Axe 2 : Dynamique populationnelle et modèles démographiques

 

Vulnérabilité écologique des phryganes littorales

Les phryganes littorales méditerranéennes correspondent aux formations arbustives basses localisées sur les substrats majoritairement rocheux du littoral. Ces formations végétales typiques présentent des taux d'endémisme et de rareté élevés mais – c’est là le paradoxe – sont les plus « exposées  et pressées » de la Région PACA. Elles subissent des stress environnementaux importants (salinité et xéricité extrêmes, substrat essentiellement minéral, quasi-absence de sol) et, depuis plus récemment des pressions anthropiques notoires (surfréquentation, piétinement, pollution, décombres-gravats). Dans ce contexte, il devient urgent d'évaluer l'intensité de la vulnérabilité des phryganes en évaluant leurs potentialités dynamiques face à un environnement changeant qui menace la particularité "patrimoniale" des côtes littorales du bassin méditerranéen.

Les caractéristiques biologiques et la dynamique démographique des espèces végétales "clés" – Astragalus tragacantha (Fabaceae), Plantago subulata (Plantaginaceae), Limonium pseud-minutum (Plumbaginaceae) - Thymeleae tartonraira (Thymeleaceae) sont totalement méconnues actuellement.

Le taux de recrutement représente le stade crucial pour le renouvellement des populations et la persistance des espèces.  Ce stade de vie constitue alors un capital de connaissances pour les espèces rares/menacées. Par exemple, une observation des populations d’Astragales de Marseille - répétée sur 3 années - a révélé un recrutement presque nul s’accompagnant d’une forte mortalité des plantules. La population est donc sur le court terme en régression. Mais quelle est la cause du faible recrutement démographique ?  Rien ne nous permet de répondre pour l’instant ! Le taux de recrutement et la survie ne seraient-ils pas des paramètres de fitness plus prépondérants que la fécondité ? Ces travaux de recherche représentent donc une étape incontournable pour gérer, conserver voire même restaurer, si nécessaire, ces écosystèmes remarquables.

 

Processus de proliférations de Cyanobactéries, de Diatomées et émergences massives de Diptères Chironomidés dans les systèmes aquatiques hypereutrophes

L’eutrophisation des milieux aquatiques peut atteindre un point tel qu’il en résulte une nuisance pour l’écosystème voire pour l’homme. Ainsi la production d’une biomasse algale excessive, peut entraîner un déséquilibre du point de vue de la biodiversité et une hypoxie plus ou moins sévère induite par la dégradation de cette matière organique en excès. Ce déséquilibre se traduit par la suprématie des Cyanobactéries, et  plus précisément par le « succès écologique » de Planktothrix agardhii (Nixdorf et al. 2004) dans les écosystèmes aquatiques hypereutrophes méditerranéens du Sud-Est de la France. L’analyse de ces proliférations algales est envisagée à l’échelle d’une mosaïque d’étangs, ces étangs situés sur le pourtour de l’étang de Berre sont notamment caractérisés par des différences de morphométrie, de degré de trophie et de salinité. Ces phénomènes de proliférations algales (diatomées) peuvent se produire également dans les réservoirs situés au sein de système d’adduction en eau potable. Ces algues constituent alors des nuisances pour le traitement de l’eau potable. Il s’agit de déterminer les patrons de réponses de ces algues proliférantes et nuisibles dans ces écosystèmes.

En réponse à cette hyper-eutrophisation, quelques populations de Diptères Chironomidés vont se maintenir dans le milieu et émerger massivement, contribuant à l’exportation de la matière organique vers les écosystèmes terrestres voisins. Les questions posées sont les suivantes :

1) L’enrichissement du milieu aquatique induit-il des modifications de structure spatiale et de structure de taille (Walby, 2005) des populations montrant des proliférations ?

2) Les conditions climatiques et ou locales (salinité) sont-elles à même d’expliquer les dynamiques d’émergence des espèces proliférantes ?

 

Front de colonisation d’une espèce envahissante

Dans le contexte des invasions biologiques, un aspect concerne la capacité pour une espèce envahissante de coloniser et de développer des populations viables – atteignant souvent de fortes densités d’individus ou de larges surfaces clonales – dans des localités géographiques différentes de celles où elle a été introduite (Richardson et al., 2000). Or, une herbacée annuelle monoïque - Ambroisie à feuille d’armoise, Ambrosia artemisiifolia (Asteraceae) - originaire d’Amérique du Nord et introduite en France vers 1860 avec une explosion démographique en 1950 dans la région lyonnaise démontre actuellement une progression rapide vers le sud, le nord et l’ouest de la France. Cette progression se caractérise par l’établissement de populations de très forte densité individuelle. La région PACA - plus particulièrement le département des Bouches-du-Rhône - constitue son front de colonisation vers le sud de la France. Le taux de recrutement est-il le facteur prépondérant comparativement aux autres paramètres démographiques dans le succès de colonisation ? Qu’en est-il de la variabilité et de la structure génétiques exprimées en front de colonisation ? Existe-t-il un lien avec le taux de recrutement ? Connaissant les problèmes de santé publique liés à cette espèce, cette étude permettra de mieux comprendre les mécanismes gouvernant les processus d’invasion.

 

Approche expérimentale / méthodologique 

La mise en place d’expérimentations en populations naturelles et en conditions contrôlées fournira des données empiriques originales indispensables pour alimenter différents modèles démographiques et offrira l'opportunité unique de cerner plus précisément les capacités de maintien des espèces et de résilience des communautés face à un environnement changeant. Une approche scientifique de l’étude de la dynamique des populations commande de définir des modèles mathématiques des processus démographiques à l’échelle de la population. En général, ces modèles simulent des phénomènes comme le recrutement, le passage par divers stades de développement et la mortalité.

 

Persistance d’une espèce rare

La Sabline de Provence - Gouffeia arenarioïdes (Caryophyllacae) - est une  plante annuelle, répartie de Marseille à Toulon et trouve sa limite nord au niveau du Massif de la Sainte Baume, c'est donc une endémique provençale.  Elle vit dans un habitat fragile formé d'éboulis et de lapiaz calcaires. Son centre d'abondance se trouve au niveau du massif des Calanques où les éboulis sont particulièrement perturbés, voire détruits par la fréquentation humaine, cependant la situation des populations marginales, aux environs de Toulon, n'est guère meilleure et elles se trouvent confrontées au mitage croissant des massifs par les habitations. Les modèles de dynamique de populations végétales prendront en compte des processus spécifiques de dispersion de graines à l’échelle du paysage (Menges, 2000) et de stockage dans la banque de graine (Adams et al. 2005) qui influent respectivement sur la dynamique spatiale et temporelle. Les modèles dynamiques appelés analyse de viabilité (Population Viability Analysis - Caswell, 2001) recherchent les paramètres écologiques et les étapes du cycle biologique qui sont essentiels à la viabilité de la population (taux de renouvellement supérieur à 1) et intègrent des phénomènes de perturbation comme la sur-fréquentation humaine,  la fragmentation des milieux  et plus largement les conditions climatiques qui sont considérées comme des variables de forçage du modèle démographique « sans contrainte extérieure ».

 

Dynamique des espèces longévives

Du fait de leur faible productivité, de leur âge tardif de première reproduction et de leur vulnérabilité forte vis-à-vis de facteurs anthropiques de mortalité, notamment la prédation par les espèces introduites, les oiseaux marins insulaires constituent un groupe d’espèces particulièrement menacées à l’échelle mondiale (Blackburn et al., 2004) et pour lesquelles la compréhension et la modélisation des dynamiques démographiques représentent des étapes-clés en matière de biologie de la conservation (e.g. Cuthbert et al., 2001 ; Keitt et al., 2002). Un premier modèle démographique a été développé sur les populations d’un oiseau marin longévif, endémique des îles de Méditerranée, le Puffin yelkouan Puffinus yelkouan. L’intégration dans le modèle mathématique (PVA) de l’impact de la prédation exercée par un prédateur introduit a révélé une structure de population totalement inattendue chez cet oiseau, avec l’existence d’un important pool d’individus non reproducteurs (plus de 20 fois supérieur en nombre aux individus reproducteurs), qui tempère et repousse dans le temps l’effet des prédateurs sur la population reproductrice en supportant l’essentiel de la pression de prédation. Ce modèle, pour l’instant développé sur un seul site, va être affiné et complexifié grâce à la poursuite d’un suivi de terrain développé depuis 2002, d’une part en combinant dans un modèle plus général, les patrons démographiques et de prédation observés sur différents sites proches, d’autre part, en améliorant la quantification de la valeur de certains paramètres du modèle, trop imparfaitement connus à ce jour (taux de survie adulte, âge de première reproduction, turnover des reproducteurs, et échanges entre colonies). Dans un second temps, un modèle démographique plus général pourra être appliqué à l’ensemble de la population mondiale connue de cette espèce endémique et à effectifs faibles, afin de préciser sa vulnérabilité en termes de risques locaux ou globaux d’extinction (Oro et al., 2004), liés aux causes anthropiques de mortalité qui s’exercent durant la phase terrestre de son cycle de vie.

 

Dynamiques des populations en milieux aquatiques temporaires (modèles moustiques et autres macroinvertébrés)

Les milieux aquatiques temporaires sont eux aussi vulnérables ; les populations et leurs traits d’histoire de vie y sont soumis à une forte pression de sélection (stress induit par la sécheresse et la salinité) (Boulton, 2003). L’objectif est de modéliser le fonctionnement des marais et mares temporaires afin d’expliquer la dynamique des populations en place. Une étude par capture–marquage–recapture d’Anopheles labranchiae, potentiellement vecteur du paludisme, a permis de quantifier les traits démographiques de cette espèce. Couplée à une bonne connaissance des dayas de la Meseta occidentale marocaine, ces données devraient permettre de modéliser la dynamique populationnelle en intégrant à la fois l’écophase aquatique (œuf et larves) et l’écophase aérienne (adultes). Dans le même ordre d’idée, les résultats concernant les populations d’Aedes mariae, colonisant les rocks pools du littoral méditerranéen, pourront être intégrés au modèle.