Écologie hivernale des abeilles mellifères : contribution des traits d'histoire de vie des individus et des colonies au succès d'hivernation

Winter ecology of honey bees : contribution of individual and colony life history traits to overwintering success

• Auteur / Autrice : Étienne Minaud
• Direction : Fabrice Requier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Agro-écologie
• Date : Soutenance le 21/06/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, alimentation, biologie, environnement, santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Évolution, Génomes, Comportement et Écologie - Évolution, génomes, comportement et écologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Biosphera (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Baudry
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Michez, Hervé Colinet, Cédric Alaux
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Denis Michez, Hervé Colinet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs (technologie)

Insectes -- Écologie

Abeilles mellifères

Apiculture

Hivernage

Mots clés libres

Activité de vol

Apis mellifera

Dynamique des colonies

Écologie évolutive

Suivi automatisé

Thermorégulation sociale

Apis mellifera

Automated monitoring

Colony dynamics

Evolutionary ecology

Flight activity

Social thermoregulation

Résumé

Dans les régions tempérées, les basses températures et le manque de ressources florales font de l'hiver une période critique pour la survie des abeilles mellifères, Apis mellifera, qui hivernent grâce à un ensemble d'adaptations à l'échelle des individus et à l'échelle des colonies. Mais depuis plus de 30 ans, de forts taux de mortalité hivernale sont observés mondialement, questionnant la durabilité du secteur apicole et celui de nombreux systèmes agricoles dépendant du service de pollinisation. Ces mortalités sont induites par de multiples facteurs de stress biotiques et abiotiques agissant en combinaison. Cependant, nous montrons par une synthèse de littérature que leurs rôles dans les mécanismes d'effondrements restent peu documentés, soulignant un manque de connaissance sur l'écologie hivernale des abeilles mellifères. Cette lacune est en partie due au défi technique associé au suivi des abeilles en hiver, sachant que les suivis traditionnels par l'ouverture des ruches perturbent la thermorégulation sociale de la colonie. Toutefois, la démocratisation des «Information and Communications Technology» (ICT) offre désormais de nouveaux outils de suivis automatisés et peu invasifs. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes déterminant le succès ou l'échec de l'hivernation des abeilles mellifères, par le suivi automatisé de traits d'histoire de vie des individus et des colonies. Par ailleurs, nous visons à développer des indicateurs pour prédire les effondrements des colonies en hiver et en conditions naturelles. Le développement d'un outil de mesure de la température en plusieurs points de la ruche a permis de suivre la grappe que forment les abeilles pour se protéger du froid, et ainsi d'étudier la thermorégulation sociale des colonies durant l'hiver. Cet outil a été déployé sur le terrain pour suivre des colonies disposées le long d'un gradient climatique Européen, couvrant des climats méditerranéens, océaniques et continentaux. Ces suivis ont permis d'établir des indicateurs évaluant la santé des colonies hivernantes. Basés sur l'hétérogénéité des températures au sein de la colonie, ces indicateurs distinguent les périodes de survie hivernale des périodes d'effondrement, permettant ainsi d'anticiper les mortalités. Ils permettent également de suivre la reprise de croissance en hiver en mesurant la présence et la taille du couvain, deux métriques que nous avons trouvées positivement corrélées au gradient climatique européen. En hiver, la survie de la colonie dépend de la présence d'abeilles d'hiver, correspondant aux dernières générations d'abeilles émergentes en automne. Par des suivis individuels par Radio Frequency IDentification (RFID), nous montrons qu'en plus de leur longévité prolongée, les abeilles d'hiver ont plus d'activité de vol que les abeilles d'été. Leur activité de vol peut être alloué avant et après l'hiver, et nos résultats semblent indiquer que ces vols pré-hivernaux n'influencent ni la longévité, ni les performances d'activité de vol des abeilles après l'hiver. Aussi, nous montrons que seule une petite proportion d'abeilles d'hiver survit et participe aux activités de vol de la colonie au printemps, jouant ainsi un rôle crucial dans la relance de la colonie après l'hiver. Mis en contexte, nos résultats soutiennent le rôle crucial des abeilles d'hiver et de la thermoregulation sociale dans la réussite ou l'échec de l'hivernation des colonies d'abeilles mellifères. Les outils électroniques développés et les indicateurs associés permettent de dégager des perspectives appliquées pour limiter les mortalités hivernales des colonies. Nous discutons également de l'acceptation de l'apiculture de précision et montrons que les apiculteurs sont prêts à adopter ces outils électroniques, bien que des attentes supplémentaires subsistent. Enfin, nous mettons en exergue l'incertitude entourant l'avenir de l'hivernation, face aux changements climatiques.

In temperate regions, low temperatures and a lack of floral resources make winter a critical period for the survival of honey bees, Apis mellifera, which overwinter based on a set of adaptations at both individual and colony levels. But over the past 30 years, high winter mortality rates have been reported worldwide, raising questions about the sustainability of the beekeeping sector and that of many agricultural systems dependent on pollination services. These mortalities are induced by multiple biotic and abiotic stress factors acting in combination. However, we showed through a literature review that their roles in the mechanisms of colony collapse remain poorly documented, highlighting a lack of knowledge about the winter ecology of honey bees. This gap is partly due to the technical challenge associated with monitoring honey bees in winter, given that traditional monitoring techniques imply opening the hives, which disrupts the social thermoregulation of the colony. However, the democratization of ''Information and Communications Technology'' (ICT) now offers new automated and minimally invasive monitoring tools. In this context, the aim of this thesis is to better understand the mechanisms determining the success or failure of honey bee overwintering, through the automated monitoring of individual and colony life history traits. In addition, we aimed to develop indicators to predict colony collapse in winter and under real field conditions. We first developed a tool for measuring temperature at several points in the hive and allowing to monitor the cluster that honey bees form to protect themselves from the cold, and thus to study the social thermoregulation of colonies during winter. This tool was then deployed in the field to monitor honey bee colonies located along a European climatic gradient, covering Mediterranean, oceanic and continental climates. This monitoring provided the establishment of health indicators of wintering colonies. Based on temperature heterogeneity within the colony, these indicators distinguish the periods of winter survival and the periods of collapse, allowing the anticipation of mortalities. They also allow monitoring of the dynamics of winter brood production by measuring its presence and size, two metrics that we found positively correlated to the European climatic gradient. In winter, colony survival depends on the presence of winter bees, corresponding to the last generations of bees to emerge in autumn. By the individual monitoring by Radio Frequency IDentification (RFID) tracking, we showed that, in addition to their extended longevity, winter bees have more flight activity than summer bees. Their flight activity can be allocated either before or after winter, and our results suggest that these pre-winter flight activities do not affect the longevity or the flight activity performance of bees after winter. Also, we showed that only a small proportion of winter bees survive and participate in the colony flight activity in spring, suggesting a crucial role of these winter bees for the colony rebound after winter. Placed in context, our results support the crucial role of winter bees and social thermoregulation in the success or failure of honey bee colony overwintering. The electronic tools we have developed, and the associated indicators, may represent relevant applied perspectives for limiting winter colony mortality in the field. We also discuss the acceptability of precision beekeeping and show that beekeepers are ready to adopt these electronic tools, although further expectations remain. Finally, we highlight the uncertainty surrounding the future of overwintering, in the face of climate change.