Types de modèles de croissance démographique

Un modèle de croissance démographique essaie de prédire la population d'un organisme qui se reproduit selon des règles fixes. En fonction du nombre de fois qu'un organisme se reproduit, du nombre de nouveaux organismes qu'il produit à chaque fois et de la fréquence à laquelle il se reproduit, le modèle peut prédire quelle sera la population à un moment donné. Pour la plupart des populations, il existe des facteurs limitant la croissance qui réduisent la population théoriquement possible. Il s'agit notamment de ressources limitées, de taux de mortalité naturelle et de prédateurs. Différents types de croissance démographique sont soumis à ces contraintes et nécessitent différents types de modèles de population pour prédire avec précision ce que sera la population à l'avenir.

Avec suffisamment de nourriture, d'eau et d'autres ressources nécessaires à la vie, les populations peuvent augmenter de façon exponentielle sans limite. La croissance exponentielle est très rapide et les êtres vivants profitent de cette capacité quand ils le peuvent. Par exemple, une cellule de levure dans une solution de sucre se divisera pour former deux cellules qui se diviseront ensuite pour produire quatre, puis huit, 16, 32, 64 et ainsi de suite. La courbe exponentielle augmente encore plus rapidement lorsque des animaux comme les lapins ont plusieurs petits au lieu de deux. Ces types de courbes de croissance ne sont observés que pendant de courtes périodes dans la vie réelle, car les facteurs limitants naturels ont un impact sur le taux de croissance pour le ralentir. Tant que la croissance exponentielle est en vigueur, les populations qui la subissent augmentent ou deviennent plus denses quel que soit le nombre déjà inclus dans la population.

Les populations ne croissent généralement pas de manière illimitée car des facteurs limitants naturels arrêtent l'augmentation de la population. Deux facteurs limitants sont le manque de ressources et la mortalité. Si les organismes ne peuvent pas trouver suffisamment de ressources dont ils ont besoin pour se développer et se reproduire, ils auront moins ou pas de jeunes et le taux de croissance de la population diminuera. Si de nombreux membres de la population meurent à cause de prédateurs ou de maladies, la croissance de la population est également réduite. Si le manque de ressources telles que la nourriture ou l'eau entraîne un taux de mortalité élevé, il limite également la croissance, mais le mécanisme dans ce cas est différent d'un manque de nourriture conduisant simplement à moins de naissances. Les facteurs limitatifs ont le plus d'effet sur les grandes populations qui ont augmenté rapidement.

Le modèle de croissance logistique combine une croissance exponentielle avec les facteurs limitants qui agissent pour une population particulière. Par exemple, les cellules de levure dans une solution de sucre se multiplient pour produire une croissance exponentielle mais leur facteur limitant peut être le manque de nourriture. Une fois le sucre consommé, les cellules de levure ne peuvent ni croître ni se multiplier. Pour certaines populations de levures, un deuxième facteur limitant est l'alcool qu'elles produisent. S'il y a beaucoup de sucre dans la solution, il n'y aura pas de manque de nourriture mais l'alcool produit par les cellules de levure finira par les tuer et réduire la population.

En raison de facteurs limitatifs, la croissance logistique commence par une croissance exponentielle lorsqu'une population est petite et a beaucoup de nourriture et d'eau. À mesure que la population augmente, les facteurs limitants commencent à ralentir la croissance, car la nourriture est plus difficile à trouver. Enfin, la croissance logistique prédit un état stable dans lequel il y a juste assez de nourriture et d'eau pour maintenir une population à un niveau stable.

La croissance logistique est basée sur une augmentation progressive de la population jusqu'aux limites naturelles de la population. Une faiblesse de ce modèle de croissance démographique est que la croissance peut être si rapide que la population dépasse la limite naturelle. Par exemple, les lapins qui ont beaucoup d'herbe et d'eau ont tendance à avoir de grandes portées très fréquemment et leur population peut croître pour dépasser de loin l'approvisionnement en nourriture. Dans ce cas, les lapins mangent toute la nourriture et meurent de faim. La population tombe à près de zéro mais quelques lapins survivent. L'herbe repousse et le cycle se répète de manière chaotique et imprévisible. Dans des situations réelles, des modèles de croissance démographique tant logistiques que chaotiques sont possibles, mais le modèle de croissance exponentielle ne s'applique que pour de courtes périodes.