Modélisation de l'évolution à long terme des ingénieurs d'écosystèmes marins en réponse au changement climatique et au transport sédimentaire en estuaire de Seine

Marine ecosystem engineers long-term evolution modelling in response to climate change and sediment transport in Seine estuary

• Auteur / Autrice : Amelie Lehuen
• Direction : Francis Orvain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes - populations - interactions
• Date : Soutenance le 14/12/2023
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Biologie des organismes et écosystèmes aquatiques (Paris ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement co-accrédité : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Sébastien Lefebvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Katell Guizien, Jean-Christophe Poggiale, Cédric Bacher, Nathalie Niquil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Katell Guizien, Jean-Christophe Poggiale

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métabolisme

Érosion

Bioturbation

Niche écologique

Modèles écologiques

Mots clés libres

SDM

Régression quantile

Taux métabolique

Model

Ecological Niches

SDM

Quantile regression

Bioturbation

Erosion

Metabolic rate

Résumé

Un estuaire est un écosystème particulièrement complexe, où les conditions physiques ont une grande influence sur les habitats que l'on y trouve. Les paramètres sédimentaires et hydrologiques ont un impact direct sur la distribution spatiale et l'activité de la macrofaune benthique, les sédiments jouant le rôle de source de nourriture, de refuge et de lieu de reproduction.La question de définir la distribution spatiale et temporelle d’une espèce a mené à la notion de niche écologique, et à la construction des modèles de distributions d’espèces (Species Distribution Models, SDM). Parmi les nombreuses méthodes possibles pour obtenir un SDM, ces travaux proposent un SDM sous forme de « niche écologique optimale » de Cerastoderma edule, ce qui correspond à un modèle corrélatif basé sur la régression quantile utilisant une loi gaussienne bifactorielle. L’approche quantile permet d’estimer l’impact d’un facteur abiotique sur la réponse biologique en s’affranchissant des facteurs limitants non pris en compte. L’ajout original de ce modèle est d’utiliser une base gaussienne bifactorielle pour intégrer le type de réponse biologique classique et pour tenir compte des valeurs extrêmes des prédicteurs qui peuvent altérer la réponse biologique. Quatre couples de prédicteurs abiotiques parmi les facteurs environnementaux extraits d’un modèle hydro-morpho-sédimentaire 3D (salinité, température, courant maximal, taux d’inondation, % de vase fine…) sont proposés ainsi qu’un index d’habitabilité à vocation d’aide à la gestion des espaces naturels.S’inscrivant dans une boucle de rétroaction, les espèces macrozoobenthiques sont souvent ingénieurs d'écosystème, en modulant physiquement l’environnement qui les entoure, et plus particulièrement par un ensemble de processus de remaniement des sédiments, appelés bioturbation. Un modèle de bioturbation de Cerastoderma edule est construit à partir de six jeux de données d’érodimétrie tirés de la littérature et évaluant la quantité de sédiment remanié en fonction du taux métabolique de la faune présente dans l’échantillon et du type de sédiment. Il permet de modéliser l’érosion de cette couche biogénique dans les différentes conditions expérimentales collectées. De plus, des travaux expérimentaux ont été réalisés pour quantifier l’effet de bioturbation multi-spécifique en fonction du taux métabolique et de la température. La caractérisation de la couche biogène semble être suffisamment décrite par le taux métabolique cumulé de tous les individus en présence, cependant l’influence de ces organismes sur l’érodabilité de la couche constitutive du sédiment semble nécessiter plus de différentiation selon le mode de bioturbation.

An estuary is a particularly complex ecosystem, where physical conditions have a major influence on the habitats found there. Sedimentary and hydrological parameters have a direct impact on the spatial distribution and activity of benthic macrofauna, with sediments acting as food sources, refuges, and breeding grounds.The question of defining the spatial and temporal distribution of a species led to the notion of ecological niche, and the construction of Species Distribution Models (SDM). Among the many possible methods for obtaining a SDM, this work proposes an SDM in the form of the 'optimal ecological niche' of Cerastoderma edule, which corresponds to a correlative model based on quantile regression using a bifactorial Gaussian distribution. The quantile approach makes it possible to estimate the impact of an abiotic factor on the biological response without considering limiting factors. The original addition to this model is to use a bifactorial Gaussian basis to incorporate the classic type of biological response and to take account of the extreme values of the predictors, which can alter the biological response. Four pairs of abiotic predictors from among the environmental factors extracted from a 3D hydro-morpho-sedimentary model (salinity, temperature, maximum current, flooding rate, % of fine silt, etc.) are proposed, along with a habitability index to help manage natural areas.As part of a feedback loop, macrozoobenthic species are often ecosystem engineers, physically modulating the environment around them, and more specifically through a series of sediment reworking processes known as bioturbation. A Cerastoderma edule bioturbation model is constructed from six erodimetry data sets taken from the literature, assessing the quantity of sediment reworked as a function of the metabolic rate of the fauna present in the sample and the type of sediment. It is used to model the erosion of this biogenic layer under the various experimental conditions collected. In addition, experimental work has been carried out to quantify the effect of multi-species bioturbation as a function of metabolic rate and temperature. The characterization of the biogenic layer seems to be sufficiently described by the cumulative metabolic rate of all the individuals present, but the influence of these organisms on the erodibility of the constituent layer of the sediment seems to require more differentiation according to the mode of bioturbation.