Modélisation des interactions trophiques impliquant des transferts de contaminants biologiques et chimiques : application à Echinococcus multilocularis et aux éléments traces métalliques

par Virgile Baudrot

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'environnement

Sous la direction de Francis Raoul, Antoine Perasso et de Clémentine Fritsch.

Soutenue le 29-09-2016

à Besançon , dans le cadre de École doctorale Environnements, Santé (Dijon ; Besançon ; 2012-....) , en partenariat avec Laboratoire chrono-environnement (Besançon) (laboratoire) et de Laboratoire Chrono-environnement / LCE (laboratoire) .

Le président du jury était Raoul Lambin.

Le jury était composé de Francis Raoul, Antoine Perasso, Clémentine Fritsch, Raoul Lambin, Béatrice Laroche, Jean-Christophe Poggiale, Sandrine Charles.

Les rapporteurs étaient Béatrice Laroche, Jean-Christophe Poggiale.

mots clés

• Réseaux trophiques
• Contaminants
• Parasitisme
• Pollution
• Réponses fonctionnelles multi-espèces
• Dynamique des populations
• Équilibre et stabilité
• Métacommunautés
• Chaînes alimentaires
• Parasitisme
• Écosystèmes
• Écotoxicologie

Résumé

La structure et l’intensité des interactions ressources-consommateurs qui forment les réseaux trophiques régulent une très grande partie des transferts de biomasse mais aussi de contaminants biologiques et chimiques dans les écosystèmes. L’objectif de la thèse est de développer des modèles permettant d’étudier les mécanismes de transport des contaminants et d’évaluer ainsi d’une part la dynamique des maladies infectieuses et des pollutions chimiques, et d’autre part les réponses des réseaux trophiques soumis à ces contaminations.[...] À l’issue de ces travaux, une quatrième étape de la thèse a été d’intégrer les interactions trophiques, les dynamiques des parasites et les impacts des pollutions dans des méta-écosystèmes (i.e. avec dispersions d’individus entre écosystèmes). En utilisant la théorie des matrices aléatoires nous avons établi des mesures des risques d’émergence de parasites que nous avons évalués en fonction des perturbations extérieures.L’étude a ainsi montré que ces perturbations augmentent les risques épidémiques, mais que ces risques pouvaient être réduits par la dispersion des individus (sains et infectés) sous certaines conditions qui sont,par exemple pour les TTP, un nombre d’espèces plus grand que le nombre d’écosystèmes connectés, et un taux de virulence plus faible que le taux de contagion.Ainsi, dans un contexte planétaire d’augmentation des pressions anthropiques sur les écosystèmes,cette thèse de modélisation apporte un ensemble d’outils et de développements conceptuels permettant d’analyser quantitativement et qualitativement les transferts et les impacts des contaminants sur les écosystèmes.

mots clés

• Food webs
• Contaminants
• Parasitism
• Pollution
• Multi-species functional responses
• Population dynamics
• Equilibrium and stability
• Metacommunities

Titre traduit

Modeling of food web interactions involving transfer of biological and chemical contaminants : application to echinococcus multilocularis

Résumé

Structure and strength of trophic interactions shaping food webs regulate a large part of biomass andenergy transfer in ecosystems, but also the transfer of biological and chemical contaminants. The aim ofthe PhD thesis is to develop models describing the mechanisms of contaminant transmission and using them to study the dynamics of infectious diseases and chemical pollutions, and also the response of trophic networks subject to those contaminations.[...] Following those works, a fourth step of the thesis has been to integrate trophic interactions, parasite dynamics and pollutions effects in order to study the stability of meta community (i.e. spatially connectedcommunities) and the risk of disease outbreaks. To do so, we use the theory of random matrices andwe introduced new criteria of metacommunity stability and of disease outbreak in metacommunity, both under external pressures. The study showed that external perturbations increase the risk of epidemics,but that those risks could be reduced with the dispersal of individuals (susceptible and infectious) underspecific conditions such as, for TTP, a greater number of species than that of connected ecosystems, and a smaller virulence than the contagion rate.In this way, in a context of planetary increase of anthropogenic pressures on ecosystems, this PhD thesis in modeling provides a set of tools and conceptual developments suitable to analyze quantitatively and qualitatively the transfers and impacts of contaminants in ecosystems.