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Modèle simplifié d’un écosystème

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• ECOPATH II et Ecopath 3+ for Windows sont périmés ;

• la dernière version du logiciel est « Ecopath with Ecosim Version 4.0 » (EwE) ;

• EwE incorpore Ecosim, pour la simulation temporelle, et Ecospace, pour la simulation spatiale ;

• EwE peut être utilisé pour étudier les pêcheries dans leur contexte écosystèmique .

Ecopath / Ecosim / Ecospace

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« Ecopath with Ecosim » (EwE)

• Permet à l’utilisateur d’étudier l’effet de différent choix d’utilisation des ressources d’un écosystème aquatique ;

• l’intégration complète du logiciel permet son utilisation pour tous les types d’écosystèmes aquatiques - même ceux pour lesquels peu de données sont disponibles parce que :– les fichiers utilisés pour Ecosim et Ecospace

proviennent des fichiers Ecopath, eux-mêmes basés sur un minimum de données ;

– Ecosim et Ecospace sont basés sur des principes écologiques robustes et bien acceptés.

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• Ecopath pour entrer les données de base sur un écosystème etses pêcheries, et pour établir un équilibre entre lescomposants ;

• Ecoranger pour tenir compte des incertitudes ;

• Econet pour décrire les caractéristiques des réseaux trophiques;

• Ecowrite pour la documentation des valeurs entrées,et de leurs hypothèses de base ;

• Ecosim pour la simulation dans le temps des effets d’une(ou de plusieurs) pêcherie(s) sur un écosystème ;

• Ecospace pour la simulation dans l’espace des effets mutuelsdes composants d’un écosystème, y compris lespêcheries.

Eléments principaux d’EwE

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Définir les composants d’un écosystème• un maximum de 50 composants peuvent être inclus ;

• un des composants (au moins) doit représenter les détritus ;

• les similarités écologiques (même proies, même prédateurs) sont préférées aux affinités taxinomiques dans les groupement des espèces ;

• les composants sont aussi définis par la disponibilité de données ;

• l’effet de ne pas introduire un groupe important à cause d’un manque de données est pire qu’introduire des données approximatives ;

• tous les niveaux trophiques doivent être représentés à un niveau de détail similaire ;

• les bactéries peuvent être ignorées et considérée comme faisant partie du détritus.

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Les équations clé d’Ecopath (1)

Consommation = Production biologique

+ Nourriture non-assimilée

+ Respiration

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Les équations clé d’Ecopath (2)Bi • P/Bi • EEi = Yi + (Bj • Q/Bj • DCij)

Bi = biomasse d’un composant proie « i » ;

Bj = biomasse d’un composant prédateur « j » ;

P/Bi = rapport production / biomasse du composant « i »

(= mortalité totale; Z = M + F) ;

EEi = rendement écotrophique du composant « i » ;

Yi = prises des pêcheries du composant « i » (« Yield » = Fi • Bi) ;

Q/Bj = rapport consommation alimentaire / biomasse

du composant « i » (voir définitions dans FishBase) ;

DCij = fraction du composant « i » dans la composition alimentaire de « j » (voir définitions dans FishBase).

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Sommaire des données nécessaires pour Ecopath

Composant Description Unité

Bi biomasse (t • km-2)*

P/Bi production/biomasse (1 / an)

Q/Bi consommation/biomasse (1 / an)

DCij composition alimentaire (fraction) (« Diet Composition »)

* A noter : g • m-2 est équivalent à t • km-2

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• Biomasses : utiliser l’analyse des populations virtuelles APV (10.1-10.4), l’écho-acoustique, ou B = Prise/F ;

• P/B : estimer Z par les courbes de capture (7.2-7.4) ;

• Q/B : estimer la ration et extrapoler à Q/B (11.1-11.3; voir aussi « EcoEmpire ») ;

• DC : la composition de bol alimentaire (« Diet Composition » dans FishBase).

A noter:les chiffres se rapportent aux chapitres de l’ouvrage: Méthodes pour l’évaluation des ressources halieutiques (Pauly 1997)

Estimation des paramètres d’Ecopath

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La définition de l’inconnue (1)

• Pour chaque composant « i », il faut entre autres des valeurs de Bi, P/Bi, Q/Bi, DCi et EEi ;

• Ecopath peut estimer une de ces valeurs si les autres sont disponibles (il s’agit d’équations linéaires à une inconnue) ;

• on a donc les options suivantes (l’inconnue en caractères gras) :

– B, P/B, Q/B, DC, EE ;

– B, P/B, Q/B, DC, EE ;

– B, P/B, Q/B, DC, EE ;

– B, P/B, Q/B, DC, EE ;

– B, P/B, Q/B, DC, EE ;

• vu les difficultés d’estimation de EE, c’est la dernière option qui est la plus utilisée.

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La définition de l’inconnue (2)

• Il est plus aisé d’obtenir des valeurs précises de P/B que de B (P/B > B) ;

• de plus, P/B & Q/B > B >> DC >> EE ;• donc, EE est, en général, laissé comme inconnue,

et sa valeur est évaluée par Ecopath ;• la condition 0 <= EE <= 1 doit être remplie

et la condition EE > 1 sert de diagnostique pour un modèle mal équilibré .

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• Il faut toujours inclure les pr ’dateurs de top dans un modèle, car ils limitent les valeurs que peuvent prendre les paramètres des autres composants ;

• les simulations Ecosim et Ecospace sont plus réalistes quand le composant prédateur de top est séparé en deux groupes (juvéniles; adultes), surtout là où la composition alimentaire des juvéniles diffère de celle des adultes (par exemple, chez les thons) .

Les prédateurs de top sont différents

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• P/B correspond à la mortalité totale (parce que la production biologique doit compenser les pertes dues à la mortalité) ;

• P/B peut être estimé à partir d’une valeur de Z, elle-même estimée à partir d’une courbe de capture ;

• P/B peut être estimé à partir de P/B = Z = F+M, où F = Prise/Biomasse ;

• M L-0,28 ·K0,65 · Temp0,46 chez les poissons, crevettes et

céphalopodes, et M K chez les bivalves et autres animaux sessiles(L en cm ; K en an-1 ; T en oC) .

P/B - le rapport production/biomasse

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Modèle empirique :

log Q/B = 5,847 + 0,28 logZ - 0,152 logW - 1,36T’ + 0,062A + 0,51h +0,39doù Z = M + F (an-1) ;

W = poids asymptotique (g) ;T’ = température de l’eau (1000 / (273 + oC)) ;A = indice d’activité (caudale : h2 / s) ;h = herbivorie (1 chez les poissons herbivores,

0 chez les autres) ;d = détritivorie (1 chez les p. détritivores,

0 chez les autres) .

Q/B - le rapport consommation/biomasse (1)

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Q/B - le rapport consommation/biomasse (2)

A = 9.8 A = 1.3

h

Une devinette : Quel poisson a la consommation la plus élevée ?

• le thon, ou• le thiof ?

h

A = h2 / s

ss

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La composition alimentaire (DC)

• Nous utilisons, pour chaque composant, la composition alimentaire de l’espèce dominante, ou d’une espèce typique, ou une moyenne entre espèces ;

• les « importations » sont des items consommés qui ne sont pas inclus comme composant de l’écosystème(par ex., les poissons d’un système continental, consommant des insectes tombés dans l’eau) ;

• les valeurs de DCij sont souvent celles qui déterminent si un modèle est équilibré ou non (équilibrer un modèle consiste souvent à ajuster des valeurs de DCij) .

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Les données de la pêche

• Un maximum de 10 métiers (ou flottilles) peut être considéré ;

• pour chaque métier, on peut inclure* :– les coûts fixes et les coûts variables ;– les débarquements et leur valeur marchande ;– les rejets et leur destination .

* ces données ne sont nécessaires que pour les analyses bioéconomiques

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Les débarquements et les rejets

• L’entrée de données par métier (ou flottille) permet d’analyser la compétition entre métiers ;

• les débarquements sont entrées comme un flux (par exemple, t • km-2 • an-1) ;

• les rejets s’ajoutent aux débarquements pour définir les prises ;

• si l’un des métiers inclus produit des rejets, il est avisé d’inclure dans le modèle un composant de détritus qu’on appellera « rejets » ;

• les rejets de chaque métier sont ensuite reliés à ce composant, que certains composants vivants peuvent alors consommer .

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Les coûts

• les coûts fixes dus à chaque métier peuvent être entrés (par année) ;

• les coûts variables sont proportionnels à l’effort inclut dans le modèle Ecopath ;

• les coûts peuvent être exprimés en CFA, Euro, Dollar, etc. … ;

A noter :

• à présent (avril 1999) , Ecosim et Ecospace ne sont pas optimisés pour les analyses bioéconomiques ;

• des améliorations importantes seront faites dans les mois à venir.

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La destination des détritus (« détritus fate » ou « sort des détritus »)

• Tous les composants d’un écosystème (autre que les détritus même) produisent des détritus, en forme de matière fécale, d’excrétions et de carcasses ;

• donc, un minimum d’un composant est nécessaire pour représenter les détritus ;

• de plus, s’il y a plus d’un composant représentant les détritus, les flux de détritus produits par chaque composant doivent être dirigés vers le composant de détritus approprié;

• pour des raisons pratiques, les composants représentant les détritus sont toujours placés après les autres composants .

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Autres valeurs à entrer quand on construit un modèle Ecopath

Pour chaque composant :• taux d’assimilation

alimentaire (par ex., 20%) ;• composition alimentaire

(DCij) ;• différence entre l’immigration

et l’émigration (généralement zéro) ;

• taux d’accumulation de biomasse (généralement zéro);

• destination des détritus (« detritus fate ») .

Pour chaque métier :• débarquements ;• rejets en mer ;• destination des rejets ;• coûts fixes ;• coûts variables, par unité

d’effort ;• valeur marchande des prises,

par composant ;• valeur intrinsèque, par

composant .

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Caractéristiques principales d’Ecosim (1)

• Ecosim utilise un fichier Ecopath (on ne peut donc jamais dire qu’ « Ecosim est mieux qu’Ecopath ») ;

• la première étape d’utilisation d’Ecosim est la construction du meilleur modèle Ecopath possible ;

• Ecosim transforme le système d’équations linéaires d’Ecopath en un système d’équations différentielles, qui sont ensuite intégrées dans le temps .

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Caractéristiques principales d’Ecosim (2)

Ecosim utilise :• différents pas d’intégration pour

les groupes « rapides » (par ex., le plancton) et les groupes « lents » (par ex., les requins) ;

• soit une dynamique de biomasse pour les composants simples, ou de biomasse et de nombre pour les espèces dont les juvéniles sont séparés des adultes ;

• des vulnérabilités variables entre composants .

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Caractéristiques principales d’Ecosim (3)

• chaque mois, une fraction de la biomasse adulte est convertie en œufs/larves ;

• ces oeufs/larves entrent immédiatement dans le composant « juvéniles » et croissent en fonction de l’abondance de leur proie, jusqu’à un poids critique (Wk) où il sont recrutés dans le composant adulte ;

• vu la denso-dépendence de la croissance, le temps requis pour atteindre Wk varie, ainsi que la mortalité cumulative subite par les juvéniles ;

• la relation stock-recrut devient ainsi une propriété émergente du système .

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Ecospace : modélisation spatiale (1)

• L’écosystème est représenté par une carte (carrée) avec les nombres de cellules homogènes (typiquement 20 sur 20) ;

• un fichier Ecopath est utilisé pour reproduire la dynamique d’Ecosim dans l’espace défini par la carte (« basemap ») ;

• chaque cellule est reliée aux autres par la dispersion des composants de l’écosystème ;

• l’effort de pêche est distribué en fonction soit des biomasses, soit de la valeur nette des prises .

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Ecospace : modélisation spatiale (2)

• la carte de base peut inclure jusqu’à 10 types d’habitat différent, deux aires de production différentes, et une aire protégée ;

• chaque composant peut être relié à un (ou plusieurs) types(s) d’habitat préféré ;

• la consommation alimentaire et taux de survie de chaque composant en dehors des habitats préférés peuvent être réduits par un facteur (défini par l’utilisateur) .