Modèle simplifié d’un écosystème

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1 Modèle simplifié d’un écosystème

2 Ecopath / Ecosim / Ecospace
ECOPATH II et Ecopath 3+ for Windows sont périmés ; la dernière version du logiciel est « Ecopath with Ecosim Version 4.0 » (EwE) ; EwE incorpore Ecosim, pour la simulation temporelle, et Ecospace, pour la simulation spatiale ; EwE peut être utilisé pour étudier les pêcheries dans leur contexte écosystèmique .

3 « Ecopath with Ecosim » (EwE)
Permet à l’utilisateur d’étudier l’effet de différent choix d’utilisation des ressources d’un écosystème aquatique ; l’intégration complète du logiciel permet son utilisation pour tous les types d’écosystèmes aquatiques - même ceux pour lesquels peu de données sont disponibles parce que : les fichiers utilisés pour Ecosim et Ecospace proviennent des fichiers Ecopath, eux-mêmes basés sur un minimum de données ; Ecosim et Ecospace sont basés sur des principes écologiques robustes et bien acceptés.

4 Eléments principaux d’EwE
Ecopath pour entrer les données de base sur un écosystème et ses pêcheries, et pour établir un équilibre entre les composants ; Ecoranger pour tenir compte des incertitudes ; Econet pour décrire les caractéristiques des réseaux trophiques; Ecowrite pour la documentation des valeurs entrées, et de leurs hypothèses de base ; Ecosim pour la simulation dans le temps des effets d’une (ou de plusieurs) pêcherie(s) sur un écosystème ; Ecospace pour la simulation dans l’espace des effets mutuels des composants d’un écosystème, y compris les pêcheries.

5 Définir les composants d’un écosystème
un maximum de 50 composants peuvent être inclus ; un des composants (au moins) doit représenter les détritus ; les similarités écologiques (même proies, même prédateurs) sont préférées aux affinités taxinomiques dans les groupement des espèces ; les composants sont aussi définis par la disponibilité de données ; l’effet de ne pas introduire un groupe important à cause d’un manque de données est pire qu’introduire des données approximatives ; tous les niveaux trophiques doivent être représentés à un niveau de détail similaire ; les bactéries peuvent être ignorées et considérée comme faisant partie du détritus.

6 Les équations clé d’Ecopath (1)
Consommation = Production biologique + Nourriture non-assimilée + Respiration

7 Les équations clé d’Ecopath (2)
Bi • P/Bi • EEi = Yi +  (Bj • Q/Bj • DCij) Bi = biomasse d’un composant proie « i » ; Bj = biomasse d’un composant prédateur « j » ; P/Bi = rapport production / biomasse du composant « i » (= mortalité totale; Z = M + F) ; EEi = rendement écotrophique du composant « i » ; Yi = prises des pêcheries du composant « i » (« Yield » = Fi • Bi) ; Q/Bj = rapport consommation alimentaire / biomasse du composant « i » (voir définitions dans FishBase) ; DCij = fraction du composant « i » dans la composition alimentaire de « j » (voir définitions dans FishBase).

8 Sommaire des données nécessaires pour Ecopath
Composant Description Unité Bi biomasse (t • km-2)* P/Bi production/biomasse (1 / an) Q/Bi consommation/biomasse (1 / an) DCij composition alimentaire (fraction) (« Diet Composition ») A noter : g • m-2 est équivalent à t • km-2

9 Estimation des paramètres d’Ecopath
Biomasses : utiliser l’analyse des populations virtuelles APV ( ), l’écho-acoustique, ou B = Prise/F ; P/B : estimer Z par les courbes de capture ( ) ; Q/B : estimer la ration et extrapoler à Q/B ( ; voir aussi « EcoEmpire ») ; DC : la composition de bol alimentaire (« Diet Composition » dans FishBase). A noter: les chiffres se rapportent aux chapitres de l’ouvrage: Méthodes pour l’évaluation des ressources halieutiques (Pauly 1997)

10 La définition de l’inconnue (1)
Pour chaque composant « i », il faut entre autres des valeurs de Bi, P/Bi, Q/Bi, DCi et EEi ; Ecopath peut estimer une de ces valeurs si les autres sont disponibles (il s’agit d’équations linéaires à une inconnue) ; on a donc les options suivantes (l’inconnue en caractères gras) : B, P/B, Q/B, DC, EE ; vu les difficultés d’estimation de EE, c’est la dernière option qui est la plus utilisée.

11 La définition de l’inconnue (2)
Il est plus aisé d’obtenir des valeurs précises de P/B que de B (P/B > B) ; de plus, P/B & Q/B > B >> DC >> EE ; donc, EE est, en général, laissé comme inconnue, et sa valeur est évaluée par Ecopath ; la condition 0 <= EE <= 1 doit être remplie et la condition EE > 1 sert de diagnostique pour un modèle mal équilibré .

12 Les prédateurs de top sont différents
Il faut toujours inclure les pr ’dateurs de top dans un modèle, car ils limitent les valeurs que peuvent prendre les paramètres des autres composants ; les simulations Ecosim et Ecospace sont plus réalistes quand le composant prédateur de top est séparé en deux groupes (juvéniles; adultes), surtout là où la composition alimentaire des juvéniles diffère de celle des adultes (par exemple, chez les thons) .

13 P/B - le rapport production/biomasse
P/B correspond à la mortalité totale (parce que la production biologique doit compenser les pertes dues à la mortalité) ; P/B peut être estimé à partir d’une valeur de Z, elle-même estimée à partir d’une courbe de capture ; P/B peut être estimé à partir de P/B = Z = F+M, où F = Prise/Biomasse ; M  L-0,28 ·K0,65 · Temp0,46 chez les poissons, crevettes et céphalopodes, et M  K chez les bivalves et autres animaux sessiles (L en cm ; K en an-1 ; T en oC) .

14 Q/B - le rapport consommation/biomasse (1)
Modèle empirique : log Q/B = 5, ,28 logZ - 0,152 logW - 1,36T’ ,062A + 0,51h +0,39d où Z = M + F (an-1) ; W = poids asymptotique (g) ; T’ = température de l’eau (1000 / (273 + oC)) ; A = indice d’activité (caudale : h2 / s) ; h = herbivorie (1 chez les poissons herbivores, chez les autres) ; d = détritivorie (1 chez les p. détritivores, 0 chez les autres) .

15 Q/B - le rapport consommation/biomasse (2)
Une devinette : Quel poisson a la consommation la plus élevée ? le thon, ou le thiof ? h h s s A = 9.8 A = 1.3 A = h2 / s

16 La composition alimentaire (DC)
Nous utilisons, pour chaque composant, la composition alimentaire de l’espèce dominante, ou d’une espèce typique, ou une moyenne entre espèces ; les « importations » sont des items consommés qui ne sont pas inclus comme composant de l’écosystème (par ex., les poissons d’un système continental, consommant des insectes tombés dans l’eau) ; les valeurs de DCij sont souvent celles qui déterminent si un modèle est équilibré ou non (équilibrer un modèle consiste souvent à ajuster des valeurs de DCij) .

17 Les données de la pêche Un maximum de 10 métiers (ou flottilles) peut être considéré ; pour chaque métier, on peut inclure* : les coûts fixes et les coûts variables ; les débarquements et leur valeur marchande ; les rejets et leur destination . * ces données ne sont nécessaires que pour les analyses bioéconomiques

18 Les débarquements et les rejets
L’entrée de données par métier (ou flottille) permet d’analyser la compétition entre métiers ; les débarquements sont entrées comme un flux (par exemple, t • km-2 • an-1) ; les rejets s’ajoutent aux débarquements pour définir les prises ; si l’un des métiers inclus produit des rejets, il est avisé d’inclure dans le modèle un composant de détritus qu’on appellera « rejets » ; les rejets de chaque métier sont ensuite reliés à ce composant, que certains composants vivants peuvent alors consommer .

19 Les coûts les coûts fixes dus à chaque métier peuvent être entrés (par année) ; les coûts variables sont proportionnels à l’effort inclut dans le modèle Ecopath ; les coûts peuvent être exprimés en CFA, Euro, Dollar, etc. … ; A noter : à présent (avril 1999) , Ecosim et Ecospace ne sont pas optimisés pour les analyses bioéconomiques ; des améliorations importantes seront faites dans les mois à venir.

20 La destination des détritus (« détritus fate » ou « sort des détritus »)
Tous les composants d’un écosystème (autre que les détritus même) produisent des détritus, en forme de matière fécale, d’excrétions et de carcasses ; donc, un minimum d’un composant est nécessaire pour représenter les détritus ; de plus, s’il y a plus d’un composant représentant les détritus, les flux de détritus produits par chaque composant doivent être dirigés vers le composant de détritus approprié; pour des raisons pratiques, les composants représentant les détritus sont toujours placés après les autres composants .

21 Autres valeurs à entrer quand on construit un modèle Ecopath
Pour chaque composant : taux d’assimilation alimentaire (par ex., 20%) ; composition alimentaire (DCij) ; différence entre l’immigration et l’émigration (généralement zéro) ; taux d’accumulation de biomasse (généralement zéro); destination des détritus (« detritus fate ») . Pour chaque métier : débarquements ; rejets en mer ; destination des rejets ; coûts fixes ; coûts variables, par unité d’effort ; valeur marchande des prises, par composant ; valeur intrinsèque, par composant .

22 Caractéristiques principales d’Ecosim (1)
Ecosim utilise un fichier Ecopath (on ne peut donc jamais dire qu’ « Ecosim est mieux qu’Ecopath ») ; la première étape d’utilisation d’Ecosim est la construction du meilleur modèle Ecopath possible ; Ecosim transforme le système d’équations linéaires d’Ecopath en un système d’équations différentielles, qui sont ensuite intégrées dans le temps .

23 Caractéristiques principales d’Ecosim (2)
Ecosim utilise : différents pas d’intégration pour les groupes « rapides » (par ex., le plancton) et les groupes « lents » (par ex., les requins) ; soit une dynamique de biomasse pour les composants simples, ou de biomasse et de nombre pour les espèces dont les juvéniles sont séparés des adultes ; des vulnérabilités variables entre composants .

24 Caractéristiques principales d’Ecosim (3)
chaque mois, une fraction de la biomasse adulte est convertie en œufs/larves ; ces oeufs/larves entrent immédiatement dans le composant « juvéniles » et croissent en fonction de l’abondance de leur proie, jusqu’à un poids critique (Wk) où il sont recrutés dans le composant adulte ; vu la denso-dépendence de la croissance, le temps requis pour atteindre Wk varie, ainsi que la mortalité cumulative subite par les juvéniles ; la relation stock-recrut devient ainsi une propriété émergente du système .

25 Ecospace : modélisation spatiale (1)
L’écosystème est représenté par une carte (carrée) avec les nombres de cellules homogènes (typiquement 20 sur 20) ; un fichier Ecopath est utilisé pour reproduire la dynamique d’Ecosim dans l’espace défini par la carte (« basemap ») ; chaque cellule est reliée aux autres par la dispersion des composants de l’écosystème ; l’effort de pêche est distribué en fonction soit des biomasses, soit de la valeur nette des prises .

26 Ecospace : modélisation spatiale (2)
la carte de base peut inclure jusqu’à 10 types d’habitat différent, deux aires de production différentes, et une aire protégée ; chaque composant peut être relié à un (ou plusieurs) types(s) d’habitat préféré ; la consommation alimentaire et taux de survie de chaque composant en dehors des habitats préférés peuvent être réduits par un facteur (défini par l’utilisateur) .