Impacts de la pêche sur le fonctionnement trophique des écosystèmes marins : une approche comparative basée sur des modèles trophodynamiques

par Mathieu Colléter

Thèse de doctorat en Sciences économiques et de gestion

Sous la direction de Didier Gascuel et de Daniel Pauly.


  • Résumé

    Face à une situation mondiale de surexploitation des ressources et de dégradation de l'intégrité des écosystèmes marins, le développement de l'Approche Ecosystémique des Pêches est aujourd'hui reconnu comme une urgente nécessité. La pêche induit des diminutions souvent très importantes de l'abondance des espèces ciblées. Ces modifications, comme celles liées aux destructions d'habitats ou à la pollution, se répercutent via les réseaux trophiques à l'ensemble des communautés écologiques et au fonctionnement de l'écosystème. De plus, l’ampleur des impacts varie compte tenu du fonctionnement trophique des écosystèmes. Dans cette perspective, le développement d'approches comparatives à grande échelle et de modèles de fonctionnement trophique des écosystèmes sont identifiés comme des étapes clés afin d'analyser, quantifier et si possible prévoir l'impact de la pêche sur l'ensemble des compartiments des écosystèmes marins. L'un des principaux modèles écosystémiques aujourd'hui utilisés est le modèle EwE développé au sein de l'Université de Colombie Britannique. Ce modèle quantifie les flux trophiques entre les compartiments d’un écosystème. Il a fait l'objet de plusieurs centaines d'applications dans des situations extrêmement diverses. Le modèle EcoTroph, développé au sein de l'UMR ESE à Agrocampus Ouest, est quant à lui plus récent. Il conduit à une représentation théorique simplifiée du fonctionnement des écosystèmes aquatiques à travers l’utilisation de spectres trophiques. De nouvelles connaissances sur le fonctionnement trophique des écosystèmes marins ont été acquises grâce à la modélisation écosystémique. En effet, de nombreux modèles EwE ont mis en évidence des modifications du fonctionnement trophique causées par l’impact de la pêche. Mais ces modèles sont hétérogènes et ne couvrent qu'une partie de l’océan. Réciproquement, le v modèle ET peut être "plaqué" sur un modèle EwE et constitue un cadre unifié de représentation à travers l’utilisation de spectres trophiques. Il permet d'identifier les paramètres clés du fonctionnement trophique : les efficiences de transfert trophique, la cinétique des flux de biomasse, l’impact des contrôles top-down… ET est également un outil de diagnostic des impacts de la pêche à l’échelle écosystémique. Il permet une approche générique et une extrapolation à l’échelle globale. Le travail de thèse s'inscrit à la convergence de ces deux approches EwE et ET, il s'appuie sur une approche comparative entre écosystèmes et vise ainsi à répondre aux questions suivantes : - Quels sont les déterminants clés du fonctionnement trophique des écosystèmes marins ? - Dans quelle mesure ces paramètres déterminent-ils des changements écosystémiques liés aux impacts de la pêche ? Cinq étapes ont été identifiées afin de répondre à ces questions : - Création d'un répertoire d’informations (EcoBase) afin d’agglomérer les données provenant des modèles EwE, et de donner une vue d'ensemble des applications de ce modèle ; - Révision et développement du modèle EcoTroph à travers l’inclusion de la « foraging arena theory » (théorie des aires de nourricerie), la création d’un package R, et une meilleure évaluation de la sensibilité des paramètres du modèle ; - Utilisation de EwE et ET afin de réaliser une première méta-analyse portant sur les aires marines protégées (AMPs) et leurs exports potentiels de biomasse ; - Synthèse et analyses comparatives de 127 modèles EwE disponibles dans EcoBase étant donnés différents types d’écosystème. ET est utilisé comme un outil de comparaison afin d’effectuer une méta-analyse du fonctionnement trophique des écosysèmes marins. Vi L’accent est mis sur l’identification de fonctionnement type et des paramètres clés associés. Ma thèse de doctorat est donc organisée en six chapitres. Le chapitre 1 présente une introduction générale décrivant le contexte de mon étude, mes questions de recherche et les principales raisons motivant de telles questions. Dans le chapitre 2, je présente EwE et EcoBase, c’est-à-dire un répertoire d’informations développé afin d’agglomérer et communiquer les données provenant des modèles EwE. Ces données nous ont permis de fournir un aperçu global des applications du modèle EwE. Dans le chapitre 3, je présente le modèle EcoTroph et les différentes améliorations que j’ai apportées, notamment l'intégration de la « foraging arena theory ». Le chapitre 4 présente une analyse portant sur trois cas d’études d’AMPs en utilisant EwE et ET afin d’estimer les exports potentiels de biomasse provenant des AMPs (effet « spillover »). Dans le chapitre 5, j’ai mené une méta-analyse du fonctionnement trophique des écosystèmes marins en utilisant 127 modèles EwE. Je me suis focalisé sur l'identification de fonctionnements trophiques types et de leurs paramètres clés associés. Enfin, le chapitre 6 résume mes conclusions et présente mes observations finales. Je discute également les possibles défauts et insuffisances des analyses effectuées, et fait des recommandations portant sur les futurs intérêts de recherche et les améliorations à apporter aux modèles écosystémiques.

  • Titre traduit

    Fishing impacts on the trophic functioning of marine ecosystems, a comparative approach using trophodynamic models


  • Résumé

    Faced with the global overexploitation of marine resources and the rapid degradation of ecosystems’ integrity, many states agreed to the principle of an ecosystem approach to fisheries (EAF). In fact, overfishing induces strong decrease of targeted species biomass, which impact predators, their competitors, prey, and ultimately the ecosystems’ trophic networks. Thus, it is an important challenge to understand the trophic functioning of marine ecosystems and the related impacts of fisheries. In this spirit, my thesis was developed to address concerns about the potential impacts of fisheries on the underlying trophic functioning, and to better understand this trophic functioning and its variability through ecosystems. Two well-known trophodynamic models were used: Ecopath with Ecosim (EwE) and EcoTroph (ET). First, I developed EcoBase, i. E. , an online repository to gather and communicate information from EwE models, which enabled to give a global overview of the applications of the EwE modeling approach. Then, the ET model was corrected and standardized through the creation of a software package in R. A new trophic control, i. E. , foraging arena (FA) trophic control, was integrated to study its impacts on trophic flows and fishing effects on aquatic ecosystem trophic networks. I showed that that making ecosystem behavior more realistic by incorporating FA controls into EcoTroph decreased the resistance and the production of modeled ecosystems facing increasing fishing mortality. An analysis of case studies focusing on marine protected areas (MPAs) was then performed using EwE and ET. I analyzed the potential spillover effect from three MPAs, and showed that their potential exports were at the same order of magnitude as the amount of catch that could have been obtained inside the reserve. Finally, a meta-analysis of marine ecosystem trophic iii functioning was conducted using 127 EwE models, which showed that ecosystem types were distinguished by different biomass trophic spectra and associated trophic indices. These differences were mainly driven by different production, but also kinetic for some ecosystem types. In conclusion, trophodynamic models, as EwE and ET, appeared to be useful tools to better understand the trophic functioning of marine ecosystems, its variability through ecosystems, and the associated impacts of fisheries.

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Informations

  • Détails : 1 vol. 246 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. (163-183 p.)

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  • Bibliothèque : AGROCAMPUS OUEST. Bibliothèque Générale de Rennes.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : H 92
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