Dynamique des populations : cours de Terminale

Une forêt, un étang, une prairie : partout, des populations voient leur nombre d'individus monter, descendre ou se stabiliser. Un jour, une espèce d'insecte pullule ; l'année suivante, on n'en voit presque plus. Comprendre ces variations, c'est l'objet de ce chapitre.

La dynamique des populations est une branche de l'écologie. Elle s'intéresse aux fluctuations, au fil du temps, du nombre d'individus d'une population d'êtres vivants, et elle cherche aussi à comprendre l'effet de l'environnement sur ces effectifs ⁴. Elle regarde également la structure de la population, par exemple selon l'âge ou le poids des individus ⁴.

Cette discipline n'est pas qu'une curiosité de laboratoire. Elle sert à gérer la pêche, la chasse, les zones protégées, et à contrôler les populations d'animaux jugés nuisibles ⁴. Une société qui prélève trop de poissons voit sa ressource s'effondrer ; une réserve naturelle qui ignore la dynamique de ses espèces ne sait pas si elles sont en sécurité.

Il y a aussi des questions de fond. Pourquoi une population d'insectes connaît-elle des explosions qui reviennent par intermittence ? ² Cette question touche directement l'environnement de l'être humain et son bien-être ².

La difficulté vient d'un fait simple : les processus de population sont multiplicatifs et s'étendent sur de longues durées, si bien que l'intuition immédiate se trompe souvent ². Pour cette raison, les écologues utilisent en permanence des modèles ². Un modèle est une version simplifiée de la réalité, écrite en mots ou en équations, qui permet de prévoir et de tester des hypothèses.

Dans ce cours, tu vas :

• apprendre à décrire une variation d'effectif ;
• manipuler le modèle exponentiel et calculer une durée de doublement ;
• comprendre pourquoi une croissance ne peut pas durer indéfiniment ;
• reconnaître les trois grandes familles de dynamiques ;
• relier les cycles observés à leurs causes.

Une population n'existe jamais seule. La dynamique des populations s'appuie sur une notion centrale : le système population-environnement ². L'effectif dépend du milieu (nourriture, espace, climat, autres espèces), et en retour la population transforme son milieu en le consommant ou en l'occupant.

Ce système reste un objet biologique complexe ². Pour avancer, on commence souvent par le cas le plus simple : une population considérée comme homogène et isolée. Quand ce cas a été raisonnablement compris, les chercheurs s'intéressent aux fluctuations et au rôle de l'hétérogénéité des habitats ². Ton cours suit la même logique : d'abord le cas simple, ensuite les complications.

Le modèle le plus simple suppose que le taux de croissance est proportionnel au nombre d'individus ⁴. Plus il y a d'individus, plus il y a de naissances en valeur absolue, donc plus l'effectif augmente vite. On parle de croissance géométrique (en temps discret) ou exponentielle (en temps continu), parfois appelée croissance malthusienne, en référence aux travaux de l'économiste Thomas Malthus ⁴.

Que vaut ce modèle ? Sa dynamique est simple et peu réaliste : la population croîtrait sans fin ⁴. Pourtant, ses prédictions peuvent être correctes sur des durées courtes ⁴. Il sert aussi de base à des modèles plus élaborés, comme les modèles matriciels pour les populations structurées ⁴.

Regarde le rapport avec la réalité : une population ne peut pas tripler chaque semaine pendant dix ans. Le modèle exponentiel décrit donc une phase de départ (colonisation d'un milieu vide, début d'une invasion), non un état durable.

Dans la nature, les ressources sont finies. Pierre-François Verhulst (1804-1849) a étudié l'évolution de populations animales. Il a constaté que, dans certaines conditions, notamment lorsque l'espace vital disponible est limité, la population ne peut pas dépasser une valeur maximale ¹.

Comment lire cette idée ? Au début, la population est loin de la limite : elle croît presque comme dans le modèle exponentiel. Plus elle grossit, plus les individus se gênent (concurrence pour la nourriture, pour l'espace), et plus le taux de croissance effectif diminue. L'effectif finit par se rapprocher de cette valeur maximale, appelée capacité d'accueil (ou capacité biotique) du milieu et notée $K$.

Le modèle logistique corrige donc le défaut majeur du modèle exponentiel, dont l'effectif croîtrait sans fin ⁴.

Pour ranger les dynamiques en grandes catégories, on observe comment la population se comporte quand rien ne la perturbe. Ce classement s'appuie sur les mathématiques des systèmes dynamiques, et plus précisément sur l'idée d'attracteur : l'état vers lequel le système tend à évoluer ⁴. Retiens trois familles.

Un cycle n'apparaît pas par magie. On parle de dynamique déterministe cyclique lorsque les fluctuations sont périodiques et que le modèle ne fait pas intervenir de variables aléatoires ⁵. Plusieurs causes peuvent la produire ⁵.

Suis le raisonnement pas à pas. Les proies sont nombreuses : les prédateurs trouvent à manger et se multiplient. Devenus nombreux, ils consomment beaucoup de proies, dont l'effectif chute. Les prédateurs manquent alors de nourriture et déclinent. Les proies, moins chassées, peuvent de nouveau augmenter, et le cycle recommence. Le retard entre les deux courbes est la clé : le prédateur réagit après la proie, et non en même temps.

L'herbivorie produit un phénomène semblable entre une plante et ses consommateurs. On y retrouve une dépendance négative à la densité, avec un effet retardé, et des phases de croissance et de décroissance des deux populations, liées l'une à l'autre ⁵.

Selon les espèces, la période des cycles hôte-parasite varie. Elle peut aller jusqu'à 10 ans, comme pour la tordeuse grise du mélèze en Suisse ⁵.

Une dynamique n'évolue pas toujours tranquillement. Des perturbations écologiques viennent la modifier. Parmi les plus typiques, on trouve les invasions biologiques, ponctuelles ou récurrentes, comme celles de criquets pèlerins ⁴. Il y a aussi les perturbations d'origine humaine : excès de chasse, de pêche, de brûlage, dérangement répété, qui peuvent entraîner des disparitions massives d'espèces ou de populations ⁴.

Les effets peuvent être profonds. Des études ont montré que la pêche en mer influence fortement la taille, la composition et la diversité des poissons démersaux ⁴. Ainsi, un prélèvement n'enlève pas seulement des individus : il modifie la structure de la population.

C'est pourquoi l'étude de la dynamique sert à plusieurs usages : exploiter des populations naturelles à des fins économiques sans les épuiser, mais aussi contrôler des populations naturelles jugées gênantes ³. La biologie des populations cherche ainsi à comprendre les variations d'effectifs et ce qui les détermine ³.

La suite du programme prolonge ce chapitre. Tu étudieras les interactions entre espèces, qui expliquent beaucoup de cycles, puis les successions écologiques, où des populations se remplacent au fil du temps.