Letteratura scientifica selezionata sul tema "Méditerranée (mer) – Effets du réchauffement de la Terre"

The climates of the world are distinguished by several factors, including latitude (distance north or south of the equator), temperature (the degree of hotness or coldness of an environment), topography (the shape and height of land features), and distribution of land and sea. Climate change, marked by global warming, is basically the alteration in the balance between incoming and outgoing radiation in the Earth-Atmosphere System. Although climate change is a global phenomenon, its negative impacts are more severely felt by poor people in developing countries who rely heavily on the natural resource base for their livelihoods. Rural poor communities rely greatly for their survival on agriculture and livestock keeping that are amongst the most climate-sensitive economic sectors. Unpredictable climate change with associated disturbances are negatively affecting the livestock industry in Nigeria because as temperatures rise and fall, a wide variety of physiological, behavioural, neuro-endocrinural and molecular responses are initiated in farm animals. This has a range of far reaching effects on livestock production with grave nutritional, health and socio-economic consequences. Given the magnitude of the challenges of climate change and the need to reduce their negative effects, it is imperative to identify mitigation and adaptation measures that are easy to implement and cost effective, in order to stop all human activities that contribute to the problems of climate change and if possible, reverse the trend and attain a significant level of adaptation in vulnerable areas and sectors. The paper builds on this concept and provides strategies for promoting adaptation and mitigation activities for minimizing the effect of climate change in livestock production. Les climats du monde se distinguent par plusieurs facteurs, notamment la latitude (distance au nord ou au sud de l'équateur), la température (le degré de chaleur ou de froid d'un environnement), la topographie (la forme et la hauteur des caractéristiques du sol) et la distribution des terre et mer. Le changement climatique, marqué par le réchauffement climatique, est essentiellement la modification de l'équilibre entre les rayonnements entrants et sortants dans le système Terre-Atmosphère. Bien que le changement climatique soit un phénomène mondial, ses impacts négatifs sont plus durement ressentis par les pauvres des pays en développement qui dépendent fortement des ressources naturelles pour leurs moyens de subsistance. Les communautés rurales pauvres dépendent beaucoup pour leur survie de l'agriculture et de l'élevage qui font partie des secteurs économiques les plus sensibles au climat. Un changement climatique imprévisible et des perturbations associées affectent négativement l'industrie de l'élevage au Nigéria car, à mesure que les températures augmentent et diminuent, une grande variété de réponses physiologiques, comportementales, neuro-endocrinurales et moléculaires sont initiées chez les animaux d'élevage. Cela a une gamme d'effets de grande portée sur la production animale avec de graves conséquences nutritionnelles, sanitaires et socio-économiques. Compte tenu de l'ampleur des défis du changement climatique et de la nécessité de réduire leurs effets négatifs, il est impératif d'identifier des mesures d'atténuation et d'adaptation faciles à mettre en œuvre et rentables, afin d'arrêter toutes les activités humaines qui contribuent aux problèmes climatiques. changer et si possible inverser la tendance et atteindre un niveau d'adaptation significatif dans les zones et secteurs vulnérables. Le document s'appuie sur ce concept et propose des stratégies pour promouvoir les activités d'adaptation et d'atténuation afin de minimiser l'effet du changement climatique sur la production animale.

La mer Méditerranée est un écosystème particulier de par son isolement, sa grande richesse spécifique, son fort taux d'endémisme et les invasions exotiques qui y surviennent. Malgré l'intérêt qui a été porté à la Méditerranée depuis l'Antiquité, aucune étude des patrons de diversité ichtyologique n'a été menée à grande échelle et sur l'ensemble des espèces et n'a proposé de simulations de scénarii face au changement global. Dans ce travail nous avons donc, dans un premier temps, étudié les patrons de la diversité ichtyologique en Méditerranée et leurs déterminants. A cet effet, nous avons construit la première base de données exhaustive concernant les distributions géographiques des 619 espèces de poissons en Méditerranée. Nous avons mené des analyses spatiales afin de déterminer la part relative des contingences historiques, géométriques et environnementales dans l'explication des patrons de diversité. Nous nous sommes intéressés, dans un second temps, aux déterminants du succès de dispersion des espèces exotiques et nous avons évalué la congruence spatiale avec l'ichtyofaune endémique dans un contexte de réchauffement global. Enfin, nous avons modélisé les enveloppes climatiques actuelles des espèces méditerranéennes les plus vulnérables, à savoir les espèces endémiques, et nous les avons projetées selon un scénario de réchauffement global afin d'identifier les espèces gagnantes et perdantes ainsi que les régions qui connaîtront un changement dans les assemblages d'espèces. Nous avons ainsi mis en évidence le rôle des contraintes géométriques ainsi qu'une influence positive de la production primaire et de la température sur la richesse spécifique. Il est aussi apparu que le climat et l'année d'introduction sont les déterminants clés du succès de dispersion des espèces Lessepsiennes. Dans un contexte de réchauffement, nos résultats ont révélé une congruence spatiale croissante entre espèces exotiques et endémiques, et pour ces dernières une modification profonde de leurs assemblages aux horizons 2041-2060 et 2070-2099. Il est apparu que les espèces endémiques sont soumises à une pression biotique exercée par les espèces exotiques et à une pression abiotique exercée par le réchauffement des eaux. Les deux pressions peuvent s'additionner voire entrer en synergie pour augmenter la vulnérabilité des espèces endémiques
Due to its semi-enclosed shape, to its high species richness and high endemism levels and to its invasiveness, the Mediterranean Sea is one of the most particular and critical ecosystems of the world. The Mediterranean has been intensively studied since the Antiquity, yet foundations underlying fish diversity patterns have been overlooked. In this study, as a first step, we studied fish diversity patterns in the Mediterranean and their determinants. Towards this objective, we built the first comprehensive database on the spatial distributions of the 619 Mediterranean fish species. We then carried out spatial analyses in order to assess the relative contribution of historical and geometric contingencies as well as environmental influences in shaping fish biodiversity patterns. In a second step, we analyzed the correlates of dispersal success of exotic species and we assessed the spatial congruence with the endemic ichtyofauna within a global warming context. Finally, we modeled the present climatic envelopes of the most vulnerable Mediterranean fish species, i. E. The endemic species. We used those models to project expected spatial distributions of endemic species according to a global warming scenario in order to identify winner versus loser species as well as areas where a strong species turnover would occur. We showed that geometric constraints, primary production and temperature have an influence on species diversity patterns. It also appeared that the climate and the year of introduction into the Mediterranean are key determinants of the dispersal success of Lessepsian species. Within a global warming context, our results revealed an increasing spatial congruence between endemic and exotic fish faunas and for the latter, deep modifications in their assemblages expected in 2041-2060 and 2070-2099. In sum our results suggest that endemic species undergo a biotic pressure via exotic species and an abiotic pressure via global warming. The additional and potentially the synergetic effect of those pressures is likely to increase endemic species vulnerability

Les efflorescences algales nuisibles (HABs) associées aux dinoflagellés benthiques toxiques du genre Ostreopsis sont des phénomènes observés de plus en plus fréquemment à travers le monde et sont responsables de problèmes sanitaires, économiques et écologiques. L’augmentation du nombre d’observations de ce dinoflagellé depuis les dernières décennies laisse penser que les changements climatiques, et plus particulièrement le réchauffement des océans, seraient en partie responsable de son expansion, notamment dans les zones tempérées. Cependant, ce lien entre réchauffement des eaux et développement d’efflorescences d’Ostreopsis est difficile à prouver et certaines données concernant les aires de répartition ou la réponse des cellules aux variations thermiques sont encore manquantes. Ces travaux de thèse ont fourni des nouveaux éléments pour répondre à cette problématique en abordant trois thématiques principales : 1) la phénologie des efflorescences, 2) la distribution d’espèce le long d’un gradient latitudinal et 3) les adaptations physiologiques à un gradient de température. Ces questions ont été abordées en gardant l’effet de la température sur l’écologie des espèces étudiées comme fil conducteur principal et lien entre les trois questions posées. Les travaux ont été menés avec une approche multidisciplinaire incluant des analyses statistiques de jeux de données, des approches génétiques basées sur l’ADN environnemental, ainsi que des approches d’écophysiologie et d’écotoxicologie. Les données utilisées ont été acquises à la fois à partir de prélèvements de terrain et d’expériences en milieu contrôlé au laboratoire. Pour répondre au premier objectif, nous avons analysé la série temporelle issue du suivi d’efflorescences d’O. cf. ovata à Monaco, mis en place depuis 2007 et toujours poursuivi à ce jour, afin de mettre en relation la phénologie des efflorescences avec les paramètres environnementaux. Bien que, d’après nos analyses, aucun facteur physico-chimique mesuré ne soit en mesure d’expliquer la phénologie des efflorescences, une forte corrélation positive entre l’accumulation d’anomalies positives des températures de surface au printemps et la date de début des efflorescences a été mise en évidence, suggérant que plus les températures printanières seraient élevées, plus les efflorescences d’O. cf. ovata à Monaco seraient précoces. La deuxième question de la thèse a été abordée en analysant de nouveaux échantillons collectés dans le cadre d’une campagne d’échantillonnage conduite le long des côtes du Golfe de Gascogne en août-septembre 2018. Cette campagne avait pour objectif d’établir l’aire de répartition actuelle d’Ostreopsis spp. dans cette zone à fort gradient thermique sud-nord, afin de poser les bases pour l’analyse d’une possible future expansion en cas de réchauffement des eaux. Les résultats traités ont combiné une approche classique d’échantillonnage benthique, l’utilisation de substrats artificiels pour la collection d’ADN environnemental analysés via des outils moléculaires (rt-qPCR) ainsi qu’une approche de modélisation Lagrangienne visant à établir la connectivité physique entre différents sites de prélèvement. Nous avons pu montrer que seule l’espèce O. cf. siamensis était présente dans le Golfe, et que celle-ci pouvait être retrouvée jusqu’à l’entrée de La Manche, bien que les populations formant des efflorescences n’aient été observées que dans la partie sud-est du Golfe. Cette étude nous a permis d’identifier des zones sentinelles le long du Golfe de Gascogne où il serait intéressant de mettre en place de nouveaux suivis à long terme afin d’observer la potentielle expansion vers le nord d’O. cf. siamensis. La réponse d’Ostreopsis spp. face à des changements de température a été étudiée en termes de capacité de croissance, d’adaptations physiologiques et de toxicité, au cours d’une expérience d’acclimatation thermique. Différentes souches monoclonales ont été comparées [...]
Harmful algal blooms (HABs) associated with the toxic benthic dinoflagellate Ostreopsis spp. are increasing around the world and responsible for sanitary, economic and ecological issues. The increasing number of reports of this dinoflagellate in recent decades suggests that climate change, and more particularly ocean warming, may be partly responsible for its expansion, especially in temperate zones. However, this link between warming waters and the development of Ostreopsis spp. blooms is difficult to prove and data concerning distribution areas or cellular responses to thermal variations are still lacking. This PhD thesis work provides new elements to answer this issue by addressing three main themes: 1) the phenology of blooms, 2) the distribution of species along a latitudinal gradient and 3) physiological adaptations to a temperature gradient. These questions were addressed by keeping the effect of temperature on the ecology of Ostreopsis spp. as the main thread and link between the three questions asked. This work was carried out using a multidisciplinary approach including statistical analyzes of datasets, genetic approaches based on environmental DNA, as well as ecophysiology and ecotoxicology approaches. The data used were acquired both from samples collected in the field and from experiments in a controlled environment in the laboratory. To meet the first objective, we analyzed the time series resulting from the ongoing monitoring of O. cf. ovata summer blooms in Monaco (NW Mediterranean Sea) set up since 2007 in order to determine the relationship between blooms phenology and environmental parameters. Although no environmental factor measured was able to fully explain the phenology of blooms, a strong positive correlation was found between positive sea surface temperature anomalies during spring and the timing of blooms, suggesting that the warmer the spring, the earlier the blooms of O. cf. ovata in Monaco. The second question of the thesis was addressed by analyzing new samples collected as part of a sampling campaign conducted along the coast of the Bay of Biscay in August-September 2018. This campaign aimed to establish the current distribution of Ostreopsis spp. in this area exhibiting a strong South-North thermal gradient, in order to initiate the analysis of a possible future expansion due to ocean warming. The processed results combined a classic benthic sampling approach, the use of artificial substrates for the collection of environmental DNA analyzed through molecular tools (rt-qPCR) as well as a Lagrangian modeling approach aiming at establishing the connectivity between sampling areas. We showed that only O. cf. siamensis was present in the Bay and that it could be found in certain areas up until the entrance to the English Channel, although blooms of O. cf. siamensis were only observed in the southeastern part of the Bay. This study allowed us to identify sentinel zones along the Bay of Biscay where new long-term monitoring could be set up in order to observe the potential expansion of O. cf. siamensis towards the North of the bay. Finally, the response of Ostreopsis spp. in relation with varying temperatures was studied in terms of growth capacity, physiological adaptations and toxicity in a thermal acclimation experiment. Different monoclonal strains were compared, including strains of O. cf. siamensis isolated in the Bay of Biscay during our 2018 campaign, as well as strains of O. cf. ovata from the northwestern Mediterranean Sea, correspongind to the two areas studied this thesis. The first results of this experiment indicate that the strains of O. cf. siamensis are able to acclimate and grow at temperatures between 16 ° C and 25 ° C, with an optimum growth temperature estimated around 22 ° C. In addition, the strains of O. cf. siamensis exhibited a higher level of toxicity at 22°C and 25°C than at 16°C and 19°C, indicating an effect of temperature on the toxicity of Ostreopsis spp. [...]

Les données de la campagne océanographique SOMBA-GE2014, nous ont permis de mettre en évidence la présence des gyres algériens via des mesures de courant. Les radiales de température et salinité obtenues à travers le bassin ont permis la visualisation de l'influence des gyres algériens sur la répartition hydrologique. En effet des eaux levantines intermédiaires jeunes s'étendent depuis la veine d'eau remontant le plateau sarde vers l'intérieur du bassin algérien, sous forme de patchs. Des climatologies du cœur de la LIW et de WIW couvrant la période 1960 à 2017 dans le bassin Algéro-Provençal, ont été produites grâce à la base de données Méditerranéenne de profils de température et salinité et des nouvelles méthodes de détection. Un transport de LIW vers l'ouest, depuis la veine sud de la Sardaigne vers l'intérieur du bassin algérien en suivant la périphérie des gyres algériens est mis en évidence par cette climatologie et confirmé par la corrélation croisée du signal de refroidissement observé durant les années 80. L'estimation des tendances des caractéristiques de la LIW et WIW contribuent à documenter leur évolution. L'accélération du réchauffement observée dans tout le bassin à partir de 2010 est alarmante. Les observations par les gliders ont permis d'appuyer nos conclusions quant à l'efficacité des structures de méso et de sous-méso échelle pour le transport des masses d'eaux vers l'intérieur du bassin Algérien. En effet nous avons observé des parcelles de WIW, LIW et WMDW à l'intérieur du bassin Algérien dont les caractéristiques sont plus marquées que les eaux adjacentes
Data from the SOMBA-GE2014 oceanographic cruise, allowed us to highlight the presence of Algerian gyres via current measurements. The temperature and salinity sections obtained across the basin allowed the visualization of the influence of the Algerian gyres on the hydrological distribution. Indeed, young intermediate Levantine waters extend from Saridinian LIW vein towards the interior of the Algerian basin, in the form of patches. LIW and WIW core climatologies covering the period 1960 to 2017 in the Algerian-Provençal basin were produced using the Mediterranean database of temperature and salinity profiles and new detection methods. A westward transport of LIW from the southern vein of Sardinia to the interior of the Algerian basin following the periphery of the Algerian gyres is highlighted by this climatology and confirmed by the cross-correlation of the cooling signal observed during the 1980s. The estimation of trends of LIW and WIW characteristics help to document their evolution. The acceleration of warming observed throughout the basin from 2010 is alarming. Glider observations have supported our conclusions regarding the effectiveness of mesoscale and submesoscale structures for the transport of water masses into the interior of the Algerian basin. Indeed, we observed WIW, LIW, and WMDW parcels within the Algerian Basin with more pronounced characteristics than adjacent waters

La mer Méditerranée est un hotspot de biodiversité sous diverses influences où plusieurs perturbations agissent en synergie: réchauffement climatique, perte d'habitats et surpêche menacent la biodiversité marine et perturbent les équilibres écosystémiques. Afin d'assurer une gestion durable des écosystèmes marins côtiers, conformément aux prérogatives de l'Approche Ecosystémique des Pêches, il est nécessaire d'étudier les conséquences de ces perturbations sur les populations exploitées. Or, malgré la multiplicité des études relatives au changement global en Méditerranée, les conséquences écosystémiques de ces changements demeurent mal connues. Dans cette thèse, le Golfe de Gabès a été choisi comme modèle d'étude en raison des nombreuses perturbations qui y sont rencontrées et qui en font l'archétype de tendances plus généralisées en Mer Méditerranée. Cette thèse se propose d'abord de replacer l'écosystème du Golfe de Gabès dans son contexte biogéographique à travers l'étude de la phylobiogéographie des assemblages des poissons côtiers méditerranéens et la modélisation de la structure et du fonctionnement de l'écosystème du Golfe de Gabès. Par la suite, nous proposons de modéliser, en utilisant des modèles de niches écologiques, les modifications potentielles futures des assemblages biogéographiques d'espèces exploitées soumises aux changements climatiques et à la perte d'habitat, ainsi que les conséquences trophiques de ces modifications. En prenant en compte la taxonomie et l'histoire évolutive des espèces, nous avons mis en évidence le niveau de séparation entre les assemblages méditerranéens en proposant une nouvelle délimitation biogéographique du plateau continental. Par ailleurs, l'exploration des dissimilarités phylogénétiques à l'échelle des côtes tunisiennes a mis en évidence quatre zones biogéographiques majeures présentant une faible congruence avec le zonage adopté pour la gestion de la pêche en Tunisie. Les projections des futures aires de répartition des 60 principales espèces exploitées du Golfe de Gabès, grâce à l'implémentation du modèle climatique NEMOMED8, révèlent que pour la fin du siècle, 34 espèces pourraient contracter leurs aires de répartition parmi lesquelles 12 espèces pourraient s'éteindre à l'échelle du Golfe. Par ailleurs, en combinant des scénarios de régression d'herbier et de changement climatique, les projections montrent que les magnitudes des modifications d'aires de répartition induites par le changement climatique sont plus larges que celles résultant de la perte d'habitat. La mise en place d'un modèle trophique Ecopath nous a permis de décrire la structure et le fonctionnement de l'écosystème du Golfe de Gabès et de le comparer avec d'autres écosystèmes méditerranéens exploités. Ce modèle a intégré un large éventail d'espèces depuis le phytoplancton jusqu'aux top-prédateurs ainsi que les principales activités de pêche opérant dans la zone. Les résultats du modèle mettent en évidence que le chalutage benthique est l'activité ayant les conséquences écosystémiques les plus étendues avec un fort impact sur certaines espèces démersales exploitées. Enfin, pour étudier les conséquences trophiques des modifications des distributions spatiales des espèces exploitées, nous avons reconstruit les réseaux trophiques au sein des assemblages d'espèces en nous fondant sur la relation positive liant la taille du prédateur à celle de sa proie. Nous avons ainsi pu prédire les réseaux trophiques actuels et projeter les modifications potentielles de leurs structures. Nous avons constaté qu'une grande partie du Golfe pourrait connaître une augmentation de la connectance et un allongement des voies trophiques moyennes qui s'accompagnent d'une diminution du nombre de proies par prédateur et du nombre de prédateurs par proie. Cette thèse est une ouverture vers la compréhension du rôle de la biodiversité dans le maintien du fonctionnement des écosystèmes
The Mediterranean Sea is a marine biodiversity hot spot highly affected by several sources of disturbances interacting synergistically: global warming, habitat loss and overfishing threaten marine biodiversity and disrupt the ecosystem balance. To ensure a sustainable management of coastal marine ecosystems according to the Ecosystem Approach to Fisheries, it is necessary to study the ecosystem responses to these disturbances. However, despite the variety of global change studies in Mediterranean areas, ecosystems responses to these changes remain poorly understood and particularly at the southern part of the Mediterranean Sea. In this PhD thesis, the Gulf of Gabes was chosen as study area since it is one of the most affected regions by global change which makes it a mesocosm model of more regional patterns that occur in the Mediterranean Sea. In this study, as a first step, we replaced the Gulf of Gabes in its biogeographic and ecosystem regional context. This was achievied through a phylogenetic-based delineation of biogeographical species pools of coastal Mediterranean fishes and using an ecosystem model to describe its structure and functioning in comparison with other Mediterranean ecosystem model properties. We therefore projected potential future geographic ranges and assemblages composition of biogeographical exploited species pool according to global warming and habitat loss scenarios. Then we assessed their effects on food web structure. Taking into account the taxonomy and inter-species evolutionary relationships, we generate a new bioregionalisation of the continental shelf based on the turnover of lineages. Our results showed that climate is the major driver of species distribution and assemblage's composition. In addition, the exploration of phylogenetic dissimilarity across the Tunisian coast highlighted four major biogeographic areas showing a low spatial congruence with zoning used for fisheries management in Tunisia.Projected range shifts of the 60 main exploited species of the Gulf of Gabes through the implementation of a new climate model (NEMOMED8) revealed that, by the end of the century, 34 species could contract their ranges including 12 species that could become locally extinct across the Gulf of Gabes. Furthermore, by combining Posidonia meadows loss scenarios and climate change projections, our results showed that the magnitudes of the changes range induced by climate change are larger than those resulting from the loss of habitat.The Ecopath mass-balance model allowed us to describe the structure and functioning of the ecosystem of the Gulf of Gabes in comparison with other Mediterranean ecosystems. These models encompass the entire trophic spectrum from phytoplankton to higher trophic levels as well as the main fishing activities in the area. The model results showed that, among the fishing activities studied, bottom trawling was identified as the activity having the widest-ranging impacts across the different functional groups and the largest impacts on some commercially-targeted demersal fish species. Finally, to study the effects of species range shift on food web structure, we used a new methodology to infer trophic interactions between species. Based on the robust relationship between the size of prey and predators, we predicted the current food webs and project potential changes in their structures. We found that a significant portion of the Gulf of Gabes would face an increase of connectance and an extension of trophic pathways in parallel with a decrease in the number of prey per predator and the number of predators per prey. This PhD thesis paves the way towards the understanding of the role of biodiversity in maintaining ecosystem functioning

Le réchauffement que subit présentement l’Arctique va affecter un vaste éventail de processus pélagiques, allant de la production phytoplanctonique au recrutement des poissons. Des pièges à particules déployés sur des mouillages océanographiques au-dessus du talus continental de la mer de Beaufort ont été utilisés pour évaluer les impacts des changements dans l’étendue du couvert de glace et dans la température de l’eau sur la phénologie des algues de glace, du phytoplancton et des copépodes herbivores du genre Calanus. L’abondance et la composition des algues et du zooplancton dans les pièges ont été analysées pour 5 des 6 cycles annuels entre 2009 et 2015 (excluant 2014). La température de l’eau, la concentration de glace et l’épaisseur de neige ont aussi été obtenues pour cette période. Pour 4 des 5 années étudiées, la migration verticale ascendante de Calanus glacialis précédait l’export de l’algue de glace Nitzschia frigida de 6 à 8 semaines, alors que la migration de Calanus hyperboreus et des nauplii de C. glacialis correspondait à l’export de l’ensemble des diatomées. Une situation de « mismatch » entre les producteurs primaires et secondaires fut observée en 2013 alors que l’export des algues de glace fut retardé par une fonte tardive de la neige et de la glace provoquant une diminution de l’abondance de nauplii cet été tandis qu’une température plus chaude combinée à une production algale automnale ont perturbés la migration de C. hyperboreus, entraînant une émergence des nauplii en hiver en surface. Comme les algues de glace et le phytoplancton sont des sources de nourriture essentielles pour les copépodes du genre Calanus, une situation de « mismatch » aura des conséquences négatives sur le recrutement de ces espèces, mais aussi sur le transfert d’énergie vers les échelons trophiques supérieurs. Des évènements semblables pourraient potentiellement devenir plus courant dû au réchauffement important que subit l’Arctique.
The unprecedented pace of warming of the Arctic Ocean affect a wide range of pelagic processes, from microalgal production to fish recruitment. Sediment traps deployed on oceanographic moorings at the Beaufort Sea shelf break were used to investigate the impact of changes in ice cover and water temperature on the phenology of ice algae, phytoplankton and herbivorous copepods from the Calanus genus. Water temperature, salinity, microalgal fluxes and composition, and zooplankton abundance and composition in the traps were monitored over 5 of the 6 annual cycles from September 2009 to September 2015 (no data in 2014). Satellite-derived sea ice concentration and modeled snow depth were also retrieved for the same period. For 4 of the 5 years monitored, the upward migration of Calanus hyperboreus along with nauplii abundance were synchronized with peaks in diatoms export while the migration of Calanus glacialis preceded the peak in export of the ice algae Nitzschia frigida by 6 to 8 weeks. A disruption of these patterns was observed in 2013 as a mismatch between primary and secondary producers was observed. First, unusual warm water temperatures and significant diatom flux from October to December 2012 led to a shoaling of C. hyperboreus females winter vertical distribution and, thus, important egg spawning above 100 m with numerous nauplii swimming into the trap in March-April. Second, the late snow and ice melt in summer 2013 delayed the ice algae export, resulting in a mismatch with C. glacialis and N. frigida. As ice algae and phytoplankton are essential food source for the reproduction and development of Calanus copepods, a mismatch likely had negative impact on their recruitment and on the subsequent transfer of energy to carnivorous copepods, fish, and seabirds. Such mismatch events between phytoplankton and zooplankton will potentially occur more often owing to the rapidly changing environmental conditions in the Arctic Ocean.

Les activités humaines menacent gravement la biodiversité. Sous le terme de changements globaux, la sur-exploitation des populations et la destruction/dégradation des habitats arrivent en tête de liste des facteurs responsables de l’érosion de la biodiversité. Le changement climatique gagne en magnitude et ajoute une pression supplémentaire sur les espèces. En réponse à l’augmentation des températures du globe, les communautés se réorganisent suite au déplacement de la distribution géographique des espèces vers les pôles. Mais l’accumulation des pressions anthropiques est susceptible de produire des effets d’interaction limitant l’ajustement des communautés au réchauffement climatique. Dans ce contexte critique, la biologie de la conservation a pour but de concilier les activités humaines avec la conservation de la biodiversité. Dans cette thèse j’ai cherché à comprendre comment l’accumulation des pressions anthropiques peut limiter l’ajustement des communautés au réchauffement climatique et à identifier les solutions qui pourraient être mises en place pour faciliter leur adaptation à ce réchauffement. J’ai pris pour modèle d’étude les espèces d’oiseaux d’eau hivernants dans les pays du bassin méditerranéen. Ces espèces emblématiques bénéficient d’un dénombrement international destiné à suivre leurs populations en réponse aux prélèvements par la chasse et à la dégradation des zones humides dont elles dépendent. La Méditerranée est une région fortement anthropisée où l’utilisation des ressources naturelles exerce d’importantes pressions sur les zones humides et leur biodiversité. En réponse, les pays ont différentes stratégies pour protéger ces écosystèmes, ce qui fait de cette région un plan expérimental intéressant pour mesurer l’impact dans changements globaux sur l’assemblage des espèces en fonction des mesures de conservation mises en oeuvre. En étudiant la réponse des communautés au réchauffement climatique sous un gradient de perte/dégradation d’habitat, je montre que l’ajustement des communautés est réduit, voire empêché, par la dégradation des zones humides. La Convention Ramsar vise justement à protéger les zones humides et leur biodiversité en maintenant une exploitation raisonnée des ressources naturelles. En évaluant l’effet de cette convention, je montre que son efficacité à conserver les populations d’oiseaux est dépendante de l’implémentation d’autres outils de protection, mais que son rôle est crucial dans les pays où la législation environnementale est faible. Enfin, j’évalue la capacité des conventions internationales à faciliter l’ajustement des communautés au réchauffement climatique grâce à la réduction des pressions qui s’exercent sur les populations. J’ai comparé la réponse des communautés entre les pays ayant ratifié la Convention de Berne, ceux ayant engagé son application strictement réglementaire sous la Directive Oiseaux (Union Européenne) et ceux n’ayant pas ratifié ces conventions. Le résultat est clair, plus la réglementation est précise et strictement réglementaire, plus les communautés et les espèces strictement protégées s’ajustent à l’augmentation des températures.En conclusion, les activités humaines sont une menace pour la biodiversité, mais les mesures de conservation, en réduisant les pressions sur les populations facilitent leur adaptation au changement climatique. La conservation des oiseaux d’eau nécessite une collaboration internationale et l’établissement de lois strictement réglementaires protégeant les zones humides et les espèces, tout en assurant une utilisation durable des ressources
Human activities seriously threaten biodiversity. In terms of global changes, overexploitation of populations and habitat destruction/degradation are at the top of the list of factors responsible for biodiversity loss. Climate change is increasing in magnitude and adding additional pressure on species. In response to the increase in global temperatures, communities are changing as a result of the shift in the geographical distribution of species towards the poles. But the accumulation of anthropogenic pressures is likely to produce interaction effects that limit community adjustment to global warming. In this critical context, conservation biology aims to reconcile human activities with biodiversity conservation. In this thesis I have investigate how the accumulation of anthropogenic pressures can limit the adjustment of communities to global warming and to identify solutions that could be put in place to facilitate their adaptation to this warming. I have used the wintering waterbird species in the countries of the Mediterranean basin as a model for my study. These iconic species benefit from an international census to monitor their populations in response to hunting and the degradation of the wetlands on which they depend. The Mediterranean is a highly anthropized region where the use of natural resources exerts significant pressures on wetlands and their biodiversity. In response, countries have different strategies to protect these ecosystems, making this region an interesting experimental plan to measure the impact in global changes on species assemblage based on conservation measures implemented. By studying the response of communities to global warming under a gradient of habitat loss/degradation, I show that community adjustment is reduced or even prevented by wetland degradation. The Ramsar Convention aims to protect wetlands and their biodiversity by maintaining a rational use of natural resources. In assessing the effect of this convention, I show that its effectiveness in conserving bird populations depends on the implementation of other protection tools, but that its role is crucial in countries where environmental legislation is weak. Finally, I assess the capacity of international conventions to facilitate community adjustment to global warming by reducing population pressures. I compared the communities' response between countries that have ratified the Bern Convention, those that have started its strictly regulatory application under the Birds Directive (European Union) and those that have not ratified these conventions. The result is clear, the more precise and strictly regulatory the regulations, the more communities and strictly protected species adjust to the increase in temperatures.In conclusion, human activities are a threat to biodiversity, but conservation measures, by reducing pressures on populations, facilitate their adaptation to climate change. Waterbird conservation requires international collaboration and the establishment of strictly regulatory laws to protect wetlands and species, while ensuring sustainable use of resources

Cette thèse doctorale, réalisée dans le cadre d’un partenariat avec des professionnels de la pêche, a pour objet l’étude de l’impact du réchauffement climatique sur la distribution spatiale des poissons en Atlantique Nord, à l’aide de l’application d’un nouveau modèle d’habitat appelé le Non-Parametric Probabilistic Ecological Niche Model (NPPEN). Le modèle NPPEN est non-paramétrique et basé sur le concept de niche écologique (sensu Hutchinson). Le modèle ne requiert que des données de présence. Il est donc bien adapté à l’étude à macro-échelle de la biogéographie des espèces marines Le modèle NPPEN teste la distance généralisée de Mahalanobis par un test non-paramétrique de permutations afin de produire et de cartographier les probabilités de présence des espèces. L’application de ce nouveau modèle, sur plus de cinquante espèces marines en Atlantique Nord, a mis en évidence l’impact du réchauffement climatique sur la biogéographie des espèces et sur la structure et la trophodynamique de l’écosystème marin. Des bouleversements, déjà observés dans la distribution spatiale et l’abondance (probabilités de présence) d’espèces de poissons, tels la morue de l’Atlantique ou le lançon nordique, ont été retrouvés. En majorité, les espèces vont effectuer un déplacement dirigé vers le nord, pour rester dans un environnement conforme à leur niche écologique. L’intensité et la vitesse des mouvements biogéographiques attendus, de même que le bilan des gains ou pertes d’aires de répartition spatiale diffèrent selon les poissons ; régis par les capacités de déplacements des espèces, leur domaine de tolérance environnementale (largeur de leur niche) et l’intensité du réchauffement climatique
This aims to study the impact of climate warming on the spatial distribution of fish in the North Atlantic, using the new habitat model called the Non-Parametric Probabilistic Ecological Niche Model (NPPEN). The model NPPEN is nonparametric and requires only presence data. It is based on concept of the ecological niche sensu Hutchinson. The model NPPEN tests the Mahalanobis generalised distance by permutations to produce and map the probability of species occurrence. The model is therefore well suited to study expected changes in the biogeography of marine species at macro-scale. Applying this new model on more than fifty marine species in the North Atlantic, has highlighted the impact of global warming on the biogeography of species, structure and trophodynamic of the marine ecosystem. Disruption, already observed in spatial distribution and abundance (probability of occurrence) of fish species such as Atlantic cod and lesser sandeel were found again. The majority of species will move northward to stay in an environment consistent with their ecological niche. The intensity and rapidity of the biogeographic movements expected, as the balance of gains or losses in the spatial range differ among fish; governed by the ability of species movement, their range of environmental tolerance (niche breadth) and the intensity of global warming

Le réchauffement régional de l'ouest de la Péninsule Antarctique (WAP) combiné à la diminution attendue de glace de mer et à l'apparition printanière du trou d'ozone pourrait modifier la composition et la structure de la communauté microbienne. De plus, ces variations environnementales pourraient modifier le potentiel de la WAP en tant que puits de CO2. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer les effets combinés du changement climatique sur la production primaire et sur la composition et la structure de la communauté microbienne de la WAP. Cette thèse visait également à évaluer le rôle de la structure, de la composition, de la production primaire et de la respiration de la communauté microbienne sur les échanges de CO2 entre l'atmosphère et l'océan. Cette étude a premièrement permis de décrire les variations de l'étendue de glace de mer, de l'épaisseur de la couche d'ozone et de la température de surface de l'eau dans la WAP au cours des 30 dernières années (1972-2007) et notamment d'observer le retrait de plus en plus précoce de la glace de mer en relation avec le réchauffement des eaux de la WAP. L'évolution de ces paramètres environnementaux offre une nouvelle fenêtre temporelle de production primaire. Ainsi, cette étude a permis de montrer que la production primaire annuelle a augmenté de 1997 à 2007, et ceci, en relation avec l'anomalie de glace de l'hiver précédent. En effet, la production primaire journalière était négativement et positivement corrélée avec, respectivement, l'étendue de glace de mer et la température de l'eau de septembre à novembre et de février à mars, suggérant que le réchauffement régional de la WAP favorise plus de production primaire durant le printemps et l'automne. En revanche, le retrait précoce de la glace de mer en coïncidence avec l'apparition printanière du trou d'ozone a provoqué l'augmentation de la photoinhibition au printemps (avec 11,6 ± 2,8 % de la production primaire journalière en moyenne). En conséquence, le changement climatique régional de la WAP a, à la fois, un effet positif et un effet négatif sur la production primaire. Cette étude a également permis de décrire la dynamique de la communauté microbienne marine dans l'archipel de Melchior (dans la WAP) de l'automne au printemps 2006. En raison des conditions environnementales extrêmes, l'abondance et la biomasse de la communauté microbienne étaient faibles durant l'automne et l'hiver et dominées par les petites cellules (< 2 µm) et donc par un réseau trophique microbien. En effet, la biomasse phytoplanctonique était faible durant l'automne et l'hiver (avec une concentration moyenne en chlorophylle a, Chl-a, de 0,3 et 0,13 µg l-1, respectivement). La biomasse phytoplanctonique a augmenté au printemps (avec un maximum de Chl-a de 1,13 µg l-1), mais, en dépit des conditions de croissance favorables, est restée faible et le phytoplancton était toujours dominé par de petites cellules (2-20 µm) et donc par le réseau trophique microbien ou multivore. De plus, la disparition précoce de glace de mer durant le printemps 2006 a exposé les eaux de la WAP à de fortes radiations ultraviolettes B (RUVB, 280-320 nm), qui ont eu un effet négatif sur la communauté microbienne des eaux de surface. Cette étude a également mis en évidence la relation existante entre les échanges CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP et la biomasse, la composition, la production primaire et la respiration de la communauté microbienne. Il existait tout d'abord une relation positive entre la concentration en Chl-a et la proportion de diatomées dans la communauté phytoplanctonique. De plus, il existait une corrélation négative significative entre la Chl-a et le ΔpCO2. La production primaire nette de la communauté (NCP) était principalement contrôlée par la production primaire et était négativement et positivement reliée avec le ΔpCO2 et le pourcentage de saturation de l'O2, respectivement, suggérant que la production primaire joue un rôle majeur dans les échanges de CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP. Par ailleurs, le ΔpCO2 moyen au cours des trois années étudiées était de -20,04 ± 44,3 µatm, menant à un puits de CO2 potentiel durant l'été et l'automne dans la région. Le sud de la WAP était un puits potentiel de CO2 (-43,60 ± 39,06 µatm) durant l'automne alors que le nord de la WAP était principalement une source potentielle de CO2 durant l'été ou l'automne (-4,96 ± 37,6 et 21,71 ± 22,39 µatm, respectivement). Les plus fortes concentrations en Chl-a mesurées dans le sud de la WAP pourraient expliquer cette distribution spatiale
Regional warming in the western Antarctic Peninsula (WAP), along with the expected decrease in sea-ice cover and the seasonal ozone layer breakdown could modify the composition and the structure of the microbial community. In addition, these environmental changes could modify the potential of the WAP as a CO2 sink. In this context, this thesis aimed at evaluating the combined effects of regional climatic changes on the primary production and the composition and structure of the microbial community in the WAP. In a second time, this thesis aimed at evaluating the role of the microbial community structure, composition, primary production and respiration on air-sea CO2 gas exchanges.First, the variations in sea-ice cover, stratospheric ozone layer thickness and sea surface temperature over the last 30 years (1972-2007) were described. Related to the warming of WAP waters, the retreat of sea-ice was happening earlier each decade in the WAP. The observed changes in these environmental parameters offer a new temporal window for primary production. Indeed, the annual primary production increased from 1997 to 2007, in relation with the sea-ice cover anomaly for the previous winter. In addition, daily primary production was negatively and positively correlated to, respectively, sea-ice cover and sea-water temperature from September to November and from February to March, suggesting that regional warming favoured more primary production during spring and fall. On the contrary, the early retreat of sea-ice in spring, in coincidence with the spring ozone layer breakdown, led to an increase in photoinhibition (with an average of 11.6 ± 2.8 % of the daily primary production being photoinhibited). Therefore, regional climatic changes in the WAP had both a positive and a negative impact on primary production.The microbial community variability was also described in the Melchior Archipelago (in the WAP) from fall to spring 2006. Because of the extreme environmental conditions, the microbial community abundance and biomass were low in fall and winter and the community was dominated by small cells (< 2 µm), hence by a microbial food-web. Indeed, phytoplanktonic biomass was low during fall and winter (with respective chlorophyll a concentration, Chl-a, of 0.3 and 0.13 µg l-1). Phytoplankton biomass increased in spring (with a maximum Chl-a of 1.13 µg l-1) but, despite favourable growth conditions, phytoplankton was still dominated by small cells (2-20 µm), hence by a microbial or multivorous food-web. In addition, the early retreat of sea-ice in the spring 2006 exposed the WAP waters to strong ultraviolet B radiations (UVBR, 280-320 nm) that had a negative impact on the microbial community in surface waters.Finally, the relationship between air-sea CO2 and O2 exchanges in the WAP with the phytoplankton community biomass and composition and with the microbial community primary production and respiration was described. A positive relationship existed between Chl-a and the proportion of diatoms in the phytoplankton community. In addition, a negative relationship existed between Chl-a and ΔpCO2. The net community production (NCP) was mainly controlled by primary production and was negatively and positively related to ΔpCO2 and the %O2 saturation, respectively, suggesting that primary production was the main driver of air-sea CO2 and O2 gas exchanges in the WAP. In addition, the average ΔpCO2 for the summers and falls 2002 to 2004 was -20.04 ± 44.3 µatm, leading to a potential CO2 sink during this period in the WAP. The southern WAP was a potential CO2 sink (-43.60 ± 39.06 µatm) during fall while the northern part of the Peninsula was mainly a potential CO2 source during summer and fall (-4.96 ± 37.6 and 21.71 ± 22.39 µatm, respectively). The higher Chl-a concentrations measured in the southern WAP may explain this spatial distribution

Le changement climatique d’origine humaine impacte déjà toutes les régions habitées de la planète. 90% de l’excès de chaleur associé aux activités humaines a été absorbé par l’océan depuis les années 1970, atténuant en grande partie le réchauffement atmosphérique, mais impactant fortement les sociétés humaines et la vie marine. Dans cette thèse, j’explore à l’aide d’ensembles de modèles de climat et de simulations numériques dédiées, où et quand les changements de température et de salinité dans l’océan intérieur deviennent assez grands pour être différenciés de la variabilité interne, ainsi que les mécanismes physiques associés. Nous trouvons ainsi que le signal climatique dans les masses d’eau de l’océan supérieur émerge entre la fin du XXème et les premières décennies du XXIème siècle. Les eaux modales des moyennes latitudes de l’hémisphère Sud émergent plus tôt que leurs homologues de l’hémisphère Nord. Le réchauffement associé à ces échelles de temps est principalement du à une absorption de chaleur transportée passivement dans l’océan intérieur. Dans les profondeurs de l’océan, les changements de circulation jouent un rôle plus important aux échelles de temps d’émergence du signal climatique. Le gain de flottabilité en surface dans les régions subpolaires provoque un ralentissement de la circulation méridienne de retournement. Cela réchauffe les eaux intérieures et abyssales de l’Océan Austral dès le milieu du XXème, venant s’ajouter au faible transport passif de chaleur, alors que cela le contre dans les profondeurs de l’Atlantique Nord et retarde l’émergence. Bien que les modèles de climat passent à côté de certains aspects importants de la réponse océanique au changement climatique, ils permettent d’apporter des éléments sur l’équilibre de processus en jeu, et suggèrent que l’influence humaine impacte déjà de grandes parties de l’océan
Human-induced climate change is already affecting every inhabited region of the planet. Yet, over 90% of the excess heat associated with human activities has been absorbed by the ocean since the 1970s, which acts to largely damp atmospheric warming, but has large impacts on human societies and marine life. In this thesis, I explore when and where thermohaline changes in the ocean interior become large enough to be unambiguously set apart from internal variability and investigate their associated physical drivers, using ensembles of climate models and dedicated numerical experiments. We find that the climate signal in the upper ocean water-masses emerges between the late 20th century and the first decades of the 21st. The Southern Hemisphere mid-latitude Mode Waters emerge before their Northern Hemisphere counterparts. The associated warming at these timescales is mostly caused by the uptake of heat from the atmosphere, passively transported into the ocean interior. In the deeper parts of the ocean, circulation changes play a more important role in the emergence timescales of the climate signals. Increased buoyancy gain at the surface in the subpolar areas cause a slowdown in the meridional overturning circulation. This warms the subsurface and abyssal waters in the Southern Ocean as soon as the mid-20th century, adding up to the weaker passive uptake of heat, but counteracts it in the deep North Atlantic over the 21st, delaying the emergence. Although climate models miss some important aspects of the ocean response to climate change, they allow to shed light on the balance of processes at play, and suggest anthropogenic influence has already spread to large parts of the ocean

En Arctique, les conséquences du réchauffement climatique sont plus fortes que partout ailleurs sur le globe : ainsi, l’augmentation de la température de l’air depuis deux décennies y est plus de deux fois plus élevée que l’augmentation moyenne, selon le dernier rapport du GIEC. La banquise témoigne de ces changements de façon privilégiée. On observe une diminution importante de la couverture de glace de mer, associée à une perte de volume entoute saison. La glace de mer devient plus jeune, fragile et mobile. Cette évolution de la banquise a fait entrer l’Arctique dans un nouvel état où les interactions air/neige/glace/océan sont modifiées et difficiles à appréhender. Mieux comprendre et prévoir ces changements nécessite des observations et des modèles numériques performants pour simuler correctement les interactions entre la glace de mer et les autres composantes qui commandent le climat de l’Arctique. Dans ce contexte de changement climatique, l’objectif de cette thèse est d’analyser des séries d’observations collectées principalement en hiver par des bouées dérivantes IAOOS -Ice Atmosphere Arctic Ocean Observing System- (équipées de SIMBAs -SAMS Ice MassBalance for the Arctic-) pour comprendre quels processus déterminent l’évolution récente de la glace de mer en Arctique. En plus d’une analyse des observations “per se”, des simulations numériques sont réalisées à partir du modèle unidimensionnel de glace et de neige LIM1D (Louvain-la-Neuve sea Ice Model)
In the Arctic, the consequences of global warming are stronger than anywhere else on the planet : the increase in air temperature over the last two decades is more than twice the average increase, according to the latest IPCC report. The evolution of the ice pack is a prime example of these changes. We observe a significant decrease in sea ice cover, associated with a loss of volume in all seasons. The sea ice becomes younger, more breakable, and more mobile. These changes in sea ice have brought the Arctic into a new state where air/snow/ice/ocean interactions are altered and difficult to apprehend. More observations and efficient numerical models are required to better understand and predict these changes and to correctly simulate the interactions between sea ice and the other components that control the Arctic climate. In this climate change context, the objective of this thesis is to analyze observations mainly collected in winter by IAOOS -Ice Atmosphere Arctic Ocean Observing System- drifting buoys (equipped with SIMBAs -SAMS Ice Mass Balance for the Arctic-), to understand which processes determine the recent Arctic sea ice evolution. We confront these analyses with numerical simulations made from the one-dimensional ice and snow model LIM1D (Louvain-la-Neuve sea Ice Model)