Face à la complexité et l’incertitude inhérente à de nombreux processus biologiques, la modélisation informatique et les simulations sont devenues des approches omniprésentes en écologie. On propose dans cette UE d’illustrer la puissance et la pertinence de l’approche numérique pour développer des théories et les tester, ou, dans des contextes plus appliqués, pour aider à la gestion des populations, de la biodiversité et à la prévision des risques. En s’appuyant sur quatre problématiques d’actualité en écologie (voir ci-dessous), l’objectif de l’UE est d’initier les étudiants à la modélisation et à l’analyse des problèmes biologiques en faisant appel à un formalisme essentiellement informatique (algorithmes, programmations, simulations, analyses des données). Suite à une introduction générale présentant les grands principes de la modélisation numérique et la programmation, chaque problématique biologique sera exposée pour son cadre théorique et les étapes clefs de la construction d’un modèle (algorithme, définition de paramètres, variables, contraintes et fonctions du modèle). En TP, les étudiants seront alors mis en situation de comprendre et d’exploiter des programmes fournis, mettront en place des campagnes de simulations pour traiter la problématique et pourront au besoin enrichir les programmes existants. Outre le développement du modèle, un aspect crucial de l’utilisation de l’informatique en écologie réside dans l’analyse des résultats de simulations. Pour chacun des thèmes, un TD sera mis en place pour synthétiser et discuter les résultats obtenus dans le cadre de la problématique.
La place de l’outil informatique et des simulations en écologie ne cesse de croitre et la maitrise de cet outil pour comprendre le fonctionnement des systèmes, tester des scénarios et proposer des solutions de gestion constitue un atout indéniable. Une illustration sera proposée à travers les 4 thèmes suivants :
Ecologie Comportementale : Dans ce thème, nous traiterons de l’évolution de la coopération. Un des cadres théoriques les plus fertiles pour penser cette question est le “dilemme du prisonnier itéré” dans lequel l’informatique joue un rôle central. Le travail aura pour but de mieux comprendre comment l’outil informatique est utilisé pour explorer l’évolution des stratégies plus ou moins coopératrices les unes avec les autres, les étudiants proposeront leurs propres stratégies (expliquées en français, ou codées sous forme de fonction R), lesquelles s’affronteront dans un grand tournoi. De nombreux résultats inattendus peuvent émerger de ce genre de projets.
Eco-toxicologie : Cette discipline vise à étudier les effets des substances chimiques sur tous les niveaux d’organisation biologiques des écosystèmes. Au niveau individuel, des tests standardisés sont réalisés au laboratoire pour mesurer différents traits d’histoire de vie à différentes concentrations d’exposition. Nous illustrerons ici comment ces données sont utilisées en évaluation du risque et utiliserons la plateforme MOSAIC (http://pbil.univ-lyon1.fr/software/mosaic/) pour les simulations.
Ecologie des Communautés : L'objectif sera d’évaluer le poids relatif des processus aléatoires (stochasticité démographique) et déterministes (partitionnement des niches écologiques) dans l’organisation des communautés et la coexistence d’espèces en compétition. Nous illustrerons notamment le fait que les approches numériques permettent de faire émerger des résultats contre-intuitifs.
Modélisation en Eco-épidémiologie : Dans cette partie nous nous intéresserons à la transmission de maladies contagieuses (ex : grippe, rougeole,…) entre individus dans une population. L’objectif est de se familiariser avec la formalisation de modèles mathématiques pour étudier comment de telles maladies se propagent (paramètres clefs ? Comment limiter leur impact ?) et de s’initier aux méthodes informatiques permettant de simuler ces modèles et ainsi répondre aux questions biologiques posées.
