Modélisation de scénarios pour la biodiversité ichtyologique en mer Méditerranée : influence du changement global et conséquences trophiques, application aux réserves marines et aux écosystèmes exploités

Modelling scenario for fish biodiversity in the Mediterranean Sea : Influence of global change and trophic consequences, application to marine reserves and exploited ecosystems

• Auteur / Autrice : Camille Albouy
• Direction : David Mouillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecosystèmes
• Date : Soutenance le 20/12/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecosystèmes lagunaires (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Mouillot, François Le Loc'h, Isabelle Chuine, Grégory Beaugrand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eric Rochard, Konstantinos Stergiou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Méditerranée (mer)

Animaux des rivages

Poissons

Changements climatiques

Gestion de l'environnement

Mots clés libres

Changement climatique

Poissons côtiers

Mer Méditerranée

Climate change

Coastal fish

Mediterranean sea

Résumé

Un des enjeux majeurs en écologie est de comprendre les effets du changement climatique sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. En milieu marin, la surexploitation des ressources par l'homme est un autre facteur de forçage sur les assemblages d'espèces. La thèse propose, par une approche multi-composantes de la biodiversité, de projeter les modifications attendues sur la structure des assemblages de poissons côtiers méditerranéens soumis au changement climatique mais aussi aux différentes pressions de pêche. L'originalité de ce travail est de considérer la dynamique de la structure en taille, de la diversité des espèces mais aussi des lignées (diversité phylogénétique), des traits fonctionnels (diversité fonctionnelle) et des interactions (diversité des liens trophiques) des assemblages de poissons à différentes échelles au sein du bassin méditerranéen, ces trois dernières composantes étant largement ignorées dans les projections face au changement climatique alors qu'elles sont essentielles pour le viabilité des écosystèmes et des services associés au delà du simple nombre d'espèces.Nous avons donc projeté les futures aires de répartition des poissons côtiers méditerranéens grâce à l’implémentation d’un nouveau modèle climatique (NEMOMED8) et de modèles de niche basés sur les enveloppes bioclimatiques. Les projections des aires de distribution des poissons côtiers méditerranéens mettent en évidence que pour la fin du siècle (i) 54 espèces devraient perdre leur niche climatique, (ii) la richesse en espèces pourrait diminuer sur 70,4% du plateau continental, en particulier en Méditerranée occidentale et en mer Égée, et (iii) la taille maximale moyenne des assemblages de poissons pourrait augmenter dans 74,8% des cellules du plateau continental. Les espèces de petite taille non ciblées par la pêche pourraient être les espèces les plus menacées par le changement climatique alors que les espèces de grande taille seraient les plus vulnérables face à l'effort de pêche. Nos projections, au niveau de l’ensemble de la Méditerranée, suggérent l'érosion importante de quelques lignées comme la famille des gobidae. Même si l'érosion de PD et de FD est en partie liée à la perte de richesse spécifique (moins d'espèces moins de lignées ou de fonctions), nous avons établi, notamment dans le bassin ouest, que les assemblages de poissons perdraient plus de diversité phylogénétique et fonctionnelle que prévu simplement suite à l’érosion de la richesse spécifique.Pour appréhender les effets du changement climatique sur la structure du réseau trophique nous avons mis en place une méthodologie basée sur la robustesse d'une relation entre la taille des proies et des prédateurs. Nous avons pu ainsi mettre en évidence les modifications potentielles des réseaux trophiques au sein des assemblages de poissons face au changement global pour l’ensemble du plateau continental méditerranéen. Nous avons constaté qu'une partie importante du plateau continental méditerranéen serait confrontée à une diminution du nombre de liens trophiques, de la vulnérabilité (nombre de prédateurs par proie) et de généralité (nombre de proies par prédateur) moyennes des espèces, tandis que la connectance et le niveau trophique dans les assemblages de poissons pourraient augmenter d'ici la fin du XXIème siècle.Au-delà des modifications de richesse spécifique, les assemblages de poissons méditerranéens côtiers pourraient être modifiés dans les fonctions qu’ils jouent au sein de l’écosystème, dans leur histoire évolutive ainsi que dans les interactions structurant les réseaux trophiques. La thèse est donc une ouverture vers la biogéographie du fonctionnement des écosystèmes à partir de modèles parcimonieux et hybrides permettant d'intégrer différentes composantes de la biodiversité, l'océanographie physique, et le niveau d'exploitation des ressources pour inférer le devenir des systèmes marins côtiers face aux pressions multiples qui s'y exercent déjà.

One of the main goals in ecology is to understand the effects of climate change on biodiversity and ecosystem functioning. In marine environments the overexploitation of resources by human activities is another forcing factor on species assemblages. This PhD thesis suggested, within a multicomponentsbiodiversity approach, to project expected changes in the structure of Mediterranean coastal fish assemblages under climate change but also under different fishing pressures. The originality of this work is to consider the dynamics of size structure, diversity of species, but also lineages (phylogenetic diversity), functional traits (functional diversity) and interactions (diversity of trophic links) in fish assemblages at different scales within the Mediterranean basin, the latter three components being largely ignored in climate change projections whereas they are essential for maintaining the viability of ecosystems and associated services beyond the simple number of species. We therefore projected future geographic ranges of Mediterranean coastal fish through theimplementation of a new climate model (NEMOMED8) and based on bioclimatic envelopes models. Projected range shifts of Mediterranean coastal fish show that for the end of the century (i) 54 species would lose their climatic niche, (ii) species richness may decline on 70.4% of the continental shelf, particularly in the Western Mediterranean basin and in the Aegean Sea, and (iii) the average maximum size of fish assemblages would increase on 74.8% of the continental shelf. The small species, not targeted by fishing activities, would be the species most threatened by climate change, while larger species are most vulnerable to fishing effort.Our projections at the whole Mediterranean scale show a decrease of 13.6% for the phylogenetic diversity (PD) of coastal fish and 12.6% for their functional diversity (FD) by the end of this century and suggest a significant erosion of some lineages like the gobidae family. While erosion of PD and FD is partly due to the loss of species richness (fewer species implies less lineage and functions) we obseved, especially in the western basin, that the fish assemblages would loss more phylogenetic and functional diversity than expected simply due to the erosion of species richness. These two components, were largely ignored in conservation of marine species assemblages and appear to be strongly impacted by global change.To understand the effects of climate change on food web structure we developed a new methodology based on the robust relationship between the size of preys and predators. We were able to highlight potential changes in food webs of fish assemblages under climate change for the Mediterranean continental shelf. We found that a significant portion of the Mediterranean continental shelf would face a reduction in the number of trophic links, vulnerability (number of predators per prey) and generality (number of preys per predator) of species on average, while connectance and trophic level within fish assemblages would increase by the end of the XXIth century.Beyond changes in species richness, the Mediterranean coastal fish assemblages may be modified, in the functions that they play in ecosystem, in the amount evolutionary history they support, as well as in their interactions structuring food webs. This PhD thesis paves the way towards the biogeography of ecosystem functioning using parsimonious and hybrid models to integrate different components of biodiversity, physical oceanography, and the level of exploitation of ressouces to infer the futur of marine systems cfunctioning facing multiple pressures that are already there.