La présentation est donnée par Charlotte Grossiord, professeure en écologie à l’EPFL et directrice de recherche spécialisée dans l’impact climatique sur les forêts.
Les limites planétaires ont été proposées en 2009 par des scientifiques pour définir des seuils de durabilité des ressources naturelles.
L’objectif de ces limites est de déterminer les conditions nécessaires pour que l’humanité puisse vivre en sécurité, sans modifier de façon catastrophique l’environnement.
Ces seuils de sécurité permettent de maintenir la stabilité et la résilience du système terrestre et sont généralement fixés par rapport aux conditions pré-industrielles.
Les 9 limites abordées dans la présentation
Limite planétaire
Indicateur et seuil de sécurité
État actuel
Changement climatique
Concentration de CO2 (seuil : 350 ppm) et forçage radiatif (seuil : environ 1 W/m²)
Largement dépassé (CO2 à environ 420 ppm, forçage à environ 3 W/m²)
Entités nouvelles (pollution)
Introduction de métaux lourds, microplastiques, composés synthétiques ou individus génétiquement modifiés
Fortement dépassé, bien que la limite précise soit difficile à définir à cause d’un manque d’informations
Couche d’ozone
Diminution maximale tolérée de 5 % par rapport au niveau pré-industriel (290 unités de Dobson)
Seuil non dépassé
Aérosols atmosphériques
Profondeur optique d’aérosols, qui quantifie la réduction de l’ensoleillement à la surface terrestre
Situation marquée par de nombreuses incertitudes
Acidification des océans
Évaluée via la concentration en aragonite, affectée par l’absorption de CO2, ce qui perturbe le plancton
Se situe juste au niveau du dépassement et sera très certainement franchie
Cycles de l’azote et du phosphore
Quantités d’azote distribuées sur les terres et de phosphore dans les océans, principalement à cause de l’agriculture
Perturbe le bon fonctionnement des sols et des eaux
Utilisation de l’eau douce
Séparée en eau verte (sols et végétation) et eau bleue (directement accessible comme les lacs et rivières)
Non évalué explicitement dans l’extrait quant au dépassement
Changement d’occupation des sols
Seuil fixé au maintien de 70 % de la surface forestière de l’Holocène
Continue de diminuer à l’échelle globale
Focus sur l’intégrité de la biosphère
L’intégrité de la biosphère, ou la perte de biodiversité, est la limite planétaire qui a été la plus largement franchie.
Cette limite est divisée en deux composantes distinctes.
Biodiversité génétique
Le seuil d’extinction acceptable est de 10 espèces sur un million par an.
Le taux actuel d’extinction de la biodiversité génétique est alarmant, entre 100 et 1 000 espèces sur un million par an.
Biodiversité fonctionnelle
Elle est mesurée par l’indice d’intégrité de la biodiversité (BII).
Le BII évalue le changement d’abondance des groupes fonctionnels, par exemple la position des espèces dans les chaînes trophiques.
Cette perte de diversité est aussi une conséquence directe d’autres pressions, comme le changement climatique et la pollution.
Elle aura un impact fondamental sur notre bien-être.
Note importante
Tout indicateur dépassant son seuil de sécurité est généralement représenté par un gradient de couleur allant du jaune au violet foncé pour illustrer l’intensité du dépassement.
Vidéo 2
La biosphère et son observation
La biosphère englobe l’ensemble des organismes vivant sur Terre, répartis dans la lithosphère, l’hydrosphère et l’atmosphère.
Les scientifiques évaluent l’état global de la biosphère à l’aide de données satellitaires de la NASA, qui mesurent la capacité photosynthétique des plantes.
Sur ces cartes :
Une forte abondance d’espèces se traduit par des couleurs vertes et rouges dans les milieux marins.
Elle apparaît en vert foncé dans les milieux terrestres.
Les zones présentant peu de vie, comme les déserts, les sommets montagneux et les pôles, apparaissent en blanc et brun.
Les trois niveaux de la biodiversité
Le terme de biodiversité a été utilisé pour la première fois en 1985 et adopté mondialement lors du Sommet de la Terre à Rio en 1992.
Le Sommet de Rio a mené à l’adoption d’une déclaration par plus de 100 pays pour fixer des directives mondiales de gestion des écosystèmes.
La biodiversité représente la variation du vivant et se divise en trois niveaux distincts.
Diversité génétique
Elle représente la variété des gènes au sein d’une espèce ou d’une population.
Elle est essentielle pour l’adaptation et l’évolution des espèces face aux changements environnementaux, notamment par le biais de mutations.
Diversité d’espèces
Elle comptabilise le nombre d’espèces ou de groupes fonctionnels présents dans un écosystème.
Elle est fondamentale pour les interactions écologiques, le bon fonctionnement de l’écosystème et les services qu’il fournit.
Diversité en écosystème
Elle définit le nombre d’écosystèmes ou d’habitats dans une région donnée.
Sa mesure reste très subjective car elle dépend entièrement des limites spatiales fixées par l’observateur.
L’inventaire du vivant
Une espèce regroupe des individus possédant des caractéristiques semblables, capables de se reproduire entre eux et d’avoir une descendance viable et féconde.
Actuellement, environ 1,7 million d’espèces ont été identifiées et nommées, mais les experts estiment qu’il en existe environ 10 millions sur Terre.
Les groupes les plus largement répertoriés sont les plantes et les coléoptères.
Les bactéries et les virus sont beaucoup moins bien identifiés en raison de leur petite taille, de leur diversité génétique extrême et de leur évolution rapide.
De nouvelles espèces, principalement des insectes, sont découvertes chaque année, parfois par pure coïncidence dans des lieux très connus.
Exemple : la grenouille léopard découverte à New York en 2014.
Répartition géographique et évolution historique
La biodiversité est plus forte autour de l’Équateur et tend à diminuer à mesure que l’on s’en éloigne.
Cette répartition pourrait s’expliquer par l’âge des communautés écologiques ou par la quantité d’énergie disponible, même s’il n’y a pas de consensus scientifique absolu sur ces mécanismes.
À l’échelle géologique, la biodiversité actuelle est beaucoup plus importante que lors des périodes passées, grâce au processus de diversification et de sélection naturelle.
Une diversification massive des espèces s’est produite au cours du Cénozoïque, après l’extinction des dinosaures à la fin du Crétacé.
Cet événement a libéré de nombreuses niches écologiques.
L’évolution des plantes illustre ce processus avec l’apparition successive de nouveaux groupes :
D’abord des plantes vasculaires semblables aux mousses
Puis les fougères (ptéridophytes)
Les conifères (gymnospermes)
Enfin les plantes à fleurs (angiospermes), qui dominent aujourd’hui la diversité végétale
Vidéo 3
L’importance des interactions dans les écosystèmes
La perte de diversité a des conséquences majeures sur l’équilibre et le bon fonctionnement des écosystèmes.
Ce sont les interactions entre les espèces qui maintiennent cet équilibre et garantissent les services écosystémiques.
Ces services incluent :
L’approvisionnement
La régulation
Les services socioculturels
Les services de support, comme les cycles biogéochimiques
Ces interactions se divisent globalement en trois grands types.
La compétition
Elle se produit lorsque des individus d’une même espèce ou d’espèces différentes ont les mêmes besoins pour une ressource limitée.
Elle permet de réguler les populations et d’éviter les déséquilibres.
La facilitation
La présence d’un individu ou d’une espèce modifie l’environnement direct et permet à une autre d’accéder aux ressources dont elle a besoin.
Exemple : les plantes épiphytes, comme les mousses ou les sphaignes, qui poussent sur les arbres pour atteindre la lumière.
La complémentarité
Elle survient quand des espèces partagent un même milieu mais ont des besoins en ressources différents.
Cette complémentarité peut être :
Spatiale, avec des ressources différentes dans l’environnement
Temporelle, avec une utilisation à différentes périodes de l’année ou de la journée
Biodiversité et services écosystémiques
Plusieurs exemples et études illustrent l’importance cruciale de la biodiversité pour les services écosystémiques et notre bien-être.
Une productivité accrue
La majorité des études montrent que plus un écosystème contient d’espèces, plus il est productif.
Exemple : une étude mondiale sur les prairies a montré que l’augmentation du nombre d’espèces accroît la production de biomasse.
Cela représente un service d’approvisionnement.
Le mécanisme sous-jacent est la complémentarité : plus il y a d’espèces, plus le potentiel d’avoir des besoins en ressources différents est grand.
Une résistance aux invasions
Un écosystème très diversifié est beaucoup moins vulnérable aux invasions par des espèces exotiques ou invasives.
Une étude sur les prairies a montré qu’une forte diversité réduit considérablement la production d’espèces invasives.
Cela joue un rôle de service de régulation.
Cette résistance s’explique par le fait que dans un milieu riche en biodiversité, toutes les niches écologiques sont déjà occupées.
Cela laisse très peu d’opportunités d’installation pour les envahisseurs.
Conclusion
La perte de biodiversité à laquelle nous assistons actuellement a déjà fortement affecté les écosystèmes et réduit les services essentiels qu’ils nous fournissent.
Vidéo 4
Les extinctions de masse, passées et présentes
L’histoire de la Terre a connu plusieurs extinctions de masse au fil des périodes géologiques.
À la fin du Permien, près de 90 % des invertébrés marins et de nombreuses espèces terrestres ont disparu, probablement à la suite de l’éruption d’un supervolcan ou de l’impact d’une météorite.
La fin du Crétacé a été marquée par la disparition des dinosaures, la cause la plus probable étant l’impact d’un astéroïde.
Plus récemment, au cours du Pléistocène, l’ère glaciaire et potentiellement la chasse humaine ont mené à l’extinction des grands mammifères comme le mammouth.
Aujourd’hui, lors de l’Anthropocène, 75 % des extinctions sont directement dues à l’activité humaine depuis le XVIIe siècle, et particulièrement depuis la révolution industrielle.
Le taux d’extinction actuel est environ 10 à 100 fois plus élevé que lors des extinctions de masse passées.
Les groupes d’espèces les plus touchés aujourd’hui sont les mammifères, les oiseaux, les reptiles et les amphibiens.
Les causes de la perte actuelle de biodiversité
La dégradation et la fracturation des habitats sont causées par l’urbanisation et l’agriculture intensive.
La surexploitation non contrôlée des ressources naturelles dégrade les habitats et diminue les ressources.
La pollution issue des activités humaines, comme les plastiques, les métaux lourds et les déchets industriels, détériore les écosystèmes.
L’introduction d’espèces exotiques envahissantes, favorisée par le commerce mondial, impacte directement les espèces natives.
Ces facteurs sont interconnectés, et le changement climatique vient aggraver l’ensemble de ces menaces.
Avec l’augmentation des températures, les niches écologiques favorables se déplacent vers les pôles ou en altitude.
Les espèces doivent s’adapter génétiquement ou se déplacer pour survivre à ces nouvelles conditions.
Cette adaptation ou migration est particulièrement difficile et lente pour les espèces sessiles, comme les plantes.
Cela les expose à un fort risque d’extinction.
Aujourd’hui, l’Union Internationale de Conservation de la Nature (IUCN) recense plus de 42 000 espèces menacées, ce qui représente 28 % de toutes les espèces évaluées.
Stratégies de conservation et de protection
La mise en place de zones protégées permet de limiter ou de supprimer l’activité humaine.
Actuellement, 15 % des zones terrestres et 10 % des zones aquatiques sont protégées.
Cela inclut des régions comme l’Amazonie, la barrière de corail ou le parc national de la mer des Wadden en Europe.
Des stratégies proches de la nature nécessitent un investissement local pour favoriser l’adaptation des écosystèmes.
La création de barrières écologiques, comme les passages au-dessus des autoroutes, augmente la connectivité entre les milieux pour les espèces ayant besoin de grands espaces.
Les stratégies de restauration, telles que la reforestation, visent à ramener un écosystème à son état naturel pré-humain.
L’aide à la migration consiste à introduire volontairement des espèces, comme certaines essences d’arbres, dans des régions qui leur seront favorables dans plusieurs décennies.
Conclusion globale du cours
Sur les neuf limites planétaires, l’humanité en a déjà dépassé six.
La perte de diversité est clairement la limite qui doit retenir le plus notre attention, car elle modifie profondément nos écosystèmes et leurs services.
Développer des mesures pour protéger nos écosystèmes naturels est tout aussi important que de limiter la hausse des températures climatiques.