Species distribution models for conservation-oriented studies in Switzerland : filling data and tools gaps

SUMMARYSpecies distribution models (SDMs) represent nowadays an essential tool in the research fields of ecology and conservation biology. By combining observations of species occurrence or abundance with information on the environmental characteristic of the observation sites, they can provide information on the ecology of species, predict their distributions across the landscape or extrapolate them to other spatial or time frames. The advent of SDMs, supported by geographic information systems (GIS), new developments in statistical models and constantly increasing computational capacities, has revolutionized the way ecologists can comprehend species distributions in their environment. SDMs have brought the tool that allows describing species realized niches across a multivariate environmental space and predict their spatial distribution. Predictions, in the form of probabilistic maps showing the potential distribution of the species, are an irreplaceable mean to inform every single unit of a territory about its biodiversity potential. SDMs and the corresponding spatial predictions can be used to plan conservation actions for particular species, to design field surveys, to assess the risks related to the spread of invasive species, to select reserve locations and design reserve networks, and ultimately, to forecast distributional changes according to scenarios of climate and/or land use change.By assessing the effect of several factors on model performance and on the accuracy of spatial predictions, this thesis aims at improving techniques and data available for distribution modelling and at providing the best possible information to conservation managers to support their decisions and action plans for the conservation of biodiversity in Switzerland and beyond. Several monitoring programs have been put in place from the national to the global scale, and different sources of data now exist and start to be available to researchers who want to model species distribution. However, because of the lack of means, data are often not gathered at an appropriate resolution, are sampled only over limited areas, are not spatially explicit or do not provide a sound biological information. A typical example of this is data on 'habitat' (sensu biota). Even though this is essential information for an effective conservation planning, it often has to be approximated from land use, the closest available information. Moreover, data are often not sampled according to an established sampling design, which can lead to biased samples and consequently to spurious modelling results. Understanding the sources of variability linked to the different phases of the modelling process and their importance is crucial in order to evaluate the final distribution maps that are to be used for conservation purposes.The research presented in this thesis was essentially conducted within the framework of the Landspot Project, a project supported by the Swiss National Science Foundation. The main goal of the project was to assess the possible contribution of pre-modelled 'habitat' units to model the distribution of animal species, in particular butterfly species, across Switzerland. While pursuing this goal, different aspects of data quality, sampling design and modelling process were addressed and improved, and implications for conservation discussed. The main 'habitat' units considered in this thesis are grassland and forest communities of natural and anthropogenic origin as defined in the typology of habitats for Switzerland. These communities are mainly defined at the phytosociological level of the alliance. For the time being, no comprehensive map of such communities is available at the national scale and at fine resolution. As a first step, it was therefore necessary to create distribution models and maps for these communities across Switzerland and thus to gather and collect the necessary data. In order to reach this first objective, several new developments were necessary such as the definition of expert models, the classification of the Swiss territory in environmental domains, the design of an environmentally stratified sampling of the target vegetation units across Switzerland, the development of a database integrating a decision-support system assisting in the classification of the relevés, and the downscaling of the land use/cover data from 100 m to 25 m resolution.The main contributions of this thesis to the discipline of species distribution modelling (SDM) are assembled in four main scientific papers. In the first, published in Journal of Riogeography different issues related to the modelling process itself are investigated. First is assessed the effect of five different stepwise selection methods on model performance, stability and parsimony, using data of the forest inventory of State of Vaud. In the same paper are also assessed: the effect of weighting absences to ensure a prevalence of 0.5 prior to model calibration; the effect of limiting absences beyond the environmental envelope defined by presences; four different methods for incorporating spatial autocorrelation; and finally, the effect of integrating predictor interactions. Results allowed to specifically enhance the GRASP tool (Generalized Regression Analysis and Spatial Predictions) that now incorporates new selection methods and the possibility of dealing with interactions among predictors as well as spatial autocorrelation. The contribution of different sources of remotely sensed information to species distribution models was also assessed. The second paper (to be submitted) explores the combined effects of sample size and data post-stratification on the accuracy of models using data on grassland distribution across Switzerland collected within the framework of the Landspot project and supplemented with other important vegetation databases. For the stratification of the data, different spatial frameworks were compared. In particular, environmental stratification by Swiss Environmental Domains was compared to geographical stratification either by biogeographic regions or political states (cantons). The third paper (to be submitted) assesses the contribution of pre- modelled vegetation communities to the modelling of fauna. It is a two-steps approach that combines the disciplines of community ecology and spatial ecology and integrates their corresponding concepts of habitat. First are modelled vegetation communities per se and then these 'habitat' units are used in order to model animal species habitat. A case study is presented with grassland communities and butterfly species. Different ways of integrating vegetation information in the models of butterfly distribution were also evaluated. Finally, a glimpse to climate change is given in the fourth paper, recently published in Ecological Modelling. This paper proposes a conceptual framework for analysing range shifts, namely a catalogue of the possible patterns of change in the distribution of a species along elevational or other environmental gradients and an improved quantitative methodology to identify and objectively describe these patterns. The methodology was developed using data from the Swiss national common breeding bird survey and the article presents results concerning the observed shifts in the elevational distribution of breeding birds in Switzerland.The overall objective of this thesis is to improve species distribution models as potential inputs for different conservation tools (e.g. red lists, ecological networks, risk assessment of the spread of invasive species, vulnerability assessment in the context of climate change). While no conservation issues or tools are directly tested in this thesis, the importance of the proposed improvements made in species distribution modelling is discussed in the context of the selection of reserve networks.RESUMELes modèles de distribution d'espèces (SDMs) représentent aujourd'hui un outil essentiel dans les domaines de recherche de l'écologie et de la biologie de la conservation. En combinant les observations de la présence des espèces ou de leur abondance avec des informations sur les caractéristiques environnementales des sites d'observation, ces modèles peuvent fournir des informations sur l'écologie des espèces, prédire leur distribution à travers le paysage ou l'extrapoler dans l'espace et le temps. Le déploiement des SDMs, soutenu par les systèmes d'information géographique (SIG), les nouveaux développements dans les modèles statistiques, ainsi que la constante augmentation des capacités de calcul, a révolutionné la façon dont les écologistes peuvent comprendre la distribution des espèces dans leur environnement. Les SDMs ont apporté l'outil qui permet de décrire la niche réalisée des espèces dans un espace environnemental multivarié et prédire leur distribution spatiale. Les prédictions, sous forme de carte probabilistes montrant la distribution potentielle de l'espèce, sont un moyen irremplaçable d'informer chaque unité du territoire de sa biodiversité potentielle. Les SDMs et les prédictions spatiales correspondantes peuvent être utilisés pour planifier des mesures de conservation pour des espèces particulières, pour concevoir des plans d'échantillonnage, pour évaluer les risques liés à la propagation d'espèces envahissantes, pour choisir l'emplacement de réserves et les mettre en réseau, et finalement, pour prévoir les changements de répartition en fonction de scénarios de changement climatique et/ou d'utilisation du sol. En évaluant l'effet de plusieurs facteurs sur la performance des modèles et sur la précision des prédictions spatiales, cette thèse vise à améliorer les techniques et les données disponibles pour la modélisation de la distribution des espèces et à fournir la meilleure information possible aux gestionnaires pour appuyer leurs décisions et leurs plans d'action pour la conservation de la biodiversité en Suisse et au-delà. Plusieurs programmes de surveillance ont été mis en place de l'échelle nationale à l'échelle globale, et différentes sources de données sont désormais disponibles pour les chercheurs qui veulent modéliser la distribution des espèces. Toutefois, en raison du manque de moyens, les données sont souvent collectées à une résolution inappropriée, sont échantillonnées sur des zones limitées, ne sont pas spatialement explicites ou ne fournissent pas une information écologique suffisante. Un exemple typique est fourni par les données sur 'l'habitat' (sensu biota). Même s'il s'agit d'une information essentielle pour des mesures de conservation efficaces, elle est souvent approximée par l'utilisation du sol, l'information qui s'en approche le plus. En outre, les données ne sont souvent pas échantillonnées selon un plan d'échantillonnage établi, ce qui biaise les échantillons et par conséquent les résultats de la modélisation. Comprendre les sources de variabilité liées aux différentes phases du processus de modélisation s'avère crucial afin d'évaluer l'utilisation des cartes de distribution prédites à des fins de conservation.La recherche présentée dans cette thèse a été essentiellement menée dans le cadre du projet Landspot, un projet soutenu par le Fond National Suisse pour la Recherche. L'objectif principal de ce projet était d'évaluer la contribution d'unités 'd'habitat' pré-modélisées pour modéliser la répartition des espèces animales, notamment de papillons, à travers la Suisse. Tout en poursuivant cet objectif, différents aspects touchant à la qualité des données, au plan d'échantillonnage et au processus de modélisation sont abordés et améliorés, et leurs implications pour la conservation des espèces discutées. Les principaux 'habitats' considérés dans cette thèse sont des communautés de prairie et de forêt d'origine naturelle et anthropique telles que définies dans la typologie des habitats de Suisse. Ces communautés sont principalement définies au niveau phytosociologique de l'alliance. Pour l'instant aucune carte de la distribution de ces communautés n'est disponible à l'échelle nationale et à résolution fine. Dans un premier temps, il a donc été nécessaire de créer des modèles de distribution de ces communautés à travers la Suisse et par conséquent de recueillir les données nécessaires. Afin d'atteindre ce premier objectif, plusieurs nouveaux développements ont été nécessaires, tels que la définition de modèles experts, la classification du territoire suisse en domaines environnementaux, la conception d'un échantillonnage environnementalement stratifié des unités de végétation cibles dans toute la Suisse, la création d'une base de données intégrant un système d'aide à la décision pour la classification des relevés, et le « downscaling » des données de couverture du sol de 100 m à 25 m de résolution. Les principales contributions de cette thèse à la discipline de la modélisation de la distribution d'espèces (SDM) sont rassemblées dans quatre articles scientifiques. Dans le premier article, publié dans le Journal of Biogeography, différentes questions liées au processus de modélisation sont étudiées en utilisant les données de l'inventaire forestier de l'Etat de Vaud. Tout d'abord sont évalués les effets de cinq méthodes de sélection pas-à-pas sur la performance, la stabilité et la parcimonie des modèles. Dans le même article sont également évalués: l'effet de la pondération des absences afin d'assurer une prévalence de 0.5 lors de la calibration du modèle; l'effet de limiter les absences au-delà de l'enveloppe définie par les présences; quatre méthodes différentes pour l'intégration de l'autocorrélation spatiale; et enfin, l'effet de l'intégration d'interactions entre facteurs. Les résultats présentés dans cet article ont permis d'améliorer l'outil GRASP qui intègre désonnais de nouvelles méthodes de sélection et la possibilité de traiter les interactions entre variables explicatives, ainsi que l'autocorrélation spatiale. La contribution de différentes sources de données issues de la télédétection a également été évaluée. Le deuxième article (en voie de soumission) explore les effets combinés de la taille de l'échantillon et de la post-stratification sur le la précision des modèles. Les données utilisées ici sont celles concernant la répartition des prairies de Suisse recueillies dans le cadre du projet Landspot et complétées par d'autres sources. Pour la stratification des données, différents cadres spatiaux ont été comparés. En particulier, la stratification environnementale par les domaines environnementaux de Suisse a été comparée à la stratification géographique par les régions biogéographiques ou par les cantons. Le troisième article (en voie de soumission) évalue la contribution de communautés végétales pré-modélisées à la modélisation de la faune. C'est une approche en deux étapes qui combine les disciplines de l'écologie des communautés et de l'écologie spatiale en intégrant leurs concepts de 'habitat' respectifs. Les communautés végétales sont modélisées d'abord, puis ces unités de 'habitat' sont utilisées pour modéliser les espèces animales. Une étude de cas est présentée avec des communautés prairiales et des espèces de papillons. Différentes façons d'intégrer l'information sur la végétation dans les modèles de répartition des papillons sont évaluées. Enfin, un clin d'oeil aux changements climatiques dans le dernier article, publié dans Ecological Modelling. Cet article propose un cadre conceptuel pour l'analyse des changements dans la distribution des espèces qui comprend notamment un catalogue des différentes formes possibles de changement le long d'un gradient d'élévation ou autre gradient environnemental, et une méthode quantitative améliorée pour identifier et décrire ces déplacements. Cette méthodologie a été développée en utilisant des données issues du monitoring des oiseaux nicheurs répandus et l'article présente les résultats concernant les déplacements observés dans la distribution altitudinale des oiseaux nicheurs en Suisse.L'objectif général de cette thèse est d'améliorer les modèles de distribution des espèces en tant que source d'information possible pour les différents outils de conservation (par exemple, listes rouges, réseaux écologiques, évaluation des risques de propagation d'espèces envahissantes, évaluation de la vulnérabilité des espèces dans le contexte de changement climatique). Bien que ces questions de conservation ne soient pas directement testées dans cette thèse, l'importance des améliorations proposées pour la modélisation de la distribution des espèces est discutée à la fin de ce travail dans le contexte de la sélection de réseaux de réserves.

L'image de la Suisse à l'étranger

L'image qu'un pays a dans le monde est importante à plusieurs titres. Elle peut soutenir la commercialisation de biens et de services exportés, elle revêt un caractère tout particulier dans le cadre des promotions touristique et économique et elle peut aussi être de nature à contribuer aux relations qu'un pays entretient avec d'autres pays aux niveaux politique, économique ou culturel. L'image de la Suisse a fait l'objet d'études dans de nombreux pays, dont les Etats-Unis, l'Allemagne et la Chine, auprès d'échantillons représentatifs de la population ainsi qu'auprès de groupes de leaders d'opinion et cet ouvrage présente de manière synthétique les principaux résultats de ces études. Après une description de l'image globale de la Suisse auprès des personnes interrogées et une analyse des associations faites à l'évocation de la Suisse, une partie importante est consacrée aux dimensions qui caractérisent l'image du pays en différenciant notamment entre les dimensions liées à la Suisse en tant qu'espace socioculturel et les dimensions liées aux aspects économiques. Pour terminer, un dernier chapitre analyse l'impact de faits ayant marqué l'actualité helvétique, comme le grounding de Swissair, sur l'image de la Suisse dans les pays étudiés.

Analyse systématique et permanente de la délinquance sérielle : place des statistiques criminelles ; apport des approches situationnelles pour un système de classification ; perspectives en matière de coopération

Résumé de la thèse L'évolution des systèmes policiers donne une place prépondérante à l'information et au renseignement. Cette transformation implique de développer et de maintenir un ensemble de processus permanent d'analyse de la criminalité, en particulier pour traiter des événements répétitifs ou graves. Dans une organisation aux ressources limitées, le temps consacré au recueil des données, à leur codification et intégration, diminue le temps disponible pour l'analyse et la diffusion de renseignements. Les phases de collecte et d'intégration restent néanmoins indispensables, l'analyse n'étant pas possible sur des données volumineuses n'ayant aucune structure. Jusqu'à présent, ces problématiques d'analyse ont été abordées par des approches essentiellement spécialisées (calculs de hot-sports, data mining, ...) ou dirigées par un seul axe (par exemple, les sciences comportementales). Cette recherche s'inscrit sous un angle différent, une démarche interdisciplinaire a été adoptée. L'augmentation continuelle de la quantité de données à analyser tend à diminuer la capacité d'analyse des informations à disposition. Un bon découpage (classification) des problèmes rencontrés permet de délimiter les analyses sur des données pertinentes. Ces classes sont essentielles pour structurer la mémoire du système d'analyse. Les statistiques policières de la criminalité devraient déjà avoir répondu à ces questions de découpage de la délinquance (classification juridique). Cette décomposition a été comparée aux besoins d'un système de suivi permanent dans la criminalité. La recherche confirme que nos efforts pour comprendre la nature et la répartition du crime se butent à un obstacle, à savoir que la définition juridique des formes de criminalité n'est pas adaptée à son analyse, à son étude. Depuis près de vingt ans, les corps de police de Suisse romande utilisent et développent un système de classification basé sur l'expérience policière (découpage par phénomène). Cette recherche propose d'interpréter ce système dans le cadre des approches situationnelles (approche théorique) et de le confronter aux données « statistiques » disponibles pour vérifier sa capacité à distinguer les formes de criminalité. La recherche se limite aux cambriolages d'habitations, un délit répétitif fréquent. La théorie des opportunités soutien qu'il faut réunir dans le temps et dans l'espace au minimum les trois facteurs suivants : un délinquant potentiel, une cible intéressante et l'absence de gardien capable de prévenir ou d'empêcher le passage à l'acte. Ainsi, le délit n'est possible que dans certaines circonstances, c'est-à-dire dans un contexte bien précis. Identifier ces contextes permet catégoriser la criminalité. Chaque cas est unique, mais un groupe de cas montre des similitudes. Par exemple, certaines conditions avec certains environnements attirent certains types de cambrioleurs. Deux hypothèses ont été testées. La première est que les cambriolages d'habitations ne se répartissent pas uniformément dans les classes formées par des « paramètres situationnels » ; la deuxième que des niches apparaissent en recoupant les différents paramètres et qu'elles correspondent à la classification mise en place par la coordination judiciaire vaudoise et le CICOP. La base de données vaudoise des cambriolages enregistrés entre 1997 et 2006 par la police a été utilisée (25'369 cas). Des situations spécifiques ont été mises en évidence, elles correspondent aux classes définies empiriquement. Dans une deuxième phase, le lien entre une situation spécifique et d'activité d'un auteur au sein d'une même situation a été vérifié. Les observations réalisées dans cette recherche indiquent que les auteurs de cambriolages sont actifs dans des niches. Plusieurs auteurs sériels ont commis des délits qui ne sont pas dans leur niche, mais le nombre de ces infractions est faible par rapport au nombre de cas commis dans la niche. Un système de classification qui correspond à des réalités criminelles permet de décomposer les événements et de mettre en place un système d'alerte et de suivi « intelligent ». Une nouvelle série dans un phénomène sera détectée par une augmentation du nombre de cas de ce phénomène, en particulier dans une région et à une période donnée. Cette nouvelle série, mélangée parmi l'ensemble des délits, ne serait pas forcément détectable, en particulier si elle se déplace. Finalement, la coopération entre les structures de renseignement criminel opérationnel en Suisse romande a été améliorée par le développement d'une plateforme d'information commune et le système de classification y a été entièrement intégré.

La reconnaissance des troubles musculo-squelettiques (TMS) comme maladies professionnelles: controverses sociales et trajectoires personnelles

La reconnaissance des troubles musculo-squelettiques (TMS) comme maladies professionnelles : controverses sociales et trajectoires personnelles¦Les TMS sont actuellement considérés comme des problèmes majeurs de santé au travail, mais leur reconnaissance comme maladies professionnelles reste controversée. L'objectif central de cette thèse est de comprendre, dans une perspective de psychologie socio-culturelle intégrant certains apports de la sociologie interactionniste, les conséquences que cette situation peut avoir pour des travailleuses et travailleurs souffrant de ces affections. Au préalable, il s'agira de saisir comment se constituent les controverses sur les TMS et pourquoi ces derniers sont si rarement reconnus comme maladies professionnelles en Suisse. Les principales données sont constituées de documents institutionnels et d'entretiens avec des ouvrières et ouvriers atteints de TMS.¦Les résultats montrent que les enjeux de la reconnaissance des maladies professionnelles ne se limitent pas aux prestations d'assurance et à la prise en charge des coûts engendrés par les maladies. En effet, leur non-reconnaissance contribue à définir les TMS comme des problèmes personnels plutôt que professionnels, ce qui peut entraver les capacités des ouvrières et ouvriers à agir sur leurs conditions de travail. En outre, les explications qui circulent sur les TMS par le biais de discours institutionnels ou informels ont des conséquences sur la manière dont une personne appréhende sa propre maladie. Ces explications de la maladie peuvent être des outils de compréhension, mais aussi contribuer à définir l'identité de la personne malade. Dans ce cas, la reconnaissance du caractère professionnel de la maladie touche aussi à des questions de reconnaissance sociale.¦MSDs are currently considered major occupational health problems, but their recognition as occupational illnesses remains controversial. The central objective of the thesis is to grasp, from a socio-cultural psychology perspective that integrates certain contributions of interactionist sociology, the consequences that these circumstances can have for workers suffering from such ailments. Further, the thesis first aims to understand how controversies about MSDs emerge and why these disorders are so rarely recognized as occupational illnesses in Switzerland. Most of the data used stems from institutional documents and from interviews with workers suffering from MSDs.¦The results show that the stakes of recognizing occupational illnesses are not limited to issues of insurance benefits and the coverage of costs generated by the disorders. In fact, the non-recognition of MSDs contributes to their characterization as personal rather than professional problems, which can in turn impede workers' ability to act to change their working conditions. Furthermore, accounts of and explanations about MSDs circulating by means of institutional or informal discourse have consequences on the way a person may perceive his or her own illness. Such explanations of the illness can be tools for understanding it, but they may also contribute to defining the identity of the affected person. In this case, the recognition of the occupational nature of the illness is also closely related to questions of social recognition.