école doctorale « sciences de la matiere, du rayonnement et de l

ÉCOLE DOCTORALE « SCIENCES DE LA MATIERE, DU RAYONNEMENT ET DE
L'ENVIRONNEMENT » (ED104)
Université : Université de Lille 1
Filière doctorale : GEPO - Géosciences, Ecologie, Paléontologie, Océanographie
Titre de la thèse : Etude des traits de vie des annélides polychètes Arenicola marina et A. defodiens dans une
aire marine protégée : développement d’un modèle bioénergétique et implication dans la
gestion durable de ces espèces sous pression anthropique.
Direction de thèse : Sylvie Gaudron (MCF HDR en cours, LOG) et Sébastien Lefebvre (Pr, LOG)
Laboratoire(s) de Rattachement : UMR 8187 LOG, 28 avenue Foch, 62930 Wimereux
Programme(s) de Rattachement : CPER MARCO / PCRD Life « pêche à pied de loisir » (Aires Marines
protégées)/GDR CNRS n°3716 GRET « Groupe de Recherche en Ecologie Trophique »
SUJET DE THESE
Les écosystèmes côtiers sont des systèmes dynamiques à l’interface entre systèmes continentaux et
océaniques, caractérisés par une grande productivité, une grande biodiversité et un réseau trophique complexe
(Lefebvre et al. 2009). Ces écosystèmes marins, soumis aux pressions anthropiques et climatiques, sont donc des
milieux d’étude privilégiés par les scientifiques. Ces milieux nécessitent également une gestion durable et une
surveillance par les acteurs locaux (usagers, gouvernance locale…). Mieux connaître la biologie et l’écologie
d’une espèce permet une gestion durable de cette espèce pour sa préservation et indirectement celle de la
biodiversité d’un écosystème. L’arénicole (Arenicola marina) est un annélide polychète largement répandu dans
les écosystèmes côtiers tempérés des mers à marées à sédiment meuble en zone médiolittorale et infralittorale.
Elle est sédentaire au stade adulte et vit dans une galerie en U avec un régime alimentaire de type psammivore
(consommation des sédiments meubles et formation des fameux tortillons sur les estrans à marée basse). Son
activité de bioturbation est essentielle pour le recyclage de la matière organique des milieux sablo-vaseux du
milieu côtier ; elle est une ressource non négligeable pour les poissons plats (Beukema et Devlas 1979) et
l’arénicole est considérée comme une espèce ingénieure de l’écosystème intertidal favorisant la diversité
fonctionnelle des niches écologique (Donati et al. 2015). Cependant, dans la région Hauts- de -France où a été
crée le parc naturel marin (PNM) des Estuaires Picards et de la Côte d’Opale (depuis 2012) intégrant une zone
Natura 2000, l’arénicole est fortement pêchée à la pompe (104 licences de professionnel) pour servir d’appât
aux pêcheurs de ligne. Les vers de sable sont donc potentiellement rendu vulnérable par cette pression
anthropique hors aucune étude de stock n’a été réalisée à ce jour pour permettre une activité durable de cette
pêcherie. De plus, deux espèces d’arénicoles coexistent en sympatrie A. marina et A. defodiens dans le PNM
(Gaudron et al. non publié).
Dans ce contexte, le sujet proposé a pour objectif d’améliorer les connaissances scientifiques sur les traits de
vie des deux espèces d’arénicoles en ce qui concerne leur reproduction, leur croissance et la dynamique de leur
population sur différents sites du parc naturel marin de la côte d’Opale pour permettre de gérer leur stock de
façon durable. Plusieurs approches seront développées au cours de la thèse : une approche de terrain et de
laboratoire permettra d’obtenir les données relatifs aux traits de vie (période de reproduction, taille de première
maturité sexuelle, sex ratio, fécondité..) et à la dynamique de population (analyse de cohortes, densité..) ainsi que
des prélèvements de sédiments seront faits régulièrement pour des analyse de matière organique (MO) (CHN
analyse élémentaire). Parallèlement des mesures des isotopes stables seront faites à la fois sur les sources de
nourritures et sur les arénicoles (Gaudron et al. 2016) de façon à connaître les sources de nourriture des
arénicoles des sites étudiés. Dans un deuxième temps, les variables forçantes environnementales (MO et
température) ainsi que les traits de vie seront injectées dans un modèle bioénergétique qui permettra de
comprendre comment se répartissent les différents flux d’énergie dans les différentes voies métaboliques de
l’arénicole (maintenance, croissance, reproduction) et ceux à différents stades du cycle de vie (larve
trochophore, juvéniles et adultes). Le modèle choisi est celui développé par Kooijman (2010), ‘dynamic energy
and mass budget model’ (DEB) qui peut s’appliquer à presque tous les êtres vivants et qui prend en compte les
différents stades de vie. Ce modèle est paramétrisé à partir des principaux traits de vie acquis au cours de
prélèvement in situ comme la taille (ou âge) de première maturité sexuelle, la fécondité, la croissance... Pour
valider le modèle, des expériences in vivo en laboratoire sur la croissance et sur la reproduction (mais aussi sur
la respiration) seront effectuées en fonction de la température et des ressources nutritives pour compléter
l’acquisition des traits de vie in situ. Les taux de croissance varieront certainement en fonction de la saison, de
l’espèce donnée, du stade de vie donnée, mais aussi entre et au sein de chaque site d’étude concernée (la
ressource nutritive et la température variant sur un même site intertidal par exemple, la croissance d’une espèce
peut différer entre la zone médiolittorale, infralittorale et subtidale). Ces paramètres sont donc indispensables
pour gérer durablement une espèce dans un habitat donné dans un site donné en plus des paramètres classiques
de dynamique de population. Par exemple, la taille de première maturité sexuelle peut être différente suivant un
site donné due à une différence dans la quantité de nourriture disponible ce qui peut conditionner des mesures
de gestion et d’exploitation de certains sites (taille minimale de capture) de façon complètement différente
suivant les sites du PNM.
Les objectifs de cette thèse sont les suivants :
1.
2.
3.
4.
D’acquérir un maximum de traits de vie des deux espèces d’arénicoles Arenicola marina et A. defodiens
de plusieurs sites pilotes du parc naturel marin des Estuaires Picards et de la Côte d’Opale (ex : FortMahon et Wimereux) ainsi que les paramètres environnementaux (température, quantité de matière
organique et signature isotopiques en carbone et en azote).
De réaliser des expériences en milieu contrôlé en faisant varier la température et la ressource dans le
but de mesurer la croissance, la reproduction et la respiration.
D’alimenter un modèle bioénergétique type ‘dynamic energy and mass budget model’ DEB (Kooijman
2010) pour les deux espèces d’arénicoles en s’appuyant sur les données acquises in situ et puis en
validant le modèle par les données acquises en laboratoire.
De combiner les données acquises par le modèle bioénergétique et de dynamique de population pour
donner un avis sur la gestion durable de ces deux espèces d’arénicoles dans une aire marine protégée.
Compétences acquises par le doctorant et débouchés :
- L’étudiant devra acquérir des compétences générales en biologie et écologie (dynamique des populations,
croissance, reproduction et en écologie trophique). Il pourra développer des expériences in vivo en laboratoire et
des stratégies d’échantillonnages de terrain. Il utilisera différentes techniques d’analyses : microscopie, outils
isotopiques, spectrométrie de masse (analyse CHN), biologie moléculaire (barcoding) et modélisation
bioénergétique (DEB). L’apprentissage de la programmation en R, et/ou Matlab lui permettra l’utilisation de
techniques de modélisations poussées (statistiques, modèles dynamiques…).
- Débouchés possibles en recherche fondamentale ou finalisée (bureau d’étude) mais aussi en gestion des
milieux naturels (Parc marins par exemple).
Les collaborations prévues :
Pour compléter les domaines de compétences des encadrants Sylvie Gaudron (traits de vie des polychètes) et
Sébastien Lefebvre (modélisation DEB), des collaborations intra-équipes sont prévues avec, Sébastien Monchy
(barcoding, biologie moléculaire), et avec Lionel Denis (respiration, analyse CHN). Des collaborations sont
prévues avec Gordon Watson de l’Université de Portsmouth qui fera parti du comité de thèse de l’étudiant(e)
pour son expertise sur la reproduction, la croissance et les stocks des arénicoles en Grande-Bretagne. Des
collaborations avec Antoine Merland des Aires Marines Protégées de Boulogne-sur-mer sont prévues pour
échanger sur l’avancée du projet Life+ et les pêcheurs à pieds dans le Parc Naturel Marin. Collaborations
européennes et échanges scientifiques avec les personnes utilisant le DEB durant la formation DEB prévu entre
février et avril 2017 (cours en ligne) et le workshop en Finlande en mai/juin 2017.
Le sujet s’adresse à des étudiant(e)s motivé(e)s possédant des connaissances à la fois en écologie et en biologie
marines et qui ont un intérêt particulier pour la conservation et la préservation de la biodiversité marine côtière.
Les candidat(e)s intéressé(e)s sont priés d’envoyer leur CV accompagné d’une lettre de motivation et de deux
lettres de recommandation à Sylvie Gaudron ([email protected]) et à Sébastien Lefebvre
([email protected]). Date limite de candidature : 10 juin.
Bibliographie
Beukema, J.J., and J. Devlas. 1979. Population parameters of the lugworm, Arenicola Marina, living on tidal flats in the Dutch Wadden
Sea.Journal of Sea Research 13 (3-4): 331–353.
Donadi, S ; van der Heide, T., Piersma, T., Van Der Zee, Els. M., Weerman, E. J., van de Koppel, J. et al. (2015). Multi‐scale Habitat
Modificationby Coexisting Ecosystem Engineers Drives Spatial Separation of Macrobenthic Functional Groups. Oikos 124 (11): 1502–1510.
Gaudron, S.M., Grangeré, K., Lefebvre, S (2016). The comparison of δ13C values of a deposit- and a suspension-feeder bio-indicates benthic vs
pelagic couplings and trophic status in contrasted coastal ecosystems. Estuaries and Coats, 39 (3): 731-741.
Kooijman, S.A.L.M (2010). Dynamic Energy Budget theory for metabolic organization. Cambridge University Press, Great Britain.
Lefebvre, S., Harma, C., Blin, J.L. (2009). Trophic typology of coastal ecosystems based on delta C-13 and delta N-15 ratios in an opportunistic
suspension feeder. Marine Ecology-Progress Series 390: 27-37.
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Financement envisagé (Etablissement, région, organisme, fonds propres)
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(cofinanceur(s), financement obtenu / envisagé, durée, etc...)
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