Vers une gestion in situ des diversités biologiques

par Chloé Mulier

Thèse de doctorat en Sciences économiques

Sous la direction de Charles Figuières.

Le jury était composé de Charles Figuières, Luc Doyen, Jean Christophe Pereau, Pierre Courtois, Stefan Baumgärtner, Christopher Costello, Estelle Gozlan.

Les rapporteurs étaient Luc Doyen, Jean Christophe Pereau.


  • Résumé

    La diversité biologique constitue l’un des piliers du fonctionnement des écosystèmes, etun potentiel pour l’adaptation et l’évolution de la vie dans le contexte du changement climatique. Les espèces constituant cette biodiversité sont étroitement connectées de différentes façons. Une diminution de cette biodiversité peut déclencher des effets de cascade et des conséquences largement imprévisibles, bien au delà de la seule réduction apparente du nombre ou de la distribution des espèces. La grande complexité de l’organisation écologique est très souvent un cauchemar pour la prise de décision. Les difficultés commencent avec le choix d’une mesure adéquate de la biodiversité. Une telle mesure est cependant une étape nécessaire si nous voulons prioriser nos actions de gestion de la biodiversité, afin de préserver le plus de diversité possible avec des ressources limitées. Bien que cette thèse ne prétende pas produire des réponses complètes à ces problèmes complexes, elle offre quelques points de réflexion pour la gestion de la biodiversité.Elle se compose de quatre chapitres. Le premier chapitre soulève la question de la gestion d’une biodiversité mélangée, au sein de laquelle des espèces invasives peuvent également s’inviter. Ce chapitre souligne les interconnections entre la sévérité des impacts des invasions biologiques et le contexte dans lequel cette invasion intervient. Considérant les impacts des invasions comme “ambivalents” — i.e. pouvant être positifs, négatifs, ou neutres pour le système dans lequel l’invasion s’installe — nous proposons une typologie afin d’évaluer l’ambivalence des impacts, sur la base de l’identification des sources potentielles de variabilité des impacts. Pour le second chapitre, nous nous concentrons sur la mesure de la biodiversité lorsque l’on tient compte des interactions entre espèces, de façon à produire une version de la métaphore de l’Arche de Noé (Weitzman, 1998) mieux adaptée aux problèmes de conservation in situ. Nous montrons tout d’abord que, lorsque l’on tient compte d’interactions écologiques, le problème défini par Weitzman demeure une solution extrême ; et deuxièmement, qu’un renversement de la hiérarchie des espèces préservées est possible et entièrement déterminée par la catégorie des interactions. Dans le troisième chapitre, nous utilisons le cadre de coût-bénéfice in-situ développé dans le chapitre 2 afin de comparer les résultats de priorisation de deux indices de biodiversité, Weitzman et Rao. Ces deux indices combinent différemment l’information sur les probabilités autonomes de survie des espèces, les interactions écologiques et la dissimilitude entre espèces afin de mesurer la biodiversité. Nous analysons des plans simples de protection de la biodiversité pour chaque indice, et démêlons le rôle joué par les différents éléments d’information nécessaires au calcul du ranking par l’indicateur,dans un écosystème à trois espèces. Nous montrons que chaque indice réalise un compromis qui lui est propre entre ces éléments d’information, et que l’introduction d’interactions écologiques entre plus de deux espèces mène à des conclusions plus complexes. Les interactions écologiques donnent ainsi une information additionnelle importante afin de déterminer les objectifs de conservation. Notre dernier chapitre est une adaptation du cadre d’optimisation défini précédemment. Il élabore une règle de décision myope afin de déterminer quelles invasions doivent être contrôlées en priorité, en tenant compte des coûts de gestion relatifs et les impacts trophiques en cascade. Nous discutons le gradient de la fonction d’objectif composé d’une fonction de diversité W et d’une fonction d’utilité U, afin de déterminer si nous devrions conserver plusieurs ou seulement quelques espèces sous une contrainte de budget.

  • Titre traduit

    Towards in situ management of biological diversities


  • Résumé

    Biological diversity constitutes one of the major pattern of ecosystem functioning, and a potential for adaptation and evolution of life in the context of climate change. As species are in many ways tightly interconnected, biodiversity loss can trigger large cascade effects and might lead to largely unpredictable consequences, reaching far beyond the visible reduction in the number or distribution of species. The high complexity of ecological organization is often a nightmare for decision-making, starting from accurately measuring biodiversity. This is however a necessary step to take if we want to prioritize action in biodiversity management, in order to preserve as much diversity as possible under limited resources. Though this thesis does not pretend to provide complete answers to those quite complex issues, it provides some reflection points for biodiversity management. It is composed of four chapters. The first chapter raises the issue of dealing with a mixed biodiversity, in which invasive species can be guests. It highlights the interconnections between the severity of the impacts of biological invasions and the contexts in which this invasion occurs. Considering invasion impacts as inherently ''ambivalent'' - i.e. good, bad or neutral for the system in which it arrives - we propose a typology to assess ambivalence in impact, based on the identification of potential sources of impact variability. For the second chapter, we focus on the measurement of biodiversity when accounting for species interactions, which we incorporates into the Noah's Arch problem developed by Weitzman (1998). We then derive a general model for ranking in situ conservation projects. We show firstly that, when accounting for ecological interactions, the problem defined by Weitzman is still an extreme solution, and secondly, that a ranking reversal is possible and completely defined by the interaction categories. In the third chapter, we use the in situ cost-benefit framework developed in Chapter 2 to compare the outcomes of two biodiversity indices, Weitzman's and Rao's. Those two indexes combine information about species survival probability, ecological interaction and distinctiveness in a different way to measure biodiversity; We analyze simple biodiversity protection plans for each index, and disentangle the role played by the different data requirement in the rankings, in a three species ecosystem. We show that such pieces of information will come as a trade-off when considered simultaneously in the measure, and that the introduction of ecological interactions among more than two species lead to more complex conclusions. Ecological interactions thus give important additional information to determine conservation objectives. Our last chapter is an adaptation of the previously defined optimization framework for the prioritization of invasive species management. It elaborates a myopic rule to determine which invasions must be controlled in priority, taking into account relative management costs and trophic cascades impacts. We discuss the gradient of the objective function composed of a diversity function W and a utility function U, to see whether we should retain several or only a few species for management under a budget constraint.


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