Réponses des communautés benthiques arctiques peu profondes au changement climatique

Responses of shallow-water Arctic benthic communities to climate change

• Auteur / Autrice : Anaïs Lebrun
• Direction : Jean-Pierre Gattuso, Steeve Comeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation, télédétection, observation et techniques spatiales pour l'océan, l'atmosphère et le climat
• Date : Soutenance le 23/10/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie de Villefranche (Alpes-Maritimes ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Catherine Boyen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Inka Bartsch, Ryan P. Kelly
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kai Bischof, Dorte Krause-Jensen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biologie moléculaire

Laminaires

Réchauffement de la Terre

Arctique, Océan

Écologie benthique

Mots clés libres

Arctique

Benthos

Changement global

Physiologie

Biologie moléculaire

Arctic

Benthos

Global change

Physiology

Molecular biology

Résumé

Depuis le début du 20e siècle, la température moyenne de l'air à la surface de l'Arctique a augmenté d'environ 2 à 3 °C. Cette augmentation rapide de la température entraine une diminution de l’étendue de la cryosphère arctique d'année en année. La fonte des glaces induit une augmentation de la turbidité et une diminution de la salinité des eaux côtières entraînant la modification des habitats naturels. De plus, avec le réchauffement en cours, l'Arctique côtier peu profond connaît une augmentation de la fréquence, de l'intensité et de la durée des vagues de chaleur marine. Tous ces changements peuvent avoir de profondes répercussions sur l’écosystème marin arctique, en affectant la distribution et le comportement des organismes qui y vivent. L'objectif principal de cette thèse est d'analyser les effets du changement climatique sur les communautés benthiques de l'Arctique peu profond, en particulier les forêts de laminaires qui abritent une grande biodiversité. En modifiant la lumière, la sédimentation, l'abrasion physique et les courants de fond, les forêts de laminaires constituent un habitat, une source de nourriture et une zone de reproduction pour les poissons et les invertébrés. À court terme, l'augmentation de la turbidité de l'eau induite par la fonte des neiges et de la glace terrestre déclenchera un remodelage local des communautés en limitant l'expansion de certaines espèces mais en donnant à d'autres, un avantage concurrentiel, comme à Alaria esculenta dans les zones à faible lumière. À plus long terme, la fonte des glaciers et de la glace de mer élargira l'aire d'habitat potentielle des laminaires qui, comme le suggère ce travail de thèse, devraient être capables de résister à l'augmentation des températures, aux vagues de chaleurs marines, et à la diminution de la salinité et de la lumière sous-marine. Cependant, la disparition de la glace, en particulier des glaciers, qui servent d'habitats aux prédateurs au sommet de la chaîne trophique, pourrait entraîner le déclin de ces espèces cruciales régulant la diversité de l'écosystème et induire, comme à Tromsø mais aussi dans d'autres fjords norvégiens ou dans le sud-ouest de l'Alaska, une réduction significative des populations de laminaires en raison de surabondance d'herbivores, en particulier des oursins. Il est nécessaire d'approfondir les recherches sur les réponses des communautés côtières de l'Arctique afin d'affiner nos prédictions et de fournir des recommandations scientifiques solides pour la gestion des écosystèmes. Pour étudier les effets à long terme du changement climatique, des expériences ex situ s'étendant sur plusieurs mois et des programmes de surveillance in situ dans plusieurs endroits de l'Arctique apparaissent essentiels.

Since the beginning of the 20th century, the average surface air temperature in the Arctic has risen by around 2 to 3°C. This rapid rise in temperature is leading to a year-on-year reduction in the extent of the Arctic cryosphere. Melting ice leads to increased turbidity and reduced salinity in coastal waters, resulting in changes of natural habitats. In addition, with ongoing warming, the shallow coastal Arctic is experiencing an increase in the frequency, intensity and duration of marine heat waves. All these changes can have profound repercussions on the Arctic marine ecosystem, affecting the distribution and behavior of the organisms that live there. The main aim of this thesis is to analyze the effects of climate change on benthic communities in the shallow Arctic, in particular kelp forests, which are home to a high level of biodiversity. By modifying light, sedimentation, physical abrasion and bottom currents, kelp forests provide a habitat, food source and breeding ground for fish and invertebrates. In the short term, the increase in water turbidity induced by melting snow and land ice will trigger a local remodeling of communities, limiting the expansion of some species but giving others a competitive advantage, such as Alaria esculenta in low-light areas. In the longer term, the melting of glaciers and sea ice will expand the potential habitat range of kelp which, as this thesis suggests, should be able to withstand rising temperatures, marine heat waves, and decreasing salinity and underwater light. However, the disappearance of ice, particularly glaciers, which serve as habitats for top predators, could lead to the decline of these crucial species regulating ecosystem diversity and induce, as in Tromsø but also in other Norwegian fjords or in south-west Alaska, a significant reduction in kelp populations due to an overabundance of herbivores, particularly sea urchins. Further research into the responses of Arctic coastal communities is needed to refine our predictions and provide sound scientific recommendations for ecosystem management. To study the long-term effects of climate change, ex situ experiments spanning several months and in situ monitoring programs in several Arctic locations appear essential.