Une percée importante des chercheurs de l'EPFL pourrait conduire à la découverte d'un ensemble de lois générales applicables aux sciences de l'environnement.

Existe-t-il un lien entre la masse corporelle d'une espèce donnée et son abondance, ou entre la taille d'un écosystème et son niveau de biodiversité ? Les écologistes constatent souvent que des relations similaires de ce type existent dans différents écosystèmes. Ces relations sont appelées lois d'échelle, et il a été démontré qu'elles s'appliquent à la fois aux environnements marins et terrestres et à divers types d'organismes (p. micro-organismes, mammifères et arbres). Mais jusqu'à maintenant, aucun lien clair n'a été établi entre ces lois. Cela est en train de changer :dans une étude récente, Des chercheurs de l'EPFL ont prouvé l'existence de modèles macroécologiques communs présentés par ces lois d'échelle apparemment indépendantes. Ces modèles pourraient même conduire à la découverte d'un ensemble de lois générales régissant les sciences de l'environnement. L'étude a récemment été publiée dans Actes de l'Académie nationale des sciences ( PNAS ).

Les chercheurs ont commencé par tester leur hypothèse sur trois ensembles de données empiriques sur les forêts tropicales et les communautés de mammifères et de reptiles vivant sur des îles aux climats similaires. A l'aide d'un modèle informatique, ils ont ensuite reproduit les lois qu'ils avaient observées sur le terrain et développé des formules algébriques générales qui les relient toutes ensemble. "Notre objectif était de rationaliser les schémas macroécologiques observés dans divers écosystèmes et de les positionner dans un cadre unifié dont ils dérivent tous, " dit Silvia Zaoli. " En d'autres termes, nous voulions trouver leur origine commune. » Zaoli est doctorant au Laboratoire d'écohydrologie de l'EPFL (ECHO) et auteur principal de l'étude.

Les lois d'échelle décrivent la relation entre deux quantités. La probabilité de trouver un organisme dans un écosystème, par exemple, diminue avec la taille de l'organisme :il y a plus de bactéries que de rorquals bleus dans l'océan. "Les lois d'échelle sont définies par leur exposant, » poursuit Zaoli. « Ils sont utilisés à plusieurs niveaux, comme pour prédire combien d'espèces survivront si leur habitat se rétrécit ou pour modéliser la distribution de la masse corporelle des espèces dans une communauté marine par rapport à leurs fonctions environnementales. Ils sont également utiles pour déterminer la masse corporelle la plus courante au sein d'une communauté, ainsi que le plus petit et le plus grand. Le cadre théorique que nous avons découvert montre que, même si la valeur de chaque exposant varie d'un écosystème à l'autre, tous les exposants qui décrivent un écosystème sont reliés par des relations universelles qui s'appliquent à tous les écosystèmes. Par exemple, ces relations relient une augmentation du nombre de mammifères, proportionnellement à la taille d'un écosystème, à une augmentation de l'abondance de chaque espèce.

L'un des deux évaluateurs de PNAS a pris la décision très inhabituelle d'envoyer des commentaires encourageants. Dans un petit commentaire, l'examinateur situe le travail des chercheurs dans un perspective historique. Pour lui, cette étude a mis les sciences de l'environnement sur la voie de la découverte d'une théorie physique qui englobe toutes les lois précédemment observées. Il le compare au catalogue des positions des étoiles de Tycho Brahe, planètes et comètes - un travail du 17ème siècle qui a formé la base empirique des lois du mouvement planétaire de Johannes Kepler, qui à son tour a jeté les bases de la loi universelle de la gravitation d'Isaac Newton. "C'est vrai que nous avons tracé un cap dans cette direction, " dit Zaoli, "mais nous savons que nous avons un long chemin à parcourir."