Les équations différentielles et la théorie des systèmes dynamiques permettent de modéliser les écosystèmes marins complexes, du phytoplancton aux poissons. Ces outils mathématiques aident à comprendre le rôle de la biodiversité dans la régulation du climat et à optimiser la gestion des ressources halieutiques.
La compréhension des écosystèmes marins repose largement sur la modélisation mathématique, en particulier sur la théorie des systèmes dynamiques. Les modèles fondés sur des équations différentielles, généralisant le célèbre modèle de Lotka-Volterra (1922-1925), permettent de représenter les interactions entre espèces marines de toutes tailles—du plancton microscopique aux mammifères marins—et de capturer les dynamiques de croissance et de déclin des populations observées en nature.
Ces modèles jouent un rôle crucial pour deux enjeux majeurs : d'une part, ils éclairent le fonctionnement des océans, notamment le rôle du phytoplancton dans la pompe biologique du carbone et la régulation climatique ; d'autre part, ils orientent la gestion durable des ressources halieutiques en modélisant l'impact de la pêche et en guidant la définition des quotas et des aires marines protégées. Les modèles intègrent également les conditions physiques et chimiques (courants, température, salinité) pour mieux comprendre les couplages entre processus biologiques et processus environnementaux.
Dans un contexte où l'accès direct aux écosystèmes marins est limité, ces outils mathématiques permettent de tester des hypothèses, de proposer des expériences en laboratoire, et de produire des scénarios prévisionnels utilisés par le GIEC et l'IPBES, faisant des mathématiques un instrument d'exploration indispensable face à la complexité de ces milieux.