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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
Engineeringvs.ecologicalresilience
EngineeringUnétatd’équilibredésiréunique;résistanceEfficienceConstancePrédictabilitéMesure:résistanceàlaperturba&onpourretourneràl’équilibre
EcologicalPlusieursdomainesdestabilité;évolu&on;adapta&onPersistenceChangementNon-prédictabilitéMesure:magnitudedelaperturba&onabsorbéeparlesystèmeavantchangementdestructure,variablesetprocessus
Engineeringvs.ecologicalresilience
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
Engineeringvs.ecologicalresilience
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
Exemple:eutrophisationd’unlac
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
Exemple:eutrophisationd’unlac
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
Renouvellementdelaforêt
Forêtmature
CollapseDestruc'on/mort
delaforêt
Contôleréduitinefficace
-
-
--
EQUILIBRE1
EQUILIBRE2
Densitémaintenueparstabilitédepop.en-dessousdevaleurseuil
++Densitéfeuillage
--=>ImpactsurlecycleduCarbone⇒ Matériaumortàdépartdefeu
Tousles30-40ans
Jeuneforêt
-
Casdu“budworm”1-20ans
Renouvellementdelaforêt
Forêtmature
CollapseDestruc'on/mort
delaforêt
Contôleréduitinefficace
-
-
--
EQUILIBRE1
EQUILIBRE2
Densitémaintenueparstabilitédepop.en-dessousdevaleurseuil
Lent > Rapide
Rapide > Lent
++Densitéfeuillage
Résiliencedesprairies-Succession
Prairie–successionvégétale
PelouseouverteFortediversité
+ pâturage
Arrêtpâturage
Reprisepâturage/Fauche
Recolonisa'on(banquedegraines)
Prairie–successionvégétale
PelouseouverteFortediversité
+ pâturage
Arrêtpâturage
Reprisepâturage/Fauche
Recolonisa'on(banquedegraines)
Chgtsimportants• Prop.Sol• Fragmenta&on• Pertededebiodiversité
Bois/Forêt
Restaura'ond’uneprairie
Déforesta'on
Chgtsstructurels=>Changementdebassind’aFrac&on(bol)
Prairie–successionvégétale
PelouseouverteFortediversité
+ pâturage
Arrêtpâturage
Reprisepâturage/Fauche
Recolonisa'on(banquedegraines)
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
Colonisation vers de terre exotiques
Aporrectodeatrapzeoides
+
Perturbation
Prairienon-perturbée• Végéta&onna&ve,peu
produc&ve,pauvreennutriments• Versdeterrena&fs
Prairieperturbée• Végéta&onexo&que,trèsmodifiée,produc&ve• Versdeterrenon-na&fs>>exo&ques
Prairienon-perturbée• Végéta&onmodifiée,peuproduc&ve• Versdeterrena&fslimitentexpansionnon-na&fs
Prairie–invasions
Colonisation vers de terre exotiques
Aporrectodeatrapzeoides
+
Perturbation
Prairienon-perturbée• Végéta&onna&ve,peu
produc&ve,pauvreennutriments• Versdeterrena&fs
Prairieperturbée• Végéta&onexo&que,trèsmodifiée,produc&ve• Versdeterrenon-na&fs>>exo&ques
Prairienon-perturbée• Végéta&onmodifiée,peuproduc&ve• Versdeterrena&fslimitentexpansionnon-na&fs
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