Modélisation de la phénologie d'une espèce emblématique du changement climatique : la processionnaire du pin

Modelling the phenology of an emblematic species of climate change : the pine processionary moth

• Auteur / Autrice : Laura Poitou
• Direction : Christelle Robinet, Christelle Suppo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé. Entomologie forestière
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de Recherche de Zoologie Forestière. UR 0633 (Orléans (Loiret) ; 1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Andrea Battisti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Robinet, Christelle Suppo, Andrea Battisti, Jean-Noël Candau, Stéphanie Bankhead-Dronnet, François Rebaudo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Andrea Battisti, Jean-Noël Candau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles théoriques

France

Effets du climat

Insectes phytophages

Phénologie

Microclimat forestier

Orléans (Loiret ; région)

Effets du réchauffement de la Terre

Processionnaire du pin

Mots clés libres

Changement climatique

Climate change

Résumé

Face au changement climatique, des modifications de la distribution et de la phénologie des espèces ont été observées. La processionnaire du pin (PP) (Thaumetopoea pityocampa) est considérée comme un modèle d’étude pour comprendre l’effet du réchauffement climatique sur la distribution des espèces car sa distribution s’étend en réponse à l’augmentation des températures hivernales. La PP est un ravageur forestier à impact économique et sanitaire. L’apparition de processions précoces atypiques dans certaines régions a été observée ces dernières années. Cependant, les conséquences du changement climatique sur sa phénologie restent encore peu connues. Une meilleure compréhension des variations spatiales et temporelles de la phénologie est cruciale, non seulement pour mieux comprendre l’effet du changement climatique sur la PP, mais aussi pour optimiser les méthodes de lutte et prévenir des risques d’urtication étant donné qu’il est nécessaire pour cela de savoir quand les différents stades larvaires sont présents. Afin de tester l’hypothèse d’une variation de la phénologie dans le temps (du fait du changement climatique) et dans l’espace (du fait des différents types de climats rencontrés en France), des suivis de la période de vol, du développement larvaire et de la période de procession ont été réalisés de 2018 à 2021 dans plusieurs régions biogéographiques en France. Ces données ont été comparées aux données historiques datant des années 1970-1980. Un potentiel étalement du vol et peu de variation dans la période de procession ont été mis en évidence. La phénologie de l’espèce varie dans l’espace en fonction des températures de l’été, de la date des premiers gels et de la rigueur de l’hiver. Afin d’identifier les mécanismes responsables de ces variabilités phénologiques, un modèle mathématique a été développé pour prédire les stades phénologiques de l’œuf jusqu’au dernier stade larvaire. Celui-ci a été calibré sur les courbes de performances thermiques des différents stades de la PP, obtenues en conditions contrôlées, à partir de la population d’Orléans. Les valeurs des paramètres de ces courbes étaient effectivement différentes selon les stades. Le modèle a ensuite été validé de manière indépendante grâce aux données de suivis réalisés à Orléans durant l’étude. L’augmentation de la température globale et/ou des vagues de chaleur en automne expliqueraient l’occurrence de processions précoces. Face au changement climatique, ces processions devraient donc être plus fréquentes. Le modèle a ensuite été testé sur cinq autres populations suivies durant cette étude, situées dans des régions climatiques différentes. Celui-ci rend bien compte de la variabilité spatiale de la phénologie observée. Le modèle phénologique prend comme variable la température de l’air. Or, les larves se trouvent dans un nid de soie. Dans le but de déterminer et simuler le microclimat associé au nid, un modèle biophysique a été développé. Le nid confère un microclimat chaud pouvant impacter le développement et potentiellement la survie des larves. En mesurant la tolérance thermique des différents stades larvaires,différents seuils thermiques ont été identifiés. Les résultats obtenus dans cette thèse montrent qu’il est important de considérer les contraintes de développement et de survie de chaque stade afin de prédire correctement l’effet des conditions climatiques sur la phénologie et la survie de la PP. Ils montrent aussi clairement que les changements de phénologie de la PP sont en lien avec le changement climatique. Ainsi la PP pourrait être un modèle d’étude pour comprendre l’effet du changement climatique sur la distribution et la phénologie des espèces, deux composantes étroitement liées.

Due to climate change, shifts in species distribution and phenology have been observed. The pine processionary moth (PPM)(Thaumetopoea pityocampa) is considered as a study model to understand the global warming effect on species distribution because its geographical range is expanding with the increase of winter temperatures. PPM is a forest pest which causes severe economic and public-health problems. Early atypical processions have been observed for a few years in some regions. However,climate change consequences on its phenology are still poorly known. A better understanding of spatial and temporal phenological variabilities is crucial, not only to better elucidate the effects of climate change on PPM, but also to optimize control methods andto prevent urtication risks because to do that it is necessary to know when larval stages occur. To test the hypothesis that phenology varies in time (due to climate change) and space (due to different climates encountered in France), monitoring of flightperiod, larval development and procession period were conducted from 2018 to 2021 in several biogeographical regions in France.Those data were compared to historical data from the 1970s-1980s. A potential longer flight period and low variation of procession period were highlighted. Species phenology varies in space according to summer temperatures, first frost timing and winter severity. To determine the mechanisms leading to those phenological variabilities, a mathematical model was developed to predict phenological stages from egg to the last larval stage. It was calibrated on thermal performance curves (TPC) of different PPM lifestages, obtained in controlled conditions, from Orléans population. TPC parameters’ values were different following the life stage.Then, the model was validated independently based on monitoring data collected in Orléans during this study. Global warming and/or autumnal heat waves could explain early processions occurrence. Due to climate change, those processions should bemore frequent. The model was tested on five other populations monitored during this study, located in different climatic regions.The model outputs report correctly the spatial phenological variability observed. Air temperature was used as an input parameter in this phenological model. Nevertheless, larvae live in a silken nest. To determine and simulate the nest microclimate, a biophysical model was developed. The nest confers a hot microclimate that can affect larval development and potentially survival.When measuring the thermal tolerance of different larval stages, different thermal thresholds were identified. Results from this PhD thesis highlight the importance to consider constraint of development and survival of every stage to predict properly effectsof climate conditions on PPM phenology and survival. It also supports that PPM phenology shifts are associated with climate change. Thus, the PPM could be a study model to understand the climate change effects on species distribution and phenology,two components strongly linked.