Les oiseaux marins polaires, sentinelles de la glace de mer : Réponses démographiques et traits d’histoire de vie

Polar seabirds, sentinels of the sea ice : Demographic responses and life history traits

• Auteur / Autrice : Christophe Sauser
• Direction : Christophe Barbraud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 25/09/2020
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études biologiques de Chizé - CEBC
• Jury : Président / Présidente : David Grémillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Barbraud, David Grémillet, Marie Nevoux, Stéphanie Jenouvrier, Daniel Oro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Grémillet, Marie Nevoux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Indicateurs biologiques

Changements climatiques

Antarctique

Effets du climat

Glace de mer

Caractéristiques du cycle biologique

Oiseaux de mer

Mots clés libres

Démographie

Oiseaux marins

Glace de mer

Antarctique

Espèce sentinelle

Demography

Seabirds

Sea ice

Antarctica

Sentinels species

Résumé

L’impact du changement climatique sur la glace de mer et les écosystèmes polaires qui en dépendent est reconnu depuis plusieurs décennies. Cependant, ces milieux sont généralement difficiles à étudier en raison de leur climat extrême, de leur isolement et des difficultés logistiques associées. Le manque de connaissances concernant les mécanismes reliant les traits d’histoire de vie des organismes polaires et la variation de la glace de mer est particulièrement préjudiciable à notre compréhension des conséquences du changement climatique sur les espèces longévives comme les oiseaux marins polaires. Ces derniers, généralement situés au sommet des réseaux trophiques, pourraient cependant constituer des espèces sentinelles des écosystèmes liés à la glace de mer. L’objectif de cette thèse est d’améliorer les connaissances sur les processus impliqués dans les réponses des populations de prédateurs marins polaires aux variations environnementales, et principalement les mécanismes liés à la glace de mer. Pour répondre à cet objectif nous nous sommes basés sur le suivi individuel à long terme de deux espèces d’oiseaux marins polaires, le pétrel des neiges (Pagodroma nivea) et le damier du Cap (Daption capense). Les deux espèces se reproduisent en milieu polaire. L’une est particulièrement dépendante de la glace de mer pour s’alimenter (le pétrel des neiges) tandis que l’autre préfère un habitat libre de glace (le damier du Cap). Au cours de ce travail, nous avons estimé l’influence de facteurs extrinsèques (forçages ascendants, descendants, météorologie locale) et intrinsèques (âge, expérience de reproduction, sexe, colonie) sur les réponses démographiques des espèces à l’aide de modèles multi-états de capture-marquage-recapture. Nous avons également testé l’influence des facteurs environnementaux sur les traits phénotypiques (condition corporelle et phénologie de reproduction) du pétrel des neiges. Chez les damiers du Cap nous montrons une diminution du succès reproducteur ainsi que l’influence de plusieurs paramètres extrinsèques (température de surface de l’eau de mer, prédation, météorologie locale) sur celui-ci. En parallèle nous montrons une augmentation de la survie des adultes et une corrélation de celle-ci avec l’oscillation Antarctique. Chez le pétrel des neiges, nous avons mis en évidence l’influence de la glace de mer et d’autres facteurs extrinsèques (prédation, oscillation Antarctique, météorologie locale) et intrinsèques (sexe, colonie, expérience de reproduction) sur de multiples traits démographiques. Nous avons également montré un décalage (retard) dans la phénologie de reproduction des pétrels des neiges en réponse à des changements environnementaux (concentration de glace de mer, vents) et nous avons constaté que la reproduction retardée avait un impact négatif sur la probabilité d'envol des poussins. Enfin nous avons aussi montré que la concentration de glace de mer et l’oscillation Antarctique ont une influence négative sur la survie et la condition corporelle des juvéniles de pétrel des neiges. Cette thèse permet d’apporter de nouvelles connaissances sur les liens entre glace de mer et les traits d’histoire de vie d’une espèce pagophilique, le pétrel des neiges et d’une espèce moins associée à la glace, le damier du Cap. Ces connaissances permettent de mieux appréhender les conséquences du changement climatique sur les oiseaux marins polaires et les écosystèmes polaires en général, et apporte une contribution à la compréhension de la dynamique des populations concernant les variations démographiques intra spécifiques à fine échelle spatiale.

The impact of climate change on sea ice and polar ecosystems has been well recognized. However, these environments are generally difficult to study because of their extreme climate, isolation and the associated logistical difficulties. The lack of knowledge regarding the mechanisms linking the life history traits of polar organisms and sea ice variation limit our understanding of the consequences of climate change on long-lived species such as polar seabirds and sea ice ecosystems. Seabirds, generally located at the top of food webs, could however constitute sentinel species of ecosystems linked to sea ice. The objective of this thesis is to improve knowledge on the processes involved in the responses of polar marine predators to environmental variations, and mainly the mechanisms linked to sea ice. For this purpose we have based our analyses on the long-term monitoring of two polar seabirds, the snow petrel (Pagodroma nivea) and the Cape petrel (Daption capense). Both species breed in polar environments of the Southern Ocean. One is particularly dependent on sea ice for foraging (snow petrel) while the other prefers ice-free habitats (Cape petrel). During this PhD, we estimated the influence of extrinsic factors (top-down, bottom-up, local weather) and intrinsic factors (age, breeding experience, sex and colony) on the demographic responses of these two species using multi-states capture-recapture models. We also tested the influence of environmental factors on phenotypic traits (body condition and breeding phenology) of snow petrels. For the Cape petrel, we show a decrease in breeding success as well as an influence of several extrinsic parameters (sea surface temperature, predation, local weather) on this demographic parameter. We also show an increase in adult survival linked to variations of a large scale climate index, the southern annular mode. Modelling of the population dynamics using a matrix population model indicated a positive population growth rate and suggest that this species probably beneficiates from current climate changes. In snow petrels, we demonstrate the influence of sea ice and other extrinsic factors (predation, southern annular mode, local weather) as well as intrinsic factors (sex, colony, breeding experience) on multiple demographic traits (probabilities of survival, breeding, hatching, and fledging). We also show a shift (delay) in the breeding phenology of snow petrels in response to environmental changes (sea ice concentration, winds), and found that delayed reproduction negatively impacted the probability of fledging. Finally, we show that the sea ice concentration and the southern annular mode have a negative influence on the survival and body condition of juvenile snow petrels. This thesis provides new knowledge on the links between sea ice and the life history traits of two Antarctic polar seabirds characterized by specific dependence to sea ice. This knowledge helps to better understand the consequences of climate change on polar seabirds and polar ecosystems in general, and contributes to the understanding of population dynamics concerning intra-specific demographic variations at a fine spatial scale.