Populations

En 1944, la Garde côtière américaine a relâché 29 rennes sur l'île Saint-Matthew dans la mer de Béring. Avec beaucoup de lichens à manger et aucun prédateur, ils ont atteint environ 6000 d'ici 1963. Ils ont mangé les lichens plus vite qu'ils ne poussaient ; lors d'un hiver rigoureux, presque tous sont morts de faim, et d'ici 1966, seuls 42 subsistaient. Cette unité explique pourquoi les populations augmentent, ce qui les limite, et ce que cela implique pour les huit milliards de personnes sur Terre.

Chaque espèce possède une niche écologique : la gamme de conditions et de ressources qu'elle peut utiliser ainsi que son rôle dans l'écosystème.

Un généraliste a une niche large : il peut vivre dans de nombreux habitats et se nourrir de divers aliments. Exemples : les ratons laveurs, les rats, les cockroaches et les corbeaux. Un spécialiste a une niche étroite : il a besoin d'une nourriture ou d'un habitat particulier. Exemples : le panda géant (bambou), le koala (feuilles d'eucalyptus) et de nombreuses grenouilles tropicales.

• Dans un habitat stable, les spécialistes ont l'avantage : ils exploitent très efficacement leur ressource et font face à moins de concurrence pour celle-ci.
• Dans un habitat en changement, les généralistes ont l'avantage : si une nourriture ou un habitat disparaît, ils peuvent passer à un autre.

Ainsi, les spécialistes sont plus vulnérables à la perte d'habitats, à la fragmentation des habitats, au changement climatique et aux espèces invasives. Les généralistes deviennent souvent eux-mêmes des ravageurs ou des espèces invasives.

Les espèces ont différentes stratégies reproductives :

Le potentiel biotique est le taux maximal auquel une population peut croître dans des conditions idéales. Les espèces à stratégie r ont un potentiel biotique élevé, ce qui leur permet de coloniser rapidement de nouveaux ou perturbés milieux. La plupart des espèces invasives sont de type r.

Les espèces à stratégie K sont plus touchées par les perturbations et les espèces invasives. En raison de leur reproduction lente, une population en déclin (due à la chasse, à la perte d'habitat ou à la maladie) met beaucoup de temps à se rétablir. C'est pourquoi de nombreuses espèces menacées sont de type K.

De nombreuses espèces ne correspondent pas purement à l'un ou l'autre type. Les tortues marines sont grandes et vivent longtemps (K), mais pondent des centaines d'œufs sans aucun soin parental (r).

Une courbe de survie montre combien de membres d'une cohorte (groupe né au même moment) sont encore vivants à chaque âge. Le nombre de survivants est tracé sur une échelle logarithmique, de sorte qu'un taux de mortalité constant donne une ligne droite.

• Type I : la plupart des individus survivent jusqu'à un âge avancé, puis beaucoup meurent. La courbe est plate, puis chute brutalement. Exemples : humains, éléphants, baleines (stratégie K).
• Type II : les individus meurent à un taux approximativement constant à tous les âges, donc la courbe est une ligne droite. Exemples : de nombreux oiseaux, écureuils, certains lézards.
• Type III : la plupart des individus meurent très jeunes ; ceux qui survivent vivent longtemps. La courbe chute brutalement au début, puis s'aplatit. Exemples : poissons, insectes, huîtres, plantes (stratégie r).

Les espèces à stratégie K suivent généralement les types I ou II ; celles à stratégie r suivent généralement le type III. Pour lire une courbe, observez quand la chute abrupte se produit : tôt (type III), tard (type I) ou constante (type II).

La capacité de charge ($K$) est la population maximale qu'un environnement peut soutenir sur le long terme avec ses ressources disponibles en nourriture, eau, espace et autres ressources.

Une population peut dépasser sa capacité de charge temporairement, par exemple lorsque les ressources sont abondantes ou parce que les animaux continuent de se reproduire avant que la pénurie ne soit ressentie. Les individus supplémentaires consomment les ressources plus vite qu'elles ne sont remplacées, endommageant ainsi la base de ressources (épuisement des ressources). Le résultat est un effondrement : une baisse brutale, souvent catastrophique, de la population due à la famine, à la maladie ou aux conflits. Après un effondrement, la capacité de charge peut être inférieure à celle d'avant, car l'habitat a été dégradé. Les rennes de l'île Saint-Matthew constituent un cas classique.

Les populations proches de $K$ ont tendance à fluctuer autour de celle-ci. Les populations de prédateurs et de proies augmentent et diminuent souvent en cycles : plus de proies soutiennent plus de prédateurs, qui mangent alors davantage de proies, faisant chuter leur nombre, suivi par celui des prédateurs.

La croissance de la population est limitée par l'environnement, notamment par les ressources et l'espace disponibles. La base totale de ressources est finie à toute échelle, d'un étang à la planète.

• Lorsque les ressources sont abondantes, une population croît de plus en plus vite : croissance exponentielle, qui forme une courbe en J.
• À mesure que la population augmente, les ressources par individu diminuent. La concurrence s'intensifie, la croissance ralentit et la population se stabilise à $K$ : croissance logistique, qui forme une courbe en S.
• Lorsque la base de ressources se réduit, les ressources sont réparties de manière plus inégale. Le résultat est une augmentation des décès, une baisse de la fécondité (fécondité réduite) ou les deux, ce qui entraîne un déclin de la population.

Facteurs limitants : ce sont les ressources ou conditions qui empêchent une population de continuer à croître. Ils se divisent en deux catégories :

Exemple résolu (surface nécessaire). Un mâle de merle d'Amérique a besoin d'au moins $800\ \text{m}^2$ de forêt pour se reproduire. L'objectif d'aménagement vise à préserver 275 territoires. La surface forestière requise est donc de $275 \times 800 = 220{,}000\ \text{m}^2$. Si un projet immobilier comprend 1000 lots de $1100\ \text{m}^2$ chacun, la fraction de chaque lot devant rester en forêt est de $\frac{220{,}000}{1000 \times 1100} \times 100 = 20\%$.

Un diagramme de structure par âge (pyramide des âges) montre la proportion de la population dans chaque groupe d'âge, avec les mâles d'un côté et les femelles de l'autre. Sa forme permet de prédire l'évolution future de la population :

• Croissance rapide : base large et sommet étroit (forme pyramidale). De nombreux enfants deviendront bientôt parents, assurant ainsi la poursuite de la croissance. Caractéristique des pays moins développés comme le Niger.
• Stable (croissance lente) : barres de largeur similaire jusqu'à un âge avancé (forme cylindrique). Typique des États-Unis ou de la France.
• Déclin : la base est plus étroite que le milieu. Moins de jeunes que de personnes d'âge moyen, ce qui entraînera un retrait de la population. Typique du Japon, de l'Italie et de l'Allemagne.

Une population à base large continue de croître pendant des décennies même si chaque femme a moins d'enfants, car tant de jeunes entrent dans leur période de fécondité. Ce phénomène s'appelle le momentum démographique.

L’indice synthétique de fécondité (ISF) est le nombre moyen d’enfants qu’aurait une femme si les taux de natalité actuels par âge restaient identiques tout au long de sa vie reproductive. Le seuil de renouvellement des générations est l’ISF auquel chaque génération se remplace exactement : environ 2.1 dans les pays développés. Il est supérieur à 2 parce que certains enfants meurent avant l’âge adulte ; dans les pays où la mortalité infantile est élevée, il est plus proche de 2.5 ou davantage.

• TFT supérieur au niveau de remplacement : la population augmente.
• TFT égal au niveau de remplacement : la population devient stable (après un délai dû au momentum).
• TFT inférieur au niveau de remplacement : la population finit par décliner, sauf si des migrants entrent sur le territoire.

Facteurs qui réduisent le TFT :

• premier enfant obtenu à un âge plus avancé ;
• accès accru à l'éducation et aux opportunités professionnelles pour les filles et les femmes ;
• accès à la planification familiale et à la contraception;
• politiques gouvernementales, comme la politique de l'enfant unique en Chine (1980–2015) ou les avantages fiscaux pour les petites familles;
• mortalité infantile plus faible (les parents n'ont plus besoin de nombreux naissances pour s'assurer que certains enfants survivent).

La mortalité infantile est le nombre de bébés par 1000 naissances vivantes décédant avant leur premier anniversaire. Elle diminue lorsque les mères ont accès aux bons soins de santé et à une nutrition adéquate, à l'eau potable et aux vaccins.

Une population humaine évolue par les naissances, les décès et la migration :

Les taux de natalité et de mortalité sont généralement exprimés par 1000 habitants. La différence entre eux, sans migration, correspond au taux d'accroissement naturel. Pour convertir un taux par 1000 en pourcentage, divisez par 10.

Le taux de natalité, la mortalité infantile et le taux global de mortalité, l'accès à la planification familiale, une bonne nutrition et éducation, ainsi que le mariage tardif influencent tous la croissance ou le déclin d'une population.

Théorie malthusienne : dans 1798 Thomas Malthus a soutenu que la population croît exponentiellement tandis que l'offre alimentaire ne croît que linéairement, ce qui ferait que la population dépasserait l'alimentation et serait freinée par la famine et les maladies. La technologie (la Révolution verte) a jusqu'à présent augmenté la capacité de charge de la Terre pour les humains, mais les terres, l'eau et l'énergie finies continuent de la limiter.

La règle de 70 estime le temps de doublement de toute chose croissant à un taux de pourcentage constant :

Exemple résolu. Un pays a un taux de natalité de 30 par 1000 et un taux de mortalité de 10 par 1000, sans migration. Le taux de croissance est de $\frac{30 - 10}{10} = 2.0\%$ par an. Le temps de doublement est de $\frac{70}{2.0} = 35$ ans.

Exemple résolu (style FRQ). Une ville a grandi de 1.88% en 2019. Temps de doublement $= \frac{70}{1.88} \approx 37$ ans, donc à taux constant, la population doublerait vers $2019 + 37 = 2056$.

Exemple résolu (consommation de ressources). Une ville de 26,250 habitants consomme 90 gallons d'eau par personne et par jour. La consommation quotidienne est de $26{,}250 \times 90 = 2{,}362{,}500$ gallons ; la consommation annuelle est de $2{,}362{,}500 \times 365 \approx 8.6 \times 10^{8}$ gallons.

Une croissance rapide augmente la demande en eau, nourriture, énergie et terres, et accroît donc l'empreinte écologique totale. Le développement, l'urbanisation et le développement économique abaissent généralement les taux de natalité avec le temps.

La transition démographique est le passage de hauts taux de natalité et de mortalité à de faibles taux de natalité et de mortalité alors qu'un pays se développe d'une économie préindustrielle vers une économie industrielle.

La croissance est la plus rapide au stade 2 et au début du stade 3, où l'écart entre un taux de natalité encore élevé et un taux de mortalité déjà bas est le plus large. Ce décalage explique pourquoi la population d'un pays continue d'augmenter longtemps après la baisse de son taux de mortalité.

Les pays moins développés ont tendance à avoir une mortalité infantile plus élevée, une population plus jeune et un plus grand nombre d'enfants dans la main-d'œuvre. Les enfants y aident sur les fermes et soutiennent leurs parents dans leur vieillesse, ce qui maintient des taux de natalité élevés. Les pays développés se trouvent généralement au stade 4.

Répondez à chaque question avant de lire les réponses ci-dessous.

1. La population d’un pays augmente de $2\%$ par an. Utilisez la règle de $70$ pour estimer son temps de doublement.
2. Un pays a un taux brut de natalité de $20$ pour $1000$ et un taux brut de mortalité de $8$ pour $1000$, sans migration. Calculez le taux de croissance en pourcentage et le temps de doublement.
3. Un diagramme de structure par âge a une base très large qui se rétrécit rapidement. Que prédit-il quant à la croissance future ?
4. Expliquez pourquoi la population augmente le plus rapidement à l’étape 2 de la transition démographique.
5. Associez chaque courbe de survie à un exemple et à une stratégie : type I, type III.
6. Donnez trois facteurs qui réduisent l’indice synthétique de fécondité d’un pays.

1. $70 \div 2 = 35$ ans.
2. $(20 - 8) \div 10 = 1.2\%$ ; temps de doublement : $70 \div 1.2 \approx 58$ ans.
3. Croissance rapide : de nombreux jeunes atteindront bientôt l’âge de procréer (inertie démographique).
4. Les taux de mortalité diminuent (meilleure alimentation, assainissement, médecine) tandis que les taux de natalité restent élevés ; l’écart entre les deux est donc maximal.
5. Type I : humains ou éléphants, sélection K (la plupart survivent jusqu’à un âge avancé). Type III : huîtres, sélection r (la plupart meurent jeunes).
6. Trois facteurs parmi les suivants : éducation et emploi des femmes ; accès à la planification familiale ; urbanisation ; baisse de la mortalité infantile ; systèmes de retraite ; coût plus élevé de l’éducation des enfants.

• Utilisez la règle de 70 : temps de doublement ≈ 70 ÷ taux de croissance (%). Convertissez un taux par 1000 en pourcentage en divisant par 10.
• Les généralistes gagnent dans les habitats changeants ; les spécialistes gagnent dans les habitats stables et sont plus vulnérables à la perte d'habitat.
• Contrastez les espèces sélectionnées-r (beaucoup de descendants, peu de soins, Type III) avec les espèces sélectionnées-K (peu de descendants, beaucoup de soins, Type I ou II). La plupart des espèces invasives sont sélectionnées-r.
• Le dépassement conduit à l'épuisement des ressources et à un déclin ; la capacité de charge peut alors être inférieure.
• Lisez les diagrammes de structure d'âge depuis la base : base large, croissance rapide ; barres égales, stabilité ; base étroite, déclin.
• La fécondité de remplacement est d'environ 2.1 ; donnez des raisons spécifiques de la baisse du TFR (éducation des femmes, planification familiale, mortalité infantile réduite).
• Classez les facteurs limitatifs : dépendants de la densité (maladies, nourriture, compétition) ou indépendants de la densité (tempêtes, feux, sécheresses).
• Dans la transition démographique, le taux de mortalité chute avant le taux de natalité, ce qui provoque une croissance rapide au stade 2.
• Un taux de croissance décroissant signifie encore une croissance : la population ne diminue que lorsque les décès et l'émigration dépassent les naissances et l'immigration.