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Impacts des changements globaux récents sur les écosystèmes Nicolas Delpierre Ecophysiologie végétale, L.E.S.E. Université Paris Sud

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Présentation au sujet: "Impacts des changements globaux récents sur les écosystèmes Nicolas Delpierre Ecophysiologie végétale, L.E.S.E. Université Paris Sud"— Transcription de la présentation:

1 Impacts des changements globaux récents sur les écosystèmes Nicolas Delpierre Ecophysiologie végétale, L.E.S.E. Université Paris Sud Bât. 362 RdC, bureau septembre 2013

2 Inventaire des changements globaux récents (1) changement climatique IPCC 2007 (AR4), www. ipcc.ch Par comparaison à la moyenne T globale +0.5°C Niveau des océans +60 mm Couverture neigeuse HN -2 Mkm² Sur la période T globale +0.76°C Onze des douze années 1995–2006 figurent au palmarès des douze années les plus chaudes depuis quon dispose denregistrements de la température de surface (depuis 1850).

3 Whadams et al. 2012, AMBIO nouvelobs.com 20/09/2012

4 Inventaire des changements globaux récents (1) changement climatique IPCC 2007 (AR4, Chap. 3) Tendance Tendance Le réchauffement des températures de surface est un phénomène global

5 Inventaire des changements globaux récents (1) changement climatique Les quantités de précipitations sont affectées différemment selon les régions Pas de tendance à léchelle globale sur la période Tendance Tendance IPCC 2007 (AR4, Chap. 3)

6 CO2 CH 4 N2ON2O Inventaire des changements globaux récents (2) composition atmosphérique Produit de combustion (pétrole, gaz, charbon, MO) Produit de fermentation anaérobie (décharges, bétail) Produit de combustion et de dégradation dengrais (dé/nitrification) Pots catalytiques +45%+130%+15%

7 Implication de lactivité anthropique dans le changement climatique

8 Leffet de serre: mécanisme

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11 Changements globaux dorigine anthropique: projections pour le XXI ème siècle IPCC 2007 (AR4)

12 Changements globaux dorigine anthropique Au cours des 150 dernières années, lutilisation intensive de combustibles fossiles et les modifications dutilisation des terres ont entraîné un accroissement des températures (échelle globale) et une altération des précipitations (échelle régionale), ainsi que de la composition atmosphérique. Ces modifications ont cours à une vitesse sans précédent dans lhistoire récente du globe. Ces modifications affectent les conditions dexistence des organismes vivants. Ces modifications continueront selon toute probabilité au 21 ème siècle

13 Notions décologie

14 De lindividu à lécosystème (1) IndividuPopulationCommunauté Taille, poids, longévité… Densité, sex ratio, classes dâge, natalité, mortalité, immigration, émigration, … Ensemble de populations en un lieu et une période temporelle donnés

15 De lindividu à lécosystème (1) IndividuPopulationCommunauté Taille, poids, longévité… Densité, sex ratio, classes dâge, natalité, mortalité, immigration, émigration, … Ensemble de populations en un lieu et une période temporelle donnés

16 De lindividu à lécosystème (1) IndividuPopulationCommunauté Taille, poids, longévité… Densité, sex ratio, classes dâge, natalité, mortalité, immigration, émigration, … Ensemble de populations en un lieu et une période temporelle donnés

17 De lindividu à lécosystème (2) Un écosystème est lensemble formé en un lieu et une période donnés, par la communauté des organismes vivants et les composantes physico-chimiques de lenvironnement. Une des caractéristiques majeures de lécosystème est lexistence de flux de matière et dénergie entre ses composantes. Les échanges de matière et dénergie entre les composantes de lécosystème sont plus importants entre elles quentre les composantes et lextérieur.

18 De lindividu à lécosystème (3) Producteurs primaires Plantes et org. photosynthétiques Producteurs secondaires animaux Décomposeurs bactéries et champignons

19 Activité microbienne Fonctionnement dun écosystème: exemple de lécosystème forestier CO 2 Photosynthèse 6 CO 2 +6 H 2 O C 6 H 12 O O 2 Respiration écosystémique Respiration canopée et troncs Respiration racinaire

20 Notions de résistance et résilience Résistance capacité à conserver son état en dépit des perturbations Résilience capacité à retrouver son état antérieur suite à des perturbations

21 Impact des changements globaux sur les écosystèmes

22 Au-delà des cas emblématiques…

23 Climats et biotopes mondiaux (1)

24 Climats et biotopes mondiaux (2)

25 Impact de la hausse des températures sur le volume des glaciers

26 Impact de la hausse des températures sur le volume des glaciers

27 Impact de la hausse des températures sur le permafrost (1) Schuur et al. 2008

28 Impact de la hausse des températures sur le permafrost (2) Permafrost, defined as subsurface earth materials remaining below 0°C for two consecutive years Schuur et al. 2008

29 Impact de la hausse des températures sur le permafrost (3) Rétroaction positive: la fonte du permafrost promeut le réchauffement Beer, 2008 Nature Geoscience

30 Vers une désertification des zones tropicales ? Lu et al GRL Tendance Precip-Evap sur la période

31 Les changements globaux induisent une modification des biotopes à la surface de la terre. Ces modifications se traduisent par une extension des zones libres de glace vers les pôles, et une extension des zones désertiques aux latitudes tropicales On observe des rétroactions positives sur la température globale (réduction des permafrosts)

32 Influence des températures sur la physiologie des organismes Nespolo et al TREE Begon, Harper & Townsend, 1996 Endotherms regulate their temperature by the production of heat within their own bodies. Ectotherms rely on external sources of heat

33 Dreyer et al., 2001 Frazier et al., 2006 Influence des températures sur la physiologie des organismes Temperature (°C) Enzyme relative activity Du fonctionnement enzymatique…

34 Dreyer et al., 2001 Frazier et al., 2006 Influence des températures sur la physiologie des organismes Temperature (°C) Enzyme relative activity Du fonctionnement enzymatique…… à laccroissement de la population

35 Impact sur la structure des populations: exemple du sex-ratio Girondot et al Sex ratio = nb males / nb females

36 Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes Les températures (moyenne et variations au cours du jour / de la saison) influent sur: La physiologie des organismes (métabolisme) Le cycle de vie des organismes (phénologie) La structure de la population (certains amphibiens et reptiles) La disponibilité en eau influe sur la présence et lactivité des producteurs primaires et la possibilité de maintien dun réseau trophique

37 Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes Le développement et la survie des communautés de plantes et danimaux requièrent un ensemble de conditions physico-chimiques particulières définissant la niche écologique de ces organismes température

38 Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes Le développement et la survie des communautés de plantes et danimaux requièrent un ensemble de conditions physico-chimiques particulières définissant la niche écologique de ces organismes température humidité

39 Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes Le développement et la survie des communautés de plantes et danimaux requièrent un ensemble de conditions physico-chimiques particulières définissant la niche écologique de ces organismes température humidité température humidité Probabilité de présence

40 Influence des températures et de la disponibilité en eau sur les écosystèmes Le développement et la survie des communautés de plantes et danimaux requièrent un ensemble de conditions physico-chimiques particulières définissant la niche écologique de ces organismes Les modifications des conditions environnementales induisent ainsi : des migrations (déplacement de niche dans lespace) des modifications des cycles de vie (déplacement de niche dans le temps)

41 Perry et al., 2005 Science Migration despèces de poissons Données

42 Migration despèces de poissons Pereira al., 2011 Science Projection tendance espèces de fond espèces pélagiques

43 Cheaib et al., 2012 EL Modification des aires de répartition exemple du Hêtre ActuelPrédiction 2055

44 Lenoir et al Science Modification des aires de répartition exemple de la flore forestière de plaine et de montagne

45 Walther et al Nature Impact sur lhistoire de vie des organismes Gobe-mouche noir châtaigner

46 April 20, 2006 January-May Tair= +5.5°C FR-Fontainebleau Quercus petraea Photo: Jean-Yes Pontailler

47 April 18, 2007 January-May Tair= +9.0°C FR-Fontainebleau Quercus petraea Photo: Jean-Yes Pontailler

48 Impact sur lhistoire de vie des organismes synchronie prédateur-proie Visser et al Oecologia Date du pic de biomasse de chenilles

49 Impact sur lhistoire de vie des organismes synchronie prédateur-proie Visser et al Oecologia Date du pic de biomasse de chenilles en fonction de la température

50 Impact sur lhistoire de vie des organismes synchronie prédateur-proie Visser et al Oecologia Dates du pic de biomasse de chenilles et de la ponte des mésanges en fonction de la température

51 Impact sur lhistoire de vie des organismes synchronie prédateur-proie Visser et al Oecologia Dates du pic de biomasse de chenilles et de la ponte des mésanges en fonction de la température ? ?

52 Impact sur lhistoire de vie des organismes synchronie prédateur-proie Visser et al Oecologia

53 Une réponse des organismes aux changements globaux : lacclimatation La niche écologique des organismes vivants est souvent plastique. On parle dacclimatation pour qualifier laptitude des organismes à modifier leur niche écologique température humidité Probabilité de présence

54 Une réponse des organismes aux changements globaux : lacclimatation La niche écologique des organismes vivants est souvent plastique. On parle dacclimatation pour qualifier laptitude des organismes à modifier leur niche écologique température humidité Probabilité de présence

55 Une réponse des organismes aux changements globaux : lacclimatation La niche écologique des organismes vivants est souvent plastique. On parle dacclimatation pour qualifier laptitude des organismes à modifier leur niche écologique température humidité Probabilité de présence

56 Une réponse des organismes aux changements globaux : lacclimatation La niche écologique des organismes vivants est souvent plastique. On parle dacclimatation pour qualifier laptitude des organismes à modifier leur niche écologique température humidité Probabilité de présence

57 Wang & Overgaard, 2007 Science Pörtner and Kunst, 2007 Science Adaptation des organismes au CC: lacclimatation Acclimatation à la température

58 Liozon et al., 2000 Adaptation des organismes au CC: lacclimatation Acclimatation à la teneur en CO 2

59 Atmosphère 750 Combustibles Fossiles 6000 ? Végétation 650 Surface 1000 Océans Zones profondes Sédiments ? Robert et Saugier, 2005 Le Quéré et al., 2009 Impacts sur le fonctionnement des écosystèmes: exemple du cycle global du C Sols 3200 Stocks : Gt C Flux : Gt C/an

60 Atmosphère 750 Combustibles Fossiles 6000 ? Végétation 650 Surface 1000 Océans Zones profondes Sédiments ? Robert et Saugier, 2005 Le Quéré et al., 2009 Impacts sur le fonctionnement des écosystèmes: exemple du cycle global du C ±? Sols 3200 Stocks : Gt C Flux : Gt C/an Quel le force de puits à lavenir ? ±?

61 Une réponse des organismes aux changements globaux : lacclimatation La niche écologique des organismes vivants est souvent plastique. On parle dacclimatation pour qualifier laptitude des organismes à modifier leur niche écologique Lacclimatation est restreinte à de faibles variations environnementales. Des modifications trop importantes / trop rapides des conditions environnementales ne permettent pas aux organismes de sacclimater et entraînent leur disparition.

62 Rate of extinction per million species per year Scenarios for global biodiversity in the 21 st century Pereira et al., 2011 Science

63 Causes of the current loss of biodiversity

64 Lhumanité au sein de lécosystème global: les services écosystémiques MAR, 2005; FAO, 2005

65 Nature, 1997

66 The Stern report estimates the cost of a changed climate could be from 5 percent to 20 percent of global GDP [ milliards USD in 2010]. Costs include those related to losses from declining agricultural production, heat-waves, droughts, flooding events, extreme precipitation, biodiversity loss, disease spread, and soil erosion. Conversely, the study estimates that a stabilization at ppm will cost the global community roughly 1 percent of GDP by 2050 Lhumanité au sein de lécosystème global: les services écosystémiques

67 A retenir Changements globaux anthropiques = CC + modif. compo. atmosphérique + LUC Hausse T globale, modifications régionales des précipitations Vitesse CG sans précédent dans lhistoire de lhumanité Impact sur les écosystèmes : o Modification des biotopes (latitudes polaires, tropiques) o Induit migrations, modifications de la phénologie o Modifie structures des communautés Réponse des organismes aux CG: o Acclimatation o Disparition Vulnérabilité des écosystèmes et services écosystémiques réclame action immédiate, de grande ampleur

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69 Plan Changement climatique anthropique : définition (GEDS, températures, modif rayonnement, humidité, ennuagement, précip) Modifications importante, court terme (résilience / résistance) Écosystème: définition et exemples. Changement déchelle. Notion de communautés Notion de Fonctionnement dun écosystème Impact modifications anthropiques sur écosystèmes: - Impacts visibles à grande échelle: modifications des surfaces de glaciers continentaux, modifications des étendues désertiques, réduction des permafrosts -Impact sur composition spécifique/communautés. Exemple déplacement des aires de répartition, espèces invasives =< modification des équilibres compétitifs, modification de sex ratio (=modif à léchelle individuelle) cas des reptiles, modification fonctionnemtn plante: exemple de la photosynthèse accrue sous fort CO2 -Impact sur le fonctionnement écosystémique: exemple de modifications induites sur les cycles élémentaires : le bilan de C -Acclimatation / modification du fonctionnement en réponse au CC (course de la reine rouge revisitée, et capacité dadaptation limitée + contraintes imposées par la dynamique rapide des CC)


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