ENS de Cachan.
Régis FerrièreENS d’Ulm.
On sait aujourd’hui que la diversité des espèces vivantes, fonction des ressources du milieu et elle-même ressource-clé pour la population humaine, est influencée par le changement climatique, mais on mesure encore très mal l’étendue actuelle et future, les mécanismes et les conséquences de cette influence. Laurent Desvillettes (ENS Cachan, Mathématiques) et Régis Ferrière (ENS Ulm, Biologie) présentent un exposé pluridisciplinaire pour montrer l’apport de la modélisation mathématique à cette question écologique d’importance planétaire.
Les populations des espèces répondent au changement climatique en poursuivant géographiquement leur “niche” climatique à mesure que celle-ci se déplace, ou en s’adaptant aux nouvelles conditions qui prévalent localement. Dans la première partie de l’exposé, présentée par L. Desvillettes, on introduit les concepts mathématiques qui permettent d’étudier le déplacement d’une population dans un environnement qui se modifie graduellement au cours du temps ; parmi ces concepts figurent la diffusion induite par les déplacements aléatoires des individus, et la croissance logistique qui prend en compte la concurrence locale entre organismes pour des ressources limitées. Sous l’influence de ces deux processus, on démontre que la population propage ses individus selon une onde progressive. Lorsque le climat change, l’avenir de la population est déterminé par les propriétés de cette onde : la population persiste si la vitesse propre de l’onde est suffisante ; elle s’éteint sinon.
Dans la deuxième partie de l’exposé, R. Ferrière replacera les hypothèses et prédictions de ces modèles dans la perspective de l’étude de systèmes réels. Sur la base de données expérimentales, on soulignera l’importance potentielle du processus d’adaptation locale. Pour en étudier mathématiquement l’effet, on modélise une variabilité héritable de la mobilité ou du cycle de vie des individus. Des simulations numériques révèlent que, selon le type d’organisme et de milieu, la survie d’une espèce soumise au changement climatique est favorisée ou au contraire, paradoxalement, compromise par la capacité d’adaptation locale. Ces résultats montrent l’intérêt d’une approche véritablement pluridisciplinaire, associant mathématiques fondamentales, simulation numérique et biologie expérimentale, pour mieux comprendre les effets multiples, directs et indirects, du changement climatique sur la biodiversité.
The diversity of living species depends on the resources of their habitat and is itself a key resource for humans. We now know that this diversity is influenced by climate change, but it is very difficult to assess the extent and the consequences of this influence. Laurent Desvillettes (ENS Cachan, Mathematics) and Régis Ferrière (ENS Ulm, Biology) present a multidisciplinary talk in which they show how mathematical modelling can contribute to the study of this critical issue.
The populations of a species experiencing climate change geographically track their ecological niche when the niche moves (typically towards the poles or to higher elevation). In the first part of the talk, presented by L. Desvillettes, the mathematical concepts used to study the movement of a population in a changing environment are introduced. Among these concepts is diffusion to model the process of random mobility of individuals and logistic growth to account for the limited resources that individuals compete for. We show that the resulting population dynamics are described by progressive waves. When climate changes, the fate of the population is determined by the properties of the wave : the population goes extinct if the wave’s velocity is too slow.
In a second part of the talk, R. Ferrière will compare the predictions of the models with the observations made on real ecological systems. He will underline the importance of the process of local adaptation. Numerical simulations show that, depending on the type of organisms, the survival of a species submitted to climate change can be favoured or sometimes, paradoxically, hindered by its capacity to adapt rapidly to local conditions.
We hope to demonstrate the value of a multidisciplinary approach to study the impact of climate change on biodiversity, in which mathematical modelling, computational methods and biology are combined in a fruitful and mutually beneficial interaction.