Quantification de services écosystémiques de régulation à l'échelle locale. Indicateurs, protocoles de terrain et incertitudes - Cas des services de pollinisation et de régulation du climat global

par Océane Bartholomée

Thèse de doctorat en Biodiversité écologie environnement

Sous la direction de Sandra Lavorel.

Soutenue le 20-12-2018

à Grenoble Alpes , dans le cadre de Chimie et Sciences du Vivant , en partenariat avec Laboratoire d'écologie alpine (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Jérôme Poulenard.

Le jury était composé de Sandra Lavorel, Anne Bonis, Thomas Spiegelberger.

Les rapporteurs étaient Emmanuelle Porcher, Marc Dufrêne.


  • Résumé

    Les services écosystémiques (SE) désignent les bénéfices fournis par les écosystèmes à la société. En France, la législation cherche à les intégrer dans les études d’impact environnemental avec la promulgation de la Loi pour la reconquête de la biodiversité, de la nature et des paysages (2016). Pour ce faire, il est nécessaire de développer des méthodes de terrain d’estimation des SE. C’est dans ce cadre qu’une collaboration entre le Laboratoire d’Ecologie Alpine et le bureau d’études EGIS Environnement a vu le jour, afin de répondre à la question : comment quantifier les SE à l’échelle locale ?Pour cela, nous avons étudié deux SE de régulation régulièrement évoqués dans le contexte du changement global. Le service de pollinisation est essentiel pour l’alimentation humaine et est au cœur de l’actualité de par les déclins des populations d’insectes pollinisateurs. Le SE de régulation du climat global par la séquestration de carbone par les écosystèmes est d’intérêt majeur en regard des changements climatiques récents et annoncés.Nous avons suivi les quatre étapes du développement d’un protocole. Premièrement, pour le SE de pollinisation entomophile qui possède de nombreuses définitions dans la littérature, nous avons établi par une revue bibliographique un cadre conceptuel afin de définir le SE de pollinisation et d’identifier les indicateurs et leurs méthodes de mesures. Nous avons choisi pour la suite d’adopter la définition du SE de pollinisation comme la capacité de l’écosystème à soutenir la pollinisation entomophile, i.e. la présence d’insectes pollinisateurs. Deuxièmement, nous avons abordé la question du choix des indicateurs pour l’estimation de ce SE. En effet, la capacité du SE de pollinisation peut être estimée par des indicateurs directs, liés à la présence des insectes pollinisateurs sur la parcelle, et des indicateurs indirects, liés aux ressources d’alimentation et de nidification sur la parcelle d’étude et dans le paysage. Nous avons comparé les mesures de ces deux types d’indicateurs estimés en vergers et en prairies. Les objectifs étaient de tester la cohérence entre ces deux types d’indicateurs pour le SE de pollinisation et la possibilité d’une simplification du protocole d’estimation en la basant uniquement sur des indicateurs indirects. Les indicateurs indirects n’expliquaient pas une part suffisante de la variabilité observée dans les mesures d’abondance et de richesse des pollinisateurs pour permettre simplification du protocole.Troisièmement, nous avons cherché à simplifier le protocole d’estimation du SE de la régulation du climat global par la mesure des stocks de carbone en prairies et en forêts. Pour cela, nous avons comparé les estimations obtenues par des protocoles simplifiés à celles obtenues par un protocole plus complet et mesuré les incertitudes causées par ces simplifications. Le protocole d’estimation a pu ainsi être simplifié pour les deux compartiments de l’écosystème stockant le plus de carbone : la biomasse aérienne en forêt et le carbone organique du sol. Enfin, afin de tester l’applicabilité du protocole simplifié d’estimation du SE de régulation du climat global, nous l’avons testé sur des parcelles de zones humides, des écosystèmes stockant une grande quantité de carbone. Ces parcelles ont été placées dans un modèle d’états-et-transitions afin de tester si les mesures de gestion peuvent affecter les stocks de carbone des zones humides. Les actions de gestion sur la biomasse aérienne changeaient les stocks de carbone entre les zones humides herbacées et forestières. Le stock de carbone organique du sol, stock majeur dans les zones humides, ne différait pas entre les différents états étudiés, reflétant la difficulté d’agir sur ce compartiment.Cette étude montre que le développement méthodologique pour la quantification de SE sur le terrain peut mener à des protocoles simples et fiables mais que le processus de développement est différent selon les SE abordés.

  • Titre traduit

    Evaluation of regulating ecosystem services at local scaleIndicators, field methods and uncertainties - Case of pollination and global climate regulation ecosystem services


  • Résumé

    Ecosystem services are benefits supplied by ecosystem to human societies. In France, recent legislation aims to include ecosystem service in environmental impact studies with the enactment of the Law for the recovery of biodiversity, nature and landscapes (2016). To do so, it is necessary to develop field methods for ecosystem service estimation. In this setting, a collaboration was established between the Laboratoire d’Ecologie Alpine and the environmental consultancy EGIS Environnement to answer the following question: how can ecosystem services be quantified at local scale?We studied two ecosystem services often cited in the global change context. The pollination service is essential for human food production. Given worldwide pollinator declines it is at the centre of scientific, citizen and political concerns. The service of global climate regulation by carbon sequestration by ecosystems is of major interest given the recent and coming climate changes.We investigated four key steps for developing a field protocol. First, the ecosystem service of entomophilous pollination has numerous definitions in the scientific literature. Thus, based on a literature review we built a conceptual framework for defining the pollination service and identifying quantifiable indicators and their measurement methods. We chose to define the pollination service as the ecosystem capacity to support entomophilous pollination, i.e. pollinating insect presence. Second, we worked on indicator selection for the pollination service estimation. Pollination capacity can be estimated through direct indicators linked to pollinator presence on the plot and through indirect indicators linked to feeding and nesting resources in the plot and in the landscape. We compared measures of these two types of indicators within orchards and grasslands. Our aims were to test consistency between both indicator types for the pollination service and the possibility of protocol simplification based on indirect indicators. Indirect indicators did not explain enough of the observed variability in pollinator abundance and richness to allow a protocol simplification.Third, we tried to simplify the estimation protocol of the ecosystem service of global climate regulation from measures of carbon stocks in grasslands and forests. We compared estimations obtained by simplified protocols to estimations obtained by a more complete protocol. We also quantified the uncertainties caused by these simplifications. The estimation protocol could be simplified for the two most important carbon pools: aboveground biomass in forests and soil organic carbon. Finally, to test the applicability of the simplified protocol of carbon stock estimations, we applied it on wetland plots. These plots were organized following in a state-and-transition model to test whether management decisions are likely to affect wetland carbon stocks. Management actions on aboveground biomass changed carbon stocks between herbaceous and forested wetland. Soil organic carbon, the major carbon stock in wetlands, was unchanged between the different studied stats, illustrating the difficulty to manage soil carbon stocks in the short term.This study shows that method development for field quantification of ecosystem service can lead to simple and reliable protocols. However, the development process is different for each ecosystem service.



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