Prédire les invasions biologiques

par Alice Fournier

Projet de thèse en Biologie


Sous la direction de Franck Courchamp.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences du Végétal : du gène à l'écosystème , en partenariat avec ESE Écologie, Systématique et Évolution (laboratoire) , Ecologie des Populations et des Communautés (equipe de recherche) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-09-2015 .


  • Résumé

    Les changements globaux sont parmi les principales menaces pour les sociétés, directement et indirectement. En particulier, les changements climatiques et les invasions biologiques sont des causes majeures de perte de la biodiversité et de fonctionnement des écosystèmes, de dommages économiques et d'impacts sanitaires et sociétaux. Qui plus est, la synergie entre changements climatiques et invasions biologiques fait craindre des changements d'aire de distribution de la plupart des espèces envahissantes, notamment pour de nombreuses espèces d'insectes parmi les plus problématiques. Spécifiquement, les insectes envahissants pourraient avoir accès à de nouvelles régions, jusqu'ici non favorables climatiquement, y créant dans certains cas des impacts écologiques et économiques majeurs. L'objectif de ce projet de thèse est de caractériser et de quantifier un type particulier d'impacts de espèces envahissantes d'insectes au niveau mondial suite au changement climatique. Le type d'impact considéré ici est la perturbation de pollinisation due à la prédation ou l'interférence des pollinisateurs. Ces impacts seront considérés au niveau intégratif, incluant les pertes de biodiversité, les impacts sur le fonctionnement des écosystèmes ou sur les services écosystémiques, les coûts économiques (en agriculture, en horticulture, en apiculture…). La pollinisation est un des rares services écosystémiques pour lequel il existe des quantifications de coûts économiques, récemment estimés à 153 milliards d'euros annuels globalement. Ce projet se focalise sur les insectes, groupe taxonomique d'impact majeur dans toutes les catégories environnementales et sociétales d'intérêt, et dont le caractère ectotherme les rend particulièrement sensibles aux variables climatiques. Parmi les insectes cibles pressentis figure le frelon asiatique, Vespa velutina, qui a actuellement la plus grande vitesse d'expansion de toutes les espèces envahissantes et est connu pour sa capacité de destruction rapide et totale des ruches domestiques. Plusieurs espèces de fourmis invasives seront également considérées, pour leur effet observé de dérangement des pollinisateurs ; notamment la fourmi d'Argentine, Linepithema humile ou la fourmi Technomyrmex albipes, dont la forte agressivité, y compris sur les fleurs (qu'elles visitent pour leur nectar ou les pucerons qui s'y trouvent), réduit les visites d'abeilles et d'autres pollinisateurs, et donc le niveau de pollinisation. Notre objectif est de développer des scénarios d'invasions d'insectes et de leurs effets au niveau global sur les plantes à pollinisation zoochore en réponse au changement climatique afin de fournir des prédictions d'impacts globaux de ces espèces d'insectes envahissants. Ce travail interdisciplinaire nous permettra de construire des modèles de distribution d'espèces envahissantes fournissant au niveau mondial les aires favorables aux invasions à la fois sous les conditions environnementales (climatiques, de régime d'utilisation des terres, de densité humaine, etc.) actuelles et à différentes dates dans le futur, sous différents scénarios d'évolution de ces conditions. Ces cartes probabilistes de distribution seront dans un deuxième temps associées aux estimations de coût économique localisés, afin d'estimer des coûts globaux et spatialisés. Ces estimations seront ensuite projetées dans le temps en fonction de l'évolution de facteurs climatiques, socio-économiques et autres, afin d'estimer les coûts économiques et sociétaux associés à ces changements du fait de ces insectes envahissants. Nous espérons ainsi non seulement apporter les premières estimations robustes d'aires d'invasion de ces espèces parmi les plus problématiques, et du coût environnemental et économique qu'ils peuvent causer, maintenant et suite au changement climatique, mais également une estimation jusqu'ici inexistante sur l'ordre de grandeur de l'impact des espèces invasives sur nos sociétés, par le biais de la première estimation d'une valeur unique, monétaire qui regroupe tous les types d'impacts sur un pan essentiel du fonctionnement des écosystèmes et de nos sociétés. Les enjeux de cette étude sont multiples, et importants. Les insectes pollinisateurs sont des espèces clés des écosystèmes, rendant des services écosystémiques essentiels. Pour de nombreuses plantes à pollinisation zoochores, seuls ces insectes permettent de boucler le cycle vital. Qu'il s'agisse des abeilles domestiques, des papillons ou des bourdons dans nos régions, de nombreux pollinisateurs sont aujourd'hui en fort déclin du fait de différentes menaces, auxquelles s'ajoutent potentiellement les effets de plusieurs insectes envahissants. De fait, les insectes pollinisateurs sont souvent considérés comme des bioindicateurs important de l'état de santé des écosystèmes, en particulier les agroécosystèmes et les autres écosystèmes anthropisés. Le déclin des pollinisateurs menace une partie de l'intégrité des écosystèmes, et de la biodiversité spécifique, génétique et fonctionnelle associés à celles des angiospermes, dont 70 à 90% ne peuvent être fécondées que par interaction avec une espèce animale. Ces plantes étant également à la base des réseaux trophiques d'une majorité des écosystèmes terrestres, les enjeux écologiques des insectes pollinisateurs sont particulièrement importants. De plus, une grande partie de l'agriculture mondiale dépend en partie ou en totalité de la pollinisation par des insectes. On estime qu'au moins 80% des céréales cultivées dans le monde ne peuvent être pollinisées que par des insectes pour produire du grain et qu'environ 1/3 de notre nourriture dépend des pollinisateurs. Enfin, la grande majorité des besoins humains en vitamine C, vitamine A, acide folique, calcium and fluorure sont dépendants de la pollinisation de plantes cultivées. Les enjeux économiques, sanitaires et sociologiques des menaces sur les pollinisateurs sont par conséquent également essentiels. Les enjeux liés aux pollinisateurs sont tellement cruciaux que leur rôle pour les services écosystémiques, le fonctionnement des écosystèmes, le maintien de la biodiversité et la productivité de l'agriculture ont été reconnus par l'ONU à l'occasion de la Convention sur la Diversité Biologique, à Sao Paulo en 1999. Prédire les effets du changement climatique sur la répartition spatiale des espèces invasives affectant la pollinisation est par conséquent important pour l'écologie mais également pour la santé humaine et pour l'économie de nos sociétés. Ce projet se déroulera dans le cadre d'un projet plus vaste, InvaCosts, qui réunit 11 équipes de pointe dans les 3 domaines clés de ce projet : écologie des espèces envahissantes, économie de l'environnement et épidémiologie de la santé humaine et qui se focalise sur les différents coûts d'une vingtaine d'espèces d'insectes envahissants. En particulier, ce projet sera réalisé en étroite collaboration avec Jean-Michel Salles, économiste de l'environnement reconnu mondialement pour son expertise notamment en matière d'estimation des valeurs de la pollinisation. De plus, l'expertise acquise par l'équipe d'accueil sur ces groupes taxonomiques (en particulier les Formicidae), sur les modèles bioclimatiques de distribution d'espèces et sur les espèces envahissantes et les effets du changement climatique sur la biodiversité nous positionnent favorablement sur plan international pour mener à bien ce projet original.

  • Titre traduit

    Predicting biological invasions


  • Résumé

    A major concern in ecology and economics is that climate changes could increase or shift the distribution of most invasive species, with direct consequences for many plant species of major importance for economics. In particular, many plant pests could invade new regions following the lift of thermal barriers, causing in some cases important impacts on biodiversity, ecosystem services and/or economy. This project will combine approaches in ecology and economics, through the construction of Species Distribution Models of selected plant pests under climate change, to estimate the associated impacts in ecology and economics (drivers of biodiversity loss, ecosystem service disruptors, pest for agriculture or forestry, …). In this project, this PhD Thesis will focus on the cost of pollination disruption, an ecosystem service recently estimated to be worth €153 billion per year globally. We will work both on insects that predate on, or disturb, natural pollinators, and on species that predate flowers. Our objective is to provide a quantitative assessment of their global impacts in the context of a changing climate.