Biodiversité et fonctionnement des écosystèmes à travers les échelles spatiales

Un des problèmes actuels les plus importants dans l’étude de la biodiversité est de comprendre et prédire comment des changements dans la biodiversité vont affecter le fonctionnement des écosystèmes dont l’humanité dépend directement ou indirectement, comme la production de biomasse, la purification de l’eau, le contrôle de l’érosion, la pollinisation et le contrôle des espèces nuisibles. Nous étudions cette problématique théoriquement à l’aide de modèles de dynamique des écosystèmes pour comprendre les mécanismes à travers desquels la biodiversité affecte le fonctionnement des écosystèmes et prédire ses impacts sur les services écosystémiques (Michel Loreau, Claire de Mazancourt, Jose Montoya, Bart Haegeman). En particulier, nous développons des nouveaux apports théoriques pour comprendre le lien entre les relations entre biodiversité et fonctionnement des écosystèmes à l’échelle locale et à l’échelle régionale et à des échelles auxquelles la biodiversité n’est pas contrôlée expérimentalement (Michel Loreau, Claire de Mazancourt), et des nouvelles théories sur l’importance de la biodiversité pour le fonctionnement des écosystèmes dans un contexte de changement de la variation environnementale (Bart Haegeman, Jose Montoya). Nous utilisons aussi des modèles pour analyser les trade-offs et synergies entre divers services écosystémiques, en particulier la production et la pollinisation de cultures et le contrôle biologique dans des paysages agricoles (Michel Loreau, Claire de Mazancourt). En parallèle, nous testons ces mécanismes à travers des expériences sur différents écosystèmes (communautés de plantes et du sol, écosystèmes pélagiques, rivières) dans lesquels nous manipulons différentes dimensions de la biodiversité (Simon Blanchet, Jose Montoya). Nous nous intéressons principalement aux changements de la diversité spécifique au sein d’un niveau trophique, mais nous testons aussi

(1) si la diversité intra-spécifque est un déterminant important du fonctionnement des écosystèmes en mésocosmes et en paysages naturels complexes (Simon Blanchet, ANR and Tulip); et

(2) l’effet de la manipulation de la richesse spécifique dans des communautés compétitives (Jose Montoya) et à travers plusieurs niveaux trophiques, soit antagonistes (systèmes proies prédateurs, (Jose Montoya)), soit mutualistes (systèmes plantes-symbiontes, Grégoire Freschet, SYNERSYS Tulip Grant).

En plus de la manipulation de la biodiversité en soi, nous étudions de manière théorique et expérimentale les conditions environnementales associées aux changements globaux sous lesquelles la biodiversité devient plus importante pour le fonctionnement des écosystèmes, par exemple la variabilité climatique accrue liée au changement climatique (Simon Blanchet, Montoya), les régimes de sécheresse et de limitation des nutriments associés aux changement climatiques et d’utilisation des terres (Grégoire Freschet).

Un aspect critique du fonctionnement des écosystèmes est leur stabilité. La stabilité écologique est essentielle à la fois au maintien de la biodiversité et à la durabilité des sociétés humaines, car les fluctuations des services écosystémiques ont souvent des effets néfastes.

Nous développons tout un ensemble de nouvelles théories pour définir et comprendre les différentes dimensions de la stabilité écologique, ainsi que pour comprendre et prédire comment la stabilité de l'écosystème et sa relation avec la biodiversité changent à plusieurs échelles spatiales. En particulier, nous cherchons à établir des liens entre différentes mesures de stabilité empiriques et théoriques. Nous construisons une nouvelle théorie sur la stabilité des réseaux trophiques et sur la stabilité des métacommunautés à plusieurs échelles spatiales en utilisant l'invariabilité comme mesure de stabilité empiriquement pertinente (Michel Loreau , BIOSTASES ERC Grant, Claire de Mazancourt, Bart Haegeman).

De plus, nous développons une nouvelle théorie sur les impacts de l'évolution de la structure du réseau sur différentes facettes de la stabilité des écosystèmes, en mettant fortement l'accent sur les effets associés aux changements de l'habitat (perte et fragmentation) (Jose Montoya).

Plus de vingt ans ont passé depuis qu’il est devenu clair que le changement climatique causé par l’homme menait à des changements chez les espèces sauvages. L’équipe LINKING cherche à construire une vision cohérente des effets du changement climatique sur la biodiversité à travers différentes échelles d’organisation biologique (de l’individu aux écosystèmes), temporelles (des temps écologiques aux temps évolutifs) et spatiales (de mésocosmes semi-naturels à des changements d’aire de répartition dans la nature (Camille Parmesan MOPGA grant, IPCC/GEIC).

En parallèle, les équipes développent de nouvelles théories sur les effets combinés du changement climatiques et d’autres facteurs des changements globaux. Un angle important d’étude est les effets interactifs du changement climatique et de la fragmentation des habitats sur la biodiversité, la dynamique des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. Ces développements théoriques seront testés expérimentalement dans des conditions contrôlées de laboratoire et dans des expériences en mésocosmes aquatiques semi-naturels (Jose Montoya, FRAGCLIM ERC Grant, Simon Blanchet). Nous cherchons aussi à améliorer la compréhension et les projections dans le future des réponses au changement climatique des espèces à travers des changements de phénologie et d’aire de répartition. Nous relions les impacts des tendances climatiques et des évènements climatiques extrêmes sur les processus écologiques, évolutifs et comportementaux à l’échelle de la population et aux patterns de changements de biodiversité au niveau global. Deux nouvelles aires de travail sont (1) les impacts du changement climatiques qui ont une importance sociétale, comme les changements dans les risques de maladies humaines à cause des changements d’aire de répartition des vecteurs et réservoirs de maladies, et (2) les impacts du changement climatique sur les habitats à haut risque, en étudiant les effets du changement climatiques pour les espèces vivant dans des habitats montagneux ou des régions boréales, deux systèmes particulièrement vulnérables au changement climatique (Camille Parmesan).

Pour lier biodiversité, écosystèmes et l’humain, il faut vraiment comprendre et prédirr la dynamique à long terme des systèmes socio-écologiques couplés qui résultent des interactions homme-nature. Nous développons de nouveaux modèles qui incluent des retro-actions de la nature humaine ainsi que des changements de comportement humain pour étudier la dynamique à long terme et la durabilité des systèmes socio-écologiques couplés ainsi que leur capacité à continuer de fournir des services écosystémiques à une population humaine croissante.

Un élément-clé de notre travail actuel est la dynamique spatiale des systèmes socio-écologiques couplés qui sont liés par le commerce, la dispersion des espèces et la dispersion humaine, car nos travaux préliminaires suggèrent que les mouvements spatiaux peuvent fortement affecter la durabilité de ces systèmes (Michel Loreau).