La modélisation des processus permet de comprendre les fonctions des composants interagissant, d'identifier les différentes parties des processus et de prédire les conséquences des modifications apportées au système. Malheureusement, ce qui constituait un domaine majeur de la modélisation financière est aujourd'hui largement discrédité, au grand détriment de tous ; d'autres domaines, comme l'assurance, sont tellement contraints par les règles et les réglementations qu'ils en deviennent inutiles. La modélisation biologique, en revanche, progresse rapidement, qu'il s'agisse des événements subcellulaires, du développement de l'organisme entier ou de l'épidémiologie des maladies. Cette semaine, Le professeur Xueron Mao a organisé une réunion (article de blog précédent) à l'Université de Strathclyde à Glasgow, en Écosse, sur la "modélisation stochastique dans les écosystèmes" (lien vers le programme des rencontres).
Au cours de la semaine marquant le 20e anniversaire de la Conférence des Nations Unies sur l’environnement et le développement de 1992 (« Sommet de Rio »), je me suis interrogé sur l’impact de la modélisation des écosystèmes sur les principales politiques discutées lors de la Conférence. Sommet Rio + 20 en juin 2012. Si j'avais raté un tout le domaine de la littérature au cours des 10 dernières années? Chaque semaine, les médias nous parlent des résultats des derniers modèles de changement climatique, tandis que je lis chaque mois des articles sur les modèles de cultures et de photosynthèse, sans parler de travaux époustouflants sur de nombreuses espèces végétales individuelles, y compris numéros spéciaux et articles collectés Annals of Botany. Comme de nombreuses organisations et réunions liées à l'ONU, la conférence sur le développement durable s'appuie sur une grande quantité de « littérature grise » - des rapports commandés et des recherches à fort contenu scientifique (bien que souvent incomplets ou définitifs, et donc inadaptés à la publication dans des revues à comité de lecture). ). Cependant, un recherche sur le site de l'ONU ne montre aucune tentative de modélisation de l'écosystème (ou, en fait, de « modélisation ») : les 14 discussions sur le thème de la modélisation portent toutes sur l'économie et la finance. La recherche Google Scholar montre peu d'articles majeurs de la dernière décennie avec mots-clés de la modélisation/modélisation et écosystèmes.
Le défi de modéliser un écosystème entier est peut-être trop complexe : un modèle doit définir les entrées, les sorties et les flux au sein du système. L’écosystème comprend des cycles et des réseaux impliquant des centaines d’espèces et des millions d’interactions, du niveau subcellulaire jusqu’aux organites. Lors de mon intervention d’ouverture, j’ai conclu que les sorties peuvent être classées en trois catégories. Premièrement, l’énergie chimique, principalement sous forme de carbone fixé utilisé comme alimentation humaine et animale, pour la production de fibres et de combustibles en dehors de l’écosystème. Deuxièmement, une petite mais importante fraction des flux est extraite du système, notamment pour être stockée à long terme dans le calcaire et les combustibles fossiles. Enfin, les sorties peuvent être considérées comme des « services écosystémiques », incluant l’eau purifiée (ou polluée) dont l’état initial est modifié en termes de pureté et de débit, ou encore l’oxygène issu de la réduction du dioxyde de carbone. Les diapositives de ma présentation sont disponibles ici : Slideshare.com sous le chemin, et je ferai peut-être un commentaire abrégé pour YouTube à un moment donné.
Modélisation stochastique Heslop-Harrison dans les écosystèmes - Exposé introductif
Lors de la réunion, nous avons eu droit à un large éventail de présentations, allant des modèles de cycles du carbone aux modèles d'épidémiologie des maladies, en passant par la dynamique des populations et de la végétation. C'est toujours passionnant de voir différentes communautés de recherche se réunir ; c'était donc très enrichissant d'entendre et d'échanger avec les mathématiciens présents, malgré nos différences linguistiques !
Il est toujours maladroit de choisir des conférences particulières dans un programme complet, et la liste complète est donnée ici. Étant donné que ce blog est lié aux plantes, je noterai les présentations impressionnantes de Mathew Williams (Université d'Édimbourg) discutant de la façon dont les gigatonnes de carbone se déplacent autour des cycles terrestres (et même atmosphériques) du carbone en utilisant des mesures globales dans une expérience nommée FLUXNET, qui, avec avec des mesures spatiales pourraient examiner les changements à grande échelle de la biomasse forestière sur des échelles de temps de seulement trois ans. Mon collaborateur Jongrae Kim (Université de Glasgow http://www.robustlab.org/) a donné l'exposé suivant, discutant de certaines approches formelles de la modularisation des réseaux complexes dans son exposé sur l'analyse de la robustesse des structures communautaires, d'une grande pertinence pour rendre les très grands réseaux susceptibles d'être analysés. Francesco Accantino a présenté un modèle d'abondance et de changements de trois Acacia Espèces des savanes humides, ajoutant de la stochasticité à un modèle matriciel, ce qui s'est avéré pertinent pour les travaux de Pierre Couteron (IRD, Montpellier) sur d'autres sites d'Afrique subsaharienne. Pierre a modélisé les schémas de distribution d'une végétation éparse, montrant les effets des précipitations et de la pente dans les systèmes stables et les changements survenus au cours des 50 dernières années. La télédétection fournit bien plus de données que les écologues n'en ont jamais eu, et il est intéressant de noter que Pierre peut utiliser Google Earth, disponible gratuitement, pour nombre de ses analyses. Après des exposés précieux portant sur des aspects épidémiologiques dans plusieurs systèmes, la communication de clôture de Carlo de Michele (Politecnico di Milano, Italie) s'est appuyée sur des exposés antérieurs concernant l'eau comme déterminant principal du type de végétation – le sujet de l'écohydrologie en tant qu'étude de l'hydrologie qui sous-tend l'écologie. Comme plusieurs autres exposés, la modélisation de l'eau pourrait donner un système bistable avec deux solutions : sol nu (faibles précipitations) ou couverture végétale (fortes précipitations), en tenant compte des effets de la stochasticité des précipitations sur l'eau du sol liée aux systèmes de végétation. La surprise a été que non seulement les résultats décrivaient le comportement du désert par rapport aux écosystèmes forestiers actuels, mais aussi les changements annuels dans les savanes avec des périodes sèches et dénudées suivies de saisons humides couvertes de végétation.
La « modélisation stochastique des écosystèmes » a encore du chemin à parcourir avant de devenir la « modélisation stochastique des écosystèmes ». La génétique, les méthodes de mesure et la paramétrisation des propriétés, issues des biologistes, commencent à rencontrer la communauté des modélisateurs grâce à leur compréhension accrue de la robustesse, de l'oscillation et de la réduction des réseaux, ainsi que des approches informatiques. J'attends avec impatience que les décisions de Rio+30 soient étayées par des recommandations fondées sur des modèles rigoureux et robustes montrant comment exploiter les écosystèmes sans détruire la Terre.
