Perspective multi-échelle des tendances du changement climatique dans l'Océan Indien Sud : potentiels impacts sur les écosystèmes pélagiques et implications pour la gestion de la biodiversité

Multi-scale perspective on climate change trends in the Southern Indian Ocean : potential impacts on pelagic ecosystems and implications for biodiversity management

• Auteur / Autrice : Clara Azarian
• Direction : Francesco D'Ovidio, Laurent Bopp
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du climat, de l'atmosphère et des océans, terrestres et planétaire
• Date : Soutenance le 17/07/2024
• 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 et du climat : expérimentations et approches numériques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Francis Codron
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicole Hill
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rosemary Anne Morrow, Alice Della Penna

Mots clés

Mots clés contrôlés

Indien, Océan (sud)

Biodiversité -- Conservation des ressources

Écologie pélagique

Circulation océanique

Changements climatiques

Mots clés libres

Changement climatique

Océan Indien Sud

Vagues de chaleurs marines

Écosystèmes pélagiques

Eaux d'hiver

Conservation

Climate change

Southern Indian Ocean

Marine heatwaves

Pelagic ecosystems

Winter waters

Conservation

Résumé

Des changements physiques significatifs ont été observés dans l'océan austral ces dernières décennies, notamment du fait de l'accumulation et du stockage de chaleur aux latitudes subantarctiques. Cependant, de fortes incertitudes demeurent concernant les impacts de ces changements sur les écosystèmes pélagiques, ce qui peut freiner la prise en considération du changement climatique pour la conservation et la gestion des pêches. Mieux comprendre la complexité spatiale et temporelle de ces changements est crucial pour en étudier les impacts, en particulier pour les écosystèmes pélagiques. Des lacunes subsistent sur les potentiels impacts du changement climatique sur les habitats pélagiques en 3D et sur les processus de plus fines échelles qui modulent la biodiversité localement. L'objectif de cette thèse est d'étudier ces questions à travers une approche multi-échelle appliquée à l'Océan Indien Sud, région pour laquelle une forte augmentation du contenu de chaleur dans la colonne d'eau subantarctique a été observée ces dernières décennies et qui est un cas d'étude intéressant pour la gestion de la biodiversité. Nous étudions, à travers différentes échelles spatiales et temporelles, les potentiels impacts du changement climatique sur des caractéristiques physiques d'importance écologique, en utilisant des observations satellite et in situ dans le passé et des projections de modèles climatiques dans le futur et en discutant également des mesures pertinentes de conservation et des stratégies de gestion adaptées pour prendre en compte cet environnement changeant. Tout d'abord nous analysons l'hétérogénéité spatiale des tendances actuelles et projetées du réchauffement et des caractéristiques des vagues de chaleur marines dans l'Océan Indien Sud. Ensuite, les impacts de ces vagues de chaleur marines et du réchauffement global sur une masse d'eau de subsurface, qui joue un rôle important dans la stratégie d'alimentation de grands prédateurs (les “eaux d'hiver''), sont étudiés. Enfin, la question des impacts potentiels du changement climatique sur la circulation océanique au niveau du Plateau de Kerguelen, qui contribue au transport des premiers stades de vie de la légine australe (Dissostichus eleginoides), est examinée. Cette thèse permet de mettre en évidence l'exposition accrue, projetée dans le futur, des écosystèmes pélagiques subantarctiques au réchauffement et aux vagues de chaleur marines, avec notamment un déplacement vers le sud projeté de masses d'eau d'importance écologique (les “eaux d'hiver'') en particulier à l'ouest du Plateau de Kerguelen. La circulation océanique et la topographie modulent l'hétérogénéité spatiale et temporelle des changements observés et projetés. En particulier, l'est du Plateau de Kerguelen est identifié comme une zone de “refuge climatique'' pélagique temporaire. Cette zone de refuge pourrait aussi être une zone de recrutement pour la légine australe. La forte variabilité interannuelle de la connectivité entre des potentielles zones de frayères à l'ouest du Plateau et cette possible zone de recrutement à l'est de Kerguelen ainsi que la non-linéarité dans le temps des impacts potentiels du changement climatique sur cette connectivité sont aussi mises en évidence. Les perspectives scientifiques de ces travaux sont discutées ainsi que les implications sociétales concernant la prise en compte effective du changement climatique dans la gestion de la biodiversité.

Significant physical changes have been observed in the Southern Ocean these last decades, notably through the subsurface accumulation and storage of heat at subantarctic latitudes. However, large uncertainties remain on climate change impacts on pelagic ecosystems, which can hinder climate change adaptation strategies in conservation and fisheries management. To investigate climate change impacts, especially for open ocean ecosystems, understanding better the physical and temporal complexity of changes is crucial. In this regard, important knowledge gaps remain concerning climate change impacts on 3D pelagic habitats and on fine scales features of ecological importance. The aim of this PhD thesis is to address these gaps through a multi-scale approach focused on the Southern Indian Ocean, which is a climate change hotspot and an interesting case study for biodiversity management. To do so, we investigate different spatial and temporal scales, focusing on physical features of ecological importance, through both satellite and in situ observations in the past and climate models projections in the future, also discussing relevant metrics and management strategies. First, an analysis of the spatial heterogeneity of current and projected warming and marine heatwaves characteristics over the Southern Indian Ocean is provided. Second, the impacts of marine heatwaves and long-term global warming on a subsurface water mass that plays a key role for top predators foraging strategy (so-called “winter waters'') are investigated. Third, the question of the potential impacts of climate change on the local circulation over and around the Kerguelen Plateau, which contributes to Patagonian toothfish (Dissostichus eleginoides) early-life stages transport, is addressed. Overall, this PhD thesis points out the projected increased exposure of subantarctic pelagic ecosystems to warming and marine heatwaves, with a projected southward shift of a water mass of key ecological importance (“winter waters''), especially west of the Kerguelen Plateau. Ocean circulation and the topography appear to modulate the spatial and temporal heterogeneity of change. In particular, the east of the Kerguelen Plateau stands out as an offshore temporary climate refugium. This refugium is also a potential recruitment area for Patagonian toothfish. This thesis highlights the high interannual variability of connectivity between potential spawning areas west of the Plateau and this possible recruitment area east of Kerguelen, as well as the non-linearity over time of climate change potential impacts on such connectivity. Scientific perspectives based on this work are discussed as well as further societal implications regarding the effective consideration of climate change in biodiversity management.