Les analyses multivariées de la niche écologique

1. Clément Calenge & Mathieu Basille Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive Les analyses multivariéesde la niche écologique Méthodes multivariées de sélection de l’habitat. Analyses & Outils

2. 1 La sélection de l'habitat Introduction

3. Plan • La sélection de l’habitat • - Définitions et concepts • - Les outils géographiques • - Objectifs et analyse • La niche écologique • Les protocoles de type I • L’analyse K-select • Les Outils informatiques

4. 2 Pourquoi étudier la sélection de l’habitat ? • Recherche scientifique, notamment en écologie • Gestion cynégétique de la faune • Conservation ► Question : Quelles sont les caractéristiques de l'environnement recherchées par une espèce ou un individu ?

5. 3 L’habitat L’habitat correspond aux ressources et aux conditions présentes sur une zone, qui permettent son occupation – incluant la survie et la reproduction – par un organisme donné (Hall et al. 1997) L’habitat est par essence un concept multivarié

6. 4 La sélection de l’habitat C’est un processus hiérarchique impliquant une série de décisions comportementales, apprises ou innées, prises par un animal concernant son utilisation de l’habitat à différentes échelles spatiales de l’environnement. (Hall et al. 1997)

7. 5 Différentes échelles spatiales • 1er ordre: espèce • 2e ordre: population • 3e ordre: individu • 4e ordre: sélection des items alimentaires (Johnson 1980)

8. 6 Attention à l'échelle temporelle • Année : bonnes et mauvaises années • Saison : l’habitat recherché ne sera pas nécessairement le même au printemps et en automne • Journée : on n’aura pas nécessairement les mêmes résultats si on échantillonne la zone à l’aube ou pendant la journée Exemple sur le chevreuil :

9. 7 Principe d’étude Habitat Rapport 3 Utilisé (%) Disponible (%) A 52 58 0.89 B 17 23 0.74 C 5 11 0.45 D 7 5 1.4 E 19 6.33

10. 7 Principe d’étude Habitat Rapport 3 Utilisé (%) Disponible (%) A 52 58 0.89 B 17 23 0.74 C 5 11 0.45 D 7 5 1.4 E 19 6.33

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12. 8 Avant les Systèmes d’Information Géographique Avant le milieu des années 1990, une seule variable qualitative définissant les types d’habitat était généralement étudiée. ►Analyse sur une variable Limite : ►Ne prend pas en compte le caractère multivarié de l'habitat

13. 9 Les Systèmes d’Information Géographique • C’est un système informatisé (matériels et logiciels) capable de stocker, gérer, manipuler, analyser, modéliser, représenter des données à référence spatiale (Dray 2003).  Manipulation de cartes Permet d’effectuer diverses opérations spatiales • Ces systèmes sont apparus dans les années 1970, mais n’ont commencé à s’étendre que depuis le milieu des années 1990.  les SIG ont multiplié les possibilités d’analyse ►Analyses sur plusieurs variables

14. Utilisation des SIG 10 • Cartes vecteur : • Cartes raster : Travail sur deux types de cartes :

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16. 11 Objectifs Trois questions selon l'objet biologique considéré : • Espèce ou population : 1) Étude de la distribution spatiale de la population au sein de la zone d'étude2) Étude de la distribution spatiale des domaines vitaux au sein de la zone d'étude • Individu :3) Etude de l’utilisation du domaine vital par un individu  distribution temporelle

17. 12 Données populationnelles Type de données : Localisations d'individus non-identifiés (observation d’individus ou indices de présence – fécès, empreintes, cadavres, dégâts sur cultures, etc. –) Source des données : Echantillonnage de la zone (parcours de circuits ou de transects, échantillonnage par point, échantillonnage systématique ou aléatoire, etc.)

18. 13 Sélection de l'habitat par la population Comment mettre en évidence les variables environnementales qui influencent la distribution de la population ?

19. 14 Données individuelles • Radio-pistage : Un animal est capturé et équipé d’un collier émetteur. Par triangulation, on peut ensuite localiser l’animal dans son habitat naturel sans le perturber. • CMR : Les individus sont capturés, marqués puis recapturés.

20. 15 Sélection du domaine vital dans la zone d’étude Utilisation mesurée pour chacun Disponibilité identique pour tous les animaux suivis

21. 16 Sélection des sites utilisés au sein du domaine vital Utilisation mesurée pour chaque animal Disponibilité mesurée pour chaque animal

22. Analyse : trois grands types de protocoles 17 Population Individu données échelle Espèce / Population Type I Type II Individu Type III 3 questions ↔ 3 types de protocoles (designs) Thomas & Taylor (1990)

23. 18 Analyse : trois grands types de protocoles Comparaison utilisation / disponibilité Thomas & Taylor (1990)

24. 19 La niche écologique Définition et application [ Hutchinson, 1957, Cold Spr. Harb. Symp. Quant. Biol. ]

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26. 20 Définition de la niche écologique p variables d’habitat définissent l’espace multidimensionnel des ressources disponibles espace écologique La niche écologique correspond à l’hypervolume dans lequel une espèce peut potentiellement maintenir une population viable.

27. 21 Extension de la définition à l’organisme (population ou individu) Extension de la définition de la niche écologique niche ↔ espèce

28. 22 Niche de l'organisme Analyse de la niche écologique p cartes raster de ce qui est disponible à l'organisme Carte donnant le nombre de détections de l'organisme par pixel

29. 23 G O La marginalité OG : marginalité= mesure de l’intensité de la sélection de l’habitat par cet organisme

30. 24 Protocoles de type I Le jeu de données

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32. 25 Paris Lyon Le lynx dans le Jura • Population de lynx potentiellement 200 adultes

33. 26 Le lynx dans le Jura • Population de lynx potentiellement 200 adultes • Indices de présence récoltés par le Réseau Lynx

34. 27 Les données utilisées • 528 localisations entre 1999 et 2003 • 7 variables d’habitat

35. 28 Forme des données Habitat

36. 28 Forme des données Habitat pixels

37. 28 Forme des données variables Habitat pixels

38. 28 Forme des données variables Habitat pixels Habitat moyen disponible

39. 28 Forme des données variables Habitat présence pixels Localisations Habitat moyen disponible

40. 28 Forme des données variables Habitat présence pixels Localisations Habitat moyen disponible Habitat moyen utilisé

41. 28 Forme des données variables Habitat présence pixels Localisations Habitat moyen disponible Habitat moyen utilisé

42. 29 Protocoles de type I Les distances de Mahalanobis [ Clark et al., 1993, J. Wild. Manage. ]

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44. 30 Les distances de Mahalanobis

45. 31 En pratique • p variables d’habitat • µ = vecteur moyen des habitats utilisés •  = matrice de variance covariance • Soit x le vecteur donnant les valeurs des variables d’habitat pour un pixel disponible donné

46. 32 Habitatdéfavorable Habitatfavorable Illustration : le cas du Lynx • Carte de qualité habitat sur la zone d’étude

47. 33 Exemple de non-respect: G O Inconvénients • Hypothèse préalable : • La niche écologique doit être normale multivariée(ou au moins unimodale). • Résultats « bruts » : • Uniquement une carte de qualité d’habitat.

48. 34 Protocoles de type I L’Ecological-Niche Factor Analysis [ Hirzel et al., 2002, Ecology ]

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50. 35 Marginalité Spécialisation L’ENFA – Le principe Méthode pour décrire la niche à partir de 2 paramètres biologiques. écart entre l’habitat moyen disponible et l’habitat moyen utilisé restriction de la niche (exigences de l’espèce)