Modélisation "individu-centré" de la formation des groupes spatiaux de phytoplancton

Individual-based modelling of the phytoplankton spatial groups’ formation

• Auteur / Autrice : Ilhem Bouderbala
• Direction : Pierre Auger, Nadjia El Saadi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biostatistiques - Biomathématiques
• Date : Soutenance le 22/03/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université en cotutelle avec École nationale supérieure de statistique et d'économie appliquée (Alger)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Pierre Louis de santé publique : épidémiologie et sciences de l'information biomédicale (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de modélisation mathématique et informatique des systèmes complexes (Bondy, Seine-Saint-Denis ; 2009?-....)
• Jury : Président / Présidente : Mounir Mesbah
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Muller, Ali Moussaoui, Alassane Bah
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mounir Mesbah, Bedr'Eddine Ainseba, Angélique Stéphanou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microorganismes -- Agrégation

Modélisation individu-centré

Productivité primaire (biologie)

Phytoplancton marin

Mots clés libres

Formation des groupes spatiaux

Taille des groupes

Modèles de compétition et de coopération

Agrégations induites par les prédateurs

Intensité lumineuse

Migration verticale

Spatial groups formation

Group Size

Competition and cooperation models

Predator-induced aggregations

Light intensity

Vertical migration

Résumé

Le phénomène de formation des groupes spatiaux chez les phytoplanctons a un énorme impact sur le cycle de vie marin et sur la production primaire. D’autre part, le fait de s’intéresser aux mécanismes responsables de ce phénomène permet aussi d’apporter des explications à petite échelle au développement de la multicellularité. Bien qu’il ait été observé que les algues motiles forment des agrégations spatiales, peu de modèles existent jusqu’à présent pour expliquer les véritables mécanismes responsables de la formation de ces agrégations. Dans cette thèse, nous avons développé des modèles de type "individu-centré" (IBMs) en 3D dans lesquels chaque cellule de phytoplancton possède ses règles de mouvement et de reproduction. Ces modèles ont été implémentés et simulés en utilisant des paramètres réels pour les phytoplanctons. Les résultats numériques de ces simulations ont permis d’apporter des réponses aux questions biologiques concernant (1) les conditions sous lesquelles les groupes se forment, (2) les effets de la compétition intra-spécifique, de la diffusion et de l’attraction cellulaire sur la formation des agrégations, (3) l’impact de la compétition sur les nutriments et de la coopération entre les cellules (cette dernière considérée comme une stratégie d’anti-prédation) sur l’intensité du processus d’agrégation et (4) l’effet des paramètres liés à la disponibilité de la lumière sur la formation spatiale des groupes et sur la dynamique de la population dans la colonne d’eau.

The phytoplankton’s spatial aggregation is a very important phenomenon that plays a significant role on the marine life cycle and primary production. On the other hand, the fact of being interested by the mechanisms responsible for this phenomenon makes it possible to provide small-scale explanations on the development of the multicellularity. Although it has been observed that motile algae aggregate, very few works were made to understand the mechanisms generating this patchiness. In this thesis, we developed “ Individual-based models” (IBMs ) in 3D, in which each phytoplankton cell has his specific motion and reproduction rules. These IBMs were implemented and numerical simulations were undertaken using real parameter values for phytoplankton. Numerical results of the simulations provided responses to the biological questions concerning (1) conditions under which the groups can form, (2) the effects of the intra-specific competition on resources, the diffusion and the cells attraction on the aggregation formation (3) the impact of the resource competition and cooperation between the cells (this latter considered as an anti-predation strategy) on the aggregation process and (4) the effect of light intensity parameters on the cells patchiness and the population dynamic in the water column.