Dynamiques écologiques au sein de lacs artificiels : des communautés de poissons au fonctionnement de l'écosystème

Ecological dynamics within artificial lakes : from fish community to ecosystem functioning

• Auteur / Autrice : Flavien Garcia
• Direction : Julien Cucherousset, Julian D. Olden
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie, biodiversité et évolution
• Date : Soutenance le 18/12/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences écologiques, vétérinaires, agronomiques et bioingénieries (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche sur la Biodiversité et l'Environnement (Toulouse ; 2024-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national polytechnique (Toulouse ; 1969-....)
• Jury : Président / Présidente : Sergine Ponsard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Cucherousset, Sébastien Lefebvre, Camille Albouy, Arnaud Sentis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Lefebvre, Camille Albouy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réservoirs (lacs)

Écologie d'eau douce

Poissons -- Populations

Mots clés libres

Communauté de poissons

Dynamique écologique

Fonctionnement des écosystèmes

Lac artificiel

Réseau trophique

Fish community

Ecological dynamic

Ecosystem functionning

Artificial lake

Food web

Résumé

Les écosystèmes d'eau douce figurent parmi les plus menacés, confrontés à de nombreuses perturbations telles que les invasions biologiques et la pollution. En réponse à ces pressions, leur biodiversité et leurs fonctions peuvent subir de forts changements au fil du temps. Ces perturbations ont entraîné des déclins marqués de la biodiversité, notamment chez les poissons, essentiels au fonctionnement des écosystèmes. Cette thèse vise à explorer les moteurs des dynamiques écologiques – des communautés de poissons au fonctionnement des écosystèmes – dans les lacs d'eau douce. Pour étudier ces dynamiques, nous avons utilisé un suivi sur dix ans dans des lacs artificiels, qui peuvent connaître des processus écologiques similaires à ceux des écosystèmes naturels, mais à un rythme plus rapide en raison de leur artificialité et de l'impact humain constant. Plus précisément, nous avons : (i) identifié le vecteur probable de colonisation initiale des poissons via une approche multidisciplinaire, (ii) analysé les changements dans la composition des communautés et leurs moteurs en quantifiant les variations de contributions des lacs et espèces à la bêta-diversité, (iii) utilisé un cadre de trajectoire écologique pour examiner la dynamique des structures trophiques, et (iv) utilisé la télédétection pour étudier la dynamique temporelle de la production primaire des lacs et son lien avec la structure des réseaux trophiques – reconstruite via un cadre de modélisation bayésien. Nos résultats soutiennent la zoochorie aviaire comme vecteur initial de colonisation. L'eutrophisation et les invasions biologiques se sont révélées être des moteurs clés des changements dans les communautés, devenant de plus en plus dominées par des espèces non indigènes à mesure que les lacs maturent. Ces changements ont été liés à des modifications de la structure trophique, avec des chaînes trophiques plus longues et une plus grande redondance trophique. Enfin, nous avons constaté que la structure des réseaux trophiques – influencée par la morphologie et la maturité des lacs – semblait liée à la dynamique de la production primaire, les lacs avec des réseaux trophiques plus complexes présentant une production primaire plus stable. Les résultats de cette thèse suggèrent des dynamiques écologiques interconnectées. Bien que la dynamique des communautés soit initialement façonnée par la colonisation naturelle, l'eutrophisation et les invasions biologiques d'origine humaine entraînent un remplacement d’espèces, remodelant ainsi les structures trophiques des communautés. Ensuite, la structure des réseaux trophiques influence les fluctuations des fonctions écosystémiques. Cette thèse constitue une base essentielle pour comprendre ces dynamiques et ouvre de nouvelles perspectives pour explorer leurs interconnexions, notamment concernant les fonctions écosystémiques, cruciales pour le maintien de la biodiversité et des services écosystémiques.

Freshwater ecosystems rank among the most threatened, facing a wide range of disturbances such as biological invasion and pollution. As these ecosystems respond to such pressures, both their biodiversity and functions can undergo substantial changes over time. These threats have driven significant biodiversity declines, especially in fish, which are essential for ecosystem functioning. This thesis aims to explore the drivers of ecological dynamics – from fish communities to ecosystem functioning – in freshwater lakes. To investigate such dynamics we used a decade-long survey of artificial lakes, which can experience ecological processes similar to those in natural ecosystems but at a faster rate due to their artificial nature and ongoing human impact. Specifically, we: (i) identified the most likely vector for initial fish colonization using a multidisciplinary approach, (ii) analyzed changes in fish community composition and their drivers by quantifying changes in lake and species contributions to beta-diversity, (iii) applied an ecological trajectory tool to examine fish trophic structure dynamics, and (iv) used remote sensing to study the temporal dynamics of lake primary production and its link to food web structure – reconstructed via a Bayesian modeling framework. Our results strongly support avian-zoochory as an initial colonization pathway. Eutrophication and biological invasions emerged as key drivers of fish community changes, with fish communities becoming increasingly dominated by non-native species as lakes mature. These compositional changes were linked to shifts in trophic structure, mainly towards longer food chains and greater trophic redundancy. Finally, we found that food web structure – driven by lake morphology and maturity – seemed related to primary production dynamics, with lakes that have more complex food webs exhibiting more stable primary production. The findings throughout the thesis suggest interconnected ecological dynamics. While community dynamics are initially shaped by natural colonization, human-induced eutrophication and biological invasions drive species turnover, reshaping community trophic structures. Then, food web structures influence fluctuations in ecosystem function. This research lays a key foundation for understanding ecological dynamics and opens new avenues for exploring their interconnections; particularly regarding ecosystem functions, which are critical to maintaining biodiversity and ecosystem services.