Introduction à la résilience - CERES · Holling CS 1973 Resilience and stability of ecological systems, Ann. Rev. Ecol. Syst. è Approche systémique . Qu’est ce qu’un « système

Introductionàlarésilience

Résilienceécologiqueàrésiliencesocio-écologique

JuliaClause29Octobre2015

AtelierCERES1

Plan

Défini&onsetApprocheSystémique

Systèmesdynamiques:rappels

Exemples

Résiliencesocio-écologique

Larésilienceenpra&que

DÉFINITIONSETAPPROCHESYSTÉMIQUE

Résilience?

Caractéris&que mécanique définissant la résistance auxchocs d'unmatériau. La résilience desmétaux, qui varie avec latempérature,estdéterminéeenprovoquantlaruptureparchocd'uneéprouveFenormalisée,AlbertCharpy1901

-Larousse2015Physique: Capacité d’un matériau à retrouver sa formeoriginelle après avoir subi une contrainte ponctuelle oucon&nue.Psychologie:Capacitéàvivre,àréussir,àsedévelopperendépit de l’adversité. (> en France, Boris Cyrulnik - psychiatre,neurologueetéthologuefrançais)

Unconceptmultidisciplinaire

Lhomme et al. 2010

Unconceptmultidisciplinaire

Défini&onsmul&plesèconfusion

Lhomme et al. 2010

Engineeringvs.ecologicalresilience

EngineeringUnétatd’équilibredésiréunique;résistanceEfficienceConstancePrédictabilité

EcologicalPlusieursdomainesdestabilité;évolu&on;adapta&onPersistenceChangementNon-prédictabilité


EngineeringUnétatd’équilibredésiréunique;résistanceEfficienceConstancePrédictabilitéMesure:résistanceàlaperturba&onpourretourneràl’équilibre

EcologicalPlusieursdomainesdestabilité;évolu&on;adapta&onPersistenceChangementNon-prédictabilitéMesure:magnitudedelaperturba&onabsorbéeparlesystèmeavantchangementdestructure,variablesetprocessus


EngineeringUnétatd’équilibredésiréunique;résistanceEfficienceConstancePrédictabilitéMesure:résistanceàlaperturba&onpourretourneràl’équilibreGes'on:autreséquilibresdoiventêtreévités;conserva&on

EcologicalPlusieursdomainesdestabilité;évolu&on;adapta&onPersistenceChangementNon-prédictabilitéMesure:magnitudedelaperturba&onabsorbéeparlesystèmeavantchangementdestructure,variablesetprocessusGes'on:intégra&ondesélémentsdusystème;échellesspa&o-temporelles;variabilitédesvariables

Résilienceécologique

Lacapacitéd’unsystèmeàabsorber lesperturba&onsetseréorganisertoutenopérantdeschangementsdemanièreàgarderessen&ellementlesmêmesfonc&ons,structures,iden&téetrétroac&ons.(Holling1973)

Holling CS 1973 Resilience and stability of ecological systems, Ann. Rev. Ecol. Syst.

è Approche systémique

Qu’estcequ’un«système»?Unsystème=objetcomplexe,formédecomposantsdis&nctsreliésentreeuxparuncertainnombrederelaBons.Les composants = sous-systèmes. Un sous-système peut être décomposé à sontouren sous-systèmesd'ordre inférieurouêtre traité (aumoinsprovisoirement)commeun système indécomposable, c'est-à-dire commeun système réduitàunseulélément.

LessystèmesécologiquesclassiquesPopula&on

Communauté

EcosystèmeBiosphère

Echellesspatiales

EchellesemboîtéesInterac&onsboFom-upettop-down

Biosphère Ecosystème

Communauté

EchellesspatialesNon-uniformitédessystèmesàtoutesleséchelles=«Patchs»

Biosphère

Ecosystème 1

Ecosystème 2

X

Communauté

X

ènon-linéarité

Echelletemporelle

Changementdansletemps/épisodiqueEvénements:NaturelAnthropogénique

temps

Capitalnaturel(ex:biomasse

debois)

Récolte/Feu/Fauche

RéorganisaBondesespèces/foncBonsàtoutesleséchelles

Heure

Année

Journée

Siècle

Millénaire

Généralementaccroissementpropor&onneldel’échelletemporelleetspa&ale

EchellespaBale

Toujourslamêmepente?

Organismelongévif

Organismeàcourteduréedevie

Echellestemporellesetspatialestrèsvariables

Plusieurséchellestemporelles

HistoiredelaTerreex:géomorphologie,associa&onorganismes-->tempslong;échelleévolu&ve

Histoiredelaterre

Historiqued’u&lisa&ondesterresHistoriquedesévénements(feux,inonda&ons,etc.)-->impactssurlongterme

PlusieurséchellestemporellesEchelleécologique:legénotypedesorganismesn’apasle temps de changer (croissance, dynamique depopula&on, changements physico-chimiques del’écosystème)Echelle évolu&ve: les organismes ont le temps des’adapter->leurgénotypeetphénotypechangent

Exemple

Grandsfluxatmosphériquesetéchangesdechaleur

Ecosystèmes

CO2atmosphériqueìT°ì

Réponsedesécosystèmes:CroissancedesplantesìDécomposi&ondelaMOdessolsì

Réponseclima&que

Grandsfluxatmosphériquesetéchangesdechaleur

Ecosystèmes

Réponseévolu&vedesorganismesdesécosystèmes

Réponseclima&queÀlongterme

Exemple

Nombred’individus=densitéTraitsdesindividus=caractéris&ques(taille,sexe,physiologie,gènes,etc.)

Nombred’espèces=biodiversitéBiomassedechaqueespèce

Caractéris&quesphysico-chimiques:

T°,concentra&onenCO2,humidité,quan&tédeMO,N,…

Mesuresd’évolutionspatialeettemporelle

FonctionsécologiquesFoncBons écologiques: processus et composants biologiques,géochimiquesquiont lieudansunécosystème=composants structurelsd’un écosystème (végéta&on, eau, sol, atmosphère, biota) et leursinterac&onsentreeux,auseind’unécosystèmeetentreécosystèmes.

Espècesexécutentdiversesfonc&onsécologiques.èExemples?

èQuellecontribu&onàlarésiliencedel’écosystème?

Fonc&onsdéterminéeparladiversitégénéBqueFonc&onsécologiques

forêtsurbassinversant

FonctionsécologiquesFoncBons écologiques: processus et composants biologiques,géochimiquesquiont lieudansunécosystème=composants structurelsd’un écosystème (végéta&on, eau, sol, atmosphère, biota) et leursinterac&onsentreeux,auseind’unécosystèmeetentreécosystèmes.

Espècesexécutentdiversesfonc&onsécologiques.èExemples?

èQuellecontribu&onàlarésiliencedel’écosystème?

Fonc&onsdéterminéeparladiversitégénéBqueFonc&onsécologiques

forêtsurbassinversant

Fonc&onsécologiques

(naturelles)

≠

Servicesécologique/é

cosystémiques(bien-ê

treHomme)

ì  Nombred’espècesì  Nombredefonc&ons

=>ìstabilité

ModèleDarwin/MacArthur

èTauxconstant?

ModèleidiosynchraBque(Lawton1994)

Dépenddel’espèce+différencesquandseuleoueninterac&on

èStabilitévariable

Modèledes‘rivets’(EhrlichandEhrlich1981)

Redondance/superposi&ondesfonc&onsèAugmenta&ondelapersistence(rela&ons)

…maissatura&ondelafonc&on

Modèledesconducteurs/passagers(Walker1992)

Conducteur(driver):fonc&onécologiquefortePassager(passenger):impactmineur

Déstabilisa&on

carinterac&on!

Carrôlestructurant

Ecosystem stability Resistance Resilience

Resistance

Résilience

Ecosystem stability Resistance Resilience

Biodiversity on stability with time

Resistance

Résilience

Biodiversity on stability with time

Productivity

Resistance

Résilience

Approchesystémique:conclusionsSionseposeuneques&onEx:Pourquoilapelousecalcaireévolue-t-elleversunbois?

NEXT: Peut-on restaurer la pelouse? Comment?

Histoire de la Terre? Histoire de la terre? -Action de l’homme

Acteurs

Lesquels? Quelles interactions? Quelles fonctions?

Végétation Faune Sol

+ Contexte socio-économique

Approchesystémique:conclusions

Unsystème

denombreuxcomposants(=sous-systèmes)

denombreusesinterac&ons

denombreusesfonc&ons/mécanismes

Echellesspa&o-temporelles

Emboîtées

Non-linéaires

EtudierlocalenpensantglobalPenséeholis&que

RAPPELSURLESSYSTÈMESDYNAMIQUES(ETTERMES)

“ResilienceofasystemneedstobeconsideredintermsoftheaFributesthatgovernthesystem’sdynamics”(Walkeretal.2004)

DéKinirlesystème

Echellespa&aleEchelletemporelleActeurs/variablesprisencompteFonc&ons/Mécanismesprisencompte

Enfonc&ondelaques&onposéeEnfonc&ondesconnaissancesdusystème

Récoltededonnéesempiriquescomplémentaires

Quelsystème?Quelsparamètres?

Exemple:eutrophisationd’unlac

Observa&ons•  Mul&plica&ondesalgues•  Diminu&ondutauxd’oxygène•  Dispari&ond’organismes

Ques&ons•  Quelssontlesfacteursdel’eutrophisa&on?•  Quelleestleurimportancerela&ve?•  L’eutrophisa&onestelleréversible?•  Quefairepouréviterl’eutrophisa&on?

Barot

Variablesvenantdel’observa&on

Biomassed’algue

Echellesspa&alesettemporelles

Tauxd’oxygèneTauxd’azoteminéral Tauxdephosphoreminéral

L’ensembleduréseautrophiquedulac

lac

Mvtd’eauetdenutrimentsBassinversant

Echelletemporelle:aumoinsuneannéeDynamiquepluriannuelle


Barot

ATTENTION:échelletemporelle,toujourssebasersurlapluslente

Liensentrelesdifférentesvariables?=Iden&fierlesmécanismes

Quelle(s)rela&on(s)etimportancedesrela&ons?

Apportexternesdenutriments

Sor&esdenutriments

Disponibilitédesnutriments

Biomassed’algue

Tauxd’oxygène

Contrôleparlesherbivores

ΔBiomassed’algue=f(disponibilitédesnutriments,herbivores)

ΔDisponibilitédesnutriments=f(apports,sor&es,biomassed’algue)

PassageàladynamiqueBarot


Passageàsystèmed’équationsdifférentielles

Passageautempscon&nu

ΔΑ = f(A,B,C) ΔΒ = g(A,B,C) ΔC = h(A,B,C)

Pour3variablesA,B,Ctempsconsidérécommediscon&nu

dA/dt=f(A,B,C)dB/dt=g(A,B,C)dC/dt=h(A,B,C)

Trouverlespointsd’équilibreLesvariablesdusystèmenevarientplusdA/dt=f(A,B,C)=0dB/dt=f(A,B,C)=0dC/dt=f(A,B,C)=0….. dN Nr

dt= 0

rtN N e=

t

N Densitéd’unepopula&on:N

(1 )dN NNrdt K

= −

K

N0

0dNdt

=

Pourquoiunmodèlemathématique?

Pourdécrire ladynamiqued’unsystèmeetdéterminer s’ilest stable(entrouvantl’équilibre)Pour déterminer quelle est l’influence rela&ve de tel mécanisme/acteursur ladynamiquedusystème (qualitéetquan&té)=étudedesensibilité

Pourfairedesprédic&onsquan&ta&ves(simula&ons)

⇒ Pourcomprendrelesystème⇒ Pourmesurerlarésilience

Tailledudomained’aFrac&onValeurcri&queau-dessusdupointd’équilibre

t

A B

ReprésentationsgraphiquesUnevariableen

fonc&ondel’autreSurtoutpourunsystèmeàdeuxoutroisvariables

Enfonc&ondutemps

A

B B0

A0

A

B

Permetd’avoiruneidéeglobaleducomportementdusystèmeQuellesquesoientlescondi&onsini&ales

Cartes vectorielles

Barot

Equilibre Dynamiquecyclique

Dynamique«chao&que»

temps temps

temps

Varia

bleécologique

Varia

bleécologique

Varia

bleécologique

Typesdecomportementd’unsystèmedynamique

Barot

Stable

temps

Varia

bleécologique

Typesd’équilibre

Instable

temps

Varia

bleécologique

Perturba&on

DéKinitions

Equilibre:étatd’unsystèmedontaucunedesvariablesnevarientplusEquilibre stable: le système retourne à son étatd’équilibreaprèsunepe&teperturba&on

Equilibre instable: le système ne retourne pas à sonétatd’équilibreaprèsunepe&teperturba&on…passeàunautretypededynamique

1 20 0dv dvdt dt

= =

Faiblerésilience

temps

Varia

bleécologique

Résilience

Perturba&on

Forterésilience

temps

Varia

bleécologique

capacitédusystèmeàrevenirviteàsonétatd’équilibreaprèsuneperturba'on

Faiblerésistance

temps

Varia

bleécologique

Résistance

Perturba&onsd’égaleintensité

Forterésistance

temps

Varia

bleécologique

capacitédusystèmeànepass’éloignerloindesonétatd’équilibreaprèsuneperturba'on

Holling1973

Domained’aFrac&onBassind’aFrac&on

Pointd’équilibre=Pointd’aFrac&on

Valeurcri&que/seuildex

Walkeretal.2004

La&tude

Resistance

Precariousness

Ex:Lac1:eauclaire(grand)2:eauturbide(pe&t)

Perturba&on3èmebassin–sédiments/végéta&on1erbassindiminue–2èmeaugmente

Le comportement global peut être différent ducomportementlocal

A

B

A

B

I l peut exister différents comportements locauxqualita&vementtrèsdifférents

Dynamiqueslocaleetglobale

Pourquoicetypedecomportementest-ilimportant?

A

B

A

B

Deuxéquilibresstables:onnesaitplusaprioridansquelétatestlesystèmeécologique

Unéquilibrestable:lesystèmeécologiqueestprochedecepoint

Etatsd’équilibremultiples

Pourquoicetypedecomportementest-ilimportant?

Varia

ble

Paramètre

Equilibre

Quandonvientdepasserd’unéquilibreàl’autre,ilnesuffitpasdechangerleparamètrepourreveniràl’étatini&al!!

Etatsd’équilibremultiples

EXEMPLESDERESILIENCE

Casdu“budworm”

Où?Forêtsd’épicéas,CanadaQui?ProblèmeExplosiondelapopula&ondetordeusedesbourgeonsdel’épineFe(=budworm)ravagelessapinières

Choristoneura fumiferana (Clemens)

Modèle: http://mathinsight.org/spruce_budworm_outbreak_model

Paruline du Canada Cardellina canadensis Epinette blanche

Picea glauca Sapin baumier Abies balsamea +30 espèces

5 classes de taille

--

Tousles30-40ans

Jeuneforêt

-

Casdu“budworm”

Renouvellementdelaforêt

EQUILIBRE1

EQUILIBRE2

Densitémaintenueparstabilitédepop.en-dessousdevaleurseuil

--=>ImpactsurlecycleduCarbone⇒ Matériaumortàdépartdefeu

Tousles30-40ans

Jeuneforêt

-

Casdu“budworm”1-20ans


Forêtmature

CollapseDestruc'on/mort

delaforêt

Contôleréduitinefficace

-

-

--

EQUILIBRE1

EQUILIBRE2


++Densitéfeuillage

--=>ImpactsurlecycleduCarbone⇒ Matériaumortàdépartdefeu

Tousles30-40ans

Jeuneforêt

-

Casdu“budworm”1-20ans


Forêtmature

CollapseDestruc'on/mort

delaforêt

Contôleréduitinefficace

-

-

--

EQUILIBRE1

EQUILIBRE2


Lent > Rapide

Rapide > Lent

++Densitéfeuillage

Résiliencedesprairies-Succession

Prairie–successionvégétale

PelouseouverteFortediversité

+ pâturage

Arrêtpâturage

Reprisepâturage/Fauche

Recolonisa'on(banquedegraines)



+ pâturage

Arrêtpâturage



Chgtsimportants•  Prop.Sol•  Fragmenta&on•  Pertededebiodiversité

Bois/Forêt

Restaura'ond’uneprairie

Déforesta'on

Chgtsstructurels=>Changementdebassind’aFrac&on(bol)



+ pâturage

Arrêtpâturage



Chgtsimportants•  Prop.Sol•  Fragmenta&on•  Pertededebiodiversité

Bois/Forêt

Restaura'ond’uneprairie

Déforesta'on

Chgtsstructurels=>Changementdebassind’aFrac&on(bol)

Quelledatedenon-retour?Esp.1,Esp.2,Sol,…

=>échellesdetemps1,2,3,...

Résiliencedesprairies-Invasions

Prairie–invasions

Colonisation vers de terre exotiques

Aporrectodeatrapzeoides

Prairienon-perturbée•  Végéta&onna&ve,peu

produc&ve,pauvreennutriments•  Versdeterrena&fs

Prairienon-perturbée•  Végéta&onmodifiée,peuproduc&ve•  Versdeterrena&fslimitentexpansionnon-na&fs

Prairie–invasions



+

Perturbation



Prairieperturbée•  Végéta&onexo&que,trèsmodifiée,produc&ve•  Versdeterrenon-na&fs>>exo&ques


Prairie–invasions



+

Perturbation



Prairieperturbée•  Végéta&onexo&que,trèsmodifiée,produc&ve•  Versdeterrenon-na&fs>>exo&ques


Changementsdebassins

d’a6rac8on

RESILIENCESOCIO-ECOLOGIQUE

Systèmessocio-écologiques

Systèmeécologique

Systèmesocial

Perturba&onsanthropiquesErosiondelarésilience=>changementsd’étatsU&lisa&ondesproduitsdesécosystèmes=>sur-u&lisa&on?

Perturba&onsnaturelles=>crisesServicesécosystémiques

=>Feedbacks

⇒  FoncBonnementssimilaires

Servicesécosystémiques

•  MilleniumEcosystemAssessment(2000s)“Evaluer les conséquences du changement écosystémique pour lebien-êtrehumainetac&onnécessairespouraméliorerlaconserva&onet l’u&lisa&on durable de ces systèmes et leur contribu&on au bien-êtrehumain”⇒ Moyendevaloriserlesystèmeécologique⇒ Priseencomptedu“non-retour”

Servicesd’approvisionnement

Servicesderégula&on

Servicesculturels

3 grands types

Trajectoiresdésirables

Ges&ondesécosystèmesdemanièreintégrée

⇒ Évalua&onetcréa&ondetrajectoiresdésirables⇒ An&cipa&ondeschangements

Businessasusual

NormaBf(=désirable)

Scenario3

Scenario4

Scenarios

Exemple1

Obj.écon. Obj.environn.

Globalisa&on(mondehomogène)

A1:Croissanceécon.rapide+1.4-6.4°C

B1:Durabilitéenvironn.glob.+1.1-2.9°C

Régionalisa&on(mondehétérogène)

A2:Dvptécon.régional+2.0-5.4°C

B2:Durabilitéenvironn.loc.+1.4-3.8°C

Exemple2Objectif: Impact des differentes politiques sur l’utilisation des terres et identifier où les menaces potentielles des écosystèmes d’eau douce seraient les plus sévères.

http://news.wisc.edu/22223

Cycled’adaptationetPanarchy

r: exploitation phase K: stabilisation, conservation Ω: réajustement, collapse α: réorganisation

Revolt = perturbation Memory = éléments du système contribuant à la résilience

Folke, 2006 è Perturbation = opportunités, adaptation, transformabilité

Origine: dynamique des écosystèmes

1 cycle = 4 phases

DéKinitions

Adaptabilité: capacitédesgens/acteursàconstruire larésilienceàtraversunensembled’ac&onsTransformabilité: capacité des gens à construire unsystèmesocio-écologiquenouveau⇒ Balance entre résilience et transformabilité:résiliencedubassind’équilibre

⇒ Un système résilient = aussi système qui seréorganise.

LARÉSILIENCEENPRATIQUE

Rendreunsystèmeplusrésilient

Augmenterlesespèces,fonc&ons,interac&ons⇒ restaura&on,conserva&onAugmenterlaflexibilitédessystèmes⇒ Écologiques(capitalnaturel,mémoire)⇒ Socio-écologiques(capital,mémoiresociale)Changementdegouvernance

èGes&onsystéma&quefausse?

Lesfreinsàlarésilience

Différentesidées/perspec&vesd’unbassind’aFrac&ondésirableMiseenpra&quedelarésilience

•  “Economisa&on”:moné&sa&ondesresourcesetfonc&ons•  Poli&sa&on:Transi&onvs.capitalisme•  U&lisa&on/détournement(Néolibéralisme)

èQuelleplacedesécosystèmes?

Résilience:toujourssouhaitable?

Pasforcémentcarsystèmesdeviennenttroprésistantsaux perturba&ons et incapables de réagir face àcertainschocs(tropsécurisévs.tropendommagé)

Résilience=critèredesélec&onsociale=>Aspectssociétauxnon-prisencompte;inégalitésnonperçuesparl’approchesystémique

Conclusions

Défini&onvariable=>compréhension,ges&onvariablesNon-linéarité,stabilité,résistance,résilienceEchellesspa&o-temporellesFonc&onsécologiquesApprochesystémiqueindispensableOu&lsmathéma&quesçèDonnéesempiriquesCycled’adapta&on=>dynamiquenaturelleRéflexionsurlefuturetconceptdelarésilience

Documents

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