Multiple stressors and ecological complexity require a new approach to coral reef research

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L’étude des impacts, de la vulnérabilité et de l’adaptation des systèmes socio-écologiques face aux CEG

Cette troisième section d’introduction générale présente le cadre analytique de la vulnérabilité des systèmes socio-écologiques retenu dans cette thèse. La prise en compte des CEG dans un contexte d’interrelations entre écosystèmes et sociétés, la prise en compte de la résilience et de la gestion adaptative, ainsi que la considération de facteurs de stress et d’échelles multiples nous placent dans un discours sur la vulnérabilité aux CEG qualifié de discours environnement-humain (O’Brien et al., 2007). Les systèmes socio-écologiques sont d’abord définis de manière théorique. Nous présentons ensuite les cadres analytiques qui permettent d’évaluer les impacts, la vulnérabilité et l’adaptation des systèmes socio-écologiques face aux CEG. L’application de ce cadre aux récifs coralliens est ensuite détaillée.

L’étude des systèmes socio-écologiques

Afin de comprendre quelles populations humaines ou quels écosystèmes sont les plus à risque face aux CEG, des évaluations cartographiant la vulnérabilité ont été développées. L’intégration des systèmes sociaux et des systèmes écologiques dans une approche commune est en plein essor (Adger, 2000; Collins et al., 2011; Ostrom, 2009; Young et al., 2006). Des modèles théoriques et des cadres analytiques ont été développés pour appréhender l’étude des systèmes socio-écologiques, qui se caractérisent comme des systèmes complexes, intégrés et adaptatifs où l’homme fait partie intégrante de la nature (Folke, 2006; Folke et al., 2003; Levin et al., 2012; Walker et al., 2004). Cette intégration est nécessairement interdisciplinaire, voit la distinction entre sociétés et écosystèmes comme arbitraire et s’intéresse à des propriétés complexes telles que les dynamiques non-linéaires, les croisements d’échelles, les propriétés émergentes et les incertitudes des systèmes socio-écologiques (Díaz et al., 2011; Folke, 2006; Folke et al., 2004, 2002; Gallopín, 2006). L’étude des systèmes socio-écologiques est donc enrichie par l’apport de différentes disciplines, notamment entre sciences naturelles et sciences économiques et sociales (Christie, 2011; Drakou et al., 2017). Collins et al. (2011) proposent un cadre de recherche représenté dans la Figure I.1. Les facteurs extérieurs comme les CEG sont étudiés par les sciences biophysiques et les sciences sociales, le plus souvent de manière indépendante. Le sous-système biophysique (en vert) est étudié par la physique, la biochimie, la biologie, et l’écologie. Le sous-système social (en bleu) est étudié par les sciences humaines et sociales. L’étude des interactions entre ces sous-systèmes (en jaune et en rouge) doit intégrer ces différentes disciplines dans des cadres pluridisciplinaires ou interdisciplinaires.

Les cadres d’évaluation

Les approches utilisées jusqu’à présent pour l’évaluation des impacts des CEG et des réponses à y apporter ne prennent pas suffisamment en compte les liens entre écosystèmes et sociétés humaines. D’une part, les études focalisées sur les impacts économiques ne prennent pas en compte la complexité des écosystèmes et de leurs relations avec les sociétés. La plupart des évaluations de la vulnérabilité prennent par exemple l’environnement comme un intrant, mais ne développent pas les aspects d’adaptation dans les écosystèmes comme elles tentent de le faire avec la capacité d’adaptation des sociétés humaines. Ceci est dû en partie à la difficulté de chiffrer ces impacts en termes comparables aux impacts sur les sociétés. D’autre part, les études sur les impacts et la vulnérabilité des espèces et des écosystèmes marins prennent en compte les activités anthropiques comme des pressions, sans intégrer les changements des activités et des modes de gouvernance des sociétés humaines. La CDB, par exemple, fait le constat que sur les impacts de l’acidification de l’océan, « aucune des questions ne mentionne explicitement les services écosystémiques, les impacts sociétaux ou les réponses politiques possibles » * (CBD, 2014, p.18). Dans cette thèse, nous tentons donc de prendre en compte les aspects physiques et écologiques mais également les aspects socio-économiques liés aux services écosystémiques et à la prise de décision.
Des exemples d’une intégration commencent à émerger dans l’étude de la vulnérabilité et de la résilience des systèmes socio-écologiques (Angeon and Bates, 2015; Bennett et al., 2015; Cinner et al., 2013; Hughes et al., 2012a; Timmerman, 1981; Vogel et al., 2007). L’étude des effets des CEG sur les systèmes socio-écologiques et les réponses à y apporter sont aujourd’hui des enjeux majeurs de recherche qui tendent à se développer (Eakin and Luers, 2006; Tompkins and Adger, 2004). Certaines études d’évaluation de la vulnérabilité tentent d’opérationnaliser le concept de système socio-écologique en intégrant des concepts écologiques dans leur cadre analytique. C’est notamment le cas de la notion de résilience (Folke, 2006; Xu and Marinova, 2013). Cette notion, développée par Holling (1973), est importante pour expliquer les réponses des écosystèmes face à des chocs et des aléas. Holling l’a d’abord définie comme “une mesure de persistance de systèmes et leur capacité à absorber un changement et une perturbation tout en maintenant les mêmes relations entre des variables d’état et les populations” * (Holling, 1973). Cette définition a ensuite été précisée comme “la capacité d’un système à absorber une perturbation et à se réorganiser tout en changeant pour garder essentiellement les même fonction, structure, identité, et interactions” * (Walker et al., 2004).
Il existe deux conceptualisations de la résilience : la résilience d’ingénierie se focalise sur le niveau de choc ou de perturbations qu’un système peut subir avant de basculer dans un autre état fonctionnel. La résilience écologique se focalise sur le temps nécessaire à un système pour revenir à son état initial après un choc ou une perturbation. Le concept de résilience amène donc à penser les effets de seuil (Scheffer et al., 2012) qui peuvent être Traduction de l’auteur opérationnalisés pour guider les politiques, comme les « planetary boundaries » à l’échelle globale par exemple (Rockström et al., 2009). La notion de résilience est appliquée à l’étude des sociétés notamment dans les évaluations de vulnérabilité (Adger, 2006; Turner et al., 2003) où elle est liée à la capacité d’adaptation (Engle, 2011).
D’autres études intègrent des composantes écologiques par le prisme des services écosystémiques (Locatelli et al., 2008; Metzger et al., 2006). Elles tentent par exemple d’évaluer la perte de services écosystémiques ou les réponses des sociétés humaines face à ces pertes (Breshears et al., 2010; Rogers et al., 2015) ou de construire un cadre de gestion adaptative basée sur la prise en compte des relations entre changements globaux, fonctions des écosystèmes, et services écosystémiques (Figure I.2.) (Armitage et al., 2009; Birgé et al., 2016). Les gestionnaires et décideurs du milieu marin n’ont pas encore intégré la dimension socio-écosystémique et le développement d’indicateurs liés à la dépendance aux services écosystémiques reste à faire (Cornu et al., 2014). Les travaux développés dans cette thèse, qui intègrent des données socio-économiques et des données environnementales, participent de cette réflexion sur des approches intégrées de la gestion du milieu marin.
Plusieurs cadres analytiques ont été développés pour évaluer la vulnérabilité des systèmes socio-écologiques. Le cadre conceptuel de Marshall et al. (Figure I.3.) (2013, 2011) qui a pour objectif d’évaluer simultanément la vulnérabilité écologique et la vulnérabilité socio-économique a été utilisé dans de nombreuses études depuis sa publication (Cinner et al., 2013; Hobday et al., 2016; Metcalf et al., 2015; Thiault et al., 2017a). Cependant, un composant important de ce cadre conceptuel n’a pas été opérationnalisé dans ces études, la capacité d’adaptation écologique (CAE). Cette CAE, qui peut être décrite comme la capacité de l’écosystème à s’adapter aux changements environnementaux en conservant ses fonctions écologiques, et qui est donc liée au concept de résilience, doit être opérationnalisée pour mieux évaluer la vulnérabilité des systèmes socio-écologiques aux effets des CEG.
L’opérationnalisation de l’étude des systèmes socio-écologiques à des échelles spatiales multiples est néanmoins difficile. Les concepts généraux doivent être appliqués aux contextes locaux et les liens de gouvernances des systèmes socio-écologiques entre échelle globale et échelles locales doivent être étudiés. La plupart des évaluations de la vulnérabilité des systèmes socio-écologiques se fait à l’échelle locale (Bennett et al., 2015; Cinner et al., 2012; Perry et al., 2010). Dans cette thèse, étudions les socio-écosystèmes coralliens à une échelle globale avant de proposer des pistes d’actions et de recherche à différentes échelles.
De nombreuses études d’évaluation de la vulnérabilité se basent sur la construction et la cartographie d’indicateurs. La construction d’indicateurs pour évaluer la vulnérabilité de systèmes particuliers permet de pallier le manque de compréhension des interactions et de la complexité des relations entre les composantes de systèmes complexes. Elle permet également d’agréger les trois composantes (exposition, sensibilité, capacité d’adaptation) qui caractérisent la vulnérabilité d’un système et qui sont de nature différente. L’utilisation d’indicateurs à également l’avantage de fournir de l’information sur la vulnérabilité des SSE sans recourir à l’évaluation monétaire. Dans la mesure où les évaluations monétaires des services écosystémiques sont peu utilisées par les décideurs (Marre et al., 2016), l’utilisation d’indicateurs de dépendance aux services écosystémiques dans une approche par la vulnérabilité peut aider à la diffusion de cette information et à une meilleure utilisation de ces études par les décideurs et les gestionnaires. Ces outils facilitent la cartographie de la distribution spatiale de la vulnérabilité, et les résultats sont facilement communicables à différents publics. Dans cette thèse, nous avons donc choisi d’évaluer la vulnérabilité et l’adaptation en nous basant sur la construction d’indicateurs.
Ceci nous amène à tester des formes d’intégration entre les approches d’évaluation des services écosystémiques d’une part et des changements climatiques d’autre part dans le cadre d’une évaluation de la vulnérabilité. L’objectif premier est d’améliorer la compréhension des systèmes socio-écologiques en vue de favoriser la prise en compte des dimensions écologiques et économiques des impacts des CEG dans la mise en œuvre des politiques publiques. Pour répondre aux impacts des CEG sur les SSE, nous privilégions une approche interdisciplinaire pour contribuer au développement de concepts et d’applications de gestion adaptative. Dans le premier chapitre, nous nous focalisons sur le milieu marin et côtier en général, milieu moins bien étudié que le milieu terrestre bien qu’essentiel en terme économiques et écologiques. Les autres chapitres se focalisent plus spécifiquement sur les récifs coralliens. La section suivante constitue une introduction aux trois thèmes développés dans la thèse, à savoir les systèmes socio-écologiques et les services écosystémiques, la vulnérabilité et l’adaptation aux CEG, et la formulation de stratégies de gestion pour répondre à ces enjeux du point de vue des systèmes socio-écologiques coralliens.

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Les effets des CEG sur les systèmes socio-écologiques coralliens

Le système socio-écologique des récifs coralliens est un cas particulièrement intéressant pour la recherche pour de nombreuses raisons. Les récifs coralliens sont présents sur les côtes d’une centaine de pays et territoires à travers le monde (Figure I.4.). Les récifs coralliens sont un des écosystèmes les plus durement et les plus rapidement touchés par l’augmentation de la concentration de CO2 dans l’atmosphère et l’océan. Ces impacts ont été étudiés depuis plusieurs décennies (Hughes et al., 2003; Smith and Buddemeier, 1992), les récifs coralliens étant déjà un écosystème dégradé à l’échelle globale (Côté et al., 2005). De nombreuses pressions issues des activités humaines locales comme la surpêche et la pollution de l’eau ont diminué la résilience et favorisé l’émergence de maladies et de prédateurs (Graham et al., 2013; Mumby et al., 2007), mais les changements climatiques sont aujourd’hui la plus grande menace sur les récifs coralliens (Hughes et al., 2017). L’augmentation de la température est la cause la plus spectaculaire, menant à des épisodes de blanchissement lors desquelles les algues vivant en symbiose dans les tissus des coraux ne produisent plus d’énergie et sont expulsées par les coraux (Freeman et al., 2001). L’acidification des océans a également un effet négatif sur la calcification et sur d’autres processus physiologiques des coraux (Albright and Mason, 2013). Les cyclones infligent des dégâts physiques sur les récifs coralliens, la modification de leur fréquence et de leur intensité a donc des effets sur les récifs (Wolff et al., 2016). Le deuxième chapitre donne une description plus détaillée des effets des CEG sur les récifs coralliens.
Ce système socio-écologique est un enjeu important car il contient un grand nombre d’espèces marines connues (Roberts et al., 2002) et environ 500 millions de personnes dans le monde en dépendent (Burke et al., 2011). De nombreux services écosystémiques sont produits par les récifs coralliens (Moberg and Folke, 1999), les trois plus importants étant la pêche, la protection des côtes, et les bénéfices du tourisme. De nombreuses communautés côtières dans le monde dépendent des récifs coralliens comme source de nourriture (Sadovy, 2005) et six millions de personnes ont une activité professionnelle de pêche sur les récifs (Teh et al., 2013). Les récifs coralliens jouent un rôle important de protection des côtes face à l’érosion et aux évènements extrêmes et réduisant l’énergie des vagues (Ferrario et al., 2014), et protègent donc les infrastructures et les vies humaines. Les activités touristiques liées aux récifs coralliens sont une source de devises importantes pour de nombreux pays (D. Biggs et al., 2015). D’autres services y sont associés, comme la découverte de molécules pour l’industrie pharmaceutique ou l’importance de ces récifs en termes de biodiversité et de patrimoine culturel.
Les CEG auront un impact important sur le milieu marin, et particulièrement pour les récifs coralliens et les populations humaines qui en dépendent. L’étude des systèmes socio-écologiques coralliens est donc un enjeu important pour la recherche et l’action publique. Différentes approches ont émergé pour caractériser ces impacts et tenter d’y répondre. L’intégration de la dimension humaine dans l’étude des impacts des CEG sur les récifs coralliens est récente (Kittinger et al., 2012), mais est aujourd’hui développée de manière conceptuelle (Cinner et al., 2016b; Marshall, 2010). De nombreuses études essayent d’estimer les impacts des CEG sur le milieu marin. Cependant, ces études sont pour l’instant très segmentées. A l’échelle globale, les évaluations de la vulnérabilité des systèmes socio-écologiques se fait de manière incomplète.
La vulnérabilité socio-économique a fait l’objet de quelques évaluations sous l’angle de la pêche (Bennett et al., 2014b; Guillotreau et al., 2012; Hughes et al., 2012b), mais il n’existe pas d’approche qui tente d’évaluer la vulnérabilité pour un ensemble de services écosystémiques. De même, la vulnérabilité écologique a été étudiée sous l’angle de l’exposition aux CEG (Maina et al., 2011). Aucune étude n’a jusqu’à présent tenté de répondre aux effets des CEG sur les systèmes socio-écologiques coralliens à l’échelle globale.
Bien qu’incomplètes en termes de services évalués et de couverture géographique, des évaluations économiques des services écosystémiques produits par les récifs coralliens ont vu le jour (Brander et al., 2007; Laurans et al., 2013; Stoeckl et al., 2011). Très peu d’études évaluent les impacts des CEG sur ces services écosystémiques (Brander et al., 2012; Chen et al., 2015; Rogers et al., 2015; Speers et al., 2016), et elles le font généralement sans expliciter la distribution spatiale des impacts. La construction d’indicateurs se prête mieux à ce type d’exercices, particulièrement à l’échelle globale (Tonmoy et al., 2014).
Nous étudions les impacts potentiels des CEG sur les récifs coralliens et les services écosystémiques associés dans les chapitres deux et trois. Le troisième chapitre construit des indicateurs de la dépendance des pays et territoires aux services écosystémiques produits par les récifs coralliens à l’échelle globale. A des échelles plus petites, quelques travaux ont été conduits sur la vulnérabilité des systèmes socio-écologiques spécifiquement aux récifs coralliens (Cinner et al., 2013; Marshall et al., 2013; Thiault et al., 2017b). Ces études reprennent le cadre de vulnérabilité des SSE développé par Marshall et al. (Figure I.3.). Nous poursuivons les travaux de recherche sur ce thème dans le cinquième chapitre en nous intéressant à une composante de ce cadre analytique : la capacité d’adaptation écologique.
Les récifs coralliens sont présents dans tout l’océan entre 32°S et 32°N de latitude (Figure I.4.). Plus de cents pays et territoires en possèdent. Les récifs coralliens sont donc un bon exemple de système qui doit être étudié et faire l’objet de politiques climatiques à plusieurs échelles spatiales. A l’échelle internationale, les récifs coralliens font l’objet d’une attention spéciale via des réseaux tel le réseau mondial de surveillance des récifs coralliens (GCRMN – Global Coral Reef Monitoring Network) en lien avec l’initiative internationale pour les récifs coralliens (ICRI – International Coral Reef Initative), ou dans le cadre des politiques internationales (Aichi Target de la CBD, ODD 14 de l’ONU). Certains récifs sont également classés au patrimoine mondial de l’UNESCO. Il y a donc un besoin d’études des impacts, de la vulnérabilité, et de pistes d’adaptation aux effets des CEG sur les récifs coralliens pour informer ces instances internationales. A l’échelle nationale et locale, les récifs coralliens sont des écosystèmes importants pour les populations locales et forment un système socio-écologique important pour les populations côtières. Certains récifs sont gérés à travers des politiques de pêche ou des aires marines protégées. Décideurs et gestionnaires doivent faire face aux effets des CEG sur les récifs coralliens en plus de faire face aux autres menaces locales.
A toutes ces échelles, la gestion des récifs coralliens est faite largement en concertation avec les scientifiques. Les scientifiques étudient l’évolution de ces systèmes socio-écologiques face aux pressions anthropiques locales et globales et proposent des mesures de gestion pour répondre à ces enjeux (Green et al., 2014; Leenhardt et al., 2015; McClanahan et al., 2012). De nombreuses études sur le développement de méthodes pour la gestion basée sur les écosystèmes ont émergé récemment (Anthony et al., 2015; Magris et al., 2015; Weijerman et al., 2016). Les gestionnaires s’appuient sur ces études pour agir. A l’échelle globale par exemple, l’UNESCO vient de commander un rapport scientifique pour évaluer l’état des récifs dans la liste du patrimoine mondial et prendre des mesures adéquates pour les protéger (Heron et al., 2017). A l’échelle locale, de nombreux chercheurs produisent des recommandations pour la gestion des ressources naturelles comme par exemple l’utilisation d’aires marines protégées (Ban et al., 2011; Cvitanovic et al., 2013; Green et al., 2014; Magris et al., 2015). Cependant, les initiatives scientifiques pour évaluer les impacts et la vulnérabilité des récifs et des populations humaines et celles visant à apporter des solutions ne sont pas suffisamment coordonnées. Il y a pour cela besoin d’identifier des priorités de recherche en termes de sujets et d’espaces géographiques. Le quatrième chapitre évalue les contributions de la communauté scientifique à la gestion des systèmes socio-écologiques coralliens dans un contexte de CEG.

Contexte de réalisation de la thèse

Cette section décrit le contexte institutionnel, les aspects organisationnels, les valorisations présentes et futures et la démarche méthodologique qui caractérisent la réalisation de cette thèse.

Table of contents :

Chapter 1. Conceptual advances on global scale assessments of marine and coastal vulnerability
Chapter 2. Multiple stressors and ecological complexity require a new approach to coral reef research
Chapter 3. Coral reefs and people in a high-co2 world: where can science make a difference to people?
Chapter 4. Management strategies for coral reefs and people under global environmental change: 25 years of scientific research
Chapter 5. The role of ecological limits in prioritizing impacts, resilience, and action for coral reefs under global environmental change

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