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Theses

Environmental variability and energetic adaptability of the great scallop, Pecten maximus, facing climate change

Résumé : Ces travaux de thèse ont été mené dans le but de mieux comprendre la variabilité des traits d’histoire de vie de la coquille Saint-Jacques, Pecten maximus, face à la variabilité de son environnement. Cette espèce économiquement importante pour les pêcheries françaises, anglaises et norvégiennes a une large aire de répartition (des Açores aux îles Lofoten). Les schémas de croissance et de reproduction sont très variables dans cette zone, ce qui peut être dû à la variabilité de l'environnement. Les grands pétoncles vivant à la tête des fjords norvégiens sont les plus gros mais leur croissance est lente, tandis que les individus des basses latitudes ont un taux de croissance plus rapide et atteignent une taille finale plus petite et ceux du plateau continental ont à la fois un taux de croissance faible et une taille réduite. La variabilité des caractéristiques biologiques pourrait être attribuée à une plasticité ou à une adaptation génétique de la réponse physiologique des individus à l'environnement, à des causes mécanistes liées aux flux d'énergie qui alimentent à nouveau le métabolisme en ce qui concerne les forçages environnementaux ou à une combinaison de ces deux mécanismes. L'approche envisagée ici pour étudier les causes de cette variabilité se concentre sur la dynamique des flux énergétiques qui permet de traiter l'ensemble des fonctions métaboliques de l'individu. La théorie du budget énergétique dynamique (deb) fournit un cadre mécaniste qui permet une description quantitative de l'alimentation, de l'assimilation, de la croissance, de la reproduction, de la maturation et du maintien sur l'ensemble du cycle de vie, en relation avec les conditions thermiques et trophiques. La première partie de cette thèse est consacrée au développement d'un modèle deb pour P. maximus, avec un accent sur la mise en œuvre de l'alimentation. Le modèle utilise les unités de synthèse pour fournir au système deux substrats qui quantifient la sélection de la nourriture par l'animal. Nous avons testé le modèle sur la population de coquilles Saint-Jacques de la baie de Brest (France), avec deux approximations de la ressource trophique : le nombre de cellules phytoplanctoniques et les particules organiques en suspension. Le second chapitre développe l'intégration de ce modèle bioénergétique individuel à un modèle biogéochimique 3D dans la Manche. Ce système de modélisation permet de cartographier les capacités de croissance et de reproduction en fonction des conditions environnementales. Les simulations des modèles individuels ont permis d'améliorer un modèle spatialisé de la dynamique des populations divisé en classes d'âge et incluant le stade larvaire planctonique. Nous avons effectué des prévisions sur une période de 30 ans, fournissant ainsi un outil potentiel pour la prévision des stocks exploités dans la Manche. Dans la troisième partie de cette thèse, nous avons étudié la saisonnalité et la diversité du régime alimentaire de ce bivalve se nourrissant en suspension dans un environnement côtier, dans le but d'améliorer nos connaissances sur la dynamique saisonnière de l'alimentation de cette espèce et de mieux comprendre comment nous alimentons le modèle bioénergétique. Nous avons utilisé la combinaison de trois marqueurs trophiques (pigments, acides gras et stérols), mesurés dans l'eau de mer et dans deux parties du tube digestif. Cette étude a révélé cinq informations importantes : (i) l'importance inattendue des dinoflagellés dans le régime alimentaire de P. maximus ; (ii) le changement récurrent entre l'ingestion de diatomées et de dinoflagellés au cours de la succession des proliférations d'algues ; (iii) l'ingestion et l'assimilation probables de cyanobactéries et d'autres bactéries, en particulier lors de faibles densités de microalgues ; (iv) la capacité de sélection de la grande coquille Saint-Jacques, qui peut sélectionner de préférence certaines classes d'algues et en négliger d'autres ; (v) les apports trophiques de la colonne d'eau se sont avérés plus importants que ceux du benthos, sauf au début du printemps. Dans les deux derniers chapitres, nous avons développé et appliqué une approche de modélisation consistant en l'inversion du modèle deb afin de reconstruire la réponse fonctionnelle de l'assimilation alimentaire à partir des données de croissance (obtenues par l'étude sclérochronologique de la coquille) et de la température. En effet, il est généralement difficile de relier simplement la dynamique de la disponibilité trophique à la dynamique de l'assimilation et la méthode proposée ici permet de surmonter cette difficulté. Le processus s'appuie sur une équation simplifiée de la croissance telle que décrite dans la théorie de Deb. Cela facilite donc l'inversion du modèle tout en permettant la reconstruction des variables d'état et de certains flux d'énergie (dynamique de réserve, coûts de maintenance). Comme pour de nombreux organismes produisant un squelette carbonaté, la coquille de P. maximus se développe par incréments séquentiels. L'analyse des stries permet une mesure précise de la dynamique de croissance quotidienne. Nous avons exploité ces données à haute fréquence afin de reconstituer l'historique de la réponse fonctionnelle le long de la trajectoire de croissance. Cette méthode a été appliquée dans une étude de la variabilité des schémas de croissance le long des gradients latitudinaux et bathymétriques. Le modèle très fluctuant de la disponibilité alimentaire semble être un facteur clé pour comprendre la dynamique des flux d'énergie dans les populations du nord et des grands fonds marins. La combinaison de températures douces et de conditions alimentaires basses et variables sur le plateau continental pourrait conduire à une sélection locale d'individus plus petits qui nécessitent des coûts d'entretien limités. De plus, cette approche nous a permis d'explorer la relation entre la réponse fonctionnelle et divers marqueurs de la disponibilité trophique. Elle a montré que les mesures de la chlorophylle-a dans la colonne d'eau expliquaient bien et véritablement la majeure partie de la variabilité de l'assimilation, du moins lorsque la production phytoplanctonique dans la colonne d'eau est importante. Ce travail montre que la modélisation des flux d'énergie fournit un outil qui aide à comprendre l'origine et le devenir de diverses sources d'énergie ainsi que les schémas de distribution des individus. Cet outil fournit également une explication mécaniste aux modèles de variabilité intraspécifiques. Néanmoins, certains traits physio-logiques tels que le taux de filtration sont très susceptibles de présenter une certaine plasticité. En effet, la simulation réalisée dans les populations du nord et des eaux profondes à l'aide de l'ensemble des paramètres estimés en baie de Brest a donné des résultats moins pertinents. Des recherches supplémentaires devraient être menées sur les données des premiers stades et dans des environnements contrastés, afin de mieux intégrer la variabilité au sein de cette espèce, ce qui permettrait d'affiner le jeu de paramètres deb. L'étude des capacités physiologiques de P. maximus, menée à l'échelle spatiale dans le cadre de cette thèse, et le passage au niveau de la population pourraient être des outils utiles pour une meilleure évaluation et gestion des pêcheries de coquilles Saint-Jacques (dont la fluctuation du recrutement est encore mal comprise). Enfin, alors que les effets du changement global sont étudiés, l'utilisation de la théorie deb dans ce travail pourrait fournir un cadre puissant pour évaluer l'impact des environnements changeants sur l'énergétique de la coquille Saint-Jacques.
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Contributor : Luis Tito de Morais <>
Submitted on : Saturday, May 16, 2020 - 9:44:55 PM
Last modification on : Tuesday, June 23, 2020 - 3:40:07 AM

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Thèse-Lavaud-2014.pdf
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Romain Lavaud. Environmental variability and energetic adaptability of the great scallop, Pecten maximus, facing climate change. Bioclimatology. Vrije Universiteit Amsterdam; Université de Bretagne Occidentale (UBO), Brest, 2014. English. ⟨tel-02554927⟩

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