Plongées profondes en Polynésie Française : un nouveau regard sur les écosystèmes coralliens mésophotiques

Diving deep on the reef slopes in French Polynesia : new insights into mesophotic coral ecosystems

• Auteur / Autrice : Gonzalo Perez-Rosales
• Direction : Valériano Parravicini, Laetitia Hédouin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement marin
• Date : Soutenance le 13/07/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'École pratique des hautes études (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherches insulaires et observatoire de l’environnement (Moorea, Polynésie française ; Perpignan) - Centre de recherches insulaires et observatoire de l'environnement / CRIOBE
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École pratique des hautes études (Paris ; 1868-....)
• Jury : Président / Présidente : Mehdi Adjeroud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fanny Houlbrèque, Vianney Denis, Maggy Nugues, Emma Camp, Francisco José Otero Ferrer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Fanny Houlbrèque, Vianney Denis

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polynésie française

Écologie des récifs coralliens

Écologie marine

Mots clés libres

Écosystèmes Coralliens Mésophotiques

Scleractiniaires

Écologie quantitative

Patrons de diversité

Changement climatique

Polynésie Française

Mesophotic Coral Ecosystems

Scleractinian

Quantitative ecology

Diversity patterns

Climate change

French Polynesia

Résumé

Le changement climatique, ainsi que d'autres perturbations, sont à l'origine de la perte des récifs coralliens. Les Écosystèmes Coralliens Mésophotiques (ECM) sont situés entre 30 et 150 m de profondeur, et malgré la diminution de la lumière en profondeur, ils sont caractérisés par des coraux photosynthétiques. En dépit de leur rôle potentiel de refuges pour les récifs superficiels, la plupart des ECM restent inexplorés, et des endroits comme la Polynésie Française peu étudiés.Cette thèse s'inscrit dans DEEPHOPE (une collaboration entre des scientifiques et Under The Pole) pour mettre en lumière les ECM en Polynésie Française avec plus de 800 plongées en recycleur Trimix en dessous de 100 m. L'expédition a permis de tester (1) les patrons de diversité et la couverture corallienne avec la profondeur ; (2) l'acclimatation et l'adaptation des coraux scléractiniaires à la profondeur ; et (3) si les profondeurs mésophotiques sont affectées par le blanchissement thermique des coraux.Le chapitre 1 présente les récifs coralliens et les ECM dans le monde et le contexte de la Polynésie française pour définir les hypothèses de départ. Il explique également la méthodologie de collecte des données écologiques, physiologiques, environnementales et taxonomiques.Le chapitre 2 montre que les ECM sont des points chauds de diversité générique des scléractiniaires en Polynésie française, malgré la diminution de la couverture avec la profondeur. Cette diversité est due à un pic de richesse à 40 m et l'augmentation de la diversité spatiale en profondeur. Cela signifie que, alors que les assemblages coralliens superficiels sont similaires, ils sont différents en profondeur.Le chapitre 3 démontre que bien que la couverture corallienne diminue avec la profondeur, les profondeurs mésophotiques ont une couverture corallienne étonnamment élevée (selon les modèles). Le chapitre met aussi en valeur les fondements de la modélisation environnementale prédictive de la couverture corallienne et de la structure des communautés (avec les morphologies coralliennes) dans les profondeurs mésophotiques.Le chapitre 4 montre les stratégies de deux espèces scléractiniaires pour faire face à des environnements à faible luminosité : elles augmentent la concentration de chlorophylle, la densité de symbiotes et modifient le squelette morphologique pour suivre la photosynthèse. Les résultats suggèrent aussi l'absence de plasticité nutritionnelle.Le chapitre 5 dévoile que les communautés coralliennes mésophotiques ont échappé à un événement de blanchissement thermique, avec une mortalité passant de 35 % à 6 m à moins de 5 % à 20 m voire inexistante après 40 m. Cette réduction du blanchissement a été observée chez tous les genres dans leur gamme de distribution de profondeur, ce qui suggère que les ECM pourraient agir comme refuge à court terme contre ces événements.Le chapitre 6 examine en plus des résultats de DEEPHOPE pour discuter de la structure des communautés, des différences spatiales au sein et en comparaison avec d'autres sites mondiaux, et de certains termes utilisés dans la recherche, compte tenu des abondances quantitatives. Le chapitre aborde aussi l'importance des ECM pour la conservation, leurs limites et les perspectives futures.Dans l'ensemble, cette thèse augmente la connaissance des ECM en Polynésie Française d'un point de vue quantitatif, démontre le potentiel de cette région, et pose les bases pour de futures études. La thèse montre aussi que les profondeurs mésophotiques pourront être essentielles pour la conservation, avec des récifs très diversifiés, couverts, et moins affectés par le blanchissement thermique. Avec l'avenir incertain des récifs coralliens face au changement climatique, les ECM pourraient jouer un rôle écologique capital dans la résilience des récifs coralliens à l'échelle de l'écosystème. Des études quantitatives similaires seront nécessaires dans d'autres endroits pour étayer le caractère global des résultats de cette thèse.

Climate change and other disturbances are causing the loss of scleractinian coral reefs. Underneath shallow reefs and despite light decreases with depth, Mesophotic Coral Ecosystems (MCEs) are characterised by photosynthetic corals, and associated reef communities, at depths between 30 and 150 m. MCEs interest lies in increasing their knowledge and potential role as shallow reefs refugia, yet most MCEs remain unexplored, with locations like French Polynesia understudied.This thesis is part of the DEEPHOPE project (a collaboration between scientists and Under The Pole) to shed light on the MCEs in French Polynesia with ~800 Trimix Rebreather dives below 100 m depth. The expedition allowed this thesis to test (1) the diversity patterns and coral cover with depth; (2) the acclimation and adaptation of scleractinian corals to depth; and (3) whether mesophotic depths are impacted by thermal coral bleaching.Chapter 1 introduces coral reefs and MCEs worldwide and the context for French Polynesia to set the departing hypotheses. It also explains the methodology to collect the ecological, physiological, environmental and taxonomical data.Chapter 2 shows that MCEs are hotspots of scleractinian generic diversity in French Polynesia despite coral cover decreasing with depth. Hotspots of diversity because the genus richness follows a mid-domain effect with a peak of (alpha) diversity between 20 and 60 m and because spatial (beta) diversity increases with depth, meaning that while shallow depths are similar across locations, mesophotic depths are different and unique.Chapter 3 shows that although coral cover decreases with depth generally, mesophotic depths are also home to unexpectedly high (by models) coral cover communities for the depth. These were in some cases more highly coral-covered than shallow reefs and associated with moderate to steep slopes and low sedimentation. It also shows the foundations for predictive environmental modelling of coral cover and community structure (with coral morphologies) in mesophotic depths.Chapter 4 shows the strategies of two scleractinian species to cope with low-light environments increasing chlorophyll concentration, symbiont density (with no specific shifts in Symbiodiniaceae composition), and modifying morphological skeleton to keep up with photosynthesis. Results suggest no nutritional plasticity (switch to heterotrophy) even if both species reduced the 13C with depth.Chapter 5 demonstrates that mesophotic coral communities escaped a thermal coral bleaching event in French Polynesia, with subsequent mortality decreasing from 35% at 6 m to less than 5% at 20 m to non-existent after 40 m. This bleaching reduction was observed among all genera from their upper to their lower depth distribution range, suggesting that MCEs might act as short-term refugia from bleaching events.Chapter 6 also considers some results of DEEPHOPE to discuss the depth zonation and community structure, the spatial differences across islands and with other worldwide locations, and some “terms” used in research, considering quantitative abundances. The importance of MCEs with implications in conservation, the limitations, and future directions to improve MCEs' research.Overall, this thesis increases the knowledge of MCEs in French Polynesia from a quantitative perspective, suggesting the potential of this region for MCEs and setting the basis for future studies. Also, to support MCEs' importance because, in some way or the other, it shows evidence that mesophotic depths are key depths for conservation, with highly diverse and covered communities less affected by thermal bleaching. With the uncertain future of coral reefs with climate change, MCEs could play an ecological role in the ecosystem-wide coral reef resilience. Although our outcomes are at the scale of French Polynesia, similar quantitative studies are necessary for other locations to substantiate the global character of the findings of this thesis.