRC

Provisioning Food-feed-

fibre Energy content FFF MJ/ha JRC

Raw material Wood supply WS m3/ km2 forest/yr EFI

Regulating and

maintenance

Climate regulation Carbon sequestration Cseq C/km²/yr IVM

VU/EFI Water

purification Nitrogen retention capacity WP Ton of nitrogen removed/km/yr JRC

Moderation of extreme events

Fire risk index12 Fire Probability LECA/EFI

Relative water retention Flood Adimensional continuous index IVM VU

Wind disturbance risk in forests² Wind Adimensional index EFI

Biological control

mechanisms

Species providing natural control of invertebrate and rodent pests BC Number of species LECA

Pollination Relative pollination potential provided by wild bees Poll Adimensional

continuous index JRC

Maintenance of genetic diversity

Dead wood DW Mg dry matter/km2 forest EFI

Dis-service Invasive species Alien threat score Alien Scores LECA

Source: VOLANTE project

Overlap of carbon sequestration and other ES in Europe

Cseq WP Fire BC Flood Poll Leis Wind DW WS Alien FFF Cseq 1 0.33 0.56 0.44 0.56 0.66 0.79 0.89 0.89 0.80 0.73 0.24 WP 1 0.37 0.61 0.45 0.40 0.44 0.09 0.10 0.09 0.66 0.28 Fire 1 0.37 0.53 0.42 0.67 0.51 0.69 0.78 0.75 0.47 BC 1 0.51 0.59 0.49 0.51 0.50 0.36 0.73 0.57 Flood 1 0.54 0.61 0.61 0.64 0.57 0.73 0.50 Poll 1 0.73 0.71 0.74 0.61 0.76 0.25 Leis 1 0.92 0.91 0.92 0.78 0.19 Wind 1 0.60 0.40 0.81 0.03 DW 1 0.67 0.78 0.05 WS 1 0.78 0.04 Alien 1 0.58 FFF 1

Source: VOLANTE project

Le potentiel des écosystèmes pour s’adapter au changement climatique

La productivité primaire

• Les écosystèmes naturels sont ceux qui optimisent le plus les niches énergétiques, la diversité des espèces végétales permet de transformer un maximum d’énergie solaire en énergie chimique, utile ensuite à l’ensemble de la chaîne alimentaire

• Constat d’une plus grand productivité sur les habitats exploités diversifiés

• Deux hypothèses– Effet d’échantillonage– Effet de complémentarité

Evolution du HANPP• Appropriation humaine de la production primaire nette, évaluée en carbone 

produit par la croissance des plantes (Krausmann et al., 2013)• Cette appropriation se fait à travers: l’exploitation (récoltes), la combustion (pour 

produire de l’énergie) ou la conversion (destruction d’habitats productifs pour installer de nouveaux écosystèmes moins productifs)

• HANPP = HANPPharv + HANPPluc• Evolution de 1910 à 2005

– Population humaine X 4– Production économique X 17– HANPP X 2 (de 7 à 13 millions de km2 de terres cultivées)

• HANPP – de 6.9 Gt de carbone par an en 2010 à 14.8 Gt  en 2005– De 13% à 25% du potentiel de production primaire de la végétation

• Explication: baisse de la dépendance aux bioénergies et plus grande efficience dans la production

• Selon ces tendances, l’HANPP passerait à 27–29% d’ici 2050, ou à 44% s’il y a un retour à l’exploitation des biocarburants

Appropriation humaine de la productivité primaire

Source : Krausmann et al., 2013

Augmentation de l’efficience dans l’usage de la biomasse

• En 1910 il fallait 2,1 unité de biomasse (en équivalent t. carbone) pour obtenir 1 t. de biomasse consommée par l’homme

• Ce ratio signifie que chaque tonne de plante récoltée nécessitait une manipulation réduisant la production de biomasse de plus d’une tonne

• Aujourd’hui le ratio est de 1,6 

L’augmentation de la productivité des terres agricoles

NPPpot: potentiel total de production primaire NPPeco: résidu de productivité primaire après exploitation

(Krausmann et al., 2013)

Limite / HANPP

• Les effets sur la biodiversité et l’état de santé des écosystèmes liés à l’accroissement de l’efficience agronomique

• Les énergies fossiles proviennent de l’accumulation de production primaire pendant des millions d’années qu’il est nécessaire d’ajouter au calcul

Consommation d’énergie fossile (1 petajoule = 1012 kilojoule) pour la production agricole en 2000 

Source : Giampietro, 2001.

Equivalent à 2,5 milliards d’individus supplémentaires travaillant à plein temps dans le secteur agricole

Possibilités de décarboner les productions agricoles

Le potentiel des écosystèmes pour réduire les risques associés au 

changement climatique

Le rôle d’assurance lié à la Nature

• Diversification des opportunités et des risques• Effets buffers

Effet d’assurance• Maintien des niveaux de revenus et des activités dans un contexte de changements: agroforesterie 

• Protection contre les événements extrêmes – les tempêtes avec rôle de certains écosystèmes comme buffer

– les canicules avec les îlots de fraicheur en ville • Lutte contre le stress hydrique avec des écosystèmes permettant de fournir des réserves d’eau et des systèmes de filtration 

• Objectifs patrimoniaux avec lutte contre la disparition d’espèces (corridor écologiques pour les aider à s’adapter en migrant (pour celles qui peuvent) 

Source : Masson et al. (2013) 

Adaptation au réchauffement climatique en ville

Source : De Munck (2013) 

Kendrapada District, Orissa state, Inde

Ligne noire: frontière du district

Ligne marron: frontière des 4 tahasils inondées par le cyclone

Ligne bleue: 10 km de la côte. 

The mitigation effect for extremeevents

Saudamini Das, and Jeffrey R., 2009

Typhoon in the souteastof lndia in 1999 

10 000 deaths

Comparative analysis with a sample of 409 villages

Les leviers d’action

S’inspirer de solution existantes dans les territoires vulnérables

• Depuis longtemps dans les écosystèmes extrêmes

• Adaptation des institutions pour adaptation des usages

• Evolution sur des générations avec croyances, conventions, etc.

• En France, certaines régions deviennent vulnérables mais pas les institutions adaptées car cela arrive trop vite

Solutions par la nature• Les solutions fondées sur la nature sont définies comme les 

actions visant à protéger, gérer de manière durable et restaurer des écosystèmes naturels ou modifiés pour relever directement les enjeux de société de manière efficace et adaptative, tout en assurant le bien‐être humain et des bénéfices pour la biodiversité

• La gestion fondée sur les écosystèmes est une approche de la gestion environnementale, sur le long terme, qui met en avant la multitude d’interactions au sein d’un écosystème en incluant les sociétés humaines. 

Source: UICN, 2016

Protéger

Nepstad et al., 2014

REDD+

• REDD+ carry both opportunities and risks for biodiversity

• Opportunities / Aïchi targets– slowing habitat loss (Target 5) – recovery of degraded forest ecosystems (Target 15)

• Risks– displacement of land use change to other ecosystemsincluding savannahs and grasslands

– afforestation or reforestation with non‐native speciesor forests with low species diversity

Gérer de manière durable

Une nouvelle agriculture écologiquement intensive

• Stopper la formule eau + intrants chimiques + espèce unique

• Evolution et diversification des variétés cultivées (moins besoin d’eau, espèces plus rustiques, espèces complémentaires)

• Désartificialiser et diversifier les écosystèmes exploités : planter des arbres, remettre en eau d’anciennes ZH drainées, lutte biologique, agro‐foresterie et permaculture pour optimiser les interactions et faciliter l’adaptation

• Diversifier les structure paysagère peut favoriser les déplacements d’espèces

L’agro‐écologie

• Opportunities: – Agro‐ecology to substitute of high carbon input (pesticides) by ecological regulation (trophicrelationships)

– Transition toward low carbon activities and lowimpact on biodiversity (in fisheries for example)

Agro‐ecology to limit carbonconsumption and increase biodiversity

Restaurer

Objectif 15 du Global BiodiversityOutlook 4, p.22

• Au moins 15% des écosystèmes dégradés sont restaurés, contribuant ainsi à l’a énuation des changements climatiques et l’adaptation à ceux‐ci, ainsi qu’à la lutte contre la désertification

Restauration et ingénierie écologique

• La restauration écologique est une action intentionnelle qui initie, accompagne, favorise le rétablissement d’un écosystème qui a été dégradé, endommagé ou détruit, en respectant sa santé, son intégrité et sa gestion durable 

• L’ingénierie écologique implique la manipulation de matériaux naturels, d’organismes vivants et de l’environnement physico‐chimique pour réaliser des objectifs humains spécifiques et résoudre des problèmes techniques. 

• L’infrastructure verte est un réseau constitué de zones naturelles et semi‐naturelles et d’autres éléments environnementaux faisant l’objet d’une planification stratégique, conçu et géré aux fins de la production d’une large gamme de services écologiques. 

• Migration assistée des espèces (pour celle qui ne peuvent pas) 

Source: UICN, 2016

Les challenges

Financements• Taxe sur la francisation des bateaux de plaisance et la taxe 

barnier => côtiers et îles• Taxe sur la construction pour ENS => nature en ville (arbres 

et cours d’eau)• Taxe sur l’eau => ZH• Subvention de la PAC• Compensation écologique => TVB et restauration des 

habitats des espèces en prenant en compte le changement climatique

• Compensation agricole => diversification, bocage, alpages• Compensation forestière => diversification des espèces, 

migration assistée 

Difficultés principales

• Des formes de gouvernance décentralisées, intégrant une diversité de stratégies adaptatives ayant une cohérence à la fois écologique et sociale, tout en étant connecté avec des stratégies nationales, auxquelles nous ne sommes pas forcément habituées. 

• Image de la mosaïque appropriée du MEA• Exemple de la gestion de l’eau: taxe sur l’eau (moyens financier) + agences de l’eau (moyens humains d’information et de coordination) + SDAGE et SAGE + ONEMA (élaboration de stratégies nationales et de mise en relation des agences)

Interactions biodiversité climat: les modèles globaux

Les 5 défis majeurs pour 2050

• Le changement climatique• Rareté croissante de l’eau• Effondrement de nombreuses pêcheries• Fort accroissement de la demande pour des terres fertiles

• Combinaisons entre ces facteurs pourra créer des points de basculement

Global Biodiversity Outlook 4, p.28• « Scénarios jusqu’à 2050 basés sur des modèles. De nombreux scénarios à l’horizon 2050 et au‐dela ont éte analysés afin d’évaluer les progrès qui pourraient êtreaccomplis dans la poursuite de la Vision 2050 du Plan stratégique. Ces scénarios ont également aidé l’identification de mesures à prendre afin d’atteindre les objectifs d’Aichi et la possibilite  de réalisersimultanément les buts socio‐économiques tels que la sécurite alimentaire et l’a énuation des changements climatiques, et l’intégration des considérationsrelatives à la diversite  biologique dans les divers secteurs de production. »

Objectif des scénarios• Les scénarios mondiaux élaborés dans le cadre de la 

Conférence des Nations Unies sur le développementdurable (Conférence Rio+20) 

• Mix de scenarios et d’objectifs sociaux, climatique et écologiques– Vision 2050 de la CDB (= ralentissement de la perte de 

biodiversité d’ici 2030)– Objectif du millénaire pour le développement (0% de la 

population souffrant de faim en 2050)– Augmentation de la t° < 2°– Accès universel à l’eau potable + installations sanitaires + 

sources d’énergies renouvelables• Utilisation de scénarios économiques de Rio+20

Différences / scénarios du GIEC

« Ces scénarios contrastent avec les « scénariosd’a énuation des changements climatiques » figurant dans le cinquième rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Des taux très élevés de pertes d’habitats primaires dans les scénarios du GIEC sont associés avec le scénariode faibles émissions de gaz à effet de serre en raison de l’utilisation massive de bioénergie en tant que moyen pour a énuer les changements climatiques et de l’absence de mesures proactives visant à contrôler les modifications de la couverture des sols. »

Trois voies pour atteindre les objectifs de Rio+20

• Technologie mondiale : agriculture intensive et niveau éleve  de coordination internationale

• Solutions décentralisées : terres agricoles entrelacées de corridors biologiques et politiques nationales qui réglementent l’accès équitable à la nourriture

• Changement des modes de consommation : limitation de la consommation de viande par habitant et efforts soutenus visant à réduire les pertes dans les systèmes alimentaires

• Ces stratégies diffèrent par l’importance donnée: – Aux comportements humains comme moteurs de changements– La réglementation VS le marché– La coordination versus la concurrence– Les caractéristiques et l’ampleur de la promotion de la 

technologie

Voies alternatives et leviers d’action pour atteindre les objectifs de Rio+20