Modélisation du cycle de vie des ressources marines exploitées : une approche intégrée pour quantifier les effets relatifs des différentes pressions anthropiques et environnementales

par Benoît Archambault

Thèse de doctorat en Écologie

Sous la direction de Olivier Le Pape et de Etienne Rivot.


  • Résumé

    Les populations de poissons marins exploitées sont soumises à des pressions multiples d’origines humaines ou environnementales. L’impact de l’Homme sur ces ressources halieutiques ne se limite pas aux effets de la pêche ; la dégradation des habitats ainsi que le changement global affectent les espèces à tous les stades de leur cycle de vie. Ces effets se conjuguent à ceux de l’exploitation halieutique et perturbent la structure et le fonctionnement des écosystèmes et des populations. Il est primordial, en vue de la restauration ou du maintien du bon état des écosystèmes en accord avec les objectifs de la directive cadre européenne « stratégie pour le milieu marin », de pouvoir appréhender ces pressions multiples et de quantifier leurs impacts respectifs sur le renouvellement des ressources marines exploitées. Plus particulièrement, dans le cas des espèces de poissons marins nourriceries-dépendantes faisant l’objet de cette thèse, les conditions hydroclimatiques déterminent la survie des premiers stades (oeufs puis larves). La qualité et la disponibilité des nourriceries vont ensuite impacter la survie des stades juvéniles, déterminant la capacité d’accueil de ces habitats essentiels, conditionnant in fine la taille maximale des populations. Enfin, la pêche cible principalement les individus adultes. Cette thèse a pour objectif d’analyser la dynamique de population de ces espèces par une approche de modélisation du cycle de vie intégrant ces différentes pressions. Les phases successives de ce travail ont largement fait appel aux outils de la modélisation Bayésienne hiérarchique, adaptés à l’intégration de modèles écologiques complexes dans une approche statistique visant à intégrer de multiples sources d’information (information a priori et données hétérogènes) en prenant en compte les différentes sources d’incertitude associées aux processus et aux données. La première partie de la thèse s’attache à analyser la relation entre la biomasse féconde et le succès du recrutement chez un ordre représentatif des espèces nourriceries-dépendantes : les pleuronectiformes (poissons plats). Une approche de métanalyse (12 espèces ; 39 populations) de la variance du succès du recrutement est mise en oeuvre. Les résultats montrent que (i) la variabilité interannuelle du recrutement est inférieure pour les poissons plats, comparativement aux principaux autres ordres de poissons exploités, (ii) chez les populations de pleuronectiformes, la variance du succès du recrutement diminue quand le niveau de biomasse féconde augmente, ce qui est en accord avec l’hypothèse d’une mortalité densité-dépendante durant la phase juvénile benthique (hypothèse de concentration). Dans une deuxième partie, en valorisant les acquis de la première partie, les connaissances et les travaux existants, nous avons développé un modèle de cycle de vie de la sole de Manche Est, dans le but de décrire la dynamique de cette population et de quantifier l'effet des différentes pressions anthropiques. Ce modèle structuré en stades successifs permet la description du cycle de vie dans son intégralité en intégrant sa composante spatiale. Cette population présente en effet une ségrégation spatiale aux différents stades de vie : diffusion limitée et rétention larvaire lors de la vie pélagique, confinement des juvéniles dans des nourriceries côtières et estuariennes, et mouvements limités des adultes. Nous comparons deux hypothèses de connectivité induite par les mouvements des adultes. La première considère qu’une fois passée la phase juvénile sur des habitats spécifiques de nourricerie, marquée par une séggrégation spatiale forte, la population adulte forme un ensemble homogène au sein de la Manche Est. Cette hypothèse correspond à celle utilisée par le groupe de travail du CIEM chargée de l’évaluation de cette population. La deuxième considère que la forte séggrégation spatiale due à la phase juvénile sur nourriceries perdure aux stades adultes sous la forme de trois composantes spatialement et démographiquemnt distinctes. Le passage d’une hypothèse à l’autre impacte fortement l’estimation des paramètres clés (e. G. Production de juvéniles par les différentes nourriceries). Considérer un fonctionnement sous la forme de trois composantes conduit à des dynamiques spécifiques pour chaque sous-composante, et renforce l’intérêt de considérer une gestion spatialisée de la ressource. Enfin, dans la troisième partie, le modèle régional développé dans la deuxième partie de la thèse est utilisé pour simuler des scénarios sur les facteurs de pressions intégrés au modèle, à savoir la mortalité par pêche sur les adultes, la quantité et la qualité des habitats juvéniles, et les conditions hydroclimatiques rencontrées par les stades larvaires. Les résultats démontrent l’impact majeur de la pêche sur les populations marines exploitées, mais mettent également en avant l’importance de la conservation/restauration des habitats de nourriceries pour les espèces nourriceries-dépendantes En revanche, la variabilité issue des conditions hydroclimatiques semble de moindre ampleur mais l’impact de la variabilité des conditions hydroclimatiques et de modifications de l’habitat est accentué quand le niveau d’exploitation de la population augmente. Au travers du cas d’étude de la population de sole de Manche Est, les travaux contribuent à la compréhension du fonctionnement des espèces nourriceries-dépendantes, et apportent une contribution en terme d’outil d’aide à la décision pour la gestion spatialisée des ressources marines exploitées dans un contexte multi-pressions.

  • Titre traduit

    Modelling the life cycle of exploited marine resources : an integrated approach to assess the impacts of anthropic and environmental pressures. An application to the common sole population in the eastern channel


  • Résumé

    Marine fish populations are subject to various environmental and anthropic pressures, from fishing mortality to habitat degradation and global change, that impact populations at different stages of their life cycle. Improving our knowledge of the different ecological processes and a fair assessment of consequences of the environmental and anthropic pressures associated with each life history stage is required to help the sustainable management of fish populations. In the case of nursery-dependant species, hydroclimatic conditions influence the survival and the dispersal of eggs then larvae. The quality and the availabilty of nursery grounds further impact juvenile survival, determining the carrying capacity of these essential habitats and in fine the maximum size of the population. Last, fishing activities target mostly adults. This thesis ultimately aims at investigating the functioning of these nursery-dependant species through a life cycle modeling approach that integrates the different pressures in their spatial dimensions along the life cycle. The methods largely rely on hierarchical Bayesian models, which are well adapted to integrate complex ecological models within a statistical approach, accounting for various sources of information (prior knowledge and data) together with the different sources of uncertainty in the process and the observations. The first part of the thesis analyzes the relationship between the spawning biomass and the recruitment success for flatfish (Pleuronectiforms), known to concentrate in restricted nursery grounds during the juvenile stage. We propose a modeling approach which integrates two successives phases in the recruitment process: a density-independent phase corresponding to the pelagic eggs and larval stages followed by a benthic juvenile phase, where density-dependent processes occur. Using a metanalytical approach (39 populations for 12 flatfish species) centered on the analysis of the variance of this relation, we show that (i) flatfish display a lower interannual variance in the recruitment success compared to other exploited orders of marine fishes, (ii) the variance of recruitment success decreases with increasing stock level, which is consistent with the hypothesis of density-dependent process during the juvenile phase of the life cycle. In the second part of the thesis, we rely on results from the the first stage (plus expert knowledge and existing work) to develop a life cycle model for the Eastern Channel common sole which accounts for both the stage-specific pressures described previously and the spatial functioning of the population at the successives stages. The population displays a consistent spatial segregation between pool of individuals along the whole life cycle, due to the combination of (i) moderate pelagic diffusivity and larval retention, (ii) juvenile containment in nurseries, and (iii) limited adults’ movements. We compared two contrasted hypotheses about the spatial structure of the population. The first hypothesis considers that after the juvenile phase characterized by spatial segregation on specific nurseries, the adult population forms one single homogeneous pool in the Eastern Channel. This is the hypothesis used buy the ICES stock assessment Working Group. The second hypothesis considers that the spatial segregation persists after the juvenile phase, within three adults sub-components. Althought it is not possible to quantify the relative likelihood of those different hypotheses, we emphasize how changing from one hypothesis to the other impacts estimation of key population dynamics parameters. Considering these three sub-components with isolated dynamics emphasizes the importance of spatialized management scenarios. Finally, in the third part of the thesis, we rely on the model developed previously to simulate realistic scenarios on the different pressures (i. E. Hydroclimate, habitat, fishing) in order to quantify their respective and/or combined effects (e. G. Climate and fishing pressure). Results emphasize the importance of nursery habitat availability and quality for these species. Realistic restoration scenarios of the Seine estuary lead up to an increase in biomass and catch potential. Fishing however remains the main source of population depletion and adapting fishing mortality to MSY levels leads to substantial increases in biomass and catches. We also show how hydroclimatic conditions are susceptible to interact with these two “manageable” pressures, e. G. Overfishing increase the sensitivity to unfavorable hydroclimatic conditions. Overall, the thesis provides insights towards the understanding of the population dynamics of nursery-dependent species, and provides a substantial contribution to develop tools to evaluate the performance of spatialized management scenarios in a multi-pressures context.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. (141-163 p.)

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  • Bibliothèque : AGROCAMPUS OUEST. Bibliothèque Générale de Rennes.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : H 94
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