Modélisation des aires de répartition futures d'espèces marines d'intérêt commercial en Méditerranée dans un contexte de changement climatique

Future distributional range modelling of marine species of commercial interest in the Mediterranean in a climate change context

• Auteur / Autrice : Alexandre Schickele
• Direction : Patrice Francour, Paolo Guidetti
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'Environnement
• Date : Soutenance le 01/12/2020
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ecology and Conservation Science for Sustainable Seas
• Jury : Président / Présidente : Denis Allemand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Guidetti, Denis Allemand, Nathalie Niquil, Daniela Bănaru, Grégory Beaugrand, Virginie Raybaud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Denis Allemand, Nathalie Niquil

Mots clés

Mots clés contrôlés

Animaux méditerranéens

Niche écologique

Biogéographie

Changements climatiques

Mots clés libres

Modèles de distribution d’espèces

Niche écologique

Petits pélagiques

Céphalopodes

Espèces invasives

Réseau trophique

Ecopath

Changement climatique

Méditerranée

Projections futures

Species distribution models

Ecological niche

Small pelagic fish

Cephalopods

Invasive species

Food-web

Ecopath

Climate change

Mediterranean Sea

Future projections

Résumé

Les conditions environnementales définissent la distribution des espèces marines à l’échelle globale. Celles-ci seront potentiellement altérées par le changement climatique, impactant l’exploitation des ressources halieutiques et l’équilibre des écosystèmes. Dans ce contexte, cette thèse identifie les espèces et les zones géographiques qui seront potentiellement impactées par le changement climatique, en se focalisant sur certaines espèces, indigènes ou non-indigènes, d’intérêt commercial en Méditerranée.Basée sur le concept de niche écologique, qui définit la distribution potentielle d’une espèce en fonction des conditions environnementales dans lesquelles elle a été observée, nous avons développé une procédure de modélisation de la distribution actuelle et future des espèces marines. Cette procédure s’appuie sur un ensemble d’algorithmes statistiques, de modèles climatiques et de scénarios futurs. Elle permet de projeter un ensemble de distributions futures, à large échelle spatiale et temporelle, tout en proposant des réponses aux principales limitations des modèles de niche écologique. Successivement appliquée aux petits poissons pélagiques et aux céphalopodes, nous avons identifié des impacts majeurs du changement climatique en Méditerranée à l’horizon 2100, notamment des extinctions locales de plusieurs espèces de petits poissons pélagiques dans son bassin Sud-Est. Au contraire, la mer du Nord, les côtes norvégiennes et la mer Baltique pourraient bénéficier d’une expansion de l’aire de distribution de ces espèces. A l’échelle du golfe du Lion, les conséquences théoriques d’un changement de distribution des petits poissons pélagiques impacteraient indirectement leur exploitation ainsi que la productivité des bas niveaux trophiques. Les effets conjugués du réchauffement de la Méditerranée et de l’agrandissement du canal de Suez sont à l’origine d’invasions biologiques, notamment dans son bassin Sud-Est. Parmi ces espèces non-indigènes de Méditerranée, certaines présentent un intérêt commercial ou pourraient faire l’objet d’une exploitation future. Nous avons quantifié le potentiel invasif de plusieurs espèces non-indigènes, en fonction de leurs traits fonctionnels et écologiques, puis estimé leur expansion future à l’aide de notre procédure de modélisation de niche écologique. L’ensemble de la Méditerranée pourrait voir l’arrivée de ces espèces à l’horizon 2100, en particulier pour un réchauffement supérieur à 2°C.Cette thèse révèle la sensibilité particulière de la Méditerranée au réchauffement climatique tout en proposant des perspectives d’adaptation ou de conservation des espèces et des écosystèmes face aux tendances climatiques du 21ème siècle.

Environmental conditions are shaping the spatial distribution of marine species worldwide. However, climate change may alter their future distribution, impacting marine resources exploitation and ecosystems balance. In this context, this PhD identifies climate induced impacts in species and geographical areas, by focusing on some species, indigenous or non-indigenous, of commercial interest in the Mediterranean.Based on the ecological niche concept, that defines the potential distribution of a species according to the environmental conditions in which it is observed, we developed a contemporary and future distribution modelling procedure for marine species. This procedure includes an ensemble of statistical algorithms, future climate models and scenarios while accounting for common ecological niche modelling limitations. Applied to small pelagic fish and cephalopods, we projected major climate induced impacts in the Mediterranean Sea by 2100, including local extinctions in its south-eastern basin. Conversely, we projected a distributional range expansion of most of the studied species towards the North, Norwegian and Baltic seas. In the Gulf of Lion, the small pelagic fish distributional range shifts may indirectly impact their harvesting capacity as well as the productivity of low trophic levels. The combined effects of climate warming and the opening of the Suez Canal induced biological invasions, especially in the South-East Mediterranean. These non-indigenous Mediterranean species may be of commercial interest subject to future harvesting. After quantifying the invasive potential of several non-native Mediterranean marine species, according to their functional and ecological traits, we applied our modelling procedure to estimate their future distributional range expansion. We projected a major distributional range expansion of non-native species in the whole Mediterranean Sea by 2100, especially for warming exceeding 2°C.This work highlights the sensitivity of the Mediterranean Sea to climate change while proposing adaptation and conservation perspective of species and ecosystems facing the upcoming climate trends of the 21st century.