R132 : Interactions entre biodiversité, sociétés et changements globaux, L. Abbadie et al.

Cliché Jami Dwyer

La Société Française d’Ecologie et d’Evolution (SFE2), en partenariat de publication avec la Fondation pour la Recherche sur la Biodiversité (FRB), vous propose ce Regard d’un collectif interdisciplinaire de chercheur.e.s en écologie et autres sciences de l’environnement, tou.te.s membres ou collaborateurs de la FRB entre 2018 et 2025, sur les interactions entre biodiversité, sociétés et changements globaux.

Plus précisément, ce Regard partagé rassemble cinq brefs articles dits « fronts de sciences”, rédigés par ce collectif pour la FRB entre 2019 et 2025, en écho au deuxième axe de la « Prospective pour la recherche française sur la biodiversité » – publication FRB et AllEnvi (Alliance Nationale de Recherche pour l’Environnement).

MERCI DE PARTICIPER à ces regards et débats sur la biodiversité en postant vos commentaires et questions sur les forums de discussion qui suivent les articles; les auteurs vous répondront.

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Interactions et rétroactions entre biodiversité,
sociétés et changement globaux

par Luc Abbadie et al.

Regard R132, édité par Anne Teyssèdre

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Auteurs :

• Luc Abbadie, professeur émérite à Sorbonne Université (SU) ;
• Sébastien Barot, directeur de recherche à l’Institut de recherche pour le développement (IRD) ;
• Jean-Marc Bonzom, écotoxicologue à l‘Agence de l’environnement et de la maîtrise de l’énergie (Ademe) ;
• Nathalie Charbonnel, directrice de recherche à l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) ;
• Philippe Gros, ancien directeur de recherche à l’Institut français de recherche pour l’exploitation durable de la Mer (Ifremer) ;
• Hervé Jactel, directeur de recherche à l’Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement (INRAE) ;
• Jean-Louis Morel, professeur émérite à l’Université de Lorraine (UL) ;
• Hélène Soubelet, directrice de la Fondation pour la recherche sur la biodiversité (FRB) ;
• Eric Thybaud, ancien ingénieur écotoxicologue à l’Institut national de l’environnement industriel et des risques (INERIS). 

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Mots clefs :
Prospective, fronts de sciences, changements globaux, pressions, données, pêche, coupes rases, forêt, pollutions, écotoxicité, santé, risques, zoonoses, émergences, sociétés, rétroactions, expériences, modèles.

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• Résumé
• Introduction générale
• 1. Satellites, mégadonnées et biodiversité marine
  • Présentation du sujet
  • Nature du front de science
  • Axes de questionnement
  • Glossaire
  • Eléments de bibliographie
• 2. Coupes rases et biodiversité forestière
  • Présentation du sujet
  • Nature du front de science
  • Questions et perspectives
  • Bibliographie
• 3. Impact des pollutions sur la biodiversité : mesurer, comprendre et prédire 
  • Présentation du sujet
  • Nature du front de science
  • Axes de questionnement
  • Bibliographie
• 4. Comprendre les processus écologiques, évolutifs et sociaux à l’origine des zoonoses
  • Présentation du sujet
  • Nature du front de science
  • Questions et perspectives
  • Glossaire
  • Bibliographie
• 5. Impact des organismes et des écosystèmes sur le climat : comprendre et prédire 
  • Présentation du sujet
  • Nature du front de science
  • Axes de questionnement
  • Bibliographie
• Conclusion
• Forum de discussion

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Résumé

Ce regard présente cinq « Fronts de sciences » et donne ainsi un aperçu de quelques sujets en développement ou d’enjeux appelant de nouvelles recherches. Ils sont le fruit d’un travail réflexif porté par le Conseil scientifique de la Fondation pour la recherche sur la biodiversité (FRB) et ont été rédigé par ses membres au fil des mandatures depuis 2018, parfois accompagnés par d’autres chercheuses et chercheurs. Certains sujets s’inscrivent clairement dans des enjeux et débats de société, d’autres relèvent de problématiques conceptuelles et méthodologiques de nature plus fondamentale.  

Ces « Fronts de sciences » illustrent les points clés du deuxième axe de la « Prospective pour la recherche française sur la biodiversité », axe dédié à l’étude des interactions entre biodiversité et changements globaux. Cette « Prospective » a été rédigée par un collectif de chercheuses et chercheurs de divers organismes de recherche et publiée en 2023. 

Introduction générale

Ce regard présente cinq « Fronts de sciences » relatifs à l’étude des interactions entre biodiversité et changements globaux. Les pressions anthropiques sont à la fois directes et indirectes. Elles ont de nombreux impacts sur la biodiversité, synergiques et antagonistes. Il s’agit de caractériser et hiérarchiser ces effets sur le vivant et les sociétés ainsi que de comprendre les rétroactions. 

Ces « Fronts de sciences » présentent des obstacles épistémologiques sur lesquels bute la recherche, des « brèches » qui s’ouvrent suite à une avancée conceptuelle ou méthodologique, ou encore des angles morts, sujets domaine délaissés ou jamais véritablement explorés. Certains s’inscrivent clairement dans des enjeux et débats de société, d’autres relèvent de problématiques conceptuelles et méthodologiques de nature plus fondamentale. Ces cinq « Fronts de sciences » illustrent le deuxième axe de la « Prospective pour la recherche française sur la biodiversité » rédigée par un collectif de chercheuses et chercheurs de divers organismes de recherche et publiée par la FRB en 2023. 

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1. Satellites, mégadonnées et biodiversité marine : vers une quantification de la pression de pêche 

Les systèmes de production alimentaires ont des impacts majeurs sur la biodiversité, alors même que celle-ci, à travers les fonctions de régulation des écosystèmes, est un déterminant majeur de la qualité et de la durabilité de ces systèmes. Ce « Front de sciences » illustre les nouvelles approches méthodologiques pour documenter les pressions et leurs effets. 

Présentation du sujet (FS1)

La pêche est la plus ancienne pression anthropique exercée sur la biodiversité marine. Répondant à l’enjeu global de sécurité alimentaire, la pêche maritime fournit 100 millions de tonnes par an de poissons, crustacés et mollusques pour la consommation humaine. 

L’impact le plus connu de la pêche sur la biodiversité est la surexploitation chronique d’un tiers des principaux stocks halieutiques mondiaux. La cause première est établie : de nombreuses flottes de pêche ont la capacité d’exploiter les stocks plus vite qu’ils ne peuvent se reproduire. En faisant obstacle à la préservation des ressources et de la biodiversité marine, en entravant la performance économique et les retombées sociales des activités de pêche, en menaçant la durabilité de l’approvisionnement en poisson, la crise duale surcapacité-surexploitation fragilise le secteur de la pêche, un socio-écosystème complexe. 

Le défi – qui mobilise chercheurs, gestionnaires, pêcheurs, ONG et autres parties concernées – est de concilier la capacité de capture des flottes avec des critères de viabilité écologique (ajuster le volume des prises au potentiel de renouvellement des stocks, maintenir le « bon état » des populations-cibles et de leurs écosystèmes), tout en considérant: le changement global (demande alimentaire croissante, commerce mondialisé); les modifications rapides de l’océan (réchauffement, désoxygénation, acidification, baisse de la production primaire, etc.); la variété des réponses adaptatives de la biodiversité marine; l’appropriation sociale et politique des objectifs de développement durable (ODD) de l’Agenda 2030 des Nations-Unies (spécialement l’ODD n°14); les choix concertés des mécanismes de la régulation des pêcheries mondiales.

À l’interface entre exploitation et écosystèmes, la « pression de pêche » est un concept-clé qui englobe : d’abord, la « capacité de capture » des flottes, définie par les caractéristiques des navires (a minima nombre, tonnage, puissance motrice) et des engins de pêche ; ensuite, la durée du déploiement opérationnel de la capacité, ou « effort de pêche » (effort = capacité × temps de pêche) ; enfin, la capture résultante d’espèces-cibles et non-cibles. 

Nature du front de science (FS1)

Il s’agit d’une avancée méthodologique pour quantifier la pression de pêche. L’objectif est de caractériser, à l’échelle globale, l’activité des navires de pêche en analysant leurs communications avec le transpondeur AIS (automatic identification system, dispositif international de sécurité adopté en 2000) ou le système VMS (vessel monitoring system). Ainsi, en disséquant à l’aide d’algorithmes d’apprentissage profond le flux massif des messages AIS, l’association Global Fishing Watch (GFW) élabore et consolide une base de données publiques à haute résolution des mouvements individuels des navires de pêche. Dès lors, plusieurs équipes de recherche exposent, dans une quinzaine d’articles récents, des éléments de réponse à la question : où, quand, pendant combien de temps chaque navire déploie quel engin de capture, et quelles sont les prises afférentes ? 

Axes de questionnement (FS1)

Une telle une avancée vers la quantification géolocalisée de la pression de pêche est décisive pour l’enrichissement substantiel des réponses aux questions qui suivent. 

1/ Quelle est l’empreinte écologique de la pêche dans l’océan ? L’enjeu est d’approfondir, de la côte au large, la connaissance des dynamiques couplées de la pression de pêche et de la biocapacité des « espaces productifs ». L’analyse du cycle de vie précisera la contribution spécifique du bilan de carbone à l’empreinte (dépenses d’énergie au cours des étapes de capture, transformation et commercialisation du poisson), ainsi que les performances écologiques et économiques des différentes catégories de navires et engins de pêche. 

2/ Comment mieux concilier exploitation et conservation de la biodiversité ? L’analyse conjointe des données satellitaires de télémétrie de la mégafaune marine (poissons, cétacés, oiseaux, tortues) et de l’activité des navires de pêche – accueillant si possible des observateurs à bord – ouvre des perspectives d’optimisation de l’élaboration de réseaux évolutifs d’aires marines protégées (AMP), aussi bien en haute mer que dans les eaux sous juridiction des États côtiers. 

3/ Quels atouts pour l’expertise en appui à la puissance publique ? L’accès à l’information de l’activité des flottes offre un moyen efficace de contrôler le respect des restrictions d’usage dans les zones protégées, et au-delà, de lutter contre la pêche illégale (détection des navires et du transbordement en mer des captures illicites). En termes de maintien des pêcheries sur des trajectoires soutenables, connaître l’évolution de l’effort de pêche et des coûts associés, ainsi que des captures (en termes de volume, de valeur et de composition, rejets inclus) est un enjeu crucial.

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Glossaire (FS1)

• Capacité de capture (ou capacité de pêche) – la quantité de poisson qu’une flotte est capable de pêcher en conditions de ressources données. La capacité d’une flotte englobe le nombre et la taille de ses navires. Le tonnage et la puissance motrice définissent la « capacité nominale ». La « capacité effective », difficile à estimer, inclut aussi : les caractéristiques des engins de pêche et les techniques qui augmentent leur efficacité ; l’électronique embarquée ; les volumes de stockage, congélation ou surgélation, et le traitement à bord des captures ; les bases avancées et les navires d’appui logistique ; l’expérience et la qualification des équipages. 

• Surcapacité – le principal moteur de la surexploitation, comme l’a clairement illustré en 2006 la « crise du thon rouge » en Méditerranée : la capacité de capture déployée équivalait à trois fois le quota préconisé par les scientifiques pour une exploitation soutenable. 

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Éléments de bibliographie (FS1)

• Dureuil M. et al. (2018). Elevated trawling inside protected areas undermines conservation outcomes in a global fishing hot spot. Science, 362, 1403-1407. https://doi.org/10.1126/science.aau0561.
• Kroodsma D. A. et al. (2018). Tracking the global footprint of fisheries. Science, 359, 904-908. https:// doi.org/10.1126/science.aao5646.
• Queiroz N. et al. (2019). Global spatial risk assessment of sharks under the footprint of fisheries. Nature, 572, 461-466. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1444-4.
• Sala E. et al. (2018). The economics of fishing the high seas. Science Advances 4(6). eaat2504. https:// doi.org/10.1126/sciadv.aat2504.
• Taconet M. et al. (2019). Global atlas of AIS-based fishing activity. Challenges and opportunities. (1re éd.). Italie, Organisation des Nations unies pour l’alimentation et l’agriculture (FAO), ISBN: 978-92-5-131964-2

Cet article est extrait des Fronts de sciences FRB 2019, consultables en intégralité à ce lien : « Fronts de sciences 2019 ».

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2. Coupes rases et biodiversité forestière

Les pressions directes affectent la biodiversité sous toutes ses formes, des gènes aux écosystèmes, mais également les fonctions écosystémiques qui y sont associées ainsi que les biens et services que les humains en retirent. Il est donc nécessaire de documenter leurs effets à plusieurs niveaux et à travers plusieurs prismes : c’est ce que développe ce « Front de sciences ».

Présentation du sujet (FS2)

La question des coupes rases en forêt, et en particulier leurs effets sur la biodiversité, est l’objet de vives discussions en Europe. Abondamment relayé par les médias, ce débat oppose classiquement les défenseurs d’une vision intrinsèque de la nature, à protéger pour elle-même, aux parties prenantes ayant une vision plus instrumentale de la biodiversité, qui tirent souvent un profit de l’usage du vivant comme les gestionnaires des forêts de plantation. Les premiers considèrent les coupes rases comme une grave menace pour les espèces, les seconds une étape nécessaire dans leur système de production qui ne nuit guère à la biodiversité.

Étrangement, il ne semble qu’aucun des deux « camps » n’utilise les données de la science pour étayer leur position. La coupe rase en forêt peut être définie comme l’abattage de la totalité des arbres d’un peuplement forestier en une seule fois, pour la récolte du bois et la création d’une zone ouverte disponible au reboisement. En France, ces coupes rases concernent 0,5% de la surface forestière et produisent un tiers du bois commercialisé. Les parcelles concernées sont à 90% en forêt privée et ont une surface moyenne inférieure à 4 hectares.

Nature du front de science (FS2)

Il reste pourtant des effets à mieux documenter et comprendre, notamment selon les groupes taxonomiques considérés ; la taille et la distribution des coupes rases – de même que les effets de la structure et de la composition des peuplements et de leurs évolutions temporelles ou encore les effets sur les sols forestiers. La dimension sociale et politique de cette pratique nécessite également d’être analysée. Le front de science présenté ici relève donc de sujets qui restent encore à explorer. 

Axes de questionnement (FS2)

Au moins quatre axes de questionnement peuvent être identifiés : 

1/ Un premier axe de questionnement sur la relation entre coupes rases et biodiversité devrait cibler la réponse des espèces en tenant compte de leurs traits fonctionnels (ex. spécialisation d’habitat, niche alimentaire, capacité de dispersion…) afin de mieux prédire l’impact sur la composition des communautés et mieux évaluer la menace pour les espèces forestières à fort enjeux de conservation. En effet, à l’échelle du peuplement, les coupes rases exercent des effets directs sur la biodiversité via la suppression d’éléments porteurs d’habitats (arbres, végétation du sous-bois, litière), de microhabitats (ex. cavités) et/ou de ressources. Des conséquences négatives sont donc attendues pour les espèces qui en dépendent directement comme certains oiseaux, chauves-souris, arthropodes, lichens et bryophytes. En contrepartie les coupes rases produisent des résidus de coupe (bois mort) et peuvent donc offrir de nouvelles ressources aux insectes et champignons saproxyliques par exemple. Des effets indirects des coupes rases sur la biodiversité sont aussi observés comme la modification du microclimat (plus sec) et du niveau d’éclairement (plus intense), ainsi que la compaction des sols par les travaux forestiers. Les conséquences peuvent donc être positives pour la flore vasculaire ou les papillons de jour et négatives pour la faune du sol. Il apparaît donc probable que les effets cumulés des coupes rases sur la biodiversité en forêt soient éminemment dépendants des groupes taxinomiques, comme le suggèrent les dernières méta-analyses. La plupart des études ont cependant pour limite de ne considérer que la richesse spécifique des taxons comme métrique de biodiversité. 

 2/ Un deuxième axe de questionnement devrait s’ouvrir, dans une approche pluri et transdisciplinaire, pour évaluer de façon synchronique l’effet de différentes surfaces de coupes rases sur la diversité multi-taxonomique et interroger, en même temps, les porteurs d’enjeux sur le degré d’acceptabilité de telles pratiques. A l’échelle du paysage, la réalisation de coupes rases se traduit par une augmentation de la fragmentation du couvert forestier et une diminution de la connectivité entre parcelles boisées. Ces effets augmentent avec la surface unitaire et cumulée à l’échelle du paysage des coupes rases, auxquels s’ajoutent un accroissement des longueurs de lisière (« écotones ») entre habitats ouverts et forestiers. La création de milieux ouverts, riches en végétation herbacée, peut bénéficier aux espèces mobiles, dépendant d’une complémentarité des ressources comme, par exemple, les cervidés, rapaces, ou chauve-souris qui utilisent les forêts comme sites d’abri ou de reproduction et les clairières pour l’alimentation. En revanche les espèces peu mobiles et strictement inféodées aux habitats forestiers ombragés sont défavorisées par les grandes coupes rases comme les lichens, bryophytes, certains oiseaux et arthropodes du sol.

La littérature scientifique est cependant extrêmement pauvre en études testant proprement l’effet de la taille des coupes rases ou leur distribution dans le paysage sur la biodiversité forestière. En outre, la régulation des coupes rases est très variable en Europe, avec des pays qui l’interdisent (Italie, Bulgarie, Slovaquie, Slovénie), d’autres qui en limitent la surface (Belgique, Pays Bas, Allemagne, Autriche, République Tchèque, Pays Baltes, Roumanie), mais avec des limites elles-mêmes différentes (de 1 à 10 ha) et le reste qui n’imposent aucune limite (les pays Scandinave, le Royaume Uni, l’Espagne et le Portugal). Enfin, certains pays soumettent les coupes rases à autorisation administrative au-dessus d’un certain seuil et à des obligations de reboisement (c’est le cas de la France habituellement au-dessus d’un hectare). Il semble donc que l’autorisation ou la limitation des coupes rases soit davantage le résultat d’une construction sociale et politique que celui d’une analyse objective de ses effets sur la biodiversité.  

3/ Un troisième axe devrait être mieux défriché : celui des effets conjugués des différentes caractéristiques du socio-écosystème des forêts de plantation, et du mode de gestion associée, sur la biodiversité, en interrogeant leur évolution vers une diversification des âges, des essences et des pratiques en général ainsi que sur leur intégration dans la mosaïque paysagère forestière (concept de land sparing). En France la pratique des coupes rases est pratiquement toujours associée au régime de plantation forestière, dont elle permet le renouvellement, après des rotations souvent plus courtes qu’en régime de forêts gérée en futaies ou taillis. L’interruption du cycle sylvicole à un stade où les arbres n’ont pas atteint leur pleine maturité peut nuire au maintien des espèces forestières spécialisées (insectes saproxyliques, oiseaux nicheurs, plantes épiphytes, …) qui dépendent des « gros » bois (arbres de fort diamètre) ou des « vieux » bois supportant des dendromicrohabitats nombreux et diversifiés. Au-delà de cette dynamique temporelle, le système de plantation forestière repose le plus souvent sur des peuplements équiennes (tous les arbres ont le même âge) et donc de structure régulière qui réduit la diversité des ressources et des niches pour l’accueil d’une biodiversité élevée.  

4/ Enfin, les coupes rases, lorsqu’elles font appel à la mécanisation, peuvent impacter la structure et le fonctionnement des sols forestiers avec en particulier, selon le type de sol et le type de mécanisation, une augmentation de la compaction du sol qui diminue la macroporosité, l’infiltration de l’eau, la disponibilité en oxygène et entrave la colonisation par la faune du sol. Ces perturbations, qui persistent généralement pendant plus de 20 ans, entrainent de l’érosion et accélèrent le débit des eaux de ruissellement, conduisant à une sédimentation dans les eaux de surfaces, une augmentation des inondations et coulées de boues et, à terme une perte de productivité du site. Les impacts de cette perte de biodiversité des sols forestiers sur les services écosystémiques de régulation (qualité de l’eau, qualité de l’air, régulation des pathogènes) et leur possible interaction avec les changements climatiques sont mal connus et pourraient constituer un quatrième axe. 

Bibliographie (FS2)

• Chaudhary A., Burivalova Z., Koh L. P., & Hellweg S. (2016). Impact of forest management on species richness: global meta-analysis and economic trade-offs. Scientific reports, 6(1), 1-10.
• CRREF (2022) Expertise collective « Coupes Rases et REnouvellement des peuplements Forestiers en contexte de changement climatique », coordonnée par le Gip Ecofor (in press)
• Labelle E.R., Hansson L., Högbom L. et al. (2022) Strategies to Mitigate the Effects of Soil Physical Disturbances Caused by Forest Machinery: a Comprehensive Review. Curr Forestry Rep 8, 20–37.
• Muys B., Angelstam, P. Bauhus, J. et al., 2022. Forest Biodiversity in Europe. From Science to Policy 13. European Forest Institute.
• Sotirov M., et al. (2022). Regulating Clearcutting in European Forests: Policy Options and Socioeconomic Analysis. Brussels: European Parliament (the Greens/EFA Group in the European Parliament). Final study report.

Cet article est paru dans les Fronts de sciences FRB 2025, téléchargeables à cet url : https://www.fondationbiodiversite.fr/ressource/fronts-de-sciences-2025/

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3. Impact des pollutions sur la biodiversité : mesurer, comprendre et prédire 

Étant donnée la diversité des facteurs directs de pression sur le monde vivant, la question des synergies et antagonismes, des effets cumulés, entre ces facteurs est essentielle. La pollution de l’environnement a pris de l’importance avec l’industrialisation au début du XIXe siècle. Elle prend des formes diverses, physiques et chimiques, ou combine les deux. Les connaissances sur la contamination de l’environnement et les effets restent à creuser comme l’argumente ce « Front de sciences » ! 

Présentation du sujet (FS3)

Les pollutions menacent gravement la biodiversité, le fonctionnement des écosystèmes et, in fine, les biens et services que les humains en retirent. Elles sont très diverses, peuvent être chimique (ex. métaux, pesticides, perturbateurs endocriniens) et physique (ex. sonore, lumineuse, rayonnements ionisants, microplastiques) et affectent l’ensemble des écosystèmes de la Planète (ex. sols, zones humides, rivières, océans, montagnes, zones polaires, déserts, forêts). Les pollutions s’ajoutent aux autres facteurs globaux, qui contribuent aussi au déclin de la biodiversité : destruction des habitats, surexploitation des espèces vivantes, espèces envahissantes et changements climatiques. 

Ce sont surtout des événements de pollutions catastrophiques comme les marées noires, l’usage intensif de pesticides ou encore la dispersion de métaux lourds qui ont été à l’origine de la prise de conscience des effets délétères sur la biodiversité de certaines activités humaines. Plusieurs pays ont depuis mis en place des politiques pour diminuer la pollution environnementale, mais aussi pour mieux évaluer les risques écologiques et sanitaires associés aux polluants. 

Pour continuer à éclairer les décideurs chargés des politiques relatives à la biodiversité et au développement durable, mais aussi pour répondre aux questions et aux inquiétudes des citoyens, il faut encore améliorer l’évaluation et la prédiction de l’impact des pollutions sur la biodiversité et, in fine, sur les services que l’Homme en retire. Il faut également proposer des critères de protection de l’environnement. En effet, malgré les évolutions réglementaires, les réponses technologiques et les changements de pratiques, la diversité des pollutions et des pressions et la complexité des écosystèmes font que le défi est immense pour appréhender les risques écologiques, par exemple dans le cas des pollutions chimiques chroniques à des niveaux très bas. 

Nature du front de science (FS3)

Pour relever le défi : mesurer, comprendre et prédire l’impact des pollutions sur la biodiversité, plusieurs obstacles doivent être franchis. Il existe d’abord un obstacle épistémologique lié à la nature interdisciplinaire du sujet d’étude (ex. écotoxicologie, toxicologie et chimie environnementale, biogéochimie, écophysiologie, physique, modélisation, écologie moléculaire comportementale, des populations, des communautés, fonctionnelle, évolutive, des paysages, santé humaine, biologie du développement), qui appelle à un renforcement des interactions entre les chercheurs de différents horizons scientifiques. 

Ensuite, l’étude de l’impact de pollutions massives sur la biodiversité à différents niveaux des chaînes trophiques a focalisé pour l’essentiel sur les effets écotoxiques des fortes concentrations des polluants. Au contraire, la connaissance de l’écotoxicité chronique, des interactions engendrées par les « cocktails » des faibles niveaux de pollution a moins progressé, en raison notamment de la multiplicité des facteurs qui interagissent. Cette lacune amène bien souvent à une vision biaisée de l’incidence des pollutions sur la biodiversité, le fonctionnement des écosystèmes, et sur les santés environnementale et humaine. 

De plus, tous les écosystèmes n’ont pas bénéficié de la même attention vis-à-vis des pollutions. Par exemple, si l’impact de certaines pollutions, notamment chimiques, sur de nombreux milieux aquatiques est relativement bien appréhendé, les connaissances sont plus limitées pour l’environnement terrestre, notamment pour le sol, la flore et la faune. 

Enfin, l’évaluation du risque écologique repose en très grande partie sur des tests mono-spécifiques réalisés au laboratoire dans des conditions standardisées. S’ils constituent une première approche de l’évaluation du danger, ils ne constituent pas un outil suffisamment pertinent pour prédire l’ensemble des effets d’une pollution sur les écosystèmes, car le fonctionnement des écosystèmes dépend de processus en œuvre à différents niveaux d’organisation biologique, ceux des individus et les impacts sur la fitness (c’est-à dire la capacité à se reproduire) des populations, des communautés et de l’écosystème. Le front de science concerne ainsi l’effet des pollutions chroniques à de faibles niveaux (ex. non létaux dans un laps de temps relativement court) sur la biodiversité et les différents niveaux d’organisation des écosystèmes, dans un contexte de stress multiples d’origine anthropique (exposome). Les besoins se situent en grande partie au niveau des outils et méthodes d’évaluation des effets des pollutions sur la biodiversité et les écosystèmes. Il demeure enfin de grandes interrogations sur les seuils « acceptables » des pollutions dans les écosystèmes. 

Le front de science concerne ainsi l’effet des pollutions chroniques à de faibles niveaux (ex. non létaux dans un laps de temps relativement court) sur la biodiversité et les différents niveaux d’organisation des écosystèmes, dans un contexte de stress multiples d’origine anthropique (exposome). Les besoins se situent en grande partie au niveau des outils et méthodes d’évaluation des effets des pollutions sur la biodiversité et les écosystèmes. Il demeure enfin de grandes interrogations sur les seuils « acceptables » des pollutions dans les écosystèmes.  

Axes de questionnement (FS3)

Plusieurs axes de recherche doivent être suivis et, pour certains, monter en puissance. 

1/ Comment identifier avec précision les moments de rupture de la stabilité des écosystèmes soumis à une ou plusieurs pollutions ? Comment les changements globaux, en particulier les modifications climatiques vont interférer avec les pollutions et influencer les trajectoires évolutives structurelles et fonctionnelles des écosystèmes ? Peut-on déterminer des valeurs seuils qui garantissent le bon état écologique de tous les écosystèmes ? Autrement dit, comment déterminer les valeurs seuils de pollution qui entraînent des réponses au niveau des populations, des communautés et des processus fonctionnels ? Comment prendre en compte la combinaison des concentrations faibles, de l’état chimique de certains polluants, des mélanges de polluants, des multi-expositions, des changements globaux ? 

2/ Les organismes vivants peuvent avoir un rôle sur le devenir de plusieurs polluants (ex. chimique, microplastiques). Quelles sont alors les contributions des assemblages et successions écologiques sur l’évolution des pollutions et leur toxicité ? Quelles sont les interactions et les boucles de rétroactions spatiales et temporelles en jeux entre les organismes vivants, le devenir et l’écotoxicité de certains polluants ? Les pollutions peuvent aussi conduire à des phénomènes de résistance et d’adaptation génétique auxquels des coûts sont souvent associés (ex. diminution de la survie, de la fertilité, perte de diversité génétique, modification des réponses immunitaires). Cela peut se traduire, entre autres, par une plus forte vulnérabilité des populations face aux perturbations environnementales, qu’il est nécessaire de prendre en compte dans la démarche d’évaluation des risques écotoxicologiques. 

3/ Ces questions font nécessairement appel à des recherches interdisciplinaires sur le long terme pour aborder les effets des pollutions dans un contexte environnemental réaliste (ex. écosystème, changement climatique) sur la biodiversité et sur les effets de la biodiversité sur les pollutions (boucles de rétroactions). L’utilisation de zones et de sites ateliers et de dispositifs expérimentaux semi-naturels représentants des situations réelles de pollutions (ex. plateformes expérimentales de type micro- mésomacrocosmes) est une voie prometteuse et efficace à renforcer.  

Bibliographie (FS3)

• Beketov, M. A., & Liess, M. (2012). Ecotoxicology and macroecology – Time for integration. Environmental Pollution, 162, 247-254. https://doi. org/10.1016/j.envpol.2011.11.011
• Brady, S. P., Monosson, E., Matson, C. W., & Bickham, J. W. (2017). Evolutionary toxicology: Toward a unified understanding of life’s response to toxic chemicals. Evolutionary Applications, 10(8), 745-751. https://doi.org/10.1111/eva.12519
• Côté, I. M., Darling, E. S., & Brown, C. J. (2016). Interactions among ecosystem stressors and their importance in conservation. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 283(1824), 20152592. https://doi.org/10.1098/rspb.2015.2592 • European Commission. (2020). Biodiversity Strategy for 2030 – Bringing nature back into our lives. https://urlz.fr/eFPY
• European Environment Agency. (2019). The European environment – state and outlook 2020. Knowledge for transition to a sustainable Europe. https://www.eea.europa.eu/publications/soer-2020
• IPBES. (2019). Global assessment report on biodiversity and ecosystem services of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services.
• Noyes, P. D., McElwee, M. K., Miller, H. D., Clark, B. W., van Tiem, L. A., Walcott, K. C., Erwin, K. N., & Levin, E. D. (2009). The toxicology of climate change: Environmental contaminants in a warming world. Environment International, 35(6), 971-986. https://doi.org/10.1016/j.envint.2009.02.006
• Rattner, B. A. (2009). History of wildlife toxicology. Ecotoxicology, 18(7), 773-783. https://doi. org/10.1007/s10646-009-0354-x

Cet article est extrait des Fronts de sciences FRB 2021, consultables en intégralité à ce lien  : « Fronts de sciences 2021 ».

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4. Comprendre les processus écologiques, évolutifs et sociaux à l’origine des zoonoses 

La notion de santé est associée à des interactions complexes entre les humains et la biodiversité – animale, végétale, fongique et microbienne – qui dépendent des changements globaux et du contexte d’augmentation des populations humaines et ses effets. Les connaissances à développer concernent en particulier les fonctions régulatrices de la biodiversité associées à la santé. 

Présentation du sujet (FS4)

Le nombre d’épisodes épidémiques ne cesse d’augmenter depuis cinquante ans. Parmi les agents infectieux responsables de ces épidémies, certains, d’origine animale, entraînent des épidémies chez l’humain. On parle alors de zoonoses. La crise sanitaire de la Covid-19 a été l’occasion de mettre en avant les recherches sur ces zoonoses et l’analyse des causes profondes de leurs émergences. 

Les liens entre biodiversité et zoonoses sont complexes. Par exemple, il est établi que le risque d’émergence zoonotique est important dans les régions de forêts tropicales, présentant une diversité élevée de mammifères, car celle-ci est elle-même associée à une forte diversité de micro-organismes (pathogènes ou non). Il est également démontré que l’accroissement du risque zoonotique est lié à l’érosion de la biodiversité induite par les pressions anthropiques. Pour ces régions à forte biodiversité, le risque zoonotique est modulé par différents facteurs anthropiques (destruction et fragmentation des habitats, en particulier forestiers), pollutions, stress affectant les processus écologiques (réduction des régulations biologiques par prédation ou compétition), épidémiologiques (effets de dilution/amplification associés à la perturbation/réorganisation des communautés d’hôtes), évolutifs (rupture des liens co-évolutifs entre hôtes et pathogènes, érosion de la diversité génétique des populations et diminution du potentiel adaptatif face à de nouvelles infections) et sociaux (changements comportementaux, espèces sauvages synanthropiques, c’est-à-dire vivant aux côtés des humains). 

Des consensus se dégagent sur ces éléments mais les mécanismes liant les niveaux de diversité des hôtes, des micro-organismes dont les pathogènes, la prévalence de ceux-ci chez leurs hôtes et les risques de zoonoses doivent être étudiées plus en détails. Des connaissances restent donc à acquérir pour évaluer les conséquences, et en particulier les bénéfices, sanitaires de différentes stratégies de protection de la biodiversité sur les risques et les dynamiques des zoonoses.

Nature du front de science (FS4)

Ce front de science relève à la fois d’angles morts et des verrous méthodologiques. La prévention des épidémies, en particulier dans leur stade précoce, reste la solution la moins onéreuse humainement, socialement et économiquement. Suite à la pandémie de SARS-CoV-2 en 2020, de nombreux travaux de recherche (travaux empiriques et méta-analyses) ont pu être relancés sur ce sujet. Cependant, certains domaines restent insuffisamment explorés et demeurent des angles morts. Il est donc nécessaire d’identifier les défis scientifiques posés par la caractérisation des déterminants favorables à l’émergence et les facteurs de l’environnement nécessaires pour son activation afin d’appuyer la détection précoce des émergences. Celles-ci doivent se baser sur: 

• une meilleure connaissance de la diversité des agents microbiens de la faune sauvage, des hôtes ou réseaux d’hôtes, et des mécanismes et facteurs impliqués dans le caractère pathogène de ces agents (y compris l’évolution vers des « variants » ayant une capacité d’infection de l’humain et de transmission entre humains) ; 

• la surveillance des événements d’émergence de zoonoses et les caractéristiques de sa propagation ainsi que l’écologie des interactions et les dynamiques en jeu pour mieux aborder la complexité sous l’angle de la santé globale/planétaire ; 

• l’analyse des liens entre biodiversité (richesse spécifique et diversité génétique) et risque zoonotique chez les vertébrés. Des analyses combinant les descripteurs de la biodiversité (ex. richesse, équitabilité, diversité fonctionnelle) et de la diversité génétique permettraient d’évaluer, dans des contextes diversifiés, l’hypothèse de l’effet dilution selon laquelle la propagation des agents pathogènes serait plus faible lorsque la diversité d’espèces hôtes est élevée ; 

• le couplage des modèles climatiques, d’usage des sols et de dynamiques épidémiologiques des maladies zoonotiques permettrait d’appréhender la complexité des interactions entre l’humain et son environnement (incluant la biodiversité) tout en tenant compte des actions de gestion et des changements climatiques ; v) l’évaluation de la vulnérabilité des populations humaines pour déterminer les caractéristiques des différents niveaux de sensibilité aux maladies zoonotiques de nature génétique, comportementale (ex. induite par un mode de vie) ou environnementale (ex. lieu de vie). Les liens entre la diversité des différents microbiomes et la vulnérabilité humaine méritent d’être mieux compris. 

Le verrou méthodologique le plus important réside dans la capacité de la communauté scientifique à mobiliser des études de cas dans lesquelles il sera possible de discriminer l’importance des différents facteurs de causalité, entre changements environnementaux globaux, perte de biodiversité et de services de régulation associés. 

Au plan épistémologique, il est important de bien signaler la différence entre la notion de risque et de danger. Le risque infectieux est défini par trois composantes majeurs : le danger, l’exposition et la vulnérabilité des populations. Aujourd’hui encore, les cartes de risques, ayant pour ambition de concourir à la prévention des épidémies, sont en réalités des cartes répertoriant les dangers ; cette situation doit donc être clarifiée afin de distinguer clairement entre les deux notions pour conduire une politique de prévention appropriée. 

Enfin, parallèlement à l’acquisition de ces connaissances, il reste à conduire un important travail de pédagogie pour faire comprendre qu’une biodiversité élevée augmente le danger microbiologique (et la probabilité d’émergence), mais pas nécessairement le risque infectieux (et donc le phénomène épidémique). 

Axes de questionnement (FS4)

1/ Afin de mieux prévoir l’émergence et la réémergence des zoonoses, il est nécessaire de continuer à explorer les processus écologiques, évolutifs et socioéconomiques à l’origine de l’émergence des maladies, en lien avec l’érosion de la biodiversité et dans un cadre EcoHealth tenant compte des interrelations entre compartiments animaux / micro-organismes / environnement / populations humaines. 

2/ Par ailleurs, une meilleure compréhension des effets relatifs des différents facteurs de risques et de leurs interactions, reste indispensable. Parmi ces principaux facteurs, l’influence des changements climatiques, des changements d’usage des sols (urbanisation, déforestation et intensification agricole, animale et végétale), et des contraintes socio-économiques (économie de la viande de brousse ou nouveaux animaux de compagnie, pratiques de lutte anti-vectorielle ou dératisation) devraient être analysées prioritairement. À terme, il serait intéressant d’établir des modèles prédictifs du danger zoonotique et du risque d’émergence, permettant de tester des scénarios de protection de la diversité par exemple. Quantifier la balance « coûts-bénéfices sanitaires » de la mise en place de différents types d’aires protégées pour les comparer à d’autres modes d’interventions en matière de santé publique, ou caractériser le service écosystémique de régulation des maladies infectieuses rendu par ces aires protégées apporteraient de solides arguments en faveur des co-bénéfices entre la protection de la biodiversité et la santé. 

3/ Mieux comprendre les relations complexes et très diversifiées que les humains entretiennent avec la faune sauvage, en fonction de leur localisation, de leur culture et de leurs traditions permettra de mieux adapter la prévention des risques (ex. apprivoisement d’espèces sauvages, consommation des mêmes fruits domestiques et/ou sauvages, habitats partagés permettant la transmission par contacts avec des fluides corporels et excrétas). Les travaux en anthropologie, sociologie et économie de la santé et en sciences politiques sur l’organisation des systèmes de santé (surveillance, soins, etc.) doivent être promus, notamment par des études comparatives pluridisciplinaires et plurisectorielles. 

Bibliographie (FS4)

• Allen, T., Murray, K. A., Zambrana-Torrelio, C., Morse, S. S., Rondinini, C., di Marco, M., Breit, N., Olival, K. J., & Daszak, P. (2017). Global hotspots and correlates of emerging zoonotic diseases. Nature Communications, 8(1). https://doi.org/10.1038/ s41467-017-00923-8
• Cunningham, A. A., Daszak, P., & Wood, J. L. N. (2017). One Health, emerging infectious diseases and wildlife: two decades of progress? Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 372(1725), 20160167. https://doi. org/10.1098/rstb.2016.0167
• Daszak, P., Olival, K. J., & Li, H. (2020). A strategy to prevent future epidemics similar to the 2019-nCoV outbreak. Biosafety and Health, 2(1), 6 -8. https://doi.org/10.1016/j.bsheal.2020.01.003
• Gibb, R., Redding, D. W., Chin, K. Q., Donnelly, C. A., Blackburn, T. M., Newbold, T., & Jones, K. E. (2020). Zoonotic host diversity increases in humandominated ecosystems. Nature, 584(7821), 398-402. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2562-8
• Guégan, J. F., Ayouba, A., Cappelle, J., & de Thoisy, B. (2020). Forests and emerging infectious diseases: unleashing the beast within. Environmental Research Letters, 15(8), 083007. https://doi. org/10.1088/1748-9326/ab8dd7
• Halliday, F. W., Rohr, J. R., & Laine, A. (2020). Biodiversity loss underlies the dilution effect of biodiversity. Ecology Letters, 23(11), 1611 -1622. https://doi.org/10.1111/ele.13590
• Hosseini, P. R., Mills, J. N., Prieur-Richard, A. H., Ezenwa, V. O., Bailly, X., Rizzoli, A., Suzán, G., Vittecoq, M., García-Peña, G. E., Daszak, P., Guégan, J. F., & Roche, B. (2017). Does the impact of biodiversity differ between emerging and endemic pathogens? The need to separate the concepts of hazard and risk. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 372(1722), 20160129. https://doi.org/10.1098/rstb.2016.0129
• Jørgensen, P. S., Folke, C., & Carroll, S. P. (2019). Evolution in the Anthropocene: Informing Governance and Policy. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, 50(1), 527 -546. https:// doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-110218-024621
• Morand, S., & Figuié, M. (2018). Emergence of infectious diseases: Risks and issues for societies (1re éd.). Quae .
• Narat, V., Alcayna-Stevens, L., Rupp, S., & GilesVernick, T. (2017). Rethinking Human–Nonhuman Primate Contact and Pathogenic Disease Spillover. EcoHealth, 14(4), 840 -850. https://doi.org/10.1007/ s10393-017-1283-4
• Rohr, J. R., Civitello, D. J., Halliday, F. W., Hudson, P. J., Lafferty, K. D., Wood, C. L., & Mordecai, E. A. (2019). Towards common ground in the biodiversity–disease debate. Nature Ecology & Evolution, 4(1), 24 -33. https://doi.org/10.1038/ s41559-019-1060-6
• Sandifer, P. A., Sutton-Grier, A. E., & Ward, B. P. (2015). Exploring connections among nature, biodiversity, ecosystem services, and human health and well-being: Opportunities to enhance health and biodiversity conservation. Ecosystem Services, 12, 1 -15. https://doi.org/10.1016/j.ecoser.2014.12.007

Cet article est paru dans les Fronts de sciences FRB 2021, consultables en intégralité à ce lien : « Fronts de sciences 2021 ». 

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5. Impact des organismes et des écosystèmes sur le climat : comprendre et prédire 

Si l’analyse et la compréhension des effets des changements globaux exige de faire le lien entre les conséquences biologiques de ces pressions et les effets qui en découlent pour les sociétés, il est tout aussi important de pousser l’étude jusqu’aux boucles de rétroactions, notamment entre biodiversité et climat. 

Présentation du sujet (FS5)

Les organismes subissent les changements globaux et, parmi eux, ceux des changements climatiques (augmentation du CO2 atmosphérique, eutrophisation des eaux et des sols, réchauffement climatique, etc.) : cela suscite de nombreuses recherches pour connaître et comprendre l’impact de ces changements sur les populations, les communautés d’organismes ou le fonctionnement des écosystèmes. 

On sait aussi que les écosystèmes influencent le climat en produisant plus ou moins de gaz à effet de serre (tels que méthane CH4, dioxyde de carbone CO2, protoxyde d’azote N2O) ou en stockant une part plus ou moins importante du CO2 émis par les activités humaines. Les changements climatiques sont donc influencés par la réponse des écosystèmes aux changements climatiques : cela crée une boucle de rétroaction. 

Cette boucle n’a jusqu’à présent pas été étudiée systématiquement en prenant en compte des mécanismes écologiques de nature très variée. Il convient d’analyser, en détail, comment les différents aspects des changements globaux impactent la physiologie, la croissance des organismes (par plasticité phénotypique) et leur démographie, comment cela modifie les réseaux d’interactions écologiques, les communautés d’organismes et le fonctionnement des écosystèmes, et comment cela rétroagit sur le climat. 

Ce champ de recherche n’est pas vierge mais, trop souvent, ce type de question n’est pas abordé d’une manière intégrée : par exemple, dans le cas des écosystèmes terrestres, la réponse des sols – et des microorganismes – et celle de la végétation sont souvent étudiées de façon séparée. La réponse de la faune du sol n’est pas intégrée, l’impact conjoint de tous ces mécanismes sur le climat n’est que rarement évalué. Un champ de recherche reste aussi complètement ouvert : les changements globaux représentent des pressions de sélection importantes qui conduisent à une évolution darwinienne des organismes ; cela modifie leurs caractéristiques fonctionnelles et donc potentiellement leur rétroaction sur le fonctionnement des écosystèmes et le climat ! 

Nature du front de science (FS5)

Ce front de science relève d’un angle mort, d’un domaine insuffisamment exploré. Il est lié à la fois à des obstacles techniques et épistémologiques. Il est pertinent pour tous les types d’écosystèmes, aussi bien terrestres que marins et cela conduit à des recherches de natures différentes (par exemple parce que les producteurs primaires marins sont des organismes unicellulaires alors que ce sont des plantes sur les continents). 

Il est possible de décomposer le questionnement en fonction du type de mécanismes sur lequel on se focalise (plasticité des organismes, évolution des organismes, populations, communautés, écosystèmes, etc.) mais la difficulté, à dépasser, reste bien de lier les différents types de mécanismes, d’évaluer leur influence relative sur le fonctionnement des écosystèmes et donc leur rétroaction sur le climat. Cela signifie donc que ce front de science doit être abordé en combinant des observations et suivis de terrain, des expériences et de la modélisation.  

Axes de questionnement (FS5)

Sur le plan épistémologique, augmenter notre capacité à prédire les rétroactions entre biosphère et climat demande un travail mobilisant différents champs de l’écologie – écologie des populations, écologie évolutive, écologie des communautés et des écosystèmes – et de climatologie. 

1/ Cela demande donc de développer de nouvelles approches conceptuelles et méthodologiques, de faire travailler ensemble des communautés de chercheurs très différentes. 

2/ Ensuite, il y a de nombreux obstacles techniques qui touchent, en partie, aux limites mêmes de la science écologique : il faut réussir à séparer expérimentalement les effets passant par la plasticité et l’évolution des organismes, ceux passant par des changements dans la structure des communautés et ceux relevant des modifications des réseaux d’interactions écologiques. 

3/ Il faut aussi parvenir, à partir d’expériences relativement courtes et à petite échelle, à faire des prédictions sur le long terme et à grande échelle spatiale. 

4/ Enfin, il faut inclure tous ces résultats dans des modèles climatiques prenant actuellement peu en compte les processus écologiques, et intégrer les boucles de rétroaction dans les modèles écologiques. 

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Glossaire

• Plasticité phénotypique – capacité d’un organisme à changer son apparence, sa physiologie, sa croissance en fonction des propriétés de son environnement tout en gardant le même génome.  

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Bibliographie (FS5)

• Barot S. et al. (2014). Nutrient enrichment and local competition influence the evolution of plant mineralization strategy, a modelling approach. Journal of Ecology, 102, 357-366.
• Chapin F. S. et al. (2008) Changing feedbacks in the climate-biosphere system. Frontiers in Ecology and the Environment, 6, 313-320.
• Cox P. M. et al. (2000) Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climatemodel. Nature, 408, 184-187.
• Foley J. A. et al. (2003) Green surprise? How terrestrial ecosystems could affect earth’s climate. Frontiers in Ecology and the Environment, 1, 38-44.

Cet article est extrait des Fronts de sciences FRB 2019, consultables en intégralité à ce lien : « Fronts de sciences 2019 ».  

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Conclusion

Ces cinq « Fronts de sciences » l’illustrent : étudier les interactions entre biodiversité et changement globaux implique de relever de nombreux défis : documenter les pressions directes et indirectes ; questionner leurs synergies, antagonismes, effets cumulés à différentes échelles ; comprendre leurs effets sur le vivant et relier les conséquences biologiques aux effets pour les sociétés. Cela va plus loin encore puisqu’il s’agit également d’appréhender les fonctions régulatrices de la biodiversité ; de comprendre les boucles de rétroactions, notamment entre biodiversité – activités anthropiques – climat et santé ; et, in fine, d’améliorer les approches préventives. 

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Edition SFE2 : ces cinq « fronts de sciences » rédigés pour la FRB entre 2019 et 2025 ont été repris et adaptés pour la plateforme web « Regards et débats sur la biodiversité » de la SFE2 en janvier 2026.  Adaptation et mise en ligne : Anne Teyssèdre.

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