Vulnérabilité des écosystèmes montagnards aux changements globaux par une modélisation spatialement explicite -implications pour la conservation

Vulnerability of mountainous ecosystems to global change - a spatially explicit modeling approach and conservation implications

• Auteur / Autrice : Isabelle Boulangeat
• Direction : Wilfried Thuiller
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie
• Date : Soutenance le 06/06/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire d'Ecologie Alpine
• Jury : Président / Présidente : Paul Leadley
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Wilfried Thuiller, Xavier Morin, Sebastien Lavergne
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Niklaus Zimmermann, Frank Schurr

Mots clés

Mots clés libres

Changement climatique

Ecosystèmes

Plantes

Alpes

Conservation

Modélisation espèces protégées zones protégées

Global change

Ecosystems

Alps

Conservation

Modelling

Protected species

Protected areas

Résumé

Les conséquences des récents changements environnementaux sont déjà observables sur les écosystèmes du monde entier et menacent la biodiversité. Dans l'objectif de conserver les bénéfices que nous procurent les écosystèmes, l'enjeu est de comprendre et prédire la dynamique spatiale et temporelle des paysages et de la biodiversité afin de mieux anticiper les changements possibles et adapter les décisions de conservation. En zone de montagne, où l'environnement est très hétérogène, les effets combinés des modifications du climat et de l'agriculture sont susceptibles d'avoir un impact important sur les écosystèmes. La présente thèse a pour objectif principal de caractériser les espèces et les habitats vulnérables aux changements climatiques et changements d'utilisation des terres dans les Alpes Françaises. Elle apporte sa contribution en se basant sur des données accumulées par le Conservatoire Botanique National Alpin et le Parc national des Ecrins (PNE), et en utilisant trois angles d'approche complémentaires. Dans une première partie, les cadres théoriques expliquant la coexistence des espèces et leur répartition spatiale ont été testés empiriquement. Les patrons de rareté des plantes des Alpes françaises ont ainsi été reliés aux caractéristiques des espèces, mettant en évidence les compromis entre différentes stratégies fonctionnelles. Une seconde analyse de la répartition de 21 espèces cibles a démontré la différence entre les facteurs expliquant la présence d'une espèce à un endroit donné et ceux expliquant son abondance. Cette analyse a également permis de souligner l'importance de la dispersion et mis en évidence des dynamiques source-puits chez certaines espèces. La deuxième partie s'appuie sur les mêmes cadres théoriques et a consisté à développer un modèle dynamique de la structure et de la diversité de la végétation. Ce modèle a été calibré et validé sur la végétation du PNE. Une troisième partie porte son attention sur les évolutions possibles de la végétation sous plusieurs scénarios de changements climatiques et d'utilisation des terres. Les simulations ont montré qu'il est nécessaire de considérer la dynamique temporelle du fait que les conséquences d'un changement climatique peuvent être observées bien après la phase du changement. D'autre part, l'analyse a montré les effets conjugués que peuvent avoir les changements climatiques et la déprise agricole sur la structure de la végétation. Un tel modèle ouvre la voie à l'exploration de multiples scenarios, en permettant non seulement de décrire des paysages futurs potentiels mais aussi les états de transition qui devraient y mener.

On-going global changes have already affected ecosystems and threaten the biodiversity all over the world. In order to maintain the ecosystems services provided to humans and adapt conservation planning, the challenge is to improve our understanding of the mechanisms underlying the maintenance of biodiversity and to predict its response to global changes. In mountainous areas, where the environment is very heterogeneous, the modifications of both climate and land use are expected to strongly influence the landscapes and current biodiversity. This PhD thesis has for main objective to assess the vulnerability of species and habitat to environmental changes in the French Alps. It uses three different approaches and relies on the large databases accumulated by two institutions: the National Alpine Botanical Conservatory and the Ecrins National Park (PNE). The first part of the PhD confronts theoretical hypotheses for species coexistence to observations and describes the characteristics of the regional flora. The species ecological niche breadth has been estimated and related to other rarity facets and trade-off between plant functional strategies. A second analysis disentangles the drivers of the presence or the local abundance of 21 focal species and highlights the importance of the dispersion and the source-sink dynamics. The second part is based on the same conceptual background and aims to develop a dynamic model of the vegetation structure and diversity. The model has been validated for the vegetation of the PNE. The last part proposes an application of this dynamic model to provide multiple biodiversity scenarios in respect to change in both climate and land management. The simulations showed that the consequences of climate change might be visible only after a certain time-lag, demonstrating the interest of considering the spatial but also temporal vegetation dynamics. Furthermore, the analysis pointed out the importance of the interplay effects between climate and land use abandonment. Such a model should pave the way for the exploration of multiples scenarios and will be able to describe not only the potential future landscapes but also the transition states leading to it.