Post on 12-Jul-2020
Diapositive 1 Concepts d’écologie fondamentale
appliquée aux tourbières
Pierre GOUBET1
1 Laboratoire GEOLAB – UMR-CNRS 6042, Université Blaise Pascal, 4 rue Ledru, 63 057 Clermont-Ferrand cedex (Membre associé)1 Cabinet Pierre Goubet, 2, rue des Compoints, 03 800 Jenzat, pierre.goubet@sphagnum.fr
Diapositive 2 Cadre et plan
Plan
1. Du conceptuel à l’opérationnel, l’importance du cadre conceptuel dans
l’appréhension des objets d’étude
2. L’approche systémique comme principe de base des sciences de la nature -
Organisation des systèmes complexes, notions de systèmes écologiques, de
hiérarchisation, de propriété émergente
3. Trilogie conceptuelle : composition, structure, processus
4. Notions de champ de contraintes et de déterminisme
5. Notions de non-linéarité, d’états, de seuils et de boucles de rétroaction
Objectif
Il s’agit de présenter les notions d’écologie qui servent de socle aux études actuelles
en écologie des écosystèmes et en particulier à l’étude des tourbières
2
Diapositive 3
C’est quoi pour vous?
3
Diapositive 4
Flux, transferts, écoulement (eau)
Plantes, eau, sol, faune,
fonge, bactérie, etc.4
Flux,
transferts,
écoulement
(eau)
SE
Pour moi :
• Un système écologique complexe, unité de paysage, homogène du point de vue
de la composition, de la structure et des processus.
• Une unité fonctionnelle d’un système complexe.
Diapositive 5 Pourquoi faut-il un cadre conceptuel?
• La façon dont on conçoit les choses oriente notre regard sur ces choses, autrement dit, on
voit d’abord ce que notre culture scientifique (ou naturaliste) nous indique de voir.
• Le cadre conceptuel est à la fois un outil d’exploration (avantage) et un filtre adapté à une
problématique (impossibilité d’universalité, défaut).
• Il est donc nécessaire qu’il soit clairement explicité, d’une part, et qu’aucune action de
recherche ou opérationnelle n’échappe à sa prise en compte, d’autre part.
• Il faut qu’il soit compris (et pris en compte) à la fois par l’opérateur mais aussi par tout
observateur extérieur, pour faciliter l’échange et la critique.
• Le cadre conceptuel est de fait négligé dans la sphère des gestionnaires et, il faut aussi le
dire, dans celle des chercheurs. Pour les premiers, il peut apparaitre comme trop théorique
(alors qu’il conditionne les pratiques, jusqu’au regard au sens strict), pour les seconds, ?. On
peut, par exemple, noter le nombre de colloques qui n’abordent pas le sujet, en particulier
dans les rencontres entre chercheurs et gestionnaires, là où cela est encore plus nécessaire
pour s’orienter vers un langage commun.
5
Diapositive 6 Approche systémique
• Indissociable de l’écologie des écosystèmes
• Offre une vision structurée et hiérarchisée de
l’univers
• Induit les notions d’échelles (spatiales, temporelles
et fonctionnelles)
• Clarifie la nature de l’objet d’étude et définit ainsi le
paradigme choisi comme référence (à l’échelle du
biosystème, le paradigme est celui de la biologie et
de l’écologie des population, à celle de l’écosystème,
celui de l’écologie des écosystèmes et des paysages)
6
Diapositive 7 Hiérarchie des systèmes
• Systèmes moléculaires- Particules
- Atomes
- Molécules et cristaux
• Biosystèmes- Individus
- Populations
- espèces
• Ecosystèmes
• Systèmes astraux- Corps célestes
- Systèmes planétaires
- Galaxies
Sauts systémiques majeurs
impliquant des lois d’organisation
et de fonctionnement radicalement
différentes (ayant induit
l’émergence de disciplines
scientifiques spécifiques)
Diapositive 8 Biosystèmes-écosystèmes
• Biosystèmes- Individus
- Populations
- (Espèces)
• Ecosystèmes- Traditionnellement deux niveaux
reconnus écosystèmes s.s. et
paysage
- En tourbières, d’autres approches
multi-niveaux ont été
développées
- Contrainte majeure = le
génome
-Le plan d’organisation est
hérité, structurel
-Les limites sont en général
nettes
-Contrainte majeure = les
paramètres physico-
chimiques, biologiques et
historiques du système
-Le plan d’organisation est
induit par les paramètres
externes, conjoncturel
-Les limites sont souvent
floues par nature
Propriétés
émergentes
Diapositive 9 Conséquences en termes de gestion
�Cadre de gestion des écosystèmes par nature
différent de celui des biosystèmes (principes et
méthodes différents de la médecine)
�Forte dépendance au contexte des objets à
gérer
�Possibilité de travailler par unité de gestion (à
une échelle donnée)
Diapositive
10
Les unités fonctionnelles élémentaires
Méthodes
TOURBIERE RETICULEE (Finlande)
10
Exemple d’auto-organisation d’une
tourbière : tourbière réticulée de
Finlande
Diapositive
11
400 m
11
Lieu de la prise de vue de la diapo précédente
même tourbière en vue aérienne; le
processus se développe sur plusieurs
dizaines de km2
Diapositive
12
Les unités fonctionnelles élémentaires
Méthodes12
A l’échelle locale, on constate une aut-
organisation complexe avec au 1er
plan
une mosaïque de buttes et replats; au
2nd
plan la même mosaïque avec une
autre unité en cordons
Diapositive
13
13
Gros plan sur un replat , une butte et à
l’arrière un cordon
Diapositive
14
14
Une butte montrant la végétation
composée de sphaignes rouges,
callune, ronce des tourbières et
andromède
Diapositive
15
15
Replat constité de sphaignes vertes et
scheuchzéries
Diapositive
16
dépressions
buttes et replats
« HAUT-MARAIS » France (RN Machais)
Mosaïque comparable en France,
Diapositive
17
17
Autre système organisé sur tourbières
françaises : Machais [88] (haut à g)
Frasne [25] (haut à dr) et Esclauzette
[63] (Cézallier, France)
Diapositive
18 Auto-organisation
• Principe
Suivant le champ de contraintes appliqué et les
biosystèmes disponibles, un système écologique
s’organise du point de vue structurel et fonctionnel
de manière définie
Conséquence immédiate
Possibilité de modélisation, de prédiction (et donc
de gestion)
Diapositive
19
Les unités fonctionnelles élémentaires
Méthodes19
Sur ce type de tourbière réticulée, des
simulations ont été réalisées à partir
de modèles numériques
Diapositive
20
Modèle numérique avec résultat de la
simulation
Diapositive
21
La trilogie : composition-structure-processus
Cadre conceptuel majeur de nombreuses disciplines
Composition
•Inventaire des éléments
constitutifs du système
Plusieurs échelles – plusieurs
approches
Structure
•Arrangement spatial des
éléments constitutifs
Plusieurs échelles – plusieurs
approches
Processus
•Principalement en lien avec les flux
de matière, d’énergie ou d’information
Plusieurs types – plusieurs échelles
Liste des minéraux
Exemple d’applications: la géologie de terrain
Proportion, taille, orientation des minéraux
Origine de la roche
Modalités d’érosion
Modalités de réaction au métamorphisme
La roche
Liste des couches (roches) Organisation des couches
Modalité de dépôt
Processus diagénétiques
…
L’affleurement (exemple en terrain sédimentaire)
Liste des éléments chimiquesProportion des éléments (formule)
Arrangements cristallins (systèmes)
Origine du minéral
Conditions pression et température d’équilibre
Modalités de transformation
Le minéral
21
La trilogie CSP s’applique à diverses
disciplines scientifiques; p ex pour la
géologie de terrain, à l’échelle de la
roche. EN général la démarche vise à
d’av=bord lister les minéraux présents,
puis d’aborder les proportions, la
taille, les orientation éventuelles des
minéraux pour pouvoir nommer la
roche. Une fois nommée, on peut
relier la roche à un ensemble de
processus mis en évidence par des
décennies de recherches sur le terrain
ou en laboratoire. DE ce fait,
composition et structure permettent
de prédire divers comportements de la
roche vis-à-vis de contraintes ou
d’usages. Ce qui est vrai à l’échelle de
la roche l’est aussi à l’échelle du
minéral et à celle de l’affleurement.
Diapositive
22
Echelle de la roche
22
Diapositive
23
23Echelle de l’affleurement
Diapositive
24
24
Composition et structure constituent
les bases de la caractérisation des
minéraux à travers la formule
chimique et le système cristallin.
Diapositive
25
25
Diapositive
26 Et aussi les sols…
26
…avec une lacune de conceptualisation de la trilogie composition, structure, processus
Ce qui est valable pour la géologie l’est
aussi pour la pédologie (et pour
l’écologie des écosystèmes). Mais
parfois le vocabulaire utilisé n’est pas
explicite.
Diapositive
27 Principe important pour le diagnostic, la gestion et
le suivi
27
-La composition est « simple et rapide » à définir;-La structure est plus complexe, elle nécessite plus de temps, donc
de moyens;-Les processus sont le plus souvent variables dans l’espace et le
temps, donc complexes et longs à caractériser.
On a donc tout intérêt à exploiter au maximum les données de composition et de structure pour diminuer les coûts.
Les données de composition et de structures sont aussi de bons éléments permettant de faciliter, d’optimiser les protocoles de
caractérisation des processus.
Diapositive
28
13 16 34 129 23 17 27 20 21 26 25 29 22 24 28 30 31 32 33 35 36 37 38 39 40 41
Nom du site
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Localisation
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Numéro de relevé 1-5-
7-20
02
3-1
8-6
-200
2
5-1
1-7
-200
2
6-1
1-7
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2
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2
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2
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2-8-
7-20
02
2-3-
7-20
02
4-1
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2
5-5-
7-20
02
4-5-
7-20
02
Surface en m2
40
50
20
12
150
40
150
15
50
100
50
80
15
50
10
100
100
20
1005
liné
air
40
60
40
20
15
70
Pente en % 2 à
5
8 8
5 à
10 2 1 15 0 1
1 à
3
10 1 à
5
1 à
3
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51
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1 à
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3
1 à
3
2 à
3
1 à
3
1 à
2
1 à
2
Profondeur de tourbe en cm
65 90
70-8
0
40 55 40 40
> 1
20
20
>120
> 1
20
35 35
Recouvrement total 97 100
100
100
90 98 90 100
95 100
90 98 100
80 90 95 98 95 90 100
100
90 90 90 90 100
Recouvrement arborescent
Recouvrement arbustif 30 2 5 2 3 60 1
Recouvrement herbacé 70 70 75 80 90 60 95 30 65 100
80 95 50 80 90 95 75 30 90 95 100
60 90 80 90 100
Recouvrement muscinal 54 20 70 80 50 80 95 60 20 20 80 20 2 3 5 85 35 40 3 40 40 10 15 2
Nombre d'espèces 11 7 7 6 9 11 5 13 12 7 9 11 12 11 5 14 9 8 11 14 5 12 11 8 9 10
Calypogeia fissa + +
Calypogeia muelleriana
Lophocolea heterophyl la + + + + + +Lophocolea bidentata + + + + +
Melampyrum arvense + +Molinia caerulea 22 23 12 12 33 12 55 23 32 55 33 44 12 44 55 54 + 22 22 22 12 43
Juncus acutiflorus 22 12 22 22 33 32 11 23 22 12 33 33 12 23 22 + 22 55 12 22 +Aulacomnium palustre + + + + + 12 + + + + 22
Sphagnum denticulatum 12 23
Juncus effusus i + 44 12 + 22 12 12 23 12
Polytrichum commune + 12 + + + 44 + 22 23
Carex rostrata 12 33 12 + 33 12Sphagnum palustre + 23 12 44 12 24 +
Sphagnum flexuosum 33 12 12 22 55 33 55 23Holcus mollis + 12 12
Narcissus pseudonarcissus 11 + + 11 11 + 11 + + +Sphagnum fallax 44 55 + 23 32 33 13
Polygonum bistorta 12 22 + 22 22 + 22 12 22 12Galium saxatilis + + 12 12 + + 21 + 12 12 + + i 12 12
Caltha palustris
Angelica sylvestris + + + 11 12 + + +
Brachytecium rutabulum 12 + + + 23 12 + 22 22 12 +
Viola palustris + 12 12 11 + 22 12 11 12 12Dactylorhyza maculata subsp. maculata + + + + + + + + + + + + + +
Luzula multiflora + + i + 12 12 + 12 12Potentil la erecta 11 + 12 12 11 + 22 + + + + + 23 + + + + 12 12 11 + + 12
Succisa pratensis 22 12 22 12 12 + 12 + + + 22 + 22 22 + 12
28
Composition Structure
Pour ceux pratiquant la
phytosociologie, il est connu que lister
les plantes présentes est relativement
simple par rapport à la pondération du
recouvrement de chaque espèce. Dans
un tableau phytosociologique, la
composition est représentée par la
liste des espèces en ordonnées tandis
que la structure est représentée par
un code dans le corps du tableau.
Diapositive
29 Déterminisme et champ de contraintes
• Découle du principe d’auto-organisation
Suivant le champ de contraintes appliqué et les
biosystèmes disponibles, un système écologique
s’organise du point de vue structurel et fonctionnel
de manière définie
Conséquence immédiate
Possibilité de modélisation, de prédiction (et donc
de gestion)
Diapositive
30 Déterminisme
• Principe de la niche appliqué aux systèmes
écologiques
• L’état d’un système écologique est en équilibre avec
le champ de contrainte qui lui est appliqué
Diapositive
31 Le déterminisme de la structure
Analogie avec les biosystèmes
• Le champ de contraintes lié à la locomotion aquatique entraine des convergences évolutives (convergence de la structure anatomique)
Source photos à : http://fr.wikipedia.org/wiki/Convergence_évolutive
• La structure du système écologique répond à un champ de contraintes
• La structure révèle le champ de contrainte (structuralisme) d’où l’intérêt de la décrire
• Description rendue possible grâce aux progrès récents de la technologie (nouveaux champs d’application)
Diapositive
32 Notion de cybernétique des systèmes complexes
• Principe
Les processus s’exerçant au sein des systèmes
écologiques ne sont pas linéaires (ce qui n’exclut pas
une certaine linéarité de certains processus)
Il existe donc des modalités de fonctionnement
dépendantes de seuils et de boucles de rétroaction
Concepts fondamentaux en gestion
(il faut connaitre l’état du système par rapport aux
seuils et agir en favorisant certaines boucles et en
en stoppant d’autres
Diapositive
33 Quelques exemples de seuils
H2O
CO2
N...
Installation des
sphaignes
sur tourbe nue
Installation de
Sphagnum magellanicum
sur tremblants
Bascule
d’avantage
compétitif
valeurs de succion inférieure à
100 cm
Price & Whitehead, 2001
Smolders et al., 2001
Lamers et al., 2000
Norbakken et al., 2003
Bragazza et al., 2004
Van der Heijden
et al., 2000
Berendse et al., 2001
200 µmol/l de CO2
Précipitations
1-1,5 g/m2/an
Sphaignes
15-20 mg/g
Diapositive
34
Quelles conséquences logiques, globales
pour le diagnostic, la gestion et le suivi?
34
Composition (1), structure hiérarchisée (2) ou composition et structure ensemble (3) dépendent des processus, et par
là même renseignent ces processus.Sur la base de l’établissement de modèles de
fonctionnement, on peut donc connaître les processus ayant lieu sans avoir à les caractériser de manière propre,
simplement en caractérisant composition et structure.
Diapositive
35
Exemple en géologie
35
Présence de certains éléments de composition (minéraux) au cours
de la transformation d’une roche métamorphique en fonction de
Pression et Température (indicateurs du type de processus
métamorphique ayant eu lieu)
Diapositive
36
Exemple en géologie : approche expérimentale
36
Présence de certains éléments de composition
(minéraux) au cours de la transformation d’une
roche métamorphique en fonction de Pression et
Température (processus)
http://www.incertae-sedis.fr/gl/docut328_44.htm
Diapositive
37
Exemple en géologie : modèles interprétatifs spécifiques
37
http://planet-terre.ens-lyon.fr/planetterre/objets/Images/objets/Images/adakites/adakites-fig13.jpg