Dynamique spatio-temporelle de la mangrove du Sénégal : Caractérisation de la résilience des espèces végétales par la modélisation spatiale des processus biologiques

Spatial and temporal dynamics of the Senegalese mangrove : Characterisation of the resilience of plant species through spatial modelling of biological processes

• Auteur / Autrice : Florent Lombard
• Direction : Julien Andrieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géographie
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sociétés, humanités, arts et lettres (Nice ; 2016-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Étude des structures, des processus d'adaptation et des changements de l'espace. UMR 7300 (Nice ; 2012-)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Helfer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cheikh Mbow
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aude Nuscia Taïbi, Marc Robin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biogéographie

Végétation -- Télédétection

Sénégal

Mangroves

Mots clés libres

Biogéographie

Mangrove

Résilience

Télédétection

Modélisation spatiale

Espèces végétales

Biogeography

Mangrove

Resilience

Remote Sensing

Spatial modelling

Plant species

Résumé

Les mangroves du Sénégal se caractérisent par une couverture partielle des estrans. En effet, proportionnellement à la salinité des eaux et des sols, la partie haute des estrans est trop salée et acide pour la vie des palétuviers. Ces espaces sont appelés les tannes. L'interface entre la mangrove et les tannes fluctue dans le temps, en réaction aux variations de l'hydrosystème, suivant les fluctuations climatiques. Ainsi, les fluctuations de la limite mangrove-tanne définissent la plage de métastabilité et de résilience de l'écosystème de mangrove dans les estuaires du Sénégal. Une période de sécheresse entre la fin des années 60 et le milieu des années 90 a entraîné la conversion des mangroves en tannes en raison de l'augmentation de la salinité. Cependant, depuis la fin des années 1990, les précipitations sont revenues à des niveaux proches de la moyenne centenaire, favorisant ainsi la régénération des mangroves dans les estuaires du Saloum et de la Casamance. Dans la partie sahélo-soudanienne du Sénégal, le delta du Saloum, en milieu semi-aride, présente des caractéristiques de marge d'aire de répartition en raison des salinités extrêmes. La mangrove dans ce delta réagit principalement de manière spontanée aux fluctuations environnementales, offrant ainsi une opportunité d'étudier sa résilience face aux perturbations hydro-climatiques. En outre, des lacunes de connaissances entravent la compréhension des raisons de cette dynamique. La pondération de l'importance des facteurs qui influencent la dynamique spatiale de la mangrove est donc enjeu scientifique. Par conséquent, une méthodologie basée sur la mise en synergie de la télédétection, de données in-situ ainsi que la modélisation statistique et spatiale a permis d'appréhender la réaction de la mangrove aux changements de l'hydrosystème. Cette approche implique tout d'abord l'observation et la description de la dynamique des populations d'espèces en marge de l'aire de répartition sur un état de référence actuel. Puis l'identification des changements de régime dans les dynamiques environnementales et leur impact sur la répartition des populations d'espèces au cours des dernières décennies ont été envisagés. Enfin, des expérimentations ont été menées pour évaluer la réponse des processus de reproduction aux seuils de transitions environnementales identifiées. Une modélisation spatio-temporelle a d'abord permis de reconstituer ces changements de régimes. Ensuite, la fenêtre d'opportunité de germination des espèces en fonction de la variabilité temporelle hydro-climatique a pu être caractérisée afin d'identifier l'instabilité potentielle du système face aux perturbations.Les résultats de cette thèse indiquent que les fluctuations climatiques des dernières décennies ont affecté la structure spatiale de la répartition des espèces. La mangrove du Saloum a montré une résilience globale face aux changements pluviométriques, oscillant entre 500 mm et 700 mm de précipitation annuelle, notamment dans les parties du delta où les concentrations en sel sont les plus élevées. De plus, les conditions hydro-climatiques actuelles semblent favoriser une trajectoire de la mangrove allant du tanne vers une couverture partielle de l'estran, où Avicennia germinans trouve rarement les conditions propices à son établissement et à la colonisation de l'interface mangrove-tannes. Sa capacité d'établissement semble nécessiter des cumuls pluviométriques plus importants et un moment plus précoce dans la saison des pluies. Ainsi, les résultats de cette thèse mettent en évidence, de manière plus précise, qu'un seuil pluviométrique de 600 mm peut probablement induire des modifications de l'organisation spatiale des espèces de la mangrove, en fonction de son atteinte en août ou en fin d'année.

The mangroves of Senegal are characterized by a partial coverage of intertidal zones. Proportionally to the salinity of water and soil, the upper part of the intertidal zone is too salty and acidic for mangrove life to thrive. These areas are referred to as 'tannes'. The interface between the mangrove and the tannes fluctuates over time, in response to variations in the hydrosystem, following climatic fluctuations. Thus, the fluctuations in the mangrove-tanne boundary define the range of metastability and resilience of the mangrove ecosystem in the estuaries of Senegal. A period of drought between the late 1960s and the mid-1990s led to the conversion of mangroves into tannes due to increased salinity. However, since the late 1990s, precipitation levels have returned to near the centennial average, thus promoting mangrove regeneration in the estuaries of Saloum and Casamance. In the Sahelian-Sudanian part of Senegal, the Saloum delta, in a semi-arid environment, exhibits characteristics of a distribution range margin due to extreme salinities. The mangrove in this delta primarily responds spontaneously to environmental fluctuations, providing an opportunity to study its resilience in the face of hydro-climatic disturbances. Furthermore, knowledge gaps hinder the understanding of the reasons behind this dynamic. Weighing the importance of factors influencing the spatial dynamics of the mangrove is therefore a scientific challenge. Consequently, a methodology based on the synergy of remote sensing, in-situ data, as well as statistical and spatial modeling has enabled us to grasp the mangrove's reaction to changes in the hydrosystem. This approach first involves the observation and description of the dynamics of species populations at the distribution range margin in a current reference state. Then, the identification of regime changes in environmental dynamics and their impact on the distribution of species populations over the past decades was considered. Finally, experiments were conducted to evaluate the response of reproduction processes to identified environmental transition thresholds. A spatio-temporal modeling first allowed the reconstruction of these regime changes. Then, the germination opportunity window of species based on hydro-climatic temporal variability was characterized in order to identify the potential instability of the system in the face of disturbances. The results of this thesis indicate that climatic fluctuations in recent decades have affected the spatial structure of species distribution. The mangrove of Saloum has shown overall resilience to rainfall changes, oscillating between 500 mm and 700 mm of annual precipitation, particularly in parts of the delta with the highest salt concentrations. Furthermore, current hydro-climatic conditions seem to favor a trajectory of the mangrove from tannes towards a partial coverage of the intertidal zone, where Avicennia germinans rarely finds conditions conducive to its establishment and colonization of the mangrove-tannes interface. Its establishment capacity appears to require higher cumulative rainfall and an earlier time in the rainy season. Thus, the results of this thesis highlight, more precisely, that a rainfall threshold of 600 mm can likely induce modifications in the spatial organization of mangrove species, depending on whether it is reached in August or at the end of the year.