Paysages énergétiques des oiseaux marins hivernant en Atlantique Nord dans le contexte des changements climatiques

Energetic landscapes of migratory seabirds in the Nort Atlantic Ocean in a context of climate change

• Auteur / Autrice : Manon Clairbaux
• Direction : David Gremillet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 04/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'écologie fonctionnelle et évolutive (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : David Gremillet, Susanne Åkesson, Børge Moe, Ana Rodrigues
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Susanne Åkesson, Børge Moe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Changements climatiques

Atlantique Nord (région)

Oiseaux -- Migration

Biotélémétrie

Mots clés libres

Biotélémétrie

Migration

Energétique

Changements globaux

Océanographie

Ecologie spatiale

Global Change

Spatial Ecology

Migration

Energetics

Oceanography

Biotelemetry

Résumé

Les oiseaux marins sont particulièrement vulnérables aux effets directs et indirects du changement climatique, cependant on sait peu de choses sur ces impacts en dehors de la période de reproduction. Ce manque de connaissances est problématique car les conditions rencontrées pendant la migration et l'hivernage déterminent fortement les dynamiques populationnelles des oiseaux marins. Il est donc essentiel de comprendre les effets du climat sur leurs distributions hivernales et leurs itinéraires de migration. Lier distribution des organismes et facteurs environnementaux est une tâche primordiale bénéficiant du concept de paysages énergétiques (définit comme la variation des besoins énergétiques d’un organisme dans l’espace en fonction de l’environnement) qui a récemment permis de fournir une explication mécaniste à la distribution de nombreux animaux. Dans ce contexte, nous avons déterminé les habitats hivernaux actuels et futurs de cinq espèces représentant 75% de la communauté d’oiseaux marins en Atlantique Nord (Alle alle, Fratercula arctica, Uria aalge, Uria lomvia and Rissa tridactyla). Pour cela, nous avons suivi électroniquement les mouvements de plus de 1500 individus afin d’identifier leurs habitats préférentiels par le biais de fonctions de sélection de ressources basées sur la modélisation de leurs dépenses énergétiques et de la disponibilité de leurs proies. Les données de suivi électroniques ont également été recoupées avec les emplacements des cyclones afin de cartographier les zones d’exposition pour la communauté d’oiseaux marins à l'échelle de l’Atlantique Nord. De plus, nous avons exploré les conséquences énergétiques de l'exposition des oiseaux marins aux tempêtes en utilisant un modèle bioénergétique mécaniste (Niche MapperTM). Enfin, nous avons examiné l'impact de la fonte totale de la banquise estivale à partir de 2050 sur la migration des oiseaux de l'Arctique. Nos analyses prévoient un déplacement vers le nord des zones préférentielles d'hivernage des oiseaux marins en Atlantique Nord, surtout si le réchauffement climatique mondial dépasse 2°C. Nos résultats suggèrent que les conditions cycloniques n'augmentent pas les besoins énergétiques des oiseaux marins, ce qui implique que l'indisponibilité des proies et/ou l’incapacité à se nourrir pendant les cyclones causeraient leur mort. Enfin, la fonte de la banquise au pôle nord pourrait permettre à 29 espèces d'oiseaux arctiques de bientôt effectuer de nouvelles migrations transarctiques entre l’Atlantique et le Pacifique. Nous estimons également que 26 autres espèces actuellement migratrices pourraient rester en Arctique toute l'année. Ce travail illustre comment les changements climatiques pourraient modifier radicalement la biogéographie des espèces migratrices et fournit une boîte à outils méthodologique permettant d’évaluer et de prévoir ces modifications en mariant écologie du mouvement et physiologie énergétique.

Seabirds are particularly vulnerable to the direct and indirect effects of climate change, however little is known about those impacts outside of the breeding season. This lack of knowledge is problematic because the conditions encountered during migration and wintering strongly shape seabird population dynamics. It is therefore essential to understand the effects of climate on their winter distribution and migration routes. Linking the distribution of organisms to environmental factors is therefore a primary task benefiting from the concept of energyscapes (defined as the variation of an organism's energy requirements across space according to environmental conditions) which has recently provided a mechanistic explanation for the distribution of many animals. In this context, we have predicted the current and future winter habitats of five species representing 75% of the seabird community in the North Atlantic (Alle alle, Fratercula arctica, Uria aalge, Uria lomvia and Rissa tridactyla). To this aim, we monitored the movements of more than 1500 individuals to identify the birds' preferred habitats through resource selection functions based on the modeling of their energy expenditure and prey availability. Electronic tracking data were also overlaid with cyclone locations to map areas of high exposure for the seabird community across the North Atlantic. In addition, we explored the energetic consequences of seabird exposure to storms using a mechanistic bioenergetic model (Niche MapperTM). Finally, we examined the impact of total summer sea ice melt from 2050 on Arctic bird migration. Our analyses predict a northward shift in the preferred wintering areas of the North Atlantic seabird community, especially if global warming exceeds 2°C. Our results suggest that cyclonic conditions do not increase the energy requirements of seabirds, implying that they die from the unavailability of prey and/or inability to feed during cyclones. Finally, the melting sea ice at the North Pole may soon allow 29 species of Arctic birds to make new trans-Arctic migrations between the Atlantic and the Pacific. We also estimate that an additional 26 currently migratory species could remain in the Arctic year-round. This work illustrates how climate change could radically alter the biogeography of migratory species and we provide a methodological toolbox to assess and predict these changes by combining movement ecology and energetic physiology.