Risques Systémiques Environnementaux

Facteurs des stress Biologique, risques environnementaux

La première version de cet article a été réalisée en 2004/2005, l'interdiscipline appellée "Earth System Science" était encore en gestation, elle n'est apparue sur Wikipedia qu'en 2009.

A l'échelle internationale, établir des programmes afin de mettre en place des indicateurs, cartographier et suivre l'ensemble des risques systémiques pouvant peser sur l'environnement planétaire apparaîtra - de plus en plus - comme une priorité majeure.

Il est intéressant de constater que ces risques - au fil des années - sont graduellement pris en compte, notamment là où les enjeux sociétaux et économiques à long terme sont observés (World Forum, ONU).

Mesures directes de la biodiversité

La biodiversité répond à la pression que l'environnement exerce sur les êtres vivants.
La mesure de cette biodiversité permet indirectement de mesurer le stress biologique.

En l'état actuel des connaissances et des moyens de mesure il semble difficile d'évaluer la biodiversité à l'échelle de régions entières: cela ne peut s'envisager autrement que localement. Il existe pour cela quelques méthodes:

• Méthode de comparaison abondance biomasse (ABC) : calcul du niveau de pertubation ( Clarke et Warwick, 2001a)
• Indice de diversité de Shannon ou Shannon-Wiener (H') (Pohle et al. 2001)
• Courbe d'abondance des espèces
• Distance taxonomique moyenne (AvTD) et de la variation de la distance taxonomique (VarTD) (d'après Clarke et Warwick, 2001b): leurs valeurs moyennes sont indépendantes de l'effort d'échantillonnage : la réponse à un stress environnemental croissant est monotone (c'est-à-dire qu'elle diminue ou augmente avec le niveau de perturbation)

La biodiversité répond à l'environnement et à la pression que celui exerce; si tel que dans le cadre de cette étude nous nous intéressons précisément à ce qui perturbe cette biodiversité, il n'est pas nécessairement utile de la mesurer directement, mais plutôt de nous intéresser aux pressions que l'environnement exerce.

Ceci s'évalue par un recensement des sources de stress biologique.

Le stress biologique

Il s’exprime par des agressions sur l’environnement, il favoriser le développement de certaines espèces au détriment de nombreuses autres. Un écosystème "stressé" répondra par un appauvrissement en nombre absolu d'espèces au profit de quelques unes qui occuperont les niches écologiques les plus touchées voire disparues.

Courbes d'abondance (ou dominance) classée moyenne des espèces (a) et courbes d'abondance cumulative classée (courbes de dominance k) (b), pour des échantillons provenant de stations altérées situées près (ligne pointillée) d’une opération de forage pétrolier et de stations relativement peu touchées (ligne pleine), représentant des populations subissant différents types de stress biologique (d’après Clarke et Warwick, 2001a).

Méthode de comparaison abondance-biomass(h6b585ku) (ABC) pour calculer le niveau de perturbation, d’après la comparaison des courbes de la biomasse (spécifique) et de l’abondance (dominance k), montrant les positions relatives des courbes à différents degrés de pollution (d’après Clarke et Warwick, 2001a).

"abondance": %d'individus de l'espèce i
"biomasse" : %de la biomasse représenté par l'espèce i

Index des Vulnérabilités Environnementales (IVE)

Dresser la liste des vulnérabilités est une tâche qui devrait préoccuper de façon croissante les futures générations et ce d'autant plus qu'elles vont se trouver confrontées, de plus en plus, au changement climatique global.

Par exemple, l'Environmental Vulnerability Index (EVI) est une mesure qui a été conçue par la Commission des géosciences appliquées du Pacifique Sud (SOPAC), le Programme des Nations Unies pour l'environnement pour caractériser la gravité relative de divers types de problèmes environnementaux subis. Les résultats de l'EVI sont utilisés pour se concentrer sur les solutions planifiées aux pressions négatives sur l'environnement, tout en promouvant la durabilité.

Ces vulnérabilités s'articulent suivant une logique en 3 niveaux (cf, chapitre suivant) :

• Système(s) environnementaux d'origine
  • Facteurs naturels ou artificiels perturbateurs (stress)
    • indicateurs mesurables

Voir Environmental Vulnerability Index sur Wikipedia.

Exemples de facteurs de stress

• Phénomènes climatiques,
• Précipitations,
• Sécheresses,
• Quantité de chaleur,
• Tempêtes,
• Gels,
• Pollutions,
  • Forages,
  • Pluies acides,
  • Eléments mutagènes, rayonnements électromagnétiques,
  • Modification de la concentration d'oxygène dissous,
• Feux,
• Phénomènes biologiques,
  • Teneur en nutriments en nourriture,
• Phénomènes géologiques,
  • Eruptions volcaniques,
  • Avalanches,
  • Eboulements, ...

Exemples de variables mesurées

Dans tous les cas, à partir de ces facteurs environnementaux, il s'agit de trouver des indicateurs mesurables et arriver à identifier les facteurs les plus importants. Il est nécessaire que ceux-ci soient mesurés sur des durées suffisament longues pour être considérés comme "pertinents/critiques". Par exemple:

• Modification du taux de ph,
• Concentration des sulfates (SO4/SO2),
• Concentration de phosphore / Phosphates (P/PO4),
• Concentration d'azote (N/NO3),
• Concentration verticale et horizontale d'ozone (O3),
• Radiations actives pour la photosynthèse,
• Température de l'air à la surface des océans (par satellite),
• Mesure des concentrations en chlorophylle,
• Concentrations de poussières dans l'atmosphère,
• Taux de CO2, ...

Classification des Systèmes environnementaux

Nous pouvons classer les risques environnementaux suivant leur sphère environnementale d'origine. Sur U-Sphere ce découpage a été réalisé :

• L'Héliosphère, la Magnétosphère,
• L'Atmosphère,
• La Litosphère,
• L'Hydrosphère, Cryosphère,
• La "Cosmosphère",
• L'Anthroposphère

Cosmophère

• Rayonnements cosmiques

Généralement, les poussières ou les explosions volcaniques créent un refroidissement de l'atmosphère terrestre, car réfléchissant une certaine partie de l'énergie solaire dans l'espace et refroidissant la terre. Or, les rayons cosmiques très énergétiques, interagissent peu mais lorsque cela arrive, ils cassent les molécules de la haute atmosphère, typiquement le CO2. Ce qui contrarie l'effet de serre, et d'autre part, les mocules cassées vont se recombiner pour former des nuages de vapeur d'eau qui vont modifier l'alabedo de la planète et provoquer des déséquilibres.

• Météores, Comètes

Le Système solaire est traversé d'objets de différentes dimensions pouvant représenter un risque majeur pour la Terre. Ces risques échappaient jusqu'à présent à toute possibilité de contrôle, aujourd'hui les agences spatiales et la NASA en particulier mettent en place des programmes de surveillance.

Héliosphère, Magnétosphère

Le soleil est à l'origine d'un grand nombre de phénomènes pouvant impacter l'environnement Terrestre

La variabilité de l'activité solaire et le peu de recul dont nous disposons rend ce risque encore largement négligé.

Surface du soleil

• Nombre de Wolf (le nombre de Wolf correspond à un paramètre très général, induit par une augmentation de l'activité du soleil)
  • Nombre de Wolf de janvier 1946 à janvier 2003
  • +k(Nb de Wolf,Mortalité plantes)
• Eruptions solaires, Coronal Masse Ejection (CME)

Plasma solaire

• Vent solaire
  • V Solar wind velocity,
• Aurores boréales
  • Effets EM des aurores boréales
  • Nombre d'aurores boréales
  • k(aurores boréales, Mortalité plantes)
  • Variation du champ géomagnétique terrestre
    • Ap Index, Kp Index,
      • ftp://ftp.ngdc.noaa.gov/STP/GEOMAGNETIC_DATA/INDICES/KP_AP/
      • k(Ap Index, Mortalité plantes)
      • k( ?, Mortalité hommes)
  • Dst Index,
  • Bz Component
• Flux de protons
  • Tp proton temperature,
  • Dp proton density.

Rayonnements/Radiations du soleil

• Champs ElectroMagnétiques (CEM) (ElectroMagnetic Fields (EMF))
  • Effets des Rayonnements_électromagnétiques
    

    Effet des rayonnements électromagnétiques
  • UV,
    • Emission d'Ion MGII
  • EUV,
  • Variation de densité de l’ionosphère
    • Mesure de F0F2

Champ Magnétique Interplanétaire Champs EM engendrés par le plasma solaire (/EUV ?)

• Courants ELF (Extremly Low Frequency) engendrés dans l'ionosphère
  • Effets EM des ELF
  • ELF Currents value
  • k(ELF Currents value, Mortalité plantes)
• Météo "galactique" (interface vent solaire / milieu galactique)

Atmosphère

Essentiellement une interface de stokage des aérosols, particules et de transformation de ceux-ci sous l'effet des températures et du rayonnement solaire.

Outre les phénomènes climatique, l'atmosphère est un médiateur pour un ensemble de phénomènes liés à l'activité humaine.

• L'Effet de serre
  • Gaz à effet de serre: H2O, CO2, CH4, N2O, O3, Halocarbures
  • Rayonnement infrarouge
  • Production anthropique de gaz à effet de serre
    • CO2 (55%), CH4 (15%), Halocarbures (15%), O3 (15%), N2O(5%)
    • >> Augmentation des T° du globe
• Couche d'Ozone stratosphérique (~25 km)
  • Production d'ozone par absorbption du rayonnement UV
• Polluants atmosphériques
  • Production d'aérosols: destruction de la Couche d'ozone stratosphérique
  • Production d'ozone et de polluants dans la basse atmosphère
    • >> "Stockage" : phénomène d'Inversion de températures
      • smog,
      • Pluies acides
• Tempêtes tropicales, Cyclones
• T° de l'air

Hydrosphère, cryosphère

• Sécheresses,
• Innondations,
• Tsunamis,
• Vitesse de fonte des glaces,
• Modification des cours d'eau ou des plans d'eau,
• Taux d'oxygène, de CO2 dissous, ...

Biosphère

Il s'agit ici de rétroactions liées à l'activité des espèces vivantes en relation avec les modifications environnementales et la modification d'équilibres.

• L'eutrophisation,
  • augmentation de la biomasse algale,
  • augmentation de la biomasse du zooplancton gélatineux,
  • dégradation des qualités organoleptiques de l'eau (aspect, couleur, odeur, saveur),
  • développement de phytoplancton toxique,
  • diminution de l'indice biotique,
  • diminution de la concentration en dioxygène dissous,
  • mort des organismes supérieurs (macrophytes, insectes, cnidaires, crustacés, mollusques, poissons, etc).

• la modification des courants marins.

(Ces causes n'étant pas strictement liées à l'hydropshère mais liées à des facteurs humains et écologiques exogènes)

Marqueurs/variables liées

• biodiversité du plancton

il est essentiel à la biodiversité des espèces qui s'en nourissent, mais aussi pour répondre aux variations spatiales et temporelles des contraintes environnementales. Ainsi, la qualité d'un écosystème marin peut se baser sur la qualité du spectre "planctonique" (zooplancton et phytoplancton)

• croissance des coraux

ce sont des marqueurs du climat passé et des niveaux de pollution.

Anthroposphère

Il s'agit de mesurer l'empreinte systémique au travers des activités humaines.

• Zones de décision et de contrôle (gouvernements, centres de commandement),

• Zones de pollution et de contamination:
  • Nucléaire,
  • Bactériologique,
  • Chimique et industrielle,

• Zones d'exploitation des ressources :
  • Ressources naturelles (encore) disponibles,
  • Exploitation des ressources naturelles / biologiques,
  • Contamination du milieu écologique,
  • Destruction des espèces, des habitats,

• Zones de conflit

Litosphère

• Tectonique des plaques
  • Volcanisme,
    • Poussières et gaz >> atmosphere
  • Tremblements de terre,
    • Tsunamis,
• Inclinaison, Précession, Ecliptique

Couplage des risques et des flux

biosphere-risques.vsd

Biosphère, couplage des risques environnementaux

Attitude de l'homme face aux risques systèmiques

Un plan stratégique de surveillance

La survie de l'espèce et des équilibres environnementaux dépend en amont de la surveillance des paramètres listés précédemment.

L'environnement agit sur l'homme et en retour l'homme agit sur l'environnement : les facteurs d'évolution sociale sont donc à prendre en considération.

De même, l'évolution des moyens scientifiques et techniques (Technosphère) vont peser dans les interactions entre l'homme et son environnement, sur sa capacité à modifier l'environnement dans lequel il vit.

Voici donc des paramètres supplémentaires qu'il faudrait prendre en compte :

Développement humain

• Industriel,
• Démographique,
• Social,
• Idéologique,
• Scientifique,
• Biologique de l'espèce.

Capacités de réaction de la société

• Tendances psychosociales à la soumission,
• Tendances psychosociales à la conservation des attitudes,
• Subordination de la Technologie.

Nous réalisons ici un parallèle entre cette surveillance et la surveillance que pourraient réaliser d'autres espèces intelligentes dans l'univers, dans l'objectif de leur survie et/ou de la compréhension des systèmes écologiques qu'elles sont susceptibles de rencontrer.