ÉVOLUTION DE LA BIODIVERSITÉ EN EUROPE

Cet article a pour ambition de transmettre des clés de compréhension sur l'évolution de la biodiversité en Europe, à travers une analyse de données.

Celui-ci se divise en quatre chapitres : les définitions et le contexte issus de [1–7], l’évolution de la diversité des espèces d’après les données de [8], le suivi d’un indicateur biologique reflétant l’état de la biodiversité avec les données de [9, 10] et l’évolution des écosystèmes forestiers étudiée à partir des données de [11–14].

Pour aborder la notion de biodiversité, il est nécessaire de définir ce qu’est la vie.

Au sens biologique le plus large, une proposition [1] consiste à décrire un organisme vivant comme une structure dissipative capable d’auto-catalyse, d’homéostasie et d’apprentissage.

Une structure est dite dissipative si elle se maintient dans un état ordonné en puisant de l’énergie dans son environnement. Une tornade, par exemple, peut être considérée comme une structure dissipative non-vivante.

L’auto-catalyse est la capacité de croître et de se reproduire, comme le fait le feu par exemple.

L’homéostasie permet de maintenir un équilibre interne lors de perturbations extérieures. Par exemple, les termitières sont capables d’homéostasie puisqu'elles auto-régulent leur température.

L’apprentissage est quant à lui un moyen d’augmenter ses chances de survie grâce au stockage et à l’exploitation d’informations sur son environnement. Il existe des exemples de matière inerte comme un tas de sable, qui par leur configuration spatiale garde en mémoire le dernier choc reçu.

Ce sont toutes ces propriétés réunies qui permettent la qualification d'organisme vivant. Mais comment ces critères théoriques s'appliquent-ils à la vie sur terre ?

Elle contient des protéines responsables de l’ensemble des tâches cellulaires, qui assurent, en consommant de l’énergie, la survie de la cellule (fonction dissipative), le développement et la reproduction (auto-catalyse), et le maintien de l’équilibre interne notamment lors de perturbations extérieures (homéostasie). La cellule contient aussi de l’ADN qui permet le stockage de l’information génétique nécessaire à l’apprentissage.

Un organisme vivant sur terre possède ainsi l’ensemble de ces propriétés. Mais d'où vient la diversité des êtres vivants ?

Le mécanisme d’évolution biologique, par la reproduction et les mutations génétiques, a engendré une diversité morphologique, anatomique et comportementale des êtres vivants.

Aujourd’hui les critères de la classification phylogénétique permettent de séparer les individus dans des groupes. Un clade (groupe phylogénétique) contient un ancêtre et tous ses descendants. Par exemple, les primates forment un clade à partir de leur dernier ancêtre commun. L’unité de base de cette classification est l’espèce qui regroupe ainsi l’ensemble des individus pouvant se reproduire entre eux et engendrer une descendance viable et féconde.

Mais alors, qu’est ce que la biodiversité ?

La biodiversité désigne la diversité des écosystèmes, celle des communautés d’espèces qui y vivent, la diversité des espèces et au sein des espèces et la diversité des interactions entre ces différents éléments. Cette étude repose sur des indicateurs, pour évaluer l’évolution de la biodiversité à travers le temps.

Le premier indicateur est le nombre d’espèces vivantes estimé. Celui-ci est sujet à débats parmi les biologistes, le nombre ayant largement évolué depuis l’avènement de la génétique. Il varie aujourd’hui entre 10 millions et 1000 milliards [2–7].

Une étude récente [2] prend en compte dans le calcul les espèces cryptiques (ont la même morphologie mais se distinguent par la génétique) et les espèces spécifiques à un hôte. Chaque insecte posséderait ainsi en moyenne une espèce unique d'acarien associée, et tous deux seraient chacun associés à une espèce unique de nématode.

Pour étudier l’évolution de la biodiversité, une première étape consiste à porter un regard sur la diversité des espèces connues.

Pour mesurer l’évolution de la diversité des espèces, l'UICN [8] évalue autour de 8% des espèces connues, en suivant l'évolution de leur population.

Elle attribue à chaque espèce évaluée un niveau de risque d’extinction qui s’étend de Éteint à l’état sauvage (EW - score : 5), En danger critique (CR - score : 4), En danger (EN - score : 3), Vulnérable (VU - score : 2), Quasi menacé (NT - score : 1), Données insuffisantes (DD) à Préoccupation mineure (LC - score : 0).

Le niveau de risque est basé sur des critères incluant l’évolution de la répartition géographique, de la taille de la population, et l’estimation de la probabilité d’extinction.

Pour mesurer l’évolution de ce risque l’UICN construit le Red List Index (RLI) défini comme $$ \text{RLI} = 1 - \frac{\sum{\text{S}}}{\text{N} \times \text{S}_{\text{EW}}} $$ avec S le score de l’espèce, N le nombre d’espèces évaluées et S_EW le score maximum (S_EW=5). Plus l’indice est proche de 1, plus la probabilité de survie des espèces est grande.

Ainsi, les données de l’UICN indiquent un déclin de la biodiversité qui s’accélère en Europe comme dans le monde.

Un changement d’échelle permet de vérifier cette tendance à travers l’étude d’un groupe d’espèces dont certaines de leurs propriétés en font un indicateur biologique clé : les papillons.

Plus de la moitié des espèces décrites dans le monde sont des insectes [8]. Ils contribuent de manière significative à la biodiversité planétaire et rendent de nombreux services écosystémiques qui permettent de la préserver.

De nombreux indicateurs de l’Union Européenne (UE) sont liés à la diversité des gènes ou des espèces mais ne permettent pas d’appréhender directement la biodiversité. En revnache, certaines caractéristiques des papillons en font un indicateur biologique clé.

Du fait de leur vie courte et fragile, ils sont fortement et rapidement sensibles aux variations de leur environnement. Leur vaste palette de couleurs et leur forme les rendent populaires et plus facilement identifiables que d’autres espèces d’insectes. Enfin, ils représentent une large diversité d’espèces d’insectes.

Pour ces raisons, les papillons ont bénéficié d’une riche documentation issue de nombreux travaux d’observations. Avec les oiseaux et les chauve-souris, ce sont les seuls groupes pour lesquels des données harmonisées sont disponibles dans toute l’Europe.

Des campagnes de prises de mesures depuis 1991 permettent d’obtenir des données standardisées [9] en respectant le protocole suivant : l’observateur suit un chemin (transect) de 0.2 à 3 km à vitesse constante, tandis qu’il compte et identifie les papillons présents dans un couloir de 5 mètres de large autour de lui.

L’indice des papillons de prairies (GBI) est construit à partir des observations de 17 espèces de papillons communs dans les 27 pays membres de l’UE [9].

Comment expliquer ce déclin ?

L’un des facteurs prépondérants est la perte des habitats pour les papillons de prairies. Celle-ci provient principalement de l’intensification des prairies agricoles qui consiste à utiliser des engrais et des pesticides dans des monocultures pour maximiser artificiellement la production. Les dépôts d’azote, utilisés pour fertiliser les sols, contaminent et transforment les écosystèmes [9].

Une série d’étés plus chauds et plus secs dus au changement climatique provoque un déclin additionnel. La protection des prairies semi-naturelles restantes, l’inversion de la tendance de fragmentation de l’habitat et la transformation des pratiques agricoles intensives peuvent contribuer à restaurer la biodiversité des prairies et permettre de bénéficier de ses services écosystémiques.

Pour compléter ce travail, un autre type d’écosystème peut être étudié. Celui-ci couvre une large partie du territoire européen, et s’est transformé au cours de l’holocène - période interglaciaire actuelle - avec un climat propice à son développement : l’écosystème forestier.

Un écosystème forestier est un système composé d’un milieu physique avec des arbres, de communautés d’espèces végétales, animales, fongiques et microbiennes, et de toutes les interactions entre ces organismes et avec leur environnement.

Les forêts rendent de nombreux services écosystémiques, comme la production de matière renouvelable, le stockage du CO2, la protection des sols et le développement de la biodiversité.

Dans ce travail, l’étude de l’évolution des écosystèmes forestiers en Europe commence avec l’observation de l’évolution de la couverture forestière [11]. Celle-ci se fait à partir de mesures de terrain prises lors des campagnes d’inventaires forestiers nationaux (IFN) qui quadrillent la surface des pays de l’UE pour mesurer la taille, le nombre d'espèces, l’âge et le volume des arbres.

Après la couverture forestière, il est utile de regarder la résilience des forêts qui va de paire avec la diversité des espèces d’arbres. Comme observé précédemment, l’introduction depuis 1850 de nouvelles espèces et la plantation de conifères au détriment des forêts de feuillus ont changé la composition des forêts européennes. L’évolution récente de la diversité des espèces d’arbres peut être étudiée grâce aux données récoltées là aussi, par les inventaires forestiers nationaux[11].

Cette fois seules des données récentes, à partir de 2005 et jusqu’en 2015, sont disponibles pour l’Europe. Celles-ci permettent d’illustrer une baisse de 1% sur cette période de la proportion de forêts qui ne sont formées que par une seule espèce d’arbre.

La proportion de forêts ayant entre 2 et 5 espèces a elle augmenté de plus de 1%, tandis que celle des forets avec plus de 6 espèces est restée stable en comparaison.

Plus de la moitié du volume de bois sur pied - volume total d’arbres vivant - en 2020 est composé d’épicéa ou de pins.

Cette large augmentation de la part des conifères dans les forêts en Europe est principalement attribuée à l’intérêt pour leur croissance rapide, et donc la productivité du bois à court terme.

Une croissance annuelle sur les 30 dernières années du volume sur pied des feuillus de +1.6% contre +1.2% pour les conifères a été observée, illustrant ainsi le meilleur rendement à long terme des forêts de feuillus ou forêts mixtes.

D’autre part l’indicateur des populations d’oiseaux des forêts est stable depuis 1980, avec une légère hausse observée depuis 2010.

Alors que la surface forestière augmente en Europe, et que certains indicateurs sur la biodiversité des forêts sont stables, la croissance du volume sur pied, elle, ralentit chaque année [11].

Ces facteurs, en augmentant la mortalité des arbres, réduisent la durée de stockage du carbone dans la biomasse vivante et dans les sols. Pourtant, l’absorption et le stockage du CO2 par les forêts est équivalent à 10% des émissions de l’UE permettant ainsi de lutter contre le changement climatique [14].

D’autres indicateurs témoignent des fragilités des forêts européennes telle que la défoliation - perte des feuilles - qui augmente pour 4/5ème des arbres. Une autre fragilité provient de la structure d’âge des arbres avec 3/4 des forêts considérées équiennes c’est à dire qu’elles appartiennent à une même classe d’âge.

Le changement climatique, en provoquant des sécheresses et l’assèchement des sols, contribue aussi à davantage fragiliser les arbres.

En somme, les forêts européennes, malgré une augmentation récente en surface, ont perdu en diversité suite aux choix d’exploitation passés. Causant ainsi des fragilités, qui les rendent plus sensibles aux perturbations extérieures de plus en plus fréquentes.

L’ampleur de la biodiversité reste encore inconnue et s’agrandit à mesure qu’elle est étudiée. Malgré cela, une connaissance riche pour certains groupes d’espèces comme les vertébrés ou les plantes permet de suivre précisément leur évolution. La génétique a permis de refondre l’arbre du vivant, qui porte la classification des espèces. Parmi les espèces décrites et évaluées, près d’un tiers sont menacées d’extinction. En effet, un rapide déclin dans l’indice de conservation des espèces est observé. Celui-ci illustre les pertes causées et les risques qui pèsent sur la diversité des espèces en Europe, et dans le monde.

L’exemple des écosystèmes de type prairie en Europe est utilisé pour vérifier cette observation. À travers l’indice des populations de papillons de prairies, un déclin de moitié est observé entre 1990 et 2023 en Europe. Une étude sur les papillons aux Pays-Bas donne un ordre de grandeur des pertes qu’ont vraisemblablement connues les populations de papillons en Europe au XXe siècle, portant le déclin total des papillons de prairies en Europe à un niveau au-dessus de 80%.

S’agissant des forêts, une tendance positive est observée dans l’évolution de la surface forestière récente, toutefois la perspective de son évolution depuis le début de l’holocène change le regard porté sur l’influence de l’homme sur les écosystèmes forestiers. En effet, au pic de leur étendue, avant que l’effet des pressions humaines ne prennent le dessus, les forêts dépassaient 60% de la superficie de l’Europe tandis qu’elles représentent autour d’un tiers aujourd’hui.

L’évolution récente des forêts témoigne d’une diversité relativement stable, en revanche au cours des derniers siècles une forte augmentation de la part de conifères est observée, pour atteindre plus de la moitié du volume sur pied. L’exploitation forestière s’est souvent faite à travers la plantation de monocultures qui ont transformé durablement les écosystèmes forestiers en Europe. Ces transformations ont affecté la résilience et la croissance en volume des forêts, étant moins diverses en espèces d’arbres avec un tiers des forêts composés d’une seule espèce et peu diversifiées en âge. Les services écosystémiques rendus par les forêts - comme le stockage de CO2 - ont aussi été amoindris. Les forêts fragilisées sont confrontées à des perturbations plus violentes causées par les vents, les sécheresses, les scolytes entre autres et sont exacerbées par le changement climatique.

Les signaux observés concordent avec un déclin général de la biodiversité en Europe. Les facteurs provoquant ce déclin sont liés aux pertes d’habitats et aux pratiques d’intensification de la production auxquelles s’ajoutent les pressions causées par le changement climatique.