Impacts du changement climatique sur la dérive larvaire de poissons marins : des frayères aux nourriceries côtières

Climate change impacts on the larval drift of marine fishes : from spawning grounds to coastal nurseries

• Auteur / Autrice : Violette Silve
• Direction : Henrique Cabral, Hilaire Drouineau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Écologie évolutive, fonctionnelle et des communautés
• Date : Soutenance le 08/12/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Environnements
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecosystèmes aquatiques et changements globaux (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Katell Guizien
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie Nevoux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anik Brind'Amour, Christophe Lett

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie des estuaires

Poissons de mer

Changements climatiques

Mots clés libres

Poissons

Estuaire

Recrutement

Modélisation

Changement climatique

Fish

Estuary

Recruitment

Modelling

Climate change

Résumé

Le changement climatique se traduit par de multiples modifications dans l'environnement marin, notamment des altérations de l'hydrodynamique et l'augmentation des températures. De nombreuses espèces de poissons marins dits « estuarins-opportunistes » présentent un période de dérive larvaire passive entre leurs zones de ponte (souvent sur le plateau continental) et leurs zones de nourriceries pour les juvéniles (estuaires ou zones côtières). Le changement climatique pourrait avoir un impact significatif sur le succès des individus à atteindre ces nourriceries (dit "succès de recrutement"). La taille des larves, ainsi que leur grande dispersion rendent les études in situ difficiles et la modélisation biophysique l’outil privilégié pour étudier ce stade de vie. Comprendre et prédire l’évolution de ces populations dans un océan en changement passe par comprendre les processus en jeu et prendre conscience des avantages et des inconvénients que l’usage de ces modèles induisent. Pour ce faire, nous avons utilisé MARS3D, un modèle hydrodynamique développé à l’IFREMER, couplé à un module de déplacement de particules Lagrangien reproduisant la croissance et le comportement des larves. Nous nous sommes basés sur des espèces bien documentées, utilisées en tant qu’archétypes biologiques.En raison de la complexité de ces modèles et de l'incertitude des paramètres utilisés, la première étape fut d'évaluer la sensibilité du modèle utilisé. Nous avons montré que l'hydrodynamique locale et la variabilité interannuelle façonnaient le plus le succès de recrutement, bien plus que les paramètres biologiques ou les caractéristiques des espèces. Les valeurs renseignées pour la tolérance à la température prenaient de l’importance aux limites des aires de répartition des espèces, montrant ainsi comment la température peut modifier les distributions spatiales.Cela nous a conduit à nous interroger sur les conséquences potentielles que les changements dans l'hydrodynamique locale pourraient avoir dans les années à venir. Plus précisément, nous nous sommes demandés si la localisation des frayères permettant un succès de recrutement fort était stable malgré des conditions environnementales contrastées. Nous n’avons trouvé aucun changement dans l'emplacement des frayères les plus efficaces, bien que leur efficacité relative variait considérablement d'une année sur l'autre. D’un point de vue évolutif, cela suggérerait que la sélection naturelle pourrait privilégier les mécanismes d’homing.Après cette étape, nous nous sommes demandés si les habitats d’intérêt (frayères et nourriceries) identifiés dans la littérature étaient des zones permettant un meilleur recrutement des larves par rapport à des zones théoriques (basés sur des gammes de profondeur). Nous avons montré que ce n'était pas le cas. Ainsi, cela impliquerait que l'hydrodynamique et le comportement des larves ne suffiraient pas à expliquer seuls l'emplacement observé des frayères et nourriceries.Plusieurs effets du changement climatique sur la dérive larvaire ont été mis en évidence durant cette thèse, notamment le rôle de la température sur la distribution des larves de poissons, l'impact limité sur l'emplacement des frayères, et le plus grand succès de recrutement au cours d’années caractérisées par un indice NAO et une température élevée. Toutefois, ce travail repose sur une approche théorique, posant la question des choix dans l'échelle spatiale utilisée et dans le degré de précision mis dans la modélisation. Le manque de données limite les moyens de validation, ce qui entrave l'application directe des sorties de modèles dans des cas concrets. Nous recommandons que les futures recherches s’intéressent à l'acquisition de données in situ. Les méthodes indirectes (comme la génétique ou la géochimie des otolithes) peuvent ouvrir une voie dans le futur pour une meilleure calibration et validation des modèles.

Climate change is leading to a number of changes in the marine environment, including altered hydrodynamics and higher temperatures Many species of marine fish known as "estuarine-opportunists" exhibit a period of passive larval drift between their spawning areas (often on the continental shelf) and their nursery areas used by juveniles (estuaries or coastal areas). Climate change may have a significant impact on the recruitment success (measured by the proportion of individuals reaching nurseries). The size and dispersion of larvae in the ocean make in-situ studies difficult to implement. Therefore, biophysical modelling emerges as the most widely used tool for studying this phase of the life cycle. By using a 3D hydrodynamic model coupled with an individual-based model that simulates larval growth and behaviour, it becomes possible to assess how environmental factors can affect recruitment success by influencing the survival, dispersion, and connectivity of eggs and larvae. Understanding and predicting the evolution of these populations in a changing ocean requires an understanding of the processes involved and an awareness of the advantages and disadvantages of using these models. To achieve this, we employed MARS3D, a model developed by IFREMER, coupled with a Lagrangian particle tracking module reproducing the growth and behaviour of larvae. We used well-documented species of high fisheries importance as biological archetypes.Due to the complexity of these models and the uncertainty of parameters, the first step was to assess the model sensitivity. Our findings demonstrated that local hydrodynamics and inter-annual variability had the most significant influence on recruitment success, far more than biological parameters or species characteristics. The values assigned to temperature tolerance became particularly relevant at the species distribution boundaries, illustrating how temperature can modify spatial distributions of larvae.This led us to wonder about the potential consequences that changes in local hydrodynamics could have in the coming years. More precisely, we wondered if the spawning areas allowing for the highest recruitment rate remain in the same places across years showing contrasting environmental conditions. Our analysis showed no changes in the location of the most effective spawning areas even though their relative effectiveness vary greatly between years. From an evolutionary perspective, this suggests that natural selection may favour the emergence of mechanisms that promote strong homing behaviour.After this step, we questioned whether the habitats of interest (spawning and nursery areas) identified in the literature indeed facilitated better larval recruitment compared to theoretical spawning and nursery zones (based on depth ranges). Our findings indicated that this was not the case. This suggests that hydrodynamics and larval behaviour alone may not suffice to fully explain the observed placement of spawning and nursery areas.Several effects of climate change were highlighted during this thesis, including the role of temperature on fish distribution, limited impact on the location of spawning areas, and the highest recruitment success during years characterized by a high NAO index and temperatures. However, this work is based on a theoretical approach, raising the question of the choices made in terms of the spatial scale used and the degree of precision applied to the modelling. The lack of data hinders the direct applicability of simulation outputs in concrete cases. We recommend that future research focus on the acquisition of in situ data. Indirect methods (such as the genetics and geochemistry of otoliths) may open up a way forward for better calibration and validation.