Importance relative des facteurs hydrodynamiques et des traits d'histoire de vie 

sur la dispersion larvaire et la connectivité à différentes échelles spatiales(Manche, Golfe de Gascogne)

Sakina­Dorothée Ayata

Directeurs de thèse : Éric Thiébaut, Dominique Davoult

Laboratoire :UMR 7144­UPMC­CNRS

Station Biologique de Roscoff

Soutenance de thèse de doctoratRoscoff, 8 janvier 2010

Université Pierre & Marie Curie – Paris 6École doctorale Sciences de l'environnement l'Île de France 

Introduction

● Dispersion larvaire● Connectivité en milieu marin● Conséquences écologiques● Méthodes d'études● Problématique de la thèse et plan de la présentation

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Dispersion larvaire

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Habitats favorablesHabitat défavorable

Population distante

Nouvelle population

Population parentale

COLONISATION ou FONDATION

Ponte

Larves pélagiques(méroplancton)

Adultes et juvéniles benthiques

Sédentarisation

MIGRATION

PERTE(mortalité)

RÉTENTION

Le cycle de vie benthopélagique

⇒ modèle : invertébrés à cycle de vie bentho­pélagique d'habitat fragmenté

Dispersion larvaire

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Le cycle de vie benthopélagique

Définitions du transport et de la dispersion

Un problème bio­physiqueD'après Pineda et al (2007)

Connectivité en milieu marin

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Définition de la connectivité­ Échanges entre populations locales au sein d'un habitat fragmenté

Le concept de métapopulation­ Définition de la métapopulation marine (Kritzer & Sale, 2003)

D'après Kritzer & Sale (2003)

Population fragmentée

Métapopulation

Réseau depopulations fermées

Connectivité en milieu marin

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Définition de la connectivité­ Échanges entre populations locales au sein d'un habitat fragmenté

Le concept de métapopulation­ Définition de la métapopulation marine (Kritzer & Sale, 2003)

­ Définition proposée par Levins (1969)

­ Exemples de métapopulations (Harisson, 1991)

Populations fermées

Population fragmentée

Modèle de Levins Modèle sources­puitsModèle intermédiaire Modèle îles­continent

Dia à supprimer ?

Exemples de métapopulations (Harisson, 1991)

Conséquences écologiquesde la dispersion et de la connectivité en milieu marin

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

­ Persistance des populations locales et dynamiques des métapopulations

­ Limites d'aire de distribution des espèces et distribution de la biodiversité

­ Conséquences du changement climatique

­ Conservation et gestion de la biodiversité

Distance Distance

FAIBLE DISPERSION FORTE DISPERSION

Réserve R1

Réserve R2

Réserve R1

Réserve R2

HABITAT FRAGMENTÉ

Taille et localisation optimales des réserves marines dans un habitat fragmenté en fonction de la dispersion. D'après Jones et al 2007.

Frontières biogéographiques et principaux courants le long des côtes américaines. D'après Gaylord & Gaines (2000)

Frontière biogéographiqueCourants

Méthodes d'étudesde la dispersion et de la connectivité en milieu marin

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Mesures directes­ Méthodes d'observation in situ

Mesures indirectes­ Méthodes biogéochimiques

­ Méthodes génétiques

­ Méthodes numériques par modélisation : couplage biophysique

Approche LagrangienneTrajectoires de chaque particules

Champ de courantU Approche Eulérienne

Concentration larvaire

Modèle hydrodynamiqueÉquations de la dynamique des fluides

Problématique de la thèse 

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Zone d'étude en Atlantique Nord­Est : Manche et Golfe de Gascogne­ Limites d'aire de distribution faunistique : zone de transition biogéographique

­ Hydrodynamisme côtier complexe

VILAINE

LOIRE

GIRONDE

ADOUR

Circulation côtière en Manche et dans le Golfe de Gascogne.D'après Salomon & Breton (1993) et Koutsikopoulos & Le Cann (1996).

Provinces biogéographiques en Atlantique NE.D'après Dinter (2001).

Province Boréale (climat tempéré froid)BoréaleBoréalo­Lusitanienne

Province Lusitanienne (climat tempéré chaud)Lusitano­BoréaleLusitanienne

ProvinceBoréale

Province Lusitanienne

Circulation océanique générale

Courant de talus

Circulation résiduelle

Courants de marée

Courants de densité

Fronts

Courants induits par le vent

Upwellings

Structures tourbillonnaires

Europe

Atlantique Nord­Est

MANCHE

GOLFE DE GASCOGNE

MER D'IROISE

Zone d'étude en Atlantique Nord­Est : Manche et Golfe de Gascogne­ Limites d'aire de distribution faunistique : zone de transition biogéographique

­ Hydrodynamisme côtier complexe

Plusieurs échelles spatiales­ Échelle régionale : Manche occidentale & Golfe de Gascogne

­ Échelle locale : Golfe Normand­Breton

Plusieurs méthodes d'étude­ Observation in situ

­ Modélisation couplée biophysique

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Problématique de la thèse 

Échelle régionale

Échelle locale

­ Modélisation bio­physique

­ Observation in situ

Échelles spatiales et méthodes d''études.

­ Modélisation bio­physique

Plan de la présentation 

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Introduction

Partie 1 : Observation in situ de la distribution du méroplancton ­ Lien entre distribution et structures hydrologiques côtières

Partie 2 : Modélisation de la dispersion et de la connectivité à 

l'échelle régionale (Manche occidentale, Golfe de Gascogne)

­ Facteurs biophysiques influençant la dispersion

­ Connectivité le long d'une zone de transition biogéographique

­ Conséquences du changement climatique

Partie 3 : Modélisation de la dispersion et de la connectivité à 

l'échelle locale (Golfe Normand­Breton)

­ Rétention larvaire chez une espèce récifale

­ Connectivité entre récifs et conservation de la biodiversité

Conclusion

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Ayata SD, Stolba R, Comtet T, Thiébaut E (en préparation pour Journal of Plankton Research) Meroplankton distribution in relation with coastal mesoscale hydrodynamic structures  in  the northern Bay of Biscay:  the role of  frontal structures and river plumes  in  the distribution of coastal invertebrate larvae.

Partie 1

Observation in situde la distribution du méroplancton

en lien avec les structures hydrologiquesdu nord du Golfe de Gascogne

Introduction

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Espèces cibles : Pectinaria koreni, Owenia fusiformis, Sabellaria alveolata­ Larves morphologiquement identifiables

­ Habitat côtier fragmenté (sables fins envasés subtidaux, récifs intertidaux)

­ Traits d'histoire de vie contrastés (durée de vie larvaire, comportement)

Questions :

1) Quelles sont les structures hydrologiques présentes ?

2) Comment se distribuent les larves des espèces cibles ?

3) Existe­il un lien entre les structures hydrologiques et la distribution larvaire ?

Pectinaria Owenia Sabellaria

Larves des trois espèces cibles

Méthodes

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Échantillonnage in situ au printemps 2008­ Stratégie : 7 transects de 8 stations orientés côte­large

­ Mesures hydrologiques (sonde CTD)

­ Température, salinité ­> densité, stratification

­ Prélèvement de zooplancton (maille  80µm)

­ Filet triple WP2 : Concentration larvaire intégrée sur la verticale

­ Prélèvement discret à la pompe

DOUARNENEZ

AUDIERNE

CONCARNEAU

POULDU­LORIENTETEL

VILAINELOIRE

D1

A1C1

P1

E1

V1

L1P8

E8

V8

L8

D8

A8

C8

BRETAGNE

Stratégie d'échantillonnage

Sonde CTD Filet triple WP2 Système de pompage

Méthodes

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Échantillonnage in situ au printemps 2008­ Stratégie : 7 transects de 8 stations orientés côte­large

­ Mesures hydrologiques (sonde CTD)

­ Température, salinité ­> densité, stratification

­ Prélèvement de zooplancton (maille  80µm)

­ Filet triple WP2 : Concentration larvaire intégrée sur la verticale

­ Prélèvement discret à la pompe

Analyses statistiques­ Typologie des masses d'eau

­ Classification, analyses en composantes principales (ACP)

­ Distribution larvaire

­ Régressions multiples et partition de variance

DOUARNENEZ

AUDIERNE

CONCARNEAU

POULDU­LORIENTETEL

VILAINELOIRE

D1

A1C1

P1

E1

V1

L1P8

E8

V8

L8

D8

A8

C8

BRETAGNE

Variabilité totale

Environnement hydrologique Organisation spatiale

Environnement hydrologique ou organisation spatiale

a b c

d

Stratégie d'échantillonnage

Principe de la partition de la variance

1 : Observation

Résultats (1/3)Structures hydrologiques printanières

Introduction 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Variabilité spatiale­ Présence d'une plume dessalée côtière

­ Mai : plume d'eau dessalée plaquée contre la côte

­ Juin : Dilution et extension de la plume d'eau dessalée et nouvelle plume

­ Caractéristiques hydrologiques (ACP)

­Salinité et densité de surface, stratification, profondeur des couches de 

mélange

Variabilité temporelle­ Extension vers le nord et vers le large

­ Vents d'ouest et de nord­ouest

­ Nouvel apport en eau douce

­ Crue de la Loire début juin

Salinité de surface en Mai 2008

Salinité de surface en Juin 2008

Classification des stations en Mai

Classification des stations en Juin

Résultats (2/3)Distribution du méroplancton

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Distribution homogène entre les trois espèces cibles­ Gradient côté­large des distributions

­ Pectinaria et Owenia : stations côtières de toute la zone d'étude

­ Sabellaria : stations côtières les plus au sud

Variabilité des distributions larvaires (Partition de la variance)

­ Prépondérance de la structuration spatiale de l'environnement

­ Importance de l'espace seul

­ Rôle négligeable de l'environnement hydrologique seul

Abondances larvaires en Mai 2008

Pectinaria koreni

Owenia fusiformis

Sabellaria alveolata

Espace géographique seul

Partition de la variance en Mai 2008chez Owenia fusiformis

Facteurs non déterminés

Environnement hydrologique seul

Structuration spatiale de l'environnement

Proportion de variance expliquée par : Abondances :44% 28%

1%

27%

Résultats (3/3)Variabilité spatio­temporelle des distributions

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Comparaison des distributions larvaires en mai et en juin­ Exemple des larves d'Owenia fusiformis

Variabilité temporelle spatio­temporelle : abondances larvaires, partition de la variance, et proportion des différentes stades larvaires en Mai et en Juin chez Owenia fusiformis,

Juin 2008Mai 2008

Mai0%

25%

50%

75%

100%

Juin0%

25%

50%

75%

100%

Stade 3

Stade 1

Stade 2

Stage 4

Stades larvaires :

Agés

Jeunes

Conclusions

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

1) Quelles sont les structures hydrologiques présentes au printemps 2008 ?­ Plume dessalé et fronts dont la  variabilité spatio­temporelle dépend des apports en eau douce et du vent

2) Comment se distribuent les larves des espèces cibles au printemps 2008 ?­ Gradient côte­large des distributions larvaires

3) Existe­il un lien entre structures hydrologiques et distribution larvaire ?­ Importance de la structuration spatiale de l'environnement : variabilité des structures hydrologiques à méso­échelles

­ Rôle de l'espace seul : évènements locaux de pontes

Limites de l'observation in situ­ Conséquences de la forte variabilité saisonnière de l'hydrologie sur le transport et la dispersion ?

­ Problème de la séparation des populations d'émission

­> Nécessité de l'utilisation d'un modèle numérique pour simuler la dispersion

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Ayata SD, Lazure P, Thiébaut E (soumis à Progress in Oceanography) How does the connectivity between populations mediate range limits of marine invertebrates? A case study in the NE Atlantic.

Lett  C,  Ayata  SD,  Huret  M,  Irisson  JO  (soumis  à  Progress  in  Oceanography)  Biophysical  modelling  to  investigate  the  effects  of climate change on marine populations dispersal and connectivity.

Partie 2

Modélisation à l'échelle régionale de la dispersion et de la connectivité en Manche occidentale et dans le Golfe de Gascogne

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Introduction

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Dispersion et connectivité à l'échelle régionale­ Hydrodynamisme complexe et très variables

­ Zone de transition biogéographique (Mer d'Iroise)

2) Connectivité au niveau d'une zone de transition biogéographique ?

3) Conséquences potentielles du changement climatique sur la connectivité ?

Hydrodynamisme et transition biogéographique

Province Boréale

Province Lusitanienne

Zone de transition

Questions :1) Importance relative des facteurs biophysiques sur la dispersion et la connectivité à l'échelle du Golfe de Gascogne et de la Manche occidentale ?

Méthodes (1/2)

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Modèle hydrodynamique

Modèle de dispersion

Modélisation couplée biophysique (MARS­3D)

­ Modèle hydrodynamique­ Forçage réalistes : topographie, marées, conditions aux limites, conditions

météorologiques (Arpège), apports d'eau douce

­ Sorties : élévation de la surface libre, courants 3D, concentration en 'traceurs'

(salinité et température)

­ Maillage  horizontal de 4km x 4km ; vertical : 30  couches  (30x148x213 mailles)

­ Modèle de dispersion lagrangienne (trajectoires individuelles)Larves d'invertébré côtiers d'habitat fragmenté

­ 16 populations (sables fins envasés)

­ 1000 particules émises par population

­ 35 dates de ponte: de Février à Août (7 mois), et de 2001 à 2005 (5 ans)

­ 2 durées de vie larvaire : 2 et 4 semaines

­ 3 distributions verticales (comportement natatoire)

Méthodes (2/2)

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

ddlat

dlon

Carte et indices de dispersion

C

B

A

D

Séd

enta

risat

ion

CBA

Matrice de connectivité

D

Émission

Échanges

dDirection 

A

B

C

D

Nord

Sud

Analyse des simulations­ Indices des noyaux de dispersion (Edwards et al., 2007)

­ Position moyenne (centre de gravité) ­> Trajectoire moyenne­ Distances orthodromiques de dispersion d, d

lon, d

lat

­ Direction de dispersion moyenne ­ Ellipse de dispersion (variances)

­ Analyse canonique de redondances­ Matrices de connectivité

­ Échanges entre populations

Ellipse de variance

Résultats (1/4)Schémas généraux de dispersion

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Analyse canonique de redondance

Mois

Population

Durée

Population d'émissionMois de ponte

Durée de vie larvaireMois de ponte

Pas d'effet année !

Importance de :­ La population d'émission­ Le mois d'émission­ La durée de vie larvaire

Analyse de 1120 noyaux de dispersion : 5 années d'émission, 7 mois d'émission, 2 durées de vie larvaire, 16 populations

 ⇒ Quels facteurs influencent la dispersion passive ?

AnnéeMoisPopulationDuréede vie

Année

L M D A C P L E B V C B S P A O0

20

40

60

80

100

Résultats (2/4)Localisation de la population d'émission

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Distance moyenne de dispersion (km)

Trajectoires moyennes après 4 semaines de dispersion

Juin 2003

Manche

Iroise

Golfe de Gascogne

Manche Golfe de Gascogne

Variabilité de la dispersion en fonction de la population

Nord    <­           Populations d'émission           ­>    Sud

Distance moyenne de dispersion par populationaprès 4 semaines de dispersion (5 ans, 7 mois)

Février Mars Avril Mai Juin Juillet Aout-90

0

90

180

Résultats (3/4)Mois d'émission et variabilité saisonnière

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Direction de la dispersion moyenne depuis l'Est (°)

Été : Sud­Est Est

Nord

Ouest

Sud

Variabilité de la dispersion en fonction du mois d'émission

Juin 2003

Manche

Iroise

Golfe de Gascogne

Avril 2003

Manche

Iroise

Golfe de Gascogne

Trajectoires moyennes après 4 semaines de dispersion Direction de la dispersion moyenne par mois d'émissionaprès 4 semaines (16 populations, 5 ans)

Printemps : Nord­Ouest

Printemps    <­           Mois d'émission           ­>    Été

Résultats (4/4)Connectivité et durée de vie larvaire

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Connectivité­ Forte rétention locale, échanges entre les populations du Golfe de Gascogne

Variabilité de la connectivité en fonction de la durée de vie larvaire­ Pour une durée de vie plus longue : Moins de rétention locale, échanges avec des populations plus éloignées

Matrices de connectivité moyennes (5 ans, 7 mois)

4 semaines

Nord <­Populations d'émission    ­> Sud  Nord <­Populations d'émission    ­> Sud 

Pop

ulat

ions

 d'a

rriv

ée

Nord

Sud

Pop

ulat

ions

 d'a

rriv

ée

Nord

Sud

2 semaines Manche

Iroise

Bretagne Sud

Centre Gascogne

Golfe de Gascogne

Connectivité et transitions biogéographiques

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Matrices de connectivité en Avril 2002 après 4 semaines

Matrices de connectivité moyenne (5 ans, 7 mois) après 4 semaines

Connectivité à travers une zone de transition biogéographique­ Rareté de ces échanges (5/35) : Mars 2003, Mars 2004, Avril 2002, Avril 2003, Mai 2001

­ Échanges larvaires unidirectionnels depuis de Golfe de Gascogne vers la Manche (durée de vie de 4 semaines)

­ Faibles taux d'échange : de 1 à 7 particules sur 1000

Nord <­Populations d'émission    ­> Sud  Nord <­Populations d'émission    ­> Sud 

Pop

ulat

ions

 d'a

rriv

ée

Nord

Sud

Pop

ulat

ions

 d'a

rriv

ée

Nord

Sud

Manche

Golfe de Gascogne

?

?

Avril 2002 Moyenne

4 semaines

Manche

Golfe de Gascogne

Manche

Iroise

Bretagne Sud

Centre Gascogne

Golfe de Gascogne

J F M A M J J A S O N D0

50

100

150Phénologie avancée

 O'Connor et al (2007)

Température (T, °C)

Dur

ée d

e vi

e la

rvai

re (P

LD, j

)

Impacts potentiels changement climatique

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Mois d'échantillonnage

Abondances des larves 

d'échinodermes en Atlantique 

Nord­Est

1970­1987

1988­2005

Augmentation globale des températures (Jusqu'à 5,3°C en Europe (Christensen et al, 2007))

­ Durée de vie larvaireLien entre température de durée de vie larvaire

⇒ Diminution de la durée de vie larvaire

⇒ Diminution de la distance de dispersion moyenne

⇒ Augmentation de la connectivité locale

⇒ Diminution de la connectivité régionale

­ Mois de ponteObservation de pontes précoces

⇒ Phénologie avancée

⇒ Inversion de la direction de la dispersion

⇒ Favorise des échanges larvaires vers le Nord

Relation entre durée de vie larvaire et température

Occurrence précoce des larves d'échinodermes depuis la fin des années 1980 (Données CPR)

Choisir un seul exemple entre durée de vie raccourcie et phénologie avancée ?

1) Importance relative des facteurs biophysiques ?­ Pas d'effet interannuel

­ Importance de : la population, le mois de ponte, la durée de vie larvaire, le comportement natatoire

⇒ Lien avec la variabilité saisonnière et spatiale des structures hydrologiques à méso­échelles

2) Connectivité au niveau d'une zone de transition biogéographique ?­ Connectivité au sein des principales régions hydrodynamiques (forte rétention)

­ Échanges possible du Golfe de Gascogne vers la Manche, mais rares et unidirectionnels

3) Conséquences potentielles du changement climatique ?­ Pontes précoces : inversion du sens de la dispersion (favorise le transport vers le Nord) 

­ Diminution de la PLD : distance de dispersion  , connectivité locale  , connectivité régionale ↘ ↗ ↘

Manche

Iroise

Bretagne Sud

Centre Gascogne

Golfe de Gascogne

Conclusions

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Remarque : Nombre de diapo par partie à vérifier et modifier nombre de puces en conséquence

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Ayata SD, Ellien C, Dumas F, Dubois S, Thiébaut E (2009) Modelling larval dispersal and settlement of the reef­building polychaete Sabellaria alveolata: role of hydroclimatic processes on the sustainability of biogenic reefs. Continental Shelf Research 29, 1605­1623. 

Partie 3

Modélisation à l'échelle locale de la dispersion et de la connectivité dans le 

Golfe Normand­Breton

Pour la conservation des récifs de Sabellaria alveolata en Baie du Mont­Saint­Michel

Sabellaria alveolata, une espèce 'ingénieur'­ Récifs biogéniques intertidaux, îlots de biodiversité

­ Patrimoine naturel menacé (perturbations anthropiques croissantes)

­ Longue durée de vie larvaire et sédentarisation grégaire

La baie du Mont­Saint­Michel­ Les plus vastes récifs d'Europe séparés par 15 km

­ Un hydrodynamisme particulier : tourbillons côtiers

Questions :

1) La rétention larvaire à l'échelle de la baie assure­t­elle la pérennité des récifs ?

2) Existe­il des échanges larvaires entre récifs (hypothèse de métapopulation) ?

Introduction

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

5 km

Petit récif de Champeaux­ 1 km de long­  Surface de 0,29 km²

Mont Saint­Michel

Barrière hydrodynamique ?

Grand récif de Sainte­Anne­ 3,5 km de long­ Surface de 2,23 km²

Modélisation couplée biophysique (MARS­3D)

­ Modèle hydrodynamique du Golfe Normand­Breton­ Forçages réalistes: bathymétrie, marées, météorologie (Arpège)­ Sorties: élévation de la surface libre, courants 3D­ Maillage horizontal: 800 m x 800 m; maillage vertical: 10 couches 

­ Modèle de dispersion eulérienne (concentration larvaire)­Paramètres estimés in situ

­ Période de ponte de Mars à Ocotbre­ Fécondité : 0.48 1014 larves à Sainte­Anne, 2.52 1014 larves à Champeaux­ Taux de mortalité : 0.009 j­1

­ Durée de vie larvaire : de 6 à 10 semaines (délai à la métamorphose)­ Sédentarisation grégaire des larves compétentes

­ Ponte simulée de Mars à Octobre, de 2000 à 2004

Estimation de la connectivité­ Auto­recrutement : taux de rétention

­ Échanges entre récifs : taux de colonisation

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

­10

50

40

30

20

10

0

60

70

2,5°O 2°O 1,5°O

48,5°N

49°N

Sainte­Anne

Champeaux

Chausey

Les Minquiers

Jersey

Cancale

Saint­Malo

Bretagne

Normandie

Granville

Emprise du modèle 3D du Golfe Normand­Breton

Hypothèses de connectivité entre les deux récifs

5 kmSainte­Anne

Champeaux

Méthodes

Résultats (1/3)Rétention larvaire à l'échelle de la baie

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Dispersions différentes entre récifs­ Larves émises à Sainte­Anne : Piégeage par la structure tourbillonnaire au large de Cancale

­ Larves émises à Champeaux : Rétention en fond de baie et piégeage par une structure tourbillonnaire au large de Cancale

Dispersion larvaire sans vent suite à une ponte en conditions de marée moyenne(concentrations larvaires en ind/m3)

j+3 j+21 j+42

Larves émises à Sainte­Anne

j+3 j+21

Larves émises à Champeaux

j+42

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0E+0

1E­3

2E­3

3E­3

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0E+0

1E­3

2E­3

3E­3

Résultats (2/3)Variabilité de la rétention larvaire

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Variabilité de la rétention en fonction des conditions hydroclimatiques­ Larves émises à Sainte­Anne : Dispersion sensible aux conditions de vents ⇒ rétention favorisée par des vents de Sud­Ouest

­ Larves émises à Champeaux : Dispersion sensible aux conditions de marée   ⇒ rétention favorisée pour une ponte en morte eau

Taux de rétention et conditions de vents pendant la dispersion

Date de ponte

Taux (%)

sans ventavec vent

Taux de rétention à Sainte­Anne

j+3 j+21 j+42

Sainte­AnneSans vent

j+3 j+21Sainte­AnneAvec vent

(23 mai 2002)

j+42

Films Sainte­Anne avec vent ?

Vent de SO

Vents de Sud­Ouest

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Échanges larvaires et variabilité­ Échanges bidirectionnels entre les récifs : fonctionnement de métapopulation

­ Importance du récifs de Sainte­Anne dans la dynamique de la métapopulation

Connectivité entre les deux récifs

5 kmSainte­Anne

Champeaux

Résultats (3/3)Connectivité entre les deux récifs de la baie

Présenter d'abord les taux de colonisation

Puis un graphique sur l'origine des recrus à l'échelle de la baie

Conclusions

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

1) Rétention larvaire à l'échelle de la baie assurant la pérennité des récifs ?­ Structure tourbillonnaire côtière : validée par des données in situ de distribution larvaire

­ Dispersion très variable selon le récif d'émission et selon les conditions hydroclimatiques (marée, vent)

­ Survie de la population s'il existe un nombre suffisant de recrus à l'échelle de la durée de vie de l'organisme (Byers & Pringle, 2006)

2) Échanges larvaires entre récifs et connectivité au sein d'une métapopulation ?­ Existence d'échanges bidirectionnels entre les deux récifs : confirmation de données génétiques

­ Mais : recrus principalement issues du récif de Sainte­Anne

=> Survie des récifs si le récif de Sainte­Anne continue à se dégrader ?

Système hydro : variabilité surtout imputable à la marée, mais variabilité induite par le vent est propice à la rétention

5 kmSainte­Anne

Champeaux

Dégradation du récif de Sainte­AnneBilan : rétention larvaire et connectivité des récifs

Conclusions

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

● Rappel des principaux résultats● Importance relative des facteurs biophysiques● Perspectives

Rappel des principaux résultats

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Partie 1 : Observation de la distribution in situ du méroplancton dans le 

Nord du Golfe de Gascogne­ Larves présentes dans les plumes d'eau dessalées côtières

­ Importance de la structuration spatiale de l'environnement hydrologique

Partie 2 : Modélisation de la dispersion et de la connectivité à l'échelle 

régionale du Golfe de Gascogne et de la Manche­ Importance de la ponte (localisation, date) en lien avec la variabilité spatio­temporelle des 

conditions hydrodynamiques, de la durée de vie larvaire et du comportement natatoire

­ Échanges larvaires possibles à travers la mer d'Iroise, mais rares et unidirectionnels

­ Conséquences du changement climatique sur la connectivité (durée de vie, ponte précoce)

Partie 3 : Modélisation de la dispersion et de la connectivité à l'échelle 

locale du Golfe Normand­Breton­ Rétention larvaire à l'échelle de la baie, mais variabilité entre les récifs (marée, vent)

­ Échanges bidirectionnels, mais importance quantitative du plus grand des récifs

Importance relative des facteurs bio­physiques

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

GOLFE DE GASCOGNE

MER D'IROISE

Plumes dessalées et circulation thermo­haline associées à des fronts halins

Facteurs hydrodynamiques influençant la dispersion :

Fronts thermique et/ou halin

Signal de marée

Sources de variabilité :

Tourbillons

MANCHE OCCIDENTALE

Barrières à la dispersion

Conditions saisonnières de débit

Conditions transitoires de vent

Débits des principaux fleuves

Interaction entre facteurs biophysiques :Interaction des traits d'histoire de vie (date de ponte, lieu de ponte, durée de vie larvaire, comportement natatoire) avec les facteurs 

hydroclimatique en lien avec la variabilité spatio­temporelle des structures hydrodynamiques à mésoéchelle

Principaux facteurs hydroclimatiques influençant la dispersion et la connectivité en Manche occidentale et dans le Golfe de Gascogne

Perspectives

Introduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local ConclusionsIntroduction 1 : Observation 2 : Modèle régional 3 : Modèle local Conclusions

Aire de distribution de l'espèce

Surface devenue non favorable

Surface devenue favorable

Surface où l'espère est absente

Aire de distribution initiale de l'espèce

Habitat nouvellement favorable

Habitait nouvelle favorable et colonisable

Représentation schématique de la distribution d'une espèce en réponse au changement climatique. D'après Engler & Guisan (2009).

Approfondir nos connaissances de la connectivité contemporaine­ Emprise spatiale des modèles biophysiques

­ Application spécifique des modèles de dispersion ­> problème de la connaissance de la biologie larvaire

Prédire les évolutions futures de la connectivité et leurs conséquences sur 

la distribution de la biodiversité­ En fonction :

­ des changements de la circulation (encore difficile à l'heure actuelle)

­ de l'évolution de la phénologie de la reproduction (études expérimentales)

­ de la variations de la durée de vie larvaire (fonction des températures rencontrées) (études expérimentales)

­ de la distribution des habitats favorables (sédiments, tolérance thermique) (modélisation distribution d'habitat)

 ⇒ Capacités dispersives des espèces ⇒ Distribution des habitats favorables

Merci de votre attention.

Je tiens par ailleurs à remercier tous ceux qui ont participer de prêt ou de loin à ce travail de thèse :

Encadrants, équipes, collaborateurs, personnel de la Station Biologique, mais aussi mes amis et ma famille.

Université Pierre & Marie Curie – Paris 6École doctorale Sciences de l'environnement l'Île de France 

Soutenance de thèse de doctorat de Sakina AyataRoscoff, 8 janvier 2010