Etude du rôle des parcs éoliens en mer sur la connectivité et l’effet récif en Manche Orientale : approche par traits d'histoire de vie et modélisation

Study of the role of offshore wind farms on connectivity and reef effect in the Eastern English Channel: life history trait approach and modelling

• Auteur / Autrice : Kévin Boutin
• Direction : Frida Lasram, Sylvie Gaudron
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Mer - Biologie et écologie
• Date : Inscription en doctorat le ; Soutenance le 12/12/2024
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences, Technologie, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Spilmont
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frida Lasram, Sylvie Marylène Gaudron, Audrey Darnaude, Eric Thiebaut, Antoine Carlier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Audrey Darnaude, Eric Thiebaut

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation numérique

Effet relais

Dispersion larvaire

Éoliennes en mer

Effet récif

Connectivité

Stepping stone effect

Connectivity

Numerical modelling

Reef effect

Larval dispersal

Offshore wind farms

Résumé

L'installation de parcs éoliens offshore (PEO) et leur fonctionnement peuvent avoir plusieurs impacts écologiques sur l'environnement marin comme l'effet récif et à l'effet relais. A l'heure actuelle, dans sa lutte contre les changements climatiques et le besoin de développer les énergies renouvelables, la France prévoit la construction de 16 PEO dont 6 en Manche-Est (ME). Les deux principaux objectifs de la thèse sont d’identifier le profil fonctionnel des futurs colonisateurs des PEO prévu en Manche afin d’anticiper l’effet récif et d’étudier l'impact des PEO sur la connectivité et l'effet relais en ME. L'effet récif désigne la colonisation des éoliennes par des organismes marins modifiant les assemblages des communautés initialement présentes. Dans cette thèse, nous avons comparé les colonisateurs des PEO avec ceux des plateformes pétrolières et gazières (PP&G) en Mer du Nord et ainsi que ceux des substrats durs (naturels ou anthropiques) en Manche (SDM). L'étude des traits fonctionnels a révélé que les communautés des PEO et des PP&G sont similaires entre elles mais différentes des SDM. Les trois communautés partagent 157 taxons, qui pourraient être des colonisateurs potentiels des futurs PEO en Manche. Le profil fonctionnel des PEO correspond à des espèces allant de 10 à 100 mm, d’une durée de vie inférieure à 2 ans ou comprise entre 5 et 20 ans, gonochoriques, sessiles, carnivores ou suspensivores, avec des larves pélagiques et planctotrophes. L'étude a révélé que pendant leur stade de développement intermédiaire, les communautés benthiques des PEO présentent une richesse et une diversité fonctionnelles similaires à celles des communautés des SDM. Cependant, en prenant les PP&G comme une vision à long terme de la colonisation des PEO, la richesse et la diversité fonctionnelles de celles-ci pourraient diminuer lors du stade de climax. L'effet relais correspond à la facilitation de la dispersion des organismes benthiques par des structures artificielles, tels que les PEO. Nous avons étudié la dispersion larvaire de cinq espèces benthiques présentant le profil type des traits fonctionnels colonisant les PEO en ME et qui possèdent des intérêts écologiques, économiques ou patrimoniaux : Asterias rubens, Necora puber, Mytilus edulis, Magallana gigas et Lanice conchilega. Le modèle lagrangien individu centré ICHTHYOP a été utilisé pour étudier la dispersion larvaire. Il est alimenté par des forçages hydrodynamiques pré-calculés dans MARS3D, ainsi que des paramètres biologiques des différentes espèces tels que la période de ponte, la durée de vie pélagique des larves (PLD) et la gravité spécifique. Le relargage des larves s’est réalisé à partir de côtes rocheuses naturelles (20 zones) et des futurs PEO (6 zones) en ME sur une période de 10 ans. Le modèle montre une sensibilité de la position verticale des larves avec une distribution au large et une concentration en surface pour celles ayant des densités les plus faibles (A. rubens), contrairement aux larves ayant des densités plus denses (L. conchilega), qui ont une distribution sur toute la colonne d'eau et près des côtes. Les matrices de connectivité ont mis en évidence un meilleur succès potentiel de dispersion pour les larves depuis les PEO avec une rétention principale dans la baie de Seine, sur les côtes d'Albâtre et d'Opale. Notre étude montre un faible effet puit au sein des PEO. En approfondissant l’analyse des matrices de connectivité, par l’utilisation de la théorie des graphes (analyse en réseau), il a été possible de mettre en avant la Baie de Seine comme habitat clé pour le réseau de dispersion des cinq espèces étudiées. Les scénarios d'implantation chronologiques des 6 PEO prévus en Manche Est montrent une diminution de la densité des réseaux, traduisant une faible connectivité entre les zones rocheuses et les PEOs. Seuls les PEO Centre Manche 1 & 2 semblent jouer un rôle dans l'effet relais avec des valeurs de centralité supérieures aux autres PEO.

The installation and commissioning of offshore wind farms (OWF) can have various ecological impacts on the marine environment, such as the reef effect and the stepping-stone effect. Currently, as part of its energy transition, France is planning the construction of 16 OWFs, 6 of which will be in the Eastern English Channel (EEC). The two main objectives of this thesis are to identify the functional profile of future colonizers of OWFs planned in the Channel in order to anticipate the reef effect and to study the impact of OWFs on connectivity and the stepping-stone effect in the EEC. The reef effect refers to the colonization of wind turbines by marine organisms, altering the structure of initially present communities. In this thesis, we compared the colonizers of OWFs with those of oil and gas platforms (O&GP) in the North Sea, as well as with those of hard substrates (natural or artificial) in the English Channel (HSEC). The study of functional traits revealed that the communities of OWFs and O&GP are similar to each other but different from HSEC. The three communities share 157 taxa, which could be the future colonizers of OWFs in the EC. The functional profile of OWFs corresponds to species ranging from 10 to 100 mm, with a lifespan of less than 2 years or between 5 and 20 years, gonochoric, sessile, carnivorous or suspension feeders, with pelagic and planktotrophic larvae. The study revealed that during their intermediate development stage, the benthic communities of OWFs exhibit functional richness and diversity similar to those of HSEC communities. However, considering O&GP as a long-term vision of OWF colonization, their functional richness and diversity could decrease at the climax stage. The stepping-stone effect refers to the facilitation of the larval dispersal of benthic organisms by artificial structures, such as OWFs. We studied the larval dispersal of five benthic species with the typical functional trait profile of OWF colonizers in the EEC: Asterias rubens, Necora puber, Mytilus edulis, Magallana gigas, and Lanice conchilega. The individual-based Lagrangian model ICHTHYOP was used to study larval dispersal. It was powered by pre-calculated hydrodynamic forces from MARS3D, as well as biological parameters of the various species, such as spawning period, pelagic larval duration (PLD), and specific gravity. Larvae were released from natural rocky shores (20 areas) and future OWFs (6 areas) in the EEC over a 10-year period. The model shows the sensitivity of the vertical position of larvae, with offshore distribution and surface concentration for those with the lowest specific gravity (A. rubens), unlike denser larvae (L. conchilega), which are distributed throughout the water column and near the coast. Connectivity matrices highlighted greater potential dispersal success for larvae from OWFs, with primary retention in the Bay of Seine and along the Alabaster and Opal coasts. Our study shows a weak sink effect within OWFs. By further analyzing the connectivity matrices through the use of graph theory (network analysis), it was possible to highlight the Bay of Seine, as a natural rocky area, serving as a key habitat for the dispersal network of the five species studied. The chronological deployment scenarios of the 6 OWFs planned in the EEC show a decrease in network density, indicating weak connectivity between rocky areas and OWFs. Only the Central Channel OWFs 1 & 2 seem to play a role in the stepping-stone effect, with centrality values higher than those of the other OWFs.