Origin, controlling factors, and statistical modelling of methylmercury concentrations in tunas at a global scale

Origine, déterminants et modélisation statistique des concentrations en méthylmercure dans les thons à l’échelle globale

• Auteur / Autrice : Anaïs Medieu
• Direction : Anne Lorrain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie marine
• Date : Soutenance le 10/05/2022
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer et du littoral (Plouzané)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l’environnement marin (Plouzané, Finistère)
• Jury : Président / Présidente : Géraldine Sarthou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anne Lorrain, Géraldine Sarthou, Paco Bustamante, Carl Lamborg, David Point, Krishna Das, Frédéric Ménard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Paco Bustamante, Carl Lamborg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biogéochimie

Mercure -- Toxicologie

Teneur en mercure

Thons

Mots clés libres

Mercure

Variabilité spatio-temporelle

Écologie trophique

Biogéochimie marine

Émissions anthropiques

Mercury

Spatio-temporal variability

Trophic ecology

Marine biogeochemistry

Anthropogenic emissions

Résumé

Le thon est l’un des poissons marins les plus consommés au monde malgré ses concentrations relativement élevées en méthylmercure (MeHg), la forme toxique du mercure (Hg). De fortes variations de ces concentrations entre espèces et régions sont observées mais encore peu comprises. Pour étudier l’origine et le devenir du MeHg dans les thons à l’échelle globale, nous avons constitué la plus grande base de données de concentrations de Hg dans les thons tropicaux (thon obèse, albacore et bonite à ventre rayé, n > 5700), intégrant des données biologiques et écologiques des thons, des variables physiques et biogéochimiques de l’océan, et des estimations de Hg atmosphérique. Une hausse des niveaux de Hg dans les thons a été constatée à la fin des années 1990 dans le Pacifique Nord-Ouest, en lien avec l’augmentation des émissions anthropiques de Hg depuis l’Asie. Ailleurs, les concentrations de Hg dans les thons sont restés stables au cours du temps, suggérant une inertie de l’océan de surface due au Hg anthropique accumulé au cours des siècles dans l’océan de subsurface. La cartographie des concentrations de Hg dans les thons a montré de fortes variations spatiales, dues à la variabilité de profondeur de plongée des thons et des niveaux de MeHg dissous dans l’eau, induites par des processus biogéochimiques. Nos études spatiales ont enfin confirmé un effet local des émissions anthropiques de Hg augmentant les concentrations de Hg dans les thons au large de l’Asie. Cette thèse démontre que les thons sont des outils de bio-surveillance pertinents pour documenter les changements du cycle marin du Hg, dans un contexte de réduction des émissions anthropiques et de changement climatique.

Tunas are among the most consumed seafood products but contain relatively high levels of methylmercury (MeHg), the most toxic form of mercury (Hg). Limited observations suggest tuna Hg levels vary in space and time, yet the drivers are not well understood. This thesis aimed to explore the origin and fate of MeHg in tunas at the global scale. We built the largest Hg database in tropical tunas (bigeye, yellowfin, and skipjack, n > 5,700), alongside tuna biological and ecological data, marine physical and biogeochemical variables, and atmospheric Hg estimates. Increasing tuna Hg concentrations were found in the late 1990s in the northwestern Pacific, concomitant with increasing anthropogenic Hg emissions from Asia. Elsewhere, we revealed stable long-term tuna Hg levels, which contrasts with an overall decline in Hg emissions and deposition, and suggests an inertia of the surface ocean resulting from legacy Hg accumulated in subsurface ocean over centuries. Moreover, global maps of tuna Hg levels highlighted strong spatial patterns among tunas, once accounting for MeHg bioaccumulation with tuna age/length. Our multidisciplinary approach showed the combined importance of marine biogeochemistry governing MeHg profiles in seawater, and tuna foraging depth, to explain these spatial patterns. Our spatial studies also confirmed a local anthropogenic Hg release effect enhancing tuna Hg levels along the Asia coasts. Complementary to observations of atmospheric Hg deposition and seawater MeHg levels, this thesis elevates tunas as releveant bio-monitoring tools to document changes of the marine Hg cycle in a context of reduction emission measures and climate change.