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Ecologie de l’annélide polychète Arenicola marina : du cycle de vie à son rôle de bio-indicateur de la santé des écosystèmes marins

publié le , mis à jour le

Université  : Université de Lille 1, Sciences et Technologies

Ecole doctorale : SMRE

Filière doctorale : GEPO - Géosciences, Ecologie, Paléontologie, Océanographie

Titre de la thèse : Ecologie de l’annélide polychète Arenicola marina : du cycle de vie à son rôle de bio-indicateur de la santé des écosystèmes marins.

Direction : Sébastien Lefebvre (Pr)

Co-direction : Sylvie Gaudron (MCF)

Laboratoire(s) de Rattachement : UMR 8187 LOG, 28 avenue Foch, 62930 Wimereux

Programme(s) de Rattachement  : CPER MARCO / Interreg VA FCE « Challenge of Change »/ projet 7ième PCRD Life « pêche à pied de loisir » (Aires Marines protégées)/GDR CNRS n°3716 GRET « Groupe de Recherche en Ecologie Trophique »

Résumé

Les écosystèmes côtiers sont des systèmes complexes à l’interface entre systèmes continentaux et océaniques, caractérisés par une grande productivité 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 meilleure gestion par les acteurs locaux (usagers, gouvernance locale…). Dans les pays membres de l’UE, une obligation légale de protéger la biodiversité marine dans les eaux territoriales a entrainé la mise en place de la Directive Cadre pour la Stratégie sur le Milieu Marin (DCSMM) qui prévoit une dizaine de descripteurs (11 au total). Chaque descripteur de bonne qualité des eaux sera basé sur une batterie d’indicateurs en cours de développement ou à construire. Par exemple, le descripteur 4 (D4) rassemblant les indicateurs des réseaux trophiques est particulièrement peu développé.
L’arénicole (Arenicola marina) est un annélide polychète sédentaire avec un régime alimentaire de type psammivore (consommation des sédiments). Son activité de bioturbation est essentielle pour le recyclage de la matière organique des milieux sablo-vaseux du milieu côtier (équivalent aux annélides clitellates tels les lombrics en milieu terrestre qui ont le même type de régime alimentaire). A titre de comparaison, les vers de terre contribuent à certaines fonctions de l’écosystème telles que la décomposition de la matière organique, la régénération des sels nutritifs, la séquestration du carbone, l’infiltration de l’eau, la protection des plantes contre les maladies et la restauration des sols contaminés (Bartz et al., 2013). L’arénicole est une espèce ubiquiste largement répandue dans les écosystèmes côtiers tempérés des mers à marées. Gaudron et al. (en révision) ont récemment démontré que ce ver marin serait un très bon candidat pour ‘bio-indiquer’ l’état de santé (polluants, eutrophisation…) des milieux où ils se développent. Par ailleurs, l’arénicole est fortement exploitée comme appât par les pêcheurs et est donc potentiellement rendu vulnérable par la pêche à pied. Celle-ci ajoute une pression anthropique supplémentaire à celles déjà existantes (changement climatique, pollutions aux métaux lourds, microplastiques…) impactant certainement les stocks de cette espèce. Paradoxalement, aucune mesure à ce jour, n’interdit la pêche de ce ver pendant sa période de reproduction, ou n’impose une taille minimale de prélèvement de ces vers contrairement à d’autres espèces de bivalves (coquillages), de crustacés (crabes) ou de poissons. La reproduction varie suivant les populations `e sertumbre à décembre en Europe du Nord. La ponte est dite épidémique, c’est-à-dire que les individus au sein même d’une population pondent pendant une courte période de quelques jours en même temps et une fois par an (espèce itéropare) (Watson et al., 2000 ). Connaître les périodes précises de croissance, de ponte ainsi que les principaux traits de vie de l’espèce (la taille de première maturité sexuelle, taille maximale, etc..) de plusieurs populations locales, sont des éléments essentiels à connaître pour utiliser cette espèce comme bio-indicatrice et/ou pour optimiser son exploitation par la pêche à pied.
L’objectif de cette thèse est d’utiliser Arenicola marina comme un bio-indicateur de référence des écosystèmes côtiers. Pour ce faire, il est proposé de décomposer cet objectif en deux ensembles :
1. En premier lieu, il s’agira de consolider l’étude de Gaudron et al. (en révision) pour mieux comprendre la dynamique isotopique (fractionnement, taux d’incorporation) du régime alimentaire psammivore de l’arénicole. Des résultats préliminaires ont permis d’envisager l’utilisation de l’isotopie stable du carbone et de l’azote des tissus de l’arénicole pour évaluer l’état d’eutrophisation des milieux côtiers. Cependant, l’étude n’a pas pris en compte les dynamiques saisonnière et spatiale des sources de nourritures. Des expériences in vivo au laboratoire sur les arénicoles permettront de déterminer avec précision les valeurs de discrimination isotopique (« Δ ») du carbone et de l’azote en vue d’améliorer les valeurs actuellement utilisées et de valider les modèles de mélange type Bayésien (Parnel et al., 2010). Cette
partie permettra de développer un nouvel indicateur des descripteurs trophiques de la DCSMM (D4) en testant les sites de la région Nord-Pas de Calais Picardie et plus généralement de la façade Manche (Projet InterReg Va FCE « Chacha »).
2. Deuxièmement, le sujet visera à mieux comprendre la croissance et la reproduction de cette espèce par une détermination des principaux traits de vie. Les informations déjà existantes ou acquises en phase expérimentale seront injectées dans un modèle bio-énergétique type ‘dynamic energy and mass budget model’ DEB (Kooijman, 2010). En parallèle, cette partie permettra de mieux gérer les populations d’arénicole présentes dans le parc marin des estuaires picards et de la mer d’Opale, en vue de sa meilleure gestion pour les quinze prochaines années.

Méthodologie principale :

Trois aspects méthodologiques seront développés au cours de cette thèse :
- Des suivis mensuels in situ de plusieurs populations de la région Nord-Pas de Calais Picardie pendant 18 mois. La fréquence d’échantillonnage sera augmentée pendant la période de reproduction (mi-septembre à mi-Décembre) et au printemps pendant la période de recrutement.
Exemple de variables suivies :
*1. biométrie : croissance, densité des individus et recrutements des post-larves
*2. reproduction : gamétogénèse, taille de première maturité sexuelle et période précise des pontes.
*3. régime alimentaire : sources de nourritures et leurs contributions relatives.
- Des expériences en laboratoire :
1. expériences de dynamique isotopique (discrimination isotopique et taux d’incorporation des isotopes stables du carbone et de l’azote).
2. mesure de la croissance et de la reproduction en fonction de la température et du type et de la quantité de nourriture.
- Une modélisation bioénergétique type ‘dynamic energy and mass budget model’ (DEB) sera également entreprise.
Compétences acquises par le doctorant et débouchés :
- L’étudiant devra acquérir des compétences générales en 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, 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).
Des collaborations poussées sont envisagées avec des partenaires anglais et français de la façade Manche (Univ Caen, Univ Portmouth & Southampton & Plymouth). Des séjours dans les laboratoires partenaires sont à prévoir. Co-tutelle de thèse envisageable. La maîtrise de la langue anglaise serait appréciée.

Bibliographie :
Bartz, M-L.C, Pasini, A., Brown, G.G. (2013). Earthworms as soil quality indicators in Brazilian no-tillage systems. Applied Soil Ecology 69, 39-45. Gaudron, S.M., Grangeré, K., Lefebvre, S. 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, en revision. 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. Parnell, A.C., Inger, R., Bearhop, S., Jackson, A.L., 2010. Sources partitioning using stable isotopes : copying with too much variation. PLoS one 5(3), e9672. Watson GJ, Williams ME, Bentley MG (2000) Can synchronous spawning be predicted from environmental parameters ? A case study of the lugworm Arenicola marina. Marine Biology 136 (6), 1003-1017.

ÉCOLE DOCTORALE « SCIENCES DE LA MATIERE, DU RAYONNEMENT ET DE L’ENVIRONNEMENT » (ED104)

Financement envisagé (Etablissement, région, organisme, fonds propres)
Université (ex allocations du ministère) : 100% : X
50% :
En cas de cofinancement, détailler :
(cofinanceur(s), financement obtenu / envisagé, durée, etc...)