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Commentaire sur “Predictive systems ecology”

Nous devons prédire l’impact des écosystèmes sur les sociétés

L’écologie des systèmes se transforme progressivement en science prédictive, portée par les possibilités naissantes de faire des prévisions précises pour la gestion des écosystèmes. C’est d’autant plus pertinent que les systèmes humains imposent de nombreuses pressions à la biosphère, via la destruction d’habitats naturels, la pollution, les extinctions d’espèces, le changement climatique, le changement du cycle des nutriments et en créant de nouvelles pressions de sélection pour de nombreuses espèces 1, 2, 3, 4 Cet impact ne va pas s’alléger dans un futur proche : l’ONU estime que la population humaine globale va atteindre au minimum 8,3 milliards de personnes en 20505. De plus, le niveau de vie moyen va augmenter à tel point que le Global Footprint Network estime que l’empreinte écologique mondiale va doubler dans les 35 prochaines années. Dans un tel contexte, tenter de comprendre un écosystème ne peut pas aller sans comprendre l’impact du système humain qui y agit dessus. Comme l’écrivent Evans et al. 6

La rétroaction entre humains et écosystèmes devra être une composante des modèles d’écologie des systèmes […] parce que dans de nombreux cas, les activités humaines ont des effets plus importants sur les écosystèmes que n’importe quel autre composant de cet écosystème.”, et les systèmes humains devraient être introduits dans le cadre théorique de l’écologie 7,8. Bien que les relations entre sociétés et écosystèmes aient été étudiées quantitativement et qualitativement (voir références du paragraphe 6.d dans 9), elles ont été principalement vues sous un angle unique : la plupart des études se focalisent sur l’impact des systèmes humains sur les écosystèmes.

Figure 1. Relations schématiques entre systèmes humains et écologiques. La taille des flèches représente les intérêts respectifs accordés à chaque rétroaction dans la littérature.

Les études sur la relation inverse -c’est à dire l’impact des écosystèmes sur les systèmes humains- ont rarement dépassé la simple constatation que les écosystèmes fournissent des services pour les sociétés et que leur perte ou destruction partielle pouvait induire de sérieux problèmes pour les populations humaines (10, 11, 12. D’autres travaux se sont attachés à fournir une évaluation économique des écosystèmes et à quantifier la dynamique d’indicateurs de richesse sous l’influence de la dynamique d’un écosystème donné. Cependant, hormis à travers une vision économique, l’impact d’une perte de service écosystémique a été peu étudiée quantitativement, empêchant les chercheurs de prédire l’issue d’un tel événement. Par exemple, que se passerait-il si  nous perdions “x unités” d’un service écosystémique donné ? Perdons-nous x unités de Bonheur National Brut, gagnons-nous 5x unités de malnutrition infantile, ou x2 unités d’instabilité politique ? Découvrir la forme des relations entre écosystèmes et sociétés est également important pour produire des prédictions et peut aider à révéler des seuils qui ne devraient pas être dépassés, pour le bien des sociétés concernées.

Figure2

Figure 2. Résultats schématiques du fort impact d’une variable écologique sur une société. A : une relation continue linéaire entre la dégradation des sols et la malnutrition infantile ; B : une relation continue abrupte entre ces variables, elle est réversible ; C : une transition catastrophique d’un état de nutrition “bon” à un état de malnutrition, sous l’influence d’une variable écosystémique. La relation est irréversible [ref]Scheffer, M, S Carpenter, J a Foley, C Folke, and B Walker. 2001. “Catastrophic Shifts in Ecosystems.” Nature 413 (6856) (October): 591–6. doi:10.1038/35098000.[/ref].

Cependant, des travaux confirment qu’une telle relation existe : des études pionnières en archéologie et en anthropologie on montré que les sociétés pouvaient s’effondrer après avoir dépassé un seuil dans une variable écosystémique importante dont elles dépendaient, telle que la qualité du sol 13, 14, et la biodiversité fonctionnelle est connue pour être une composante importante des écosystèmes dont les sociétés dépendent 15. Inversement, le développement de l’agriculture a été rendu possible grâce à quelques espèces qu’il était biologiquement possible de domestiquer ou qui donnaient des rendements élevés, menant ultimement à la civilisation technologique comme nous la connaissons 16. Des travaux sur des périodes récentes ont montré qu’un changement de dynamique dans des services écosystémiques pouvaient mener à des changements de dynamique dans des systèmes humains, et ce à différentes échelles. À l’échelle géopolitique, plusieurs experts ont notés que les conflits sur les ressources pourraient être communs dans le futur 17 et tout particulièrement ceux qui concernent les ressources biologiques comme le bois et les espaces agricoles 18. Au niveau local, l’effondrement de certains composants d’un écosystème peut menacer l’approvisionnement alimentaire des personnes les plus vulnérables économiquement 19.

Ici je voudrais promouvoir l’idée suivante : plutôt que de lister les conséquences de la dégradation des écosystèmes sur les sociétés humaines, il est important d’étudier rigoureusement leur impact avec l’intention de prédire quantitativement l’issu de cette relation. Cela implique de rechercher les fondations théoriques qui gouvernent les rapports entre écosystèmes et sociétés, via des modèles et de l’analyse de données. Un chercheur intéressé pourrait explorer la forme de la relation entre une variable sociale particulière -telle que l’accès à l’éducation, la qualité de la nutrition infantile ou le prix moyen d’un hamburger 20- et une variable écologique particulière telle que la diversité fonctionnelle, la production de biomasse à l’hectare, le niveau trophique moyen. Ce chercheur pourrait aller plus loin et demander “quels sont les mécanismes impliqués dans cette relation, et quelle est leur contribution à cette relation ?”. Prenons un exemple arbitraire de quelques questions qu’il/elle pourrait poser :

  • La malnutrition infantile est-elle liée de quelque façon à la production générale de biomasse de l’espèce X, à l’échelle du pays ?
  • Si c’est le cas, cette relation est-elle continue, ou existe-t-il un seuil de production de biomasse en dessous de laquelle la malnutrition infantile augmente brutalement ?
  • Cette relation existe-t-elle aussi à d’autres échelles de temps et d’espace ? E.g. existe-t-elle à l’échelle locale, ou sur une durée plus longue ?
  • SI la relation n’est pas linéaire, quels sont les mécanismes impliqués ?

La méthode est classique, en ce qu’elle consiste à réduire un système complexe à quelques unes de ses propriétés, et à tester si ces propriétés sont liées ou non. De nombreuses disciplines ont déjà étudiées les relations écosystèmes-sociétés, que ce soit l’écologie économique 21, l’anthropologie culturelle, les systèmes socio-écologiques22, l’histoire environnementale23, la modélisation comportementale24. L’intérêt de cette approche est de pouvoir dresser des prédictions au niveau local et régional sur les états futurs de variables de sociétés pour des états écologiques donnés, et d’étudier les dynamiques des rétroactions entre ces deux systèmes fortement intriqués.

Plusieurs inspirations peuvent être déjà trouvées dans la littérature, et quelque unes d’entre elles ont déjà été cité plus haut. Ces disciplines pourraient être intégrées dans ce cadre théorique de “prédiction des impacts écosystémiques”, et d’autres domaines peuvent fournir des sources d’inspirations intéressantes, pour leurs capacités à produire des prévisions. En effet, la sociologie prédictive attire l’attention avec des projets audacieux comme FuturICT25 ou le domaine émergent de la cliodynamique : par exemple, des chercheurs en systèmes complexes ont récemment développé des modèles pour prédire la probabilité des émeutes de la faim basé sur les prix de la nourriture26. Sachant que les prix des produits de base sont eux-même dépendants de la productivité des écosystèmes27, nous pouvons nous attendre à ce que les sciences écologiques contribuent de façon significative à la qualité des prévisions. Cette exploration des impacts des écosystèmes sur les sociétés humaines sera confronté a plusieurs défis. Obtenir des données précises sur les variables écosystémiques et sur les systèmes sociaux est l’un d’entre eux, mais l’émergence des données de long terme (Long Data) et la recherche à long terme sur les systèmes sociaux-écologiques (Long term socio-ecological research) apporte de nombreuses possibilités28.

En faisant cela, nous devons rester conscient des limitations inhérentes au prévisions et surtout considérer les prédictions comme un effort pour quantifier les processus impliqués, plus que comme une boule de cristal. Peter Turchin, fondateur de la cliodynamique, précise : “Les prévisions précises sont souvent impossibles à cause de phénomènes comme le chaos mathématique, le libre-arbitre et les prophéties autodestructrices. Mais nous devrions être capables d’utiliser les théories autrement, peut-être de façons plus utiles : pour calculer les conséquences de nos choix sociaux, pour encourager le développement de systèmes sociaux dans les directions désirées, et pour éviter les conséquences inattendues. ”29

 Bibliographie

Alberti, Marina, John M Marzluff, Eric Shulenberger, Gordon Bradley, Craig Zumbrunnen, and Clare Ryan. 2003. “Integrating Humans into Ecology : Opportunities and Challenges for Studying Urban Ecosystems” 53 (12): 1169–1179.

Barnosky, Anthony D, Elizabeth a Hadly, Jordi Bascompte, Eric L Berlow, James H Brown, Mikael Fortelius, Wayne M Getz, et al. 2012. “Approaching a State Shift in Earth’s Biosphere.” Nature 486 (7401) (June): 52–8. doi:10.1038/nature11018.

Brandt, Gunnar, and Agostino Merico. 2013. “Tipping Points and User-Resource System Collapse in a Simple Model of Evolutionary Dynamics.” Ecological Complexity 13 (March): 46–52. doi:10.1016/j.ecocom.2012.12.003.

Brown, Lester R. 2011. World on the Edge: How to Prevent Environmental and Economic Collapse. WW Norton & Company.

Cardinale, BJ, JE Duffy, and Andrew Gonzalez. 2012. “Biodiversity Loss and Its Impact on Humanity.” Nature: 59–67. doi:10.1038/nature11148.Access.

Costanza, Robert. 1996. “Ecological Economics: Reintegrating the Study of Humans and Nature.” Ecological Applications: 978–990.

Diamond, Jared. 1997. Guns, Germs, and Steel. Norton New York.

———. 2005. Collapse: How Societies Choose to Fail or Succeed: Revised Edition. Penguin. com.

Ellis, Erle C, Jed O Kaplan, Dorian Q Fuller, Steve Vavrus, Kees Klein, and Peter H Verburg. 2013. “Used Planet : A Global History” 110 (20). doi:10.1073/pnas.1217241110.

“FuturICT.” 2013. FuturICT. http://www.futurict.eu/.

Haines-young, R O Y. 2007. “CHAPTER SIX The Links between Biodiversity , Ecosystem Services and Human Well-Being.”

Holling, C. S. 2001. “Understanding the Complexity of Economic, Ecological, and Social Systems.” Ecosystems 4 (5) (August): 390–405. doi:10.1007/s10021-001-0101-5.

Lagi, Marco, K Bertrand, and Y Bar-Yam. 2011. “The Food Crises and Political Instability in North Africa and the Middle East.” Available at SSRN 1910031: 1–15.

Le Billon, Philippe. 2001. “The Political Ecology of War: Natural Resources and Armed Conflicts.” Political Geography 20: 561–584.

Milner-Gulland, E. J. 2012. “Interactions between Human Behaviour and Ecological Systems.” Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences 367 (1586) (January 19): 270–278. doi:10.1098/rstb.2011.0175.

Rockström, J, W Steffen, and K Noone. 2009. “A Safe Operating Space for Humanity.” Nature 461 (September). http://www.nature.com/nature/journal/v461/n7263/full/461472a.html.

Sala, O E, F S Chapin, J J Armesto, E Berlow, J Bloomfield, R Dirzo, E Huber-Sanwald, et al. 2000. “Global Biodiversity Scenarios for the Year 2100.” Science (New York, N.Y.) 287 (5459) (March): 1770–4.

Scheffer, M, S Carpenter, J a Foley, C Folke, and B Walker. 2001. “Catastrophic Shifts in Ecosystems.” Nature 413 (6856) (October): 591–6. doi:10.1038/35098000.

Scholes, Mary C., and Robert J. Scholes. 2013. “Dust Unto Dust.” Science 342 (6158): 565–566.

Singh, Simron Jit, Helmut Haberl, M. Schmid, Michael Mirtl, and M. Chertow. 2013. “Long Term Socio-Ecological Research.” Studies in Society: Nature Interactions Across Spatial and Temporal Scales. New York, Springer. http://link.springer.com/content/pdf/10.1007/978-94-007-1177-8.pdf.

Smith, JMJ, TG Benton, and AM Morecroft. 2013. “Predictive Systems Ecology.” http://www.researchgate.net/publication/257310425_Predictive_systems_ecology/file/5046352526dee7fe47.pdf.

Sukhdev, Pavan, Raphaël Billé, Romain Pirard, and Kaavya Varma. 2011. “Biodiversity and Poverty: Old Debates, Recent Evidence and Emerging Controversies.” In  Paris, France. http://www.institut.veolia.org/fileadmin/medias/documents/Conference_Lutte_pauvrete_environnement/SUKHDEV_BILLE_SP2_Poverty_eradication_and_biodiversity.pdf.

The Economist. 2013. “The Big Mac Index.” The Economist. Accessed November 23. http://www.economist.com/content/big-mac-index.

Turchin, Peter. 2008. “Arise ‘Cliodynamics.’” Nature 454 (7200): 34–35. doi:10.1038/454034a.

United Nations. 2012. “World Population Prospects: The 2012 Revision.” esa.un.org/unpd/wpp/unpp/panel_population.htm.

Watson, Robert T, Thomas Rosswall, Achim Steiner, Klaus Töpfer, Salvatore Arico, and Peter Bridgewater. 2005. “Millennium Ecosystem Assessment,  Ecosystems and Human Well-Being: Biodiversity Synthesis.”

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