MetAqua : extension du champ de la simulation aux milieux aquatiques terrestres

La plateforme de simulation numérique SimOïko est dérivée du modèle de recherche MetaConnect, développé pour traiter des questions de dynamiques de meta-populations d'espèces terrestres ou amphibies. SimOïko a donc à ce titre bénéficié de tests de validation pour ce type d'espèces mais son utilisation à des espèces pélagiques telles que les poissons reste à développer. Le projet MetAqua réalisé en collaboration avec la SETE-CNRS vise 1) à tester les capacités prédictives de SimOïko pour les espèces pélagiques 2) le cas échéant, développer les algorithmes de simulation adaptés à ces espèces.

La Trame Verte et Bleue (TVB), est un outil d’aménagement du territoire issu des lois Grenelle 2. Il est principalement utilisé pour limiter les extinctions d'espèces liées à la fragmentation de leurs habitats naturels. En effet, les populations isolées et particulièrement lorsqu'elles sont de petites tailles ont plus de chances de s’éteindre à causes d’événements démographiques et génétiques stochastiques. Ce mécanisme connu sous le nom de « vortex d'extinction » peut être atténué par la dispersion d'individus quittant leur site de vie pour en rejoindre un nouveau. La TVB est donc conçue autour de l'idée que la conservation des espèces passe par la protection des réseaux écologiques maintenus grâce à la dispersion. Toutefois, la dispersion est un comportement complexe résultant de compromis entre processus écologiques et évolutifs. Les travaux dans ce domaine ont montré qu'en raison de ces processus multiples, le taux et la distance de dispersion montrent de très importantes variabilités intra et inter-spécifiques. Il a ainsi été démontré que la variabilité intraspecifique dépend à la fois du phénotype individuel et des interactions environnementales et sociales. Ainsi, la dispersion est étroitement liée aux traits d'histoire de vie des espèces et à l'interaction entre phénotype et environnement des individus.

Pour faire face à la difficulté de prédire la dispersion des espèces dans un paysage donné, les premières stratégies de conservation des réseaux écologiques déployées par les gestionnaires se sont basées sur la connectivité structurelle des paysages. Cette méthode suppose qu'un réseau écologique peut être défini par des habitats similaires proches les uns des autres. Cette méthode ne prend en compte ni la dispersion ni la dynamique populationnelle. D'après cette hypothèse, la seule proximité des habitats permet le transfert d'individus. La TVB est dès lors construite en associant des patchs d'habitat favorables à l'espèce étudiée suffisamment proches les uns des autres.

Afin de palier à cette sur-simplification du fonctionnement des réseaux écologiques, et traiter explicitement des dynamique de populations et de la dispersion, TerrOïko développe depuis 2012, la plateforme de simulation SimOïko, dérivé du modèle de recherche MetaConnect. MetaConnect est un modèle de dynamique de population individu centré et spatialement explicite. MetaConnect permet de simuler la dynamique de population, le flux d'individus et la génétique d'une population dans un paysage. L'utilisation de SimOïko permet d'améliorer la qualité et la pertinence des études TVB. Toutefois, la plateforme a été développée pour des espèces terrestres ou amphibies (amphibiens, libellules, etc).

MetAqua vise à étendre le champ d'application de SimOïko aux espèces strictement aquatiques telles que les poissons.

Les résultats de simulation de génétique des populations issus de SimOïko (à gauche) seront comparés à des données de terrain (à droite).

Méthodologie générale

SimOïko sera utilisé hors de son champ d'application initial (en milieu aquatique) pour simuler des dynamiques de metapopulations de poissons et les résultats de simulation seront confrontés aux données génétiques de terrain de l'espèce. Dans le cas où les algorithmes actuels de SimOïko ne seraient pas validés, en milieu aquatique, de nouveaux algorithmes de simulation seront développés dans le projet et seront testés pour validation. Ces tests de validation seront réalisés en deux étapes: Comparaison avec d'autres modèles existants de populations de poissons et confrontation des résultats de génétique simulés avec les données de terrain.