Stabilité des réseaux trophiques et impacts des changements globaux

Food webs stability and impacts of global changes

• Auteur / Autrice : Jérôme Eschenbrenner
• Direction : Elisa Thébault, Jacques Gignoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie
• Date : Soutenance le 27/01/2022
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la nature et de l'Homme - Évolution et écologie (Paris ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d’écologie et des sciences de l’environnement de Paris. Equipe Ecologie et évolution des réseaux d'interactions
• Jury : Président / Présidente : Nathalie Niquil
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Sentis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Florence Hulot, Louis-Félix Bersier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles écologiques

Effets de l'eutrophisation

Écosystèmes

Effets du climat

Chaînes alimentaires

Mots clés libres

Réseaux

Modélisation

Stabilité

Fonctionnement

Température

Eutrophisation

Food webs

Modelling

Stability

Résumé

La stabilité des réseaux trophiques, et leur relation avec la diversité et la complexité des réseaux, est un sujet qui a reçu beaucoup d’attention de la part des études théoriques en écologie. Cependant, ces études ont été critiquées pour leur représentation de la stabilité, car elles utilisent des mesures de stabilité qui ne sont pas comparables avec celles des études expérimentales et d’observations. De plus, alors que la stabilité du fonctionnement des écosystèmes a été bien étudiée dans le contexte des communautés végétale, celle-ci reste encore trop peu abordée dans les réseaux trophiques. C’est dans ce contexte que s’inscrit cette thèse, où j’ai étudié la stabilité du fonctionnement des réseaux trophiques avec des mesures de stabilité applicables dans les études expérimentales et d'observations. Je me suis d’abord intéressé à la variabilité temporelle de la biomasse totale et à sa relation avec la diversité et la structure des réseaux trophiques. J'ai montré que dans mon modèle la diversité et la synchronie étaient moins importantes pour la stabilité de la communauté des animaux que ce qui avait été montré pour les plantes. J’ai ensuite étudié l’impact de perturbations de type réchauffement et eutrophisation sur le fonctionnement et la stabilité des écosystèmes. Ma deuxième étude a ainsi porté sur des perturbations de long terme (press). J’ai montré que, en incluant la dynamique des nutriments et une mise à jour récente des relations entre température et taux de consommation des espèces, la compétition et les plantes non-comestibles avaient un impact fort sur la réponse des écosystèmes aux perturbations, au point de faire disparaître le paradoxe de l’enrichissement et les interactions antagonistes entre réchauffement et eutrophisation trouvés dans d’autres études. Enfin, j’ai étudié la multidimensionnalité de la stabilité face à des perturbations de court terme (pulse) dans mon troisième chapitre. Dans mon modèle, bien que les deux types de perturbation avaient des effets sur la stabilité de même amplitude à court terme, le réchauffement avait des effets à long terme bien plus fort, longtemps après s’être arrêté. Globalement, mes résultats ont souligné que la complexité des réseaux trophiques affecte notre compréhension de la stabilité du fonctionnement des écosystèmes, et que la stabilité est un concept multidimensionnel qui ne peut pas être simplifié en une seule dimension.

The stability of food webs and its relation to diversity and network complexity have been subject to a lot of attention from theoretical studies in ecology. However, those studies have been criticised for the way they represented stability, because they were mainly using stability measures that were not comparable with stability measures in experimental and observational studies. In addition, while the stability of ecosystem functioning has received strong attention in the context of plant communities, it has yet been understudied in food webs. During my Ph.D., I studied the stability of ecosystem functioning in food webs with measures that can be compared with experimental and observational studies. I first studied the temporal variability of the total biomass and its relation with diversity and food web structure. I showed that in my model diversity and synchrony were less important for the temporal stability of animal community than found previously for plant communities. I then studied the impacts of warming and eutrophication as perturbations on the functioning and stability of ecosystems. My second article focused on press (long term) perturbations. I showed that, by including nutrient dynamics and updated relations between temperature and species consumption rates, competition and inedible plants had strong impacts on ecosystem response to perturbations, leading to an absence of the paradox of enrichment and no antagonistic interactions between warming and eutrophication, as opposed to what is commonly found. Finally, I studied in my third chapter the multidimensionality of stability of ecosystems under pulse (short term) perturbations. In this model, while both perturbations had short term effects of similar amplitude, warming had stronger long-term impacts, long after the perturbation was over. Overall, my results highlight that food web complexity affects our understanding of the stability of ecosystem functioning and stability is a multidimensional concept that cannot be simplified into a single dimension.