Perturbations et résilience des écosystèmes

Les écosystèmes sont soumis à des perturbations.
Celles-ci peuvent avoir des causes aussi bien naturelles que d’origine humaine. Les perturbations naturelles des écosystèmes sont très variées. Elles peuvent avoir des causes extérieures : inondation, sécheresse, incendie, mais aussi des raisons internes à l’écosystème, comme la prolifération d’un insecte ravageur, ou l’apparition d’une espèce invasive.
Dans tous les cas, un grand nombre de populations végétales et animales déclinent sur un laps de temps très court.

Un feu de forêt est un incendie qui se propage sur une étendue boisée. Il peut être d'origine naturelle (dû à la sécheresse, la foudre ou à une éruption volcanique) ou humaine. Les scientifiques évaluent à environ 8 % les feux de forêt d’origine naturelle. Au Canada, leur proportion monte jusqu’à 30 %. Chaque année, plus de 60 000 feux de forêt se déclarent en Europe. Dans le monde, les territoires forestiers touchés par ces incendies couvrent 350 millions d’hectares, soit six fois la superficie de la France.

Exemple : Image satellite de l’incendie Rim Fire, qui a eu lieu en 2013 en Californie, aux États-Unis.

   Source : NASA.

Un incendie violent tue sans distinction la végétation, les champignons et les animaux ne pouvant fuir. Il détruit la litière, cuit le sol en superficie et le recouvre d’une couche de cendres imperméable. Dans une certaine mesure, les incendies participent aussi à la régénération des écosystèmes. Certaines espèces, dites pyrophytes, ont besoin des incendies pour se disperser (eucalyptus, pins, sequoias).

Certaines mesures permettent de limiter les incendies.

Exemple :
En 1992, de nouvelles normes pour lutter contre les incendies ont été mis en place en France. Ces mesures ont eu un impact sur le nombre et l'étendue des incendies, notamment dans le sud-est de la France

 
Source : Fonds de données Prométhée.

Ce graphique permet de constater que le nombre d’incendies dans le sud-est de la France a diminué de 25% et la surface totale brûlée de 60% sur la période de 1995 à 2014 par rapport à la période de 1975 à 1994.

Après une perturbation, les écosystèmes peuvent récupérer et revenir à l’état antérieur à la perturbation.

Après un incendie, de larges territoires sont dégagés de la présence des arbres, permettant à d’autres espèces de se développer. C’est le phénomène de succession végétale. Des espèces dites pionnières colonisent l’espace libéré. Il s’agit essentiellement de plantes de prairie, des poacées (graminées) et des plantes annuelles, à partir des graines présentes dans le sol ou bien apportées de l’extérieur. Au bout de quelques années, des plantes arbustives font leur apparition. Enfin, les premiers arbres arrivent et recouvrent tout l’espace touché initialement par l’incendie, jusqu’à ce que la forêt retrouve son état stable antérieur. On appelle cet état en équilibre le climax.   

Source : USDA Forest Service.

 Suite à la perturbation, tous les types de végétation sont touchés. Ce sont les plantes de prairie qui re-colonisent le milieu en premier, suivies par les plantes arbustives. Enfin les arbres ferment le milieu.

Il est important de noter que les années consécutives à l’incendie, l’écosystème est de type prairie jusqu’à ce que les arbres colonisent entièrement le milieu. Nous avons donc une transition naturelle d’un écosystème de prairie vers un écosystème forestier, ce qui fait de l’écosystème de prairie un écosystème instable qui nécessite des perturbations extérieures pour se maintenir (incendies, pâturages, fauches, etc.). L’écosystème forestier, lui, est stable en absence de perturbation extérieure. Un cycle peut se mettre en place si la perturbation se produit régulièrement.

Source : adapté de Lucas Martin Frey par Lamiot, Creative Commons.

Après une perturbation, on observe une succession de stades où un type de végétation domine. Ces stades représentent la succession végétale et écologique des écosystèmes jusqu’au climax.

Les incendies de forêt, événements dramatiques et destructeurs, peuvent paradoxalement être bénéfiques pour la biodiversité s’ils ne se produisent pas trop souvent ni sur de trop grandes surfaces. En effet, ils ouvrent de nouveaux espaces pour des espèces pionnières comme les graminées, qui elles-mêmes constituent des ressources alimentaires pour la faune, comme les oiseaux et les grands herbivores.

Exemple : évolution d’une forêt boréale sur plusieurs années après un incendie.
Les photographies suivantes ont été prises dans la même forêt boréale sur plusieurs années à la suite d’un incendie qui s’est produit en 2006.
photo 1 : immédiatement après l’incendie
photo 2 : 1 an après
photo 3 : 2 ans après
photo 4 : 10 ans après

Source : Hannu, domaine public.

Nous pouvons voir les différents types de végétation coloniser progressivement le milieu.

On nomme résilience la capacité d’un écosystème à retourner à son état initial après une perturbation.

Si un écosystème est soumis à une perturbation trop forte ou trop fréquente, il peut perdre sa capacité à retrouver son équilibre initial. On appelle cela l’effet de seuil. Lorsque ce seuil est dépassé, l’écosystème tends vers un nouvel équilibre plus pauvre en biodiversité.

Les écosystèmes sont donc en équilibre dynamique. Il est important de comprendre le fonctionnement interne des écosystèmes, afin de prévoir leur résilience et leur capacité à résister aux perturbations. Ces observations permettent ensuite d’anticiper les chutes écologiques et la perte des fonctions écologiques de l’écosystème (pollinisation, résistance à l’érosion, recyclage de l’eau, etc.).

Si un écosystème est perturbé au-delà d’un certain seuil, il passe d’un équilibre à un autre plus simple en biodiversité. Il sera ensuite très difficile de rétablir l’état initiale.

Les liens entre biodiversité et résilience dans un écosystème donné sont complexes et parfois difficiles à établir. Cependant, de nombreuses études montrent que la complexité et la complémentarité des relations entre les espèces de la biocénose permettent à un écosystème de mieux se rétablir après une perturbation. De fait, la disparition d’espèces importantes peut mettre en danger la récupération de l’écosystème.

La diversité et la redondance des fonctions écologiques remplies par les espèces de la biocénose est donc indispensable à la résilience des écosystèmes. Si une espèce disparaît, il est primordial qu’une autre espèce puisse remplir sa fonction écologique à sa place, afin que l’écosystème puisse continuer à se régénérer et se développer après une perturbation.

Dans la plupart des cas les écosystèmes riches en biodiversité sont plus stables et plus résistants.

Dans le cadre du changement climatique, de nombreuses espèces pourraient atteindre leurs limites physiologiques. Cependant, la sélection naturelle pourrait permettre aux populations de s’adapter aux changements abiotiques futurs, comme la hausse des températures, des événements climatiques extrêmes tels que les sécheresses et les inondations, et l’arrivée de nouvelles espèces. La diversité génétique est donc primordiale pour que les espèces disposent d’un pool d’allèles suffisant pour faire face à ces changements.

De même, il est indispensable de lutter contre la fragmentation des habitats et de mettre en place des corridors écologiques, afin que les espèces puissent à l’avenir migrer dans des zones plus propices à leur développement.