Présentation du modèle biologique 1 Problématique scientifique

Dans le document Modélisation mathématique des phénomènes d'invasion en écologie: exemple de la chenille processionnaire du pin (Page 53-56)

Application à la chenille processionnaire du pin

Chapitre 3 : Modelling the effects of climate change on the pine processionary

1. Présentation du modèle biologique 1 Problématique scientifique

La processionnaire du pin est un exemple particulièrement pertinent pour illustrer l’impact du climat. L’étude de cet insecte a commencé bien avant que le problème du réchauffement climatique ne se pose. Les travaux de Guy Démolin sur le rôle du climat, débutés dans les années 1960, ont abouti à la description de la chronologie du cycle biologique de la processionnaire du pin en fonction de la latitude et de l’altitude, ou autrement dit, suivant différentes régions climatiques (Démolin 1969b). D’autre part, il a montré l’impact des conditions climatiques sur la survie de la processionnaire. La carte d’exclusion (Huchon & Démolin 1971), construite en combinant la moyenne des températures minimales du mois de janvier et la durée annuelle d’insolation, décrit parfaitement l’aire de répartition de l’espèce.

Mais depuis quelques années, on observe la progression de la processionnaire du pin vers le nord et dans les régions montagneuses, en particulier le Massif Central et les Alpes (fig. 1). La cartographie de l’aire d’exclusion potentielle de la processionnaire est donc de moins en moins respectée. Une zone d’étude aux alentours d’Orléans a fait l’objet d’une attention particulière depuis de nombreuses années (Fig. 2). Selon les conditions climatiques (la rigueur de l’hiver), le front de la processionnaire dans la Région Centre oscillait entre la vallée du Cher et la vallée de la Loire (Abgrall 2001). Mais dès le début des années 1990, le front a dépassé la Loire et a ensuite continué à progresser vers le nord (Geri et al. 1996). Parallèlement à cette expansion, on a observé une hausse des températures hivernales ainsi qu’un accroissement des plantations en pins (Goussard et al 1999). Une zone d’étude dans les Hautes-Alpes (Fig. 2) nous permet également de suivre cette progression en altitude.

On peut donc se demander dans quelle mesure le réchauffement climatique est responsable de cette expansion et quelle sera l’ampleur de cette expansion dans les prochaines années. PARIS Orléans Tours Nantes Bourges Limoges Lyon Grenoble Marseille Bordeaux Toulouse PARIS Orléans Tours Nantes Bourges Limoges Lyon Grenoble Marseille Bordeaux Toulouse PARIS Orléans Tours Nantes Bourges Limoges Lyon Grenoble Marseille Bordeaux Toulouse PARIS Orléans Tours Nantes Bourges Limoges Lyon Grenoble Marseille Bordeaux

Toulouse Figure 1 : Expansion de la processionnaire du pin en

France. En trait orange : front de la population sur la période 1969 – 1980 (CTGREF-INRA 1980), en trait épais rouge : front en 2005 (INRA & DSF).

Figure 2 : Expansion en altitude dans les Hautes-Alpes et vers le nord dans le Bassin-Parisien.

1.2 Nuisance de la processionnaire du pin

La chenille processionnaire du pin Thaumetopoea pityocampa (Denis & Schiffermüller) est l’un des plus importants ravageurs forestiers en France et dans de nombreux pays méditerranéens. En effet, en se nourrissant des aiguilles des pins, la chenille provoque un ralentissement de la croissance de l’arbre (Laurent-Hervouet 1986) et une sensibilité accrue aux maladies et autres insectes forestiers nuisibles. La perte de production attribuée à la processionnaire est relativement sérieuse pour l’économie forestière (Démolin 1969a). D’autre part, le caractère urticant des poils des chenilles constitue un risque important pour la santé publique (Lamy 1990). En cas de manipulation, les chenilles aux derniers stades larvaires libèrent des poils microscopiques très allergènes en forme de harpons qui peuvent provoquer des réactions violentes chez l’homme et chez les animaux. Ces réactions se manifestent principalement par des démangeaisons, mais des problèmes respiratoires, ophtalmologiques, cardiaques, neurologiques et des chocs anaphylactiques ont également été signalés. La majorité des cas touchent les enfants et les animaux domestiques. Ce danger est surtout présent dans les régions récemment colonisées par l’insecte où ces risques sont encore méconnus. La progression de l’insecte est donc un problème de grande importance dans tous les pays où il est présent.

1.3. Biologie de la processionnaire du pin

La processionnaire du pin se caractérise par son cycle biologique inversé par rapport à d’autres insectes. En effet, son développement larvaire s’effectue pendant l’hiver (Fig. 3). Par conséquent, toutes ses activités physiologiques ainsi que la durée de son développement sont conditionnées par les conditions météorologiques hivernales. Dans tous les cas, son cycle biologique s’achève en un an ou un multiple d’un an. Cette synchronisation temporelle et saisonnière du cycle (à un endroit donné) est rendue possible par une période de diapause, c’est-à-dire un arrêt de développement, qui dure plus ou moins longtemps de telle sorte à compenser les variabilités du cycle biologique et à achever le cycle en un an (Huchon & Démolin 1970). Lorsque la synchronisation s’avère impossible pour cause d’un retard trop important de développement (généralement dans les zones plus froides), une diapause prolongée peut alors s’enclencher et permettre à l’insecte de rester un an, voire même jusqu’à six ans, en arrêt de développement.

Après cette période de diapause, la processionnaire du pin, sous forme de chrysalide, va se métamorphoser en adulte. Cette phase aérienne du cycle biologique a lieu généralement en été, mais la phénologie est variable selon les régions. Les papillons s’accouplent et les femelles se dispersent aussitôt et pondent leurs œufs sur les aiguilles d’un pin. On estime que leur orientation est gouvernée par un effet silhouette lié à la morphologie des arbres-hôtes (Démolin 1969a). Leurs capacités de vol seraient assez faibles car leur lourd abdomen chargé d’œufs ne ferait pas d’elles de très bons voiliers. Les femelles ne pondent qu’une seule fois mais elles peuvent déposer jusqu’à 320 œufs, ce nombre dépendant de leurs conditions d’alimentation durant le stade larvaire (Abgrall 2001). La durée de vie des papillons est très brève car elle est de l’ordre de un ou deux jours au plus.

L’éclosion des œufs se produit 30 à 45 jours après la ponte. Les chenilles ainsi écloses vont passer successivement par cinq stades larvaires que l’on note respectivement de manière abrégée, L1, L2, L3, L4 et L5. Ces stades correspondent à un âge biologique facilement repérable par leur taille qui varie de 1,5 mm à 5 cm. C’est à partir du stade L3 qu’elles deviennent urticantes (Lamy 1990). Les jeunes chenilles, de caractère grégaire, tissent en commun de légers fils de soie qui forment des pré-nids. Elles sortent du nid durant la nuit pour se nourrir lorsque les conditions climatiques le permettent. Elles se déplacent sur le pin au fur et à mesure que les aiguilles sont consommées. Elles abandonnent alors leur pré-nid et en tissent un autre ailleurs. A l'approche de l’hiver, les chenilles tissent un nid blanc et soyeux beaucoup plus épais leur permettant de se protéger des baisses de température en captant les rayons du soleil. Ces nids définitifs sont facilement repérables et permettent aisément un suivi de la population.

A la fin du stade L5 (généralement au printemps mais variable selon les régions), les chenilles partent en procession. Elles descendent du pin en se suivant en file indienne et s’enfouissent dans la terre, non loin de l’arbre où elles se sont développées. Ces enfouissements peuvent comporter jusqu’à quelques milliers d’individus. Les chenilles ainsi enfouies tissent un cocon individuel en quelques jours, se transforment en chrysalide et le processus de diapause s’enclenche.

Fig. 3 : Cycle biologique de la processionnaire du pin (observé par exemple en Région Centre).

Afin de simplifier l’écriture par la suite, la génération de l’hiver 2002-2003 par exemple sera appelée la génération de l’année 2003. Il en est de même pour les variables climatiques hivernales.

Comme le suivi de la population s’effectue principalement en observant les nids, nous supposerons que le nombre de nids pour 100 pins est représentatif de la densité de population et nous utiliserons cette variable dans notre étude et dans nos modèles.

Dans le document Modélisation mathématique des phénomènes d'invasion en écologie: exemple de la chenille processionnaire du pin (Page 53-56)