Modèle simplifié d’un écosystème

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 ; • Ecorangerpour tenir compte des incertitudes ; • Econetpour décrire les caractéristiques des réseaux trophiques; • Ecowritepour la documentation des valeurs entrées, et de leurs hypothèses de base ; • Ecosimpour 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 ComposantDescriptionUnité Bi biomasse (t •km-2)* P/Bi production/biomasse (1 / an) Q/Biconsommation/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 (10.1-10.4), l’écho-acoustique, ou B = Prise/F ; • P/B : estimer Z par les courbes de capture (7.2-7.4) ; • Q/B : estimer la ration et extrapoler à Q/B (11.1-11.3; 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 ; • B, P/B, Q/B, DC, EE ; • B, P/B, Q/B, DC, EE ; • B, P/B, Q/B, DC, EE ; • 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 = 5,847 + 0,28 logZ - 0,152 logW - 1,36T’ + 0,062A + 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, 0 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 = 1.3 A = 9.8 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 détritusqu’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. 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 . Autres valeurs à entrer quand on construit un modèle Ecopath

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) .