Il y a quelques mois, j’ai écrit un court article de blog pour un projet scientifique qui expliquait en quelques paragraphes pourquoi il était à la fois si difficile et si important de modéliser les changements d’occupation des sols. En effet, on parle énormément du changement climatique alors que c’est bien la destruction des habitats naturels, et donc les changements d’occupation des sols, qui représente la menace principale pour la biodiversité à l’échelle mondiale. Je me suis dit qu’il serait intéressant de reprendre ce court article pour vous le traduire ici et l’agrémenter de quelques explications supplémentaires.
Voici le lien vers l’article original que je vous invite à visiter si l’envie vous prend de lire la même chose mais en anglais 🙂 https://www.inspire-biodiversa.com/post/why-is-modelling-land-cover-changes-over-time-so-important-and-challenging
Introduction
Il est aujourd’hui largement admis que le climat va fortement changer au cours des prochaines décennies, ce qui entraînera des impacts profonds sur la biodiversité et la répartition des espèces sur toute la planète. Mais, si le climat est un déterminant majeur des changements à venir, il n’est pas le seul mécanisme à la base de la distribution des espèces, ni l’unique cause de la disparition de la biodiversité. En effet, il est globalement admis que les changements d’occupation des sols représentent la première menace pour la biodiversité et sont particulièrement importants pour comprendre la distribution des espèces et des services et fonctions écosystémiques. Mais qu’est-ce qu’une « occupation du sol » et qu’est-ce que l’on entend par « changement d’occupation des sols » ?
L’usage des sols, aussi appelé occupation ou utilisation des sols (il y a quelques subtiles différences mais ce n’est pas très important ici) représente la fonction ou l’habitat qui couvre une zone définie. Par exemple, les montagnes près de chez moi sont couvertes de forêt, c’est l’habitat qui occupe cet espace. Maintenant, on peut découper plus finement les forêts en cartographiant la distribution des forêts décidues, c’est-à-dire composées d’arbres qui perdent leurs feuilles, des forêts de conifères, des forêts humides ou encore des parcelles de sylviculture etc. Les prairies naturelles ou humides, les différents types d’agriculture, les marais ou les zones urbaines et artificielles représentent aussi une occupation des sols. Chaque mètre carré pourrait être classifié dans une catégorie ou une autre d’occupation des sols.
Mais alors, de quoi parle-t-on exactement lorsque l’on évoque les changements d’occupation des sols ? C’est en fait un terme générique qui correspond généralement à la destruction d’habitats naturels dans le but d’en faire une zone plus productive ou artificielle, généralement moins diversifiée et moins habitable pour la biodiversité : on va raser la forêt pour en faire un champ de culture intensive, ou bien on va détruire un champs agricole pour en faire un supermarché. Mais cela fonctionne aussi avec une intensification des usages. Par exemple, une prairie de fauche ou un pâturage, qui abritent une diversité élevée alors même qu’elles sont directement entretenues par les humains, peuvent être transformés en cultures intensives. Les changements d’occupation des sols pourraient aussi fonctionner dans l’autre sens : un parking de supermarché est renaturé et transformé en forêt, mais ce genre de changement est tellement rare qu’il n’a absolument aucun impact capable de contrebalancer la destruction des habitats naturels. En revanche, la déprise agricole de certains territoires, ou l’abandon des pâturages peut permettre à la forêt de repousser. De manière général, l’occupation des sols change avec le temps en fonction des priorités du territoire.
Pourquoi modéliser les changements d’occupation des sols ?
La distribution des usages des sols et des habitats est particulièrement importante pour modéliser, par exemple, la distribution des espèces. Nous avions déjà parlé dans cet article et dans celui-ci. En effet, il est pratique de savoir où se trouvent les forêts pour modéliser la distribution des espèces forestières. Il est donc très important de pouvoir cartographier un territoire pour savoir de quoi il est composé. Si vous voulez regarder un peu les cartographies numériques qui existent déjà, vous pouvez vous rendre sur le site de CORINE-land-cover ou de Google Earth Engine.
Si vous avez suivi les derniers articles publiés, vous savez d’ores et déjà que pour modéliser la distribution des espèces dans le futur, il faut avoir accès à deux choses : 1) au climat futur, en se basant par exemple sur différents scénarios de changement climatique et 2) à la distribution future de l’occupation des sols. Nous en avions longuement parlé dans cet article notamment. Mais il y a un problème, comment connaître l’occupation future des sols ? Pour le climat, les méthodologies sont relativement connues, mais pas pour l’occupation des sols. D’ailleurs, aujourd’hui encore, la majorité des articles scientifiques qui tentent de modéliser la distribution future des espèces ne se basent que sur le climat, ce qui est gravement réducteur !
Comme nous ne pouvons pas savoir a priori comment les paysages vont changer dans le futur et s’il y aura plus ou moins de chaque catégorie d’habitat, il faut là encore jouer avec des scénarios. Par exemple, dans mon projet de recherche actuel, nous nous sommes basés sur 3 horizons plausibles définis par les acteurs de la conservation de la nature et de l’environnement. Nous avons un premier scénario extrêmement pessimiste où les habitats naturels régressent pour laisser place à des usages productifs, et où les zones extensives sont transformées en agriculture intensive. Nous avons ensuite un scénario intermédiaire qui serait une continuation de ce que l’on observe ces dernières années : une intensification des usages mais une protection de la nature existante et efficace. Enfin nous avons un scénario optimiste où les pratiques intensives ont tendance à laisser place aux pratiques plus extensives, et ces dernières sont converties en des zones plus naturelles.
Méthodologie
Bien, nous avons donc nos scénarios futurs et la cartographie de l’occupation actuelle des sols, que manque-t-il ?
Si nous souhaitons construire un modèle qui arrive à prédire les changements d’occupation des sols dans les prochaines décennies, il nous manque deux données cruciales. La première est une carte de l’occupation des sols passée, avec les mêmes catégories que la carte actuelle, afin d’étudier les tendances et les changements qui ont eu lieu ces dernières décennies. La seconde est une collection de données environnementales, appelées « prédicteurs », qui vont nous permettre de comprendre et de projeter les changements dans le futur. Je m’explique.
En comparant une carte ancienne avec sa version actuelle, il est possible de mesurer les changements d’occupation des sols : par exemple, en 20 ans, les aires urbaines ont augmenté de 10% alors que les prairies naturels ont diminué de 30%. Cela est particulièrement intéressant pour projeter ces changements dans le future : dans 20 ans, on peut imaginer qu’il y aura aussi +10% d’aires urbaines et -30% de prairies naturels, si l’on suit un scénario de continuation. Mais dans notre projet, cela n’est pas vraiment pertinent car nous avons développé des scénarios qui nous donnent des directives qui peuvent être très différentes de ce qui a été observé par le passé. Et puis rien ne nous dit que les changements futurs seront dans la continuité de ceux qui ont eu lieu par le passé… Non, ce qui nous importe vraiment dans la comparaison de ces deux cartes, ce sont les zones où les changements ont eu lieu et leurs caractéristiques. C’est cela qui nous souhaitons comprendre et modéliser.
En effet, en utilisant les prédicteurs environnementaux tel que la proximité avec des infrastructures de communication comme des routes, ou des villes, la pente, l’altitude, la distance aux zones sauvages et tout un tas d’autres paramètres, on peut alors prédire les zones qui ont le plus de chance de changer dans le futur. Prenons deux exemples. En analysant où les zones urbaines ont été construites par le passé, on peut alors conclure que les nouveaux bâtiments et nouvelles infrastructures sont généralement construits dans des zones plutôt plates, proche des routes et d’autres centres urbains, mais plutôt loin des forêts ou des parcs naturels. Cela nous donne des indications sur les possibles zones de transition vers de nouvelles aires urbaines dans le futur. Ainsi, une zone qui comporte toutes ces caractéristiques a de grandes chances de se transformer en milieu urbain dans les années à venir, si nous considérons dans notre scénario que les zones urbaines vont effectivement s’étendre dans le futur. De même, nous pouvons voir que les nouvelles forêts ont plutôt poussé proche des zones déjà boisées, naturelles ou agricoles, et plutôt loin des centres urbains par le passé, ce qui nous donne des indications importantes sur les potentielles nouvelles zones qui seront reboisées dans le futur.
En analysant ainsi toutes les transitions passées d’une catégorie d’occupation du sol avec une autre, on peut reconstruire une carte de probabilité de chacune de ces transitions et projeter dans le futur les changements attendus en fonction des directives que l’on donne au modèle (plus de forêt, moins d’agriculture etc.). Magique non ?
Importance des résultats et nouveaux problèmes
Maintenant que nous avons nos cartes futures d’occupation des sols, à quoi peuvent-elles bien nous servir ? Et bien comme expliqué précédemment, ces cartes peuvent servir de base pour étudier la distribution future des espèces, et voir comment les changements climatique et d’occupation des sols affectent les plantes et animaux de nos territoires. C’est exactement ce que j’ai fait dans mon 3e chapitre de thèse que j’ai résumé ici. On peut alors prédire la vulnérabilité des espèces, voir quelles sont les plus menacées par ces changements environnementaux, et prendre des mesures de conservation avant qu’il ne soit trop tard. On peut faire la même chose avec la distribution future des services écosystémiques ou la connectivité du territoire afin de mesurer précisément ce que l’on gagne et ce que l’on perd en fonction de la vision que nous avons d’un territoire. Grâce à ces données, on peut par exemple tester l’efficacité des zones protégées dans le futur ! Bref c’est un outil fantastique qui nous permet d’être plus précis dans nos résultats mais qui est aujourd’hui trop peu utilisé par les écologues… Peut-être à raison.
En effet, projeter le climat dans le futur grâce à des modèles est très complexe et engendre tout un tas d’approximations, certes. Mais ces projections se basent sur de la physique du climat, c’est palpable et mathématique. Les projections d’occupation des sols ne se basent que sur des scénarios imaginaires que nous avons inventé alors que la réalité est très politique. Il est ainsi virtuellement impossible de modéliser avec certitude l’organisation des paysages de demain, alors que c’est possible pour le climat en considérant quelques hypothèses de base. Les changements d’occupation des sols dépendent de décisions politiques et géopolitiques, comme l’approvisionnement en matières premières, le soucis de la couleur politique au pouvoir concernant l’écologie, la résilience, la souveraineté alimentaire et d’autres événements impossibles à prévoir. Pour se débarrasser de ce problème, on utilise généralement des scénarios très différents pour imaginer tous les futurs possibles à l’échelle d’un territoire, mais le détail reste de toutes manières impossible à prévoir. Par exemple, on peut imaginer sans trop d’incertitudes que plusieurs hectares de forêt seront rasées dans les prochaines années, mais prédire exactement où au mètre près est impossible. Pour tenter une nouvelle fois de prendre en compte ce soucis du détail, une technique consiste à faire plusieurs réplicats, des dizaines, voire des centaines, pour chaque scénario, avec des changements modélisés à différents endroits du territoire histoire de prendre en compte notre incapacité à produire une carte réelle de l’occupation futur des sols. Mais les résultats de centaines de réplicats sont difficiles à résumer sans perdre de l’information et encore plus difficiles à communiquer.
Bon, ces différentes techniques permettent au moins d’analyser les grandes tendances et d’en tirer des conclusions générales qui peuvent aider à prendre de meilleures décisions quant à l’avenir d’un territoire afin de mieux conserver la biodiversité dans le futur, de sauvegarder certains services écosystémiques importants ou de planifier une restructuration agricole. Mais cet exercice reste majoritairement académique et possède des incertitudes difficiles à traduire dans le monde réel.
J’espère que ce nouvel article vous a plu ! J’essaie de reprendre le temps de rédiger des petits billets sur des sujets finalement peu ou pas du tout traités dans les médias classiques de vulgarisation scientifique/écologique afin d’aider de potentiels étudiants ou curieux à mieux comprendre le travail d’écologue, n’hésitez pas à me dire si vous souhaitez que je traite un sujet en particulier ou à me contacter si vous souhaitez plus d’information !
D’autres articles sont en court de rédaction et devraient sortir dans les prochains mois, restez connectés !
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