Une nouvelle méthode pour prédire les points de basculement - le moment où un changement soudain se produit dans des systèmes en réseau complexes - peut offrir des informations qui empêchent le trouble d'effondrement des colonies (CCD), un phénomène dans lequel la majorité des abeilles ouvrières d'une colonie disparaissent, menaçant l'économie agricole au niveau mondial.

En 2015-2016, Les apiculteurs américains ont perdu 44% de leurs colonies d'abeilles mellifères, selon une enquête financée en partie par le département américain de l'Agriculture.

Le papier, « Prévoir les points de basculement dans les réseaux mutualistes grâce à la réduction de dimension, " publié cette semaine dans le Actes de l'Académie nationale des sciences en tant qu'article de recherche étendu ( PNAS Plus ), a été développé par une équipe de chercheurs de l'Arizona State University et d'universités en Chine, les Etats Unis., et le Royaume-Uni

Les chercheurs ont utilisé comme système modèle 59 réseaux empiriques pollinisateurs-plantes (interactions de pollinisation entre les abeilles et les plantes) provenant de divers continents et zones climatiques, et sont arrivés à un modèle bidimensionnel qui peut prédire avec précision l'occurrence des points de basculement dans chaque système en réseau. Un point de basculement dans un réseau pollinisateur-plante est lorsque toutes les populations de pollinisateurs (abeilles et plantes) diminuent de zéro.

Les systèmes en réseau vont des écosystèmes et du climat terrestre à l'économie, les systèmes sociaux et d'infrastructure tels que le réseau électrique. Les points de basculement, ou "changements de phase, " se produisent lorsque les composants d'un système commencent à interagir d'une manière différente, se manifestant par un changement soudain de comportement à l'échelle du système.

Des exemples courants de points de basculement incluent lorsque l'eau de chauffage atteint la température à laquelle elle commence à bouillir ou lorsqu'une substance passe d'un solide à un liquide.

"Dans un réseau de plantes pollinisateurs, un point de basculement est la valeur critique d'un certain paramètre, comme le nombre d'espèces d'abeilles enlevées ou le taux de mortalité des espèces d'abeilles, à laquelle les populations de toutes les espèces d'abeilles et de plantes diminuent brusquement jusqu'à des valeurs proches de zéro, " a expliqué l'auteur principal du journal, Ying Cheng Lai, professeur d'électricité, ingénierie informatique et énergétique à l'ASU. "L'effondrement simultané de toutes les populations d'abeilles et de plantes se produit parce qu'elles sont mutuellement connectées et interagissent les unes avec les autres de manière hautement non linéaire."

Une fois qu'un point de basculement est prédit, des stratégies de contrôle peuvent être développées pour retarder ou même empêcher son apparition. "Par exemple, nous pouvons nous concentrer sur une espèce d'abeille particulière et protéger son abondance en introduisant plus d'abeilles pour maintenir la population à un niveau stable, " a dit Lai. " Ou nous pouvons faire des politiques pour éliminer l'utilisation de certains pesticides qui sont nocifs pour cette espèce d'abeilles. "

Pour chaque réseau réel, l'équipe a calculé deux fonctions de résilience typiques et les a comparées à celles du modèle 2D réduit correspondant. "Nous avons trouvé un bon accord général pour les 59 réseaux mutualistes empiriques, conduisant à la conclusion que notre modèle 2D peut prédire avec précision l'occurrence d'un point de basculement même en présence de perturbations aléatoires, " dit Lai.

Le modèle réduit peut servir de paradigme pour comprendre et prédire la dynamique des points de basculement dans le monde réel pour protéger les pollinisateurs, et le principe général est largement applicable pour aborder les questions de résilience et de durabilité dans d'autres disciplines de la science et de l'ingénierie.

« L'apparition d'un point de basculement est très préoccupante car elle peut entraîner un effondrement soudain et total du système, " a expliqué Lai. " Prédire le point de basculement et comprendre les processus dynamiques responsables sont essentiels pour formuler des stratégies de contrôle efficaces pour le retarder ou même l'empêcher de se produire. Cela sera d'une grande valeur pour la protection et le maintien de systèmes complexes qui sont d'une importance critique pour la société moderne et les vies humaines. »