Rôle de la macrofaune marine dans le cycle du carbone, impacts anthropiques et potentielle inclusion dans le portefeuille des solutions naturelles pour le climat

The role of marine macrofauna in the carbon cycle, anthropogenic impacts, and potential inclusion in the Natural Climat Solutions portfolio

• Auteur / Autrice : Gaël Mariani
• Direction : Marc Troussellier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Ecologie fonctionnelle
• Date : Soutenance le 21/12/2023
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité Mixte de Recherche CNRS-IFREMER-IRD-UM 9190 MARBEC Marine Biodiversity, Exploitation and Conservation Université de Montpellier
• Jury : Président / Présidente : Luc Abbadie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lydie Chapuis-Lardy, Verena Trenkel, David Mouillot
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Bopp, Sebastian Villasante

Mots clés

Mots clés contrôlés

Principe anthropique

Écosystèmes

Pêche

Macrofaune benthique

Carbone bleu

Mots clés libres

Macrofaune marine

Flux de carbone

Séquestration

Impacts anthropiques

Modélisation

Solutions naturelles pour le Climat

Marine macrofauna

Carbon fluxes

Sequestration

Anthropic impacts

Modelling

Natural climate solutions

Résumé

Alors que l’impact du changement climatique et des activités humaines, principalement la pêche, sur la biodiversité marine a fait l’objet de nombreuses études, le rôle de la macrofaune marine dans le cycle du carbone reste encore mal connu et peu quantifié. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier le flux, l’export et la séquestration de « carbone bleu » par la macrofaune marine dans un contexte de pêche et de changement climatique, pour in fine discuter de leur potentielle inclusion dans le portefeuille des Solutions Naturelles pour le Climat (SNC) ; solutions visant à protéger, restaurer et gérer durablement des écosystèmes qui séquestrent du carbone.Nous avons d’abord quantifié l’impact historique de la pêche sur les émissions de CO2 et sur la non-séquestration de carbone en empêchant la chute des carcasses de la macrofaune. Nous mettons en évidence que la pêche, notamment en haute mer, extrait du carbone de l’océan grâce à des subventions gouvernementales, et l’empêche ainsi de couler. Nous montrons aussi que la pêche à largement réduit le puits de carbone que représente certaines espèces, les émissions liées à la pêche du thon obèse (Thunnus obesus) dépassant même la quantité de carbone séquestrée par leurs carcasses.Nous avons ensuite modélisé l’évolution de la biomasse, des flux et de la séquestration de carbone générés par la chute des carcasses et des fèces de la macrofaune d’intérêt commercial de 1950 à 2100 selon différents scénarios combinant changement climatique et pêche. Nous montrons que pour chaque degré de réchauffement supplémentaire, la biomasse et les flux de carbone vont être réduits de 4,3 % et 2,5 %, respectivement. Dans le scénario SSP 5-8.5 (statu quo), cela signifie que les flux de carbone seraient réduits de 15 % à la fin du siècle comparé aux années 90. Nous montrons aussi que la pêche a déjà réduit ce flux de 57 %, diminution qui va continuer jusqu’en 2100, atteignant 62 % dans un scénario de statu quo.Les SNC doivent aussi avoir comme objectif de minimiser les conflits qui peuvent apparaitre entre l’atteinte d’objectifs multiples (e.g., environnementaux, sécurité alimentaire et économique). Nous avons donc identifié les zones clés pour la séquestration de ce carbone bleu par la macrofaune marine exploitée, soit les zones où la séquestration de carbone et la pêche sont conjointement fortes et donc conflictuelles dans l’atteinte d’objectifs multiples. La majeure partie de ces zones sont identifiées en haute-mer ce qui suggèrent que la pêche industrielle pélagique a un impact disproportionné sur la séquestration de carbone comparé aux pêcheries côtières. En revanche, certaines zones côtières apparaissent aussi comme conflictuelles, surtout quand il s’agit de chalutage benthique. Étant donné que ces pêcheries peuvent opérer là où sécurité alimentaire n’est pas encore atteinte, des conflits peuvent apparaitre. Cependant, en évaluant l’ensemble des co-bénéfices et des inconvénients liés à la mise en place de potentielles SNC en milieu marin, nous montrons que les co-bénéfices sont deux fois plus importants que les conflits et suggérons qu’ils peuvent être minimisés via une collaboration entre acteurs.Cette thèse apporte donc de nouvelles informations sur l’inclusion de la macrofaune marine dans le portefeuille des SNC. Par exemple, limiter la pêche en haute mer et reconstituer les stocks pélagiques pourraient constituer de nouvelles SNC dont le potentiel additionnel maximum de séquestration ne semble pas négligeable (~0,45 GtCO2.an-1) comparé à d’autres SNC comme la restauration des mangroves (~0,40 GtCO2.an-1). Néanmoins, nous soulignons des manques de connaissance pour définitivement inclure la macrofaune marine dans le portefeuille des SNC. Par exemple, l’effet de la mise en place d’aires marines protégées, qui doivent couvrir 30% de l’océan d’ici 2030, sur la reconstitution du potentiel de séquestration par la macrofaune reste à estimer.

While the impact of climate change and human activities, primarily through fisheries, on the biomass and biodiversity of marine ecosystems has been the subject of numerous studies, the role of marine macrofauna in the carbon cycle remains poorly understood and insufficiently quantified. The objective of this thesis is therefore to study the flow, export, and sequestration of 'blue carbon' by macrofauna in the context of fisheries exploitation and climate change, with the ultimate goal of discussing their potential inclusion in the portfolio of Natural Climate Solutions (NCS); solutions designed to protect, restore, and sustainably manage ecosystems that sequester carbon.To this end, we first quantified the historical impact of fisheries on CO2 emissions and the deficit in blue carbon sequestration linked to the natural mortality of fish. We demonstrate that fisheries, especially in the high seas, extract carbon from the ocean thanks to governmental subsidies, preventing it from being sequestered in the deep sea through the sinking of dead carcasses. We also show that fisheries have significantly reduced or even annihilated the carbon sink represented by certain species, with emissions from bigeye tuna fisheries (Thunnus obesus) exceeding the quantity of carbon sequestered by their carcasses.We then modeled the temporal dynamics of biomass, carbon flux, and sequestration generated by the sinking of carcasses and feces of commercial macrofauna from 1950 to 2100, considering different scenarios of climate change and fishing effort. We show that for each additional degree of warming, biomass and carbon flux will be reduced by 4.3% and 2.5%, respectively. In the SSP 5-8.5 scenario (business as usual, BAU), this means that carbon flux would be reduced by 15% by the end of the century compared to the 1990s. We also demonstrate that fisheries have already reduced this flux by 57%, a reduction that would continue until 2100, reaching 62% in a business-as-usual scenario.Finally, NCS must also aim to minimize conflicts that may arise between achieving multiple objectives (e.g., environmental, food security, and economic goals). Thus, we identified key areas for the sequestration of blue carbon, so areas where carbon sequestration and fishing are both strong and thus potentially conflicting in achieving multiple objectives. Most of these areas are identified in the high seas, suggesting that industrial pelagic fisheries have a disproportionate impact on carbon sequestration compared to coastal fisheries. However, certain coastal areas also appear to be conflicting, especially when it comes to benthic trawling. Since these fisheries can operate in areas where food security has not yet been achieved, conflicts can arise. Nevertheless, by evaluating most co-benefits and trade-offs associated with the implementation of potential NCS in oceanic realms, we show that co-benefits are twice as significant as trade-offs, and suggest that conflicts can be minimized through collaboration among stakeholders.This thesis provides new information regarding the inclusion of marine macrofauna in the NCS portfolio. For example, limiting high-seas fisheries and rebuilding stocks could constitute new NCS, the maximum additional sequestration potential of which (~0.45 GtCO2.yr-1) does not seem negligible compared to other NCS such as mangrove restoration (~0.4 GtCO2.yr-1). However, we highlight knowledge gaps to definitively include them in the NCS portfolio. For example, the effect of establishing marine protected areas, which are required to cover 30% of the ocean by 2030, on the restoration of sequestration potential by marine macrofauna, remains to be estimated.