Héritage de l'eutrophisation sur la vulnérabilité écologique au changement climatique des lacs péri-alpins

Eutrophication legacy on peri-alpine lakes ecological vulnerability to climate change

• Auteur / Autrice : Rosalie Bruel
• Direction : Marie-Elodie Perga
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité, écologie, environnement
• Date : Soutenance le 02/05/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre alpin de recherche sur les réseaux trophiques des écosystèmes limniques (Thonon-les-Bains, Haute-Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Helen Bennion
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Dubois, Liisa Nevalainen
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dietmar Straile

Mots clés

Mots clés contrôlés

Paléoécologie

Écologie des lacs

Changement climatique

Mots clés libres

Lac

Vulnérabilité

Changement Climatique

Paléoécologie

Régime Shift

Résilience

Lake

Vulnerability

Climate Change

Paleoecology

Regime Shift

Resilience

Résumé

Les écosystèmes sont façonnés par des contraintes spatiales et temporelles. Depuis le 19ème siècle, l'augmentation des activités humaines crée un stress supplémentaire. La simultanéité des pressions locales (pollution, déforestation) rend par ailleurs difficile la prédiction des réponses écologiques au changement climatique. Cela génère de grandes incertitudes quant à l'avenir des écosystèmes et des services qu'ils fournissent (alimentation, eau potable, biodiversité).Notre objectif est de quantifier les facteurs de vulnérabilité écologique au réchauffement climatique des lacs de moyennes à grandes tailles, répartis au nord et au sud de la barrière alpine. Nous questionnons si les réponses écologiques des lacs sont plus affectées par le changement climatique en fonction de leur exposition (plus ils se réchauffent, plus les changements écologiques sont importants) ou de leur histoire d'impacts humains locaux (les lacs déjà soumis à de fortes pressions humaines locales sont plus sensibles au réchauffement climatique).Nous utilisons une approche paléoécologique qui nous donne une perspective à long terme sur la trajectoire écologique des systèmes, ainsi que des approches statistiques et modélisation reproductibles. Les cladocères sont utilisés comme indicateurs de l'état écologique, tandis que les diatomées et les pigments ont été utilisés pour déduire les niveaux antérieurs de concentrations de phosphore.Comme de nombreux grands lacs à travers le monde, les lacs de notre étude montrent une histoire récente d'eutrophisation, qui remonte au siècle dernier. Nous montrons des déplacements asynchrones à l'échelle du lac (décalage entre les zones littorales et pélagiques). Les lacs de notre étude sont maintenant tous sur une voie de restauration, pourtant, nous identifions que l'eutrophisation a diminué la résistance des lacs à la variabilité du climat. Nous montrons que même dans les systèmes profonds, la zone littorale peut avoir eu le potentiel d'amortir les charges nutritives initiales dans les lacs. L'assemblage pélagique est maintenant le plus sensible au réchauffement climatique. En outre, une perspective plus longue sur un système, le lac Léman, a révélé deux régimes de vulnérabilité au réchauffement climatique, avant et depuis le début de l'eutrophisation.Au cours des deux derniers siècles, les enjeux locaux et mondiaux sont intimement liés. Le degré de perturbations passées explique leur réaction actuelle au réchauffement climatique. Il est généralement admis que le fait d'atténuer les forçages humains locaux sur les écosystèmes doit favoriser leur résilience. En effet, nos résultats indiquent que la restauration de grands lacs périalpins n'est pas suffisante pour récupérer la résistance écologique à la variabilité climatique. Les décisions locales jouent un rôle important dans la détermination de la réponse écologique des lacs au réchauffement climatique.Distordre les impacts de plusieurs stress dans les écosystèmes réels est difficile, surtout quand les réponses se concentrent sur l'écologie. Notre étude met en évidence le besoin d'outils statistiques qui rendent compte de la bi-stabilité des réponses des écosystèmes

Ecosystems are the complex output of both space and time constraints. Since the 19th century, the increase of anthropogenic dominance on Earth ecosystems created an acceleration of the system interactions and the associated consequences. The simultaneous local forces embed predicting the ecological responses of lake ecosystems to climate change. It creates great uncertainties for the future of ecosystems and the services they provide (food, drinking water, biodiversity).Our objective is to quantify the factors of ecological vulnerability to climate warming of medium-sized to large lakes, distributed north and south of the Alpine barrier. We question whether lake ecology is more affected by climate change depending on their exposure (the warmer they get, the stronger shall be the climate-driven ecological changes) or their history of local human impacts (lakes already under strong local human pressure will be more sensitive to ecological effects of climate warming).We use a paleoecological approach that gives us a long-term perspective on the ecological trajectory of the systems, and repeatable workflow analyses to answer our questions. Cladocera are used as the proxy for ecological state, while diatoms and pigments were used to infer past levels of phosphorus concentrations.We found that, as many deep and large lakes over the world, the lakes of our study display a recent history of eutrophication, stretching back to the past century. We evidence asynchronous shifts at the lake scale (lag between littoral and pelagic zones). The lakes of our study are all now on a restoration pathway, yet, we identify that eutrophication decreased the resistance of lakes to climate variability. We show that even in deep systems, the littoral zone may have had the potential to buffer the initial nutrient loadings to the lakes. The pelagic assemblage is now the most sensitive to climate warming. Furthermore, a longer perspective on one system, Lake Geneva, revealed two regime of vulnerability to climate warming, before and since the onset of eutrophication.Over the course of the two past centuries, local and global stakes have become intimately tied together. The degree of past perturbations explains their current response to climate warming. There is a popular view that alleviating local human forcings on ecosystems shall foster their resilience. In fact, our results indicate that restoration of large peri-alpine lakes is not sufficient to recover ecological resistance to climate variability. Local decisions play an important role in the determination of lakes ecological response to climate warming.Distangling the impacts of several stresses in real ecosystems is challenging, especially when the responses focus is on ecology. Our study highlights the need for statistical tools that account for bi-stability of ecosystems responses