Conséquences écologiques du réchauffement climatique

Le changement climatique mondial est souvent considéré comme une source de menace pour la biodiversité. Des études montrent que les changements climatiques ne sont pas seulement un problème de conservation pour l’avenir, mais aussi une menace actuelle pour les espèces et les écosystèmes.

Le rôle du climat dans l’écologie des espèces

Le climat a un impact important sur les espèces et les écosystèmes. Les effets directs de la température sur la physiologie des organismes sont bien documentés, et de nombreux mécanismes d’action ont été identifiés. Certains effets de la température actuelle peuvent représenter des problèmes de conservation. Par exemple, le sexe des embryons en développement de tortues est déterminé par la température ambiante. Les œufs de Tortue peinte (Chrysemys picta) produits lors de conditions plus chaudes donnent des descendants de sexe féminin, tandis que les mâles sont produits dans des conditions plus fraiches. Les différences interannuelles dans le sexe ratio de la descendance est en grande partie expliqué par la variation de la température moyenne en Juillet. Par conséquent, cela indique que suivant les scénarios de l’évolution climatique, les tortues peintes risque de souffrir d’extinctions locales dans un proche avenir, uniquement en raison de problème démographique provoqué par un sex-ratio inégal du au réchauffement du climat.

Les niveaux de précipitation ont également des effets directs sur les espèces. Le stress hydrique est l’un des principaux déterminants de la répartition des différents types de végétation. Les systèmes naturels peuvent changer rapidement en réponse aux changements dans les précipitations. Les distributions de forêt de Pins ponderosa (Pinus ponderosa) et de genévrier (Juniperus monosperma) au Nouveau-Mexique sont sensibles aux niveaux d’humidité qui varient avec l’altitude. Les données de photos aériennes prises entre 1935 et 1975 montrent une évolution rapide (2 km en moins de 5 ans) dans les distributions de ces deux communautés en réponse à une sécheresse régionale. Les précipitations sous forme de neige peuvent avoir des effets négatifs sur le déplacement et le pâturage des animaux tels que des Bœufs musqués (Ovibos moschatus) et le Cerf, ce qui complique la recherche de nourriture et l’évitement des prédateurs.

Pour de nombreuses espèces, le climat a des effets indirects (via les précipitations et la température) sur l’approvisionnement alimentaire et donc la chaîne alimentaire. Par exemple, l’augmentation de la hauteur de neige sur l’île Royale, induit chez les loups gris (Canis lupus) une augmentation de la taille des meutes. Ces dernières vont provoquer une réduction de la population d’Orignal (Alces alces), qui à son tour permet une plus grande productivité de Sapin baumier (Abies balsamea). De même, le réchauffement climatique permet l’expansion vers le nord du Renard roux (Vulpes vulpes), qui rentre ainsi en compétition avec le Renard arctique (Alopex lagopus).

Relation entre les récents changements écologiques et le changement climatique

Changements dans les populations et Biologie de la reproduction

Le réchauffement climatique au cours du dernier siècle peut avoir des conséquences significatives sur les populations et la biologie de la reproduction des organismes. La dynamique récente de la population de Concles plongeurs (Cinclus Cinclus) dans le sud de la Norvège a été fortement influencée par le climat, en particulier une tendance à des hivers plus chauds, qui semble permettre un accès plus facile aux flux de nourriture et ainsi une augmentation de la taille de la population. En Allemagne, le Gobemouche noir (Ficedula hypoleuca) a subi des changements à long terme dans le succès de la reproduction, associés au réchauffement des températures printanières de 1,3°C. La taille des couvées et le nombre de jeunes à l’envol étaient plus élevés lorsque les étés étaient chauds. Une population reproductrice en Finlande a également augmenté son effort de ponte lorsque les années étaient plus chaudes. La Rousserolle effarvatte (Acrocephalus scirpaceus) dans le sud de l’Allemagne a également montré une plus grande tendance à produire des jeunes plus tôt dans la saison lorsque les temprétaures du printemps étaient plus élevées. En revanche, la taille moyenne de la couvée des populations reproductrices d’oies de l’Arctique a diminué au cours de la période de réchauffement de 1951 à 1986.

L’abondance du Puffin fuligineux (Puffinus griseus) a diminué de 90% dans l’ouest de l’Amérique du Nord entre 1987 et 1994, associée à un réchauffement rapide de la Californie actuelle. Des changements périodiques dans la température de l’océan comme ceux associées à El Niño ont eu des conséquences écologiques. L’augmentation de la température le long de la côte de Californie est associée à des changements dans la taille des invertébrés intertidaux.

Dans l’Antarctique, des hausses de température ont causé des changements dramatiques dans la couverture de glace, qui a eu à son tour des effets de grande ampleur sur les animaux comme les pingouins. Cette tendance au réchauffement est probablement l’explication pour l’augmentation du nombre d’individus et de populations de plantes terrestres dans l’Antarctique depuis le milieu des années 1960.

Le type de changement climatique (baisse ou hausse de la température, par exemple) aura un impact sur la conservation des espèces. En effet, certaines s’adapteront parfaitement à une hausse des températures, tandis que d’autres s’accommoderont d’une baisse. La disparition de certaines espèces sera suivie par un accroissement de groupes tels que les espèces exotiques envahissantes, les vecteurs de maladies, et les pestes agricoles.

Changements de la phénologie

Un certain nombre d’études ont montré que les changements à long terme de la phénologie pourraient être causés par le changement global du climat. Au Royaume-Uni, des données sur la nidification des oiseaux ont été recueillies depuis 60 ans. Leur analyse a permis de montrer que de 1971 à 1995, 78% des 65 espèces reproductrices se sont reproduits plus tôt (en moyenne 9 jours plus tôt au printemps. La température et les précipitations peuvent expliquer la variation dans le calendrier de reproduction.

Des études sur la biologie des populations d’oiseaux, espèce par espèce, appuient également cette tendance à se reproduire plus tôt. La Mésange charbonnière (Parus major), au Royaume-Uni et en Allemagne, se reproduit jusqu’à 10 jours plus tôt qu’en 1970. Dans l’Arctique canadien, la reproduction de l’Oie des neiges (Chen caerulescens) et la Bernache du Canada (Branta canadensis) a été avancée de 30 jours entre 1951 à 1986. La nidification du Geai du Mexique (Aphelocoma ultramarina) en Arizona a commencé 10 jours plus tôt entre 1971 et 1997.

L’un des meilleurs exemples de changements phénologiques chez une espèce est l’avancée de la date de reproduction chez l’Hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor). Les données collectées dans l’ensemble de son aire de répartition ont permis de montrer un changement dans les dates de reproduction, avancées de 5 – 9 jours, entre 1959 et 1991. La date de ponte était corrélée avec les températures, et a changé pus rapidement entre années 1960 et 1980. Cet exemple souligne que les changements phénologiques au sein d’une espèce influencée par les conditions locales peuvent produire des modèles à l’échelle du continent.

Des données sur la migration des oiseaux sur long terme sont également disponibles (date d’arrivées de 76 espèces d’oiseaux à New-York depuis 1903), et a permis de montrer que 39 espèces d’oiseaux sont arrivées plus tôt de manière significative, 35 espèces n’ont montré aucun changement significatif, et seulement 2 espèces sont arrivés plus tard au printemps. Au Wisconsin, l’arrivée des oiseaux pendant la migration printanière et la date des premiers chants sont sensiblement plus tôt au cours des soixante et une dernières années pour huit espèces, alors que seulement une espèce a commencé à arriver plus tard. Pour certains passereaux d’Europe, la migration d’automne est également plus tardive.

Les changements dans la phénologie ne se limitent pas aux oiseaux. Les observations de papillons en Grande-Bretagne montrent que le calendrier de première observation a changé radicalement avec le climat. La reproduction des amphibiens commence aussi plus tôt au printemps. Sur la base de 17 années de données sur les grenouilles et tritons, au Royaume-Uni, il a été montré que la migration a eu lieu 2 à 7 semaines plus tôt au cours des dernières années. La première apparition des fleurs sauvages au printemps et à la floraison des arbres est fortement corrélée avec les variations annuelles du climat. Ainsi on a constaté que la floraison à New-York a augmenté de 20 jours pendant une période de 50 ans. Au Wisconsin, dix plantes à fleurs ont commencé leur floraison plus tôt de manière significative entre 1936 et 1998, et aucune fleur n’a fleuri plus tard dans la saison.

Il semblerait, à première vue, que les changements dans la phénologie sont relativement bénins. En effet, ces résultats indiquent que de nombreuses espèces ont une certaine capacité à réagir rapidement aux changements climatiques en modifiant leur calendrier d’histoire de vie. Ce dernier dépend de plusieurs facteurs comme la température, et un changement dans la phénologie peut perturber d’autres facteurs écologiques.

Les interactions plantes – animaux telles que la pollinisation et la dispersion des semences dépendent de synchronie entre les espèces. Pour de nombreux écosystèmes, les espèces vont réagir de manière similaire face aux changements climatiques maintenir la synchronie, alors que pour d’autres espèces, la perte de synchronie peut avoir des effets préjudiciables. Les perturbations de ce type réduiront la capacité des espèces menacées à faire face à d’autres stress environnementaux.

Changement dans la répartition géographique

Le climat est un facteur déterminant de la répartition géographique de nombreuses espèces. Des déplacements vers le nord de la répartition de plusieurs espèces ont été constatés récemment, c’est le cas par exemple des oiseaux, des mammifères ou encore des papillons.

L’expansion vers le nord des espèces d’oiseaux en Amérique du Nord et en Europe a été largement observée au cours des 50 dernières années. Bien que de nombreux facteurs pouvant expliquer ce phénomène ont été proposés une étude a permis de montrer que le déplacement des oiseaux était lié aux changements climatiques. Les auteurs ont ainsi comparé la reproduction de 59 espèces d’oiseaux, en Grande-Bretagne, entre 1968-1972 et 1988-1991. La limite nord de l’aire de répartition a été déplacée de 19 km vers le nord entre les deux périodes. Ils n’ont par contre constaté que peu de changement dans la limite sud de l’aire de répartition. L’étude de ces modifications a de plus permis de vérifier qu’il ne s’agissait pas d’un accroissement de la population et donc d’une augmentation de l’aire de répartition mais bien d’un déplacement de cette dernière.

Une autre étude a montré des résultats similaires chez 52 espèces de papillons, pour lesquels on a analysé leur répartition au cours des 30-100 ans. Elle a permis de montrer une évolution des limites septentrionales de la répartition géographique pour 34 espèces, des limites australes pour une seule espèce et une absence de changement pour les 17 autres. La encore, les frontières sud des aires de répartition sont visiblement plus stables dans le temps que les limites nord. Concernant cette dernière étude, le réchauffement climatique est un des facteurs de ce déplacement, mais il a également été influé par d’autres facteurs anthropiques comme le mode d’utilisation des terres (perte et altération de l’habitat).

En montagne, les changements climatiques sont plus rapides avec l’altitude (environ 1 ° C par 160 m) qu’avec la latitude (environ 1 ° C par 150 km). Par conséquent, des changements climatiques rapides en montagne sont ainsi à prévoir. L’étude de la répartition de 26 espèces de plantes montagnardes dans les Alpes suisses a permis de montrer une augmentation de la richesse spécifique dans les altitudes plus élevées au cours des dernières années. Ainsi des espèces ont progressé en altitude de l’ordre de 1 à 4 m par décennie. D’après les changements de températures observées, on aurait pu s’attendre à une progression de l’ordre de 8 à 10 m, indiquant ainsi que ces espèces ne semblent pas en mesure de répondre plus vite aux effets du réchauffement climatique. Ce déplacement a également été constaté dans les montagnes du Costa Rica où des espèces forestières de basse altitude ont envahi les essences forestières à plus haute altitude. Ces dernières, déjà fragilisées par le réchauffement climatique et l’impossibilité de progresser en altitude, voient leur statut de conservation mis en danger.

Changements au niveau des communautés et des écosystèmes

Les différents types de végétation terrestres sont en grande partie conditionnés par la combinaison température/précipitation. Ainsi la végétation est sensible aux modifications de la température qui se produisent actuellement, et qui auront lieu les décennies à venir. Des études ont permis de montre qu’elle était également sensible à l’augmentation des concentrations de dioxyde de carbone (CO2). Ainsi la combinaison changement climatique et augmentation des émissions de CO2 peuvent en partie expliquer les récents changements observés dans les communautés végétations tempérées, tropicales et arctique.

Les modifications des régimes de précipitation dans les régions arides du sud-ouest des États-Unis ont abouti à un remplacement des prairies arides en désert, accompagné par l’extinction de plusieurs espèces autrefois abondantes d’animaux. Dans les steppes du nord-est du Colorado, les températures moyennes ont augmenté de 1,3 ° C depuis 1970, en grande partie à cause de l’augmentation rapide de la température nocturne. Les mesures annuelles de la productivité primaire nette de la state herbacée révèle une baisse importante au cours de cette période. Inversement, les plantes radiculaires ont-elles montré une tendance inverse avec une progression de leur productivité primaire et de leur abondance. Les espèces exotiques ont bénéficié du réchauffement climatique, ce qui soulève la possibilité de nouvelles invasions des communautés indigènes par es espèces non-natives.

À l’échelle écosystémique, une augmentation de l’activité des espèces végétales nordiques a été constatée. La croissance saisonnière des plantes, en particulier dans les hautes latitudes de l’hémisphère nord, montre un schéma de diminution des niveaux de CO2 atmosphérique en été (éliminé par l’activité photosynthétique) et une hausse en hiver (la végétation décroissant). La différence interannuelle dans l’amplitude du CO2 est corrélée avec les changements de température au cours des 35 dernières années, suggérant que la croissance de la plante à l’échelle mondiale est fonction de la température. Depuis le début des années 1960, l’amplitude de ce cycle saisonnier de CO2 a augmenté de près de 40%, suggérant une augmentation de l’activité de la végétation terrestre au fil du temps. Les changements dans le cycle du CO2 sont susceptibles de refléter à la fois l’augmentation de la croissance des plantes mais aussi l’augmentation de la respiration.

Certains des changements dans la productivité primaire peuvent être attribués à des saisons de croissance plus importantes. La phase du cycle de CO2 est présente 7 jours plus tôt au printemps, ce qui indique une augmentation de la durée de la saison de croissance. De même, les satellites météorologiques sur l’hémisphère nord ont mesuré des changements dans la réflectance montrant une augmentation de la saison de croissance d’environ 12 jours depuis le début des années 1980, principalement en raison d’une avance au début du printemps d’environ 8 jours. Enfin, les observations de la phénologie des plantes en Europe suggèrent une progression de 10,8 jours de la saison de croissance, dont une avance au printemps de 6 jours et un retard dans l’automne de 4,8 jours. Ces méthodes permettent ainsi de renforcer les conclusions d’allongement des saisons.

Les données à long terme sur les lacs dans l’hémisphère Nord reflètent la tendance actuelle vers un réchauffement du climat. Depuis la fin des années 1960, la température de l’air et de l’eau a progressé de 2°C dans les lacs du nord-ouest de l’Ontario. Cette augmentation de température entraine une modification des caractéristiques physiques et biologiques des lacs.

Les écosystèmes océaniques ont également réagi aux changements de température à plusieurs échelles. Des études dans le sud de la Californie ont montré une diminution de 80% de la biomasse de macrozooplancton, en relation avec une augmentation à long terme de 0,8 à 1,5°C de la température de surface de l’océan. La baisse du zooplancton peut à son tour être responsable du déclin des espèces à des niveaux trophiques supérieurs, comme les oiseaux marins. Des changements similaires ont également été détectés dans la mer du Nord. Des données sur le long terme sont nécessaires pour établir une distinction entre les effets à long terme de l’évolution du climat et les manifestations périodiques tels qu’El Niño.

Le risque d’extinction

La contribution des changements climatiques à la crise d’’extinction dépend de la rapidité à laquelle les espèces peuvent répondre aux changements. Le changement climatique en cours est une source supplémentaire de stress pour les espèces déjà menacées par l’impact anthropique et les changements environnementaux mondiaux.

Les populations d’amphibiens pourraient subir un déclin à l’échelle mondiale. Les effectifs d’amphibiens sont sensibles aux fluctuations du calendrier et de la quantité des précipitations. La baisse drastique des populations de grenouilles à Porto Rico est corrélée avec les faibles précipitations des dernières années. Les récents changements climatiques peuvent être directement responsables de l’extinction du Crapaud doré (Bufo periglenes) au Costa Rica. La soudaine disparition de cette espèce a été associée aux conditions exceptionnellement chaudes et sèches. Cela a également abouti à l’extinction locale de la Grenouille arlequin (Atelopus varius) et à la baisse drastique des populations d’autres espèces. L’incapacité des populations à récupérer auprès un déclin rapide, qui a eu lieu à la fin des années 1980, laisse penser que les changements à long terme du climat sont responsables.

Le réchauffement de la planète peut également être indirectement lié au déclin des amphibiens via le rayonnement UV. L’augmentation des températures est associée à une diminution du carbone organique dissous dans les lacs, ce qui donne lieu à une pénétration accrue du rayonnement UV-B.

Les cas des hotsposts

Le réchauffement climatique représente la menace la plus répandue sur la planète pour la biodiversité. Malgré toutes les études montrant l’ampleur des changements écologiques provoqués par le changement climatique, peu d’efforts ont été faits pour évaluer les effets potentiels de l’effet de serre sur la biodiversité terrestre à l’échelle mondiale. Une étude a montré que les espèces endémiques qui ont une aire de répartition limitée peuvent être particulièrement vulnérables, indiquant qu’il est nécessaire de donner la priorité aux mesures de conservation dans les hotspots de biodiversité, qui regroupent une importante richesse spécifique et un endémisme élevé. Le réchauffement climatique occasionne par conséquent une grave menace pour la biodiversité au sein de ces écosystèmes. Les 25 hotspots de la planète abritent environ 44 % des plantes du monde et 35 % des vertébrés, sur seulement 1,4 % de la superficie du globe. Ces derniers ont de plus connu une perte d’habitat important, puisqu’aucun hotspot n’a conservé plus de 30% de sa superficie en habitat naturel.

Une enquête réalisée au Costa Rica sur les changements au sein des biomes a permis de montrer que plusieurs biomes abritant un grand nombre d’espèces endémiques étaient particulièrement vulnérables au réchauffement de la planète et pourraient disparaitre complètement sous certains scénarios climatiques.

Les résultats d’une étude sur l’impact du changement climatique sur la biodiversité révèlent que si on double le taux de dioxyde de carbone (CO2), les extinctions pourraient se chiffrer à 56 000 espèces de plantes endémiques et 3700 espèces de vertébrés endémiques. A titre individuel, certains hotspots (Région floristique du Cap, des Caraïbes, Bassin méditerranéen, Andes tropicales) verraient plus de 3000 de leurs espèces végétales disparaitre et pour d’autres (Caraïbes, indo-Birmanie, et tropicale des Andes) plus de 200 espèces de vertébrés. De tels taux d’extinctions pourraient toutefois être rencontrés également dans des régions n’étant pas des hotspots avec des types de biomes similaires (principalement tropical ou subtropical) et où les espèces ont une aire de répartition restreinte.

La réponse au réchauffement climatique se fait uniquement au niveau spécifique, les habitats n’apportant aucune réponse. Ainsi, lorsque des changements se produisent dans la structure de la végétation, l’aire de répartition de certaines espèces peut être amenée à se réduire. Ceci pouvant se traduire par une diminution de la richesse spécifique dans certains territoires, voire l’extinction d’espèce endémique. Pour situer ces taux d’extinction par rapport aux autres menaces sur la biodiversité, il est intéressant de les comparer avec les taux rencontrés avec la perte d’habitat due à la déforestation qui est généralement considéré comme une des menaces les plus graves. Ainsi si on estime un doublement du taux de CO2 atmosphérique dans 100 ans, le taux d’extinction des espèces due à la déforestation est supérieur à celui rencontré avec le réchauffement climatique. Par contre, en considérant les modèles climatiques les plus pessimistes où le taux doublerait en moins de 50 ans, les deux taux d’extinctions seraient similaires. Ces calculs suggèrent par conséquent que le réchauffement climatique se classe donc parmi les plus graves menaces pour la biodiversité, et dans certains scénarios pourraient avoir des conséquences plus importantes que la déforestation. Pour les zones qui actuellement ont un faible taux de perte d’habitat, le réchauffement climatique est sans doute la plus grave menace pour la biodiversité.

Les hotspots pourraient ainsi voir disparaitre plusieurs milliers de plantes endémiques et espèces de vertébrés en cas de doublement des concentrations de CO2. D’autres menaces anthropiques au sein des hotspots pourraient de plus aggraver ce phénomène. Bien que les points chauds soient particulièrement vulnérables aux changements climatiques à cause du changement de la végétation et de la faible migration possible des espèces, il ne faut pas oublier que des taux d’extinction élevé pourraient être rencontrés dans les zones n’étant pas des hospots.

Les changements climatiques et la conservation

Les études actuelles montrent qu’il est nécessaire de se pencher sur la menace du réchauffement climatique sur les espèces dès maintenant, et de ne pas attendre l’avenir. Bien que le lien entre les extinctions et le changement climatique n’a pas encore du être démontré de manière certaine, il est nécessaire d’appliquer le principe de précaution dès maintenant et de prendre au sérieux ces changements.

La planification de la conservation de certaines espèces ou communautés devraient tenir compte du fait que le changement climatique est en cours. Ainsi il est nécessaire de réaliser (i) une analyse des réponses climatiques, y compris les récentes modifications du climat, lorsque des décisions sont prises sur le lieu de réintroduction d’une espèce, (2) une évaluation des réponses physiologiques au climat pour s’assurer que les efforts de conservation in situ sont dirigés sur les sites appropriés, (3) une reconnaissance de l’importance des changements relativement faibles du climat pour la reproduction et la survie des espèces, en mettant l’accent sur la nécessité de conserver les micro climat à l’intérieur des types d’habitats et ( 4) des efforts accrus pour surveiller les espèces envahissantes des climats plus chauds.

Les données actuelles indiquent que les changements du climat vont probablement se poursuivre et même s’accélérer au cours des 50 – 100 prochaines années. Des prévisions exactes sur la manière dont les espèces et les écosystèmes vont répondre face aux changements climatiques, aideront à se préparer à leur conservation. Les observations directes des réponses des espèces aux changements climatiques viendront compléter les modèles, les expériences, les études paléoécologiques. Ainsi il est nécessaire de prendre en compte dans les modèles des variables susceptibles d’influer sur les espèces comme la température ou les précipitations. L’objectif étant de tester à partir des données écologiques, climatiques et biogéographiques, la répartition des espèces et leurs réactions en fonction des conditions présentes. Il est bien sur difficile d’obtenir la réponse exacte des espèces en fonction de chaque paramètre de température ou de précipitations, mais les modèles permettent d’obtenir une tendance qui permettra d’agir dès maintenant pour la conservation de ces espèces. Il est nécessaire également d’essayer d’intégrer dans ces modèles des effets indirects du changement climatique comme l’augmentation des parasites, qui profiteraient du changement climatique, et auraient ainsi un effet néfaste sur la survie des espèces.

Les études montrent que la plupart des groupes d’espèces sont capables de répondre aux changements climatiques. Des études doivent par conséquent être réalisées sur les espèces qui n’y répondent. Ces dernières peuvent être moins sensibles à la température que celles qui y répondent, mais aussi elles peuvent ne pas être en mesure de réponse à un réchauffement modéré. Ce dernier constat est plus inquiétant pour leur conservation.