Relations entre l'état d'une ressource et son exploitation via la compréhension et la formalisation des interactions de socio-écosystèmes. Application à la palourde japonaise (Venerupis philippinarum) du bassin d'Arcachon.

Composante importante de l écosystème marin benthique, les bivalves exploités sont surtout situés dans la zone littorale dont les caractéristiques spatiales et temporelles engendrent des fluctuations populationnelles naturelles et contribuent à de fortes variations de biomasse et de structure démographique s ajoutant aux effets d activités anthropiques. La compréhension des interactions entre l espèce, son environnement et son exploitation est cruciale. Leur formalisation, y compris pour la gestion, passe par le développement de modèles mathématiques qui visent à décrire le fonctionnement du système, expliquer des phénomènes observés en termes de cause à effet ou prédire l effets de nouvelles causes. Espèce introduite en France dans les années 1980, la palourde japonaise (Venerupis philippinarum) constitue une ressource économique importante pour des zones littorales. Pour le bassin d Arcachon, les pêcheurs à pied professionnels capturent quelques 600 tonnes par an. Outre la réglementation européenne qui fixe une taille minimale de capture, des mesures de gestion complémentaires sont établies par les structures professionnelles locales de la pêche dans un cadre de cogestion impliquant ces structures, scientifiques et administration.Ce travail de thèse s inscrit dans ce contexte en intégrant les traits d histoire de vie de la population dans le modèle de simulation utilisé à des fins de gestion. A l échelle locale, l analyse de forme conventionnelle basée sur des mesures métriques et pondérales établit des relations d allométrie entre des paires de descripteurs avec un changement significatif de morphologie à partir d une longueur de 16-20 mm. La variabilité phénotypique intra-site s articule en trois patrons morphologiques. Dans le bassin d Arcachon, le caractère globuleux, décrit pour la première fois ici, est associé à de faibles densités et à de fortes proportions d individus affectés par la maladie du muscle marron, maladie émergente sur le bassin. A l échelle de la façade atlantique française, trois ratios morphométriques (indices d élongation, de densité de la valve et de poids de la valve sur sa longueur) discriminent les populations des sites nord (Banc du Guer, golfe du Morbihan) de celles des sites sud (Bellevue, bassin d Arcachon). Une corrélation significative entre ces ratios et les conditions trophiques approchées par la concentration en chlorophylle a ainsi qu un lien entre l indice de densité de la valve et le pourcentage de températures comprises entre 12 et 20C sont démontrés. La complexité des facteurs intervenant sur la morphologie intra et inter-sites laisse supposer l intervention d autres facteurs comme la nature du substrat, ce qui est conforté par des premières analyses de contours. Les travaux ont confirmé l importance de la température sur les variables d état du stock notamment lors de la période de reproduction. Pour ces mêmes variables, un rôle majeur des ressources trophiques a aussi été démontré avec des réponses différant selon les stades. Une partie de ces résultats a contribué à des modifications dans le modèle de simulation. Elles ont surtout concerné l intégration de l effet des ressources trophiques sur le recrutement, la révision de la production de juvéniles et des taux de croissance par classe de taille, la précision de données de captures et l ajout d un effet prix sur les stratégies de pêche. En parallèle à la validation du modèle, l analyse de sensibilité a mis en évidence la sensibilité du modèle aux paramètres environnementaux et aux variables relatives aux stades les plus jeunes. Dans un contexte de cogestion, l outil a été utilisé pour réaliser des projections sur le devenir de la population selon différents scénarios de gestion. Les différences de tendances d évolution de la biomasse en réponse à ces dispositifs d action ont servi aux gestionnaires pour la définition des mesures de gestion actuellement en vigueur. Au final, le modèle renforce la démarche participative engagée.Significant component of the marine benthic ecosystem, exploited bivalves are mainly located inside the coastal area, which temporal and spatial features generate natural population fluctuations and contribute to considerable biomass and demographic structure changes added to anthropogenic activities effects (fishing, pollution, ). Understanding of the relationships between the species, its environment and its exploitation is crucial and their formalization, including for management purposes, requires development of mathematical models that aim at describing the functioning of the system, to explain the observed phenomenon in terms of cause and effect or predict effects of new causes. Originating from venerid culture trials carried out in France in the 80s, Manila clam (Venerupis philippinarum) is an important economic resource for coastal areas. Inside the Arcachon Bay, professional fishermen catch about 600 tonnes annually. Whereas the minimum legal harvest size is set by European legislation, complementary management measures are established by regional and departmental professional organizations in the framework of a co-management approach involving professional, scientists and administration. This doctoral thesis is part of this objective of co-management by integrating life history traits of the population in a simulation model used for management purposes. At local scale, conventional shape analysis methods using metric weights and measures establish allometric relationships between pairs of descriptors with a significant morphological change detected from a length of ca. 16-20 mm. Intra-site phenotypic variability is structured in three morphological patterns. Occurrence of globular character inside the Arcachon Bay, described here for the first time, is associated to low densities and to high proportions of individuals affected by brown muscle disease, an emerging disease in the Bay. At the scale of the French Atlantic coast, three morphological ratios (elongation, valve density and weight related to length indices) discriminate populations from northern (Banc du Guer and Morbihan Gulf) and southern sites (Bellevue and Arcachon Bay). Significant relationships between those ratios and trophic conditions expressed by chlorophyll a concentrations, as well as a link between weight surface ratios and percentage of seawater temperature ranging from 12 to 20C are demonstrated. Complexity of factors involved in intrasite and intersite morphology suggests intervention of other factors such as sediment characteristics, which is supported by a first outlines analysis. This work confirmed the importance of seawater temperature on stock state variables particularly during the reproduction period. For those same variables, a major role of trophic conditions has also been demonstrated with answers depending on development stages. Part of this result contributed to modifications within the simulation model dedicated to this population. The modifications mainly concerned integration of trophic resources effect on recruitment level, juveniles production and growth rates per length class revision, accuracy of catches by professional fishermen and addition of a price effect on the fishing strategies. In conjonction with the model validation, the sensitivity analysis undertaken highlighted the sensitivity of the model to environmental parameters and to variables related to the younger stages. In a co-management context, this tool was used to perform projections on the future of the population according to various management scenarios. The differences in the patterns of biomass evolution in response to those action schemes were used by the stakeholders to identify management measures currently in force. In the end the model reinforces the engaged participatory process.PAU-BU Sciences (644452103) / SudocSudocFranceF

A history of invasion: COI phylogeny of Manila clam Ruditapes philippinarum in Europe

The Manila clam Ruditapes philippinarum – synonym Venerupis philippinarum (Adams and Reeve, 1850) is now one of the top 5 most commercially valuable bivalve species worldwide. Originally from the Indo-Pacific region, it has been introduced in many countries for fisheries and aquaculture, including estuarine environments along Atlantic and Mediterranean European coasts. Yet despite its commercial value and widespread distribution, the precise origins of stocks remain speculative and the genetic diversity of introduced populations is poorly known. Thus, the aim of this work was to collect mtDNA COI (Cytochrome oxidase I) gene sequences from 5 European countries with Manila clam stocks and compare them with native Asian populations to evaluate their genetic diversity and identify possible routes of invasion. The COI gene sequencing supported a strong founder effect in the European populations with 3 main haplotypes occurring at high frequencies, derived from Japan. However, high haplotype diversity was also observed due to the occurrence of 10 rare haplotypes. This supports hypotheses (i) there have been additional, previous unrecorded, introductions as previously hypothesized by analysis of 16S rDNA, and (ii) there has been a limited loss of genetic diversity in introduced populations, as previously suggested by microsatellite data. This is the first genetic comparison of Manila clam populations introduced in to Europe with native clams. Genetic data herein presented are fundamentally important for the traceability of clam products and stock management programmes and will also inform discussion on the potential resilience of exploited Manila clam populations

De la collecte des données à l'appropriation des résultats par les utilisateurs - Contribution à l'amélioration des connaissances sur les ressources exploitées et d'intérêt pour les navires de Nouvelle-Aquitaine

La gestion durable des ressources, à des fins de conservation de la biodiversité et/ou d’exploitation par l’Homme, suppose d’une part d’être en capacité de décrire l’évolution de l’abondance d’une population et de la pression à laquelle elle est soumise tout en se référant à des seuils et d’autre part d’appréhender plus largement les effets anthropiques et environnementaux sur la dynamique des populations (et des communautés) qui les composent. Pour atteindre ces deux grands objectifs, plusieurs étapes et verrous sont à relever en fonction des espèces considérées. Appréhender la durabilité implique de caractériser ces ressources et de mesurer leur sensibilité à la variabilité de leur(s) habitat(s) et de leur exploitation. Pour entreprendre ce travail, j’ai utilisé des outils statistiques combinés à une connaissance fine de la biologie des espèces et des pratiques de l’activité de pêche. Ils se fondent tous sur de la collecte des données jusqu’à leur valorisation. Cela englobe plusieurs processus métier liés les uns aux autres. Ces processus (et les méthodologies associées) structurent ce projet d’Habilitation à Diriger des Recherches. Ils sont illustrés par des cas d’étude relatifs à des ressources du territoire néo-aquitain (palourde japonaise, rouget barbet, sole commune, merlu européen, oursin commun …) avec des problématiques variées d’origines multiples (naturelle, anthropique, climatique …). La première partie du manuscrit s’intéresse aux besoins liés aux données en allant de leur récolte à la construction d’indicateurs. Les verrous inhérents à cette problématique concernent la gestion de la collecte des données (collecte maîtrisée ou subie), leur consolidation (échelles de temps et d’espace) et l’analyse de la qualité et de la pertinence de ces informations. Pour la construction des indicateurs décrivant l’abondance de la population, j’ai spécifié des règles ou des logiques à suivre pour identifier les cas à inclure dans cette construction (choix de seuils, prise en compte de l’effet possible de biais liés aux stratégies ...). Dans la deuxième partie, je me suis intéressée à la compréhension de processus et d’interactions entre indicateurs (d’état de populations et d’activités de pêche) et environnement. Leur formalisation passe par le développement de modèles mathématiques dont la finalité est la description du fonctionnement du système et des interactions entre les différents éléments, l’explication des phénomènes observés en termes de cause à effet jusqu’à éventuellement le calcul de prédictions d’effets de nouvelles causes en y intégrant divers scénarios. En fonction des spécificités de chaque jeu de données, les analyses conduites et présentées sont classiques ou plus élaborées (détections de ruptures, data mining ...). L’appropriation des connaissances par les utilisateurs, dont les gestionnaires, est décrite dans la troisième partie du manuscrit. Cette partie illustre notamment l’intérêt des démarches collaboratives pour établir dans la durée des interactions fructueuses (en prenant en compte les attentes de chacun, la disponibilité ...) tout en étant vigilant aux rôles des uns et des autres dans la gestion. Les questionnements considérés dans ce manuscrit sont identifiés lors des activités d’expertises ou préférentiellement par anticipation à ces dernières (soit par les demandeurs, soit par les scientifiques). Les connaissances issues des programmes de recherche dans lesquels je m’investis améliorent la qualité des réponses aux demandes d’expertises réalisées dans le cadre de l’Appui aux Politiques Publiques. La publication de ces connaissances manquantes contribue de manière plus large à la compréhension de processus écologiques tels que ceux liés à la croissance, à la reproduction ou encore à la distribution des espèces étudiées dans leur environnement

Relationships between stock status and its exploitation via comprehension and formalization of socio-ecosystems interactions. Application to Manila clam (Venerupis philippinarum) population of Arcachon Bay.

Composante importante de l’écosystème marin benthique, les bivalves exploités sont surtout situés dans la zone littorale dont les caractéristiques spatiales et temporelles engendrent des fluctuations populationnelles naturelles et contribuent à de fortes variations de biomasse et de structure démographique s’ajoutant aux effets d’activités anthropiques. La compréhension des interactions entre l’espèce, son environnement et son exploitation est cruciale. Leur formalisation, y compris pour la gestion, passe par le développement de modèles mathématiques qui visent à décrire le fonctionnement du système, expliquer des phénomènes observés en termes de cause à effet ou prédire l’effets de nouvelles causes. Espèce introduite en France dans les années 1980, la palourde japonaise (Venerupis philippinarum) constitue une ressource économique importante pour des zones littorales. Pour le bassin d’Arcachon, les pêcheurs à pied professionnels capturent quelques 600 tonnes par an. Outre la réglementation européenne qui fixe une taille minimale de capture, des mesures de gestion complémentaires sont établies par les structures professionnelles locales de la pêche dans un cadre de cogestion impliquant ces structures, scientifiques et administration.Ce travail de thèse s’inscrit dans ce contexte en intégrant les traits d’histoire de vie de la population dans le modèle de simulation utilisé à des fins de gestion. A l’échelle locale, l’analyse de forme conventionnelle basée sur des mesures métriques et pondérales établit des relations d’allométrie entre des paires de descripteurs avec un changement significatif de morphologie à partir d’une longueur de 16-20 mm. La variabilité phénotypique intra-site s’articule en trois patrons morphologiques. Dans le bassin d’Arcachon, le caractère globuleux, décrit pour la première fois ici, est associé à de faibles densités et à de fortes proportions d’individus affectés par la maladie du muscle marron, maladie émergente sur le bassin. A l’échelle de la façade atlantique française, trois ratios morphométriques (indices d’élongation, de densité de la valve et de poids de la valve sur sa longueur) discriminent les populations des sites nord (Banc du Guer, golfe du Morbihan) de celles des sites sud (Bellevue, bassin d’Arcachon). Une corrélation significative entre ces ratios et les conditions trophiques approchées par la concentration en chlorophylle a ainsi qu’un lien entre l’indice de densité de la valve et le pourcentage de températures comprises entre 12 et 20°C sont démontrés. La complexité des facteurs intervenant sur la morphologie intra et inter-sites laisse supposer l’intervention d’autres facteurs comme la nature du substrat, ce qui est conforté par des premières analyses de contours. Les travaux ont confirmé l’importance de la température sur les variables d’état du stock notamment lors de la période de reproduction. Pour ces mêmes variables, un rôle majeur des ressources trophiques a aussi été démontré avec des réponses différant selon les stades. Une partie de ces résultats a contribué à des modifications dans le modèle de simulation. Elles ont surtout concerné l’intégration de l’effet des ressources trophiques sur le recrutement, la révision de la production de juvéniles et des taux de croissance par classe de taille, la précision de données de captures et l’ajout d’un effet prix sur les stratégies de pêche. En parallèle à la validation du modèle, l’analyse de sensibilité a mis en évidence la sensibilité du modèle aux paramètres environnementaux et aux variables relatives aux stades les plus jeunes. Dans un contexte de cogestion, l’outil a été utilisé pour réaliser des projections sur le devenir de la population selon différents scénarios de gestion. Les différences de tendances d’évolution de la biomasse en réponse à ces dispositifs d’action ont servi aux gestionnaires pour la définition des mesures de gestion actuellement en vigueur. Au final, le modèle renforce la démarche participative engagée.Significant component of the marine benthic ecosystem, exploited bivalves are mainly located inside the coastal area, which temporal and spatial features generate natural population fluctuations and contribute to considerable biomass and demographic structure changes added to anthropogenic activities’ effects (fishing, pollution,…). Understanding of the relationships between the species, its environment and its exploitation is crucial and their formalization, including for management purposes, requires development of mathematical models that aim at describing the functioning of the system, to explain the observed phenomenon in terms of cause and effect or predict effects of new causes. Originating from venerid culture trials carried out in France in the 80s, Manila clam (Venerupis philippinarum) is an important economic resource for coastal areas. Inside the Arcachon Bay, professional fishermen catch about 600 tonnes annually. Whereas the minimum legal harvest size is set by European legislation, complementary management measures are established by regional and departmental professional organizations in the framework of a co-management approach involving professional, scientists and administration. This doctoral thesis is part of this objective of co-management by integrating life history traits of the population in a simulation model used for management purposes. At local scale, conventional shape analysis methods using metric weights and measures establish allometric relationships between pairs of descriptors with a significant morphological change detected from a length of ca. 16-20 mm. Intra-site phenotypic variability is structured in three morphological patterns. Occurrence of globular character inside the Arcachon Bay, described here for the first time, is associated to low densities and to high proportions of individuals affected by brown muscle disease, an emerging disease in the Bay. At the scale of the French Atlantic coast, three morphological ratios (elongation, valve density and weight related to length indices) discriminate populations from northern (Banc du Guer and Morbihan Gulf) and southern sites (Bellevue and Arcachon Bay). Significant relationships between those ratios and trophic conditions expressed by chlorophyll a concentrations, as well as a link between weight surface ratios and percentage of seawater temperature ranging from 12 to 20°C are demonstrated. Complexity of factors involved in intrasite and intersite morphology suggests intervention of other factors such as sediment characteristics, which is supported by a first outlines analysis. This work confirmed the importance of seawater temperature on stock state variables particularly during the reproduction period. For those same variables, a major role of trophic conditions has also been demonstrated with answers depending on development stages. Part of this result contributed to modifications within the simulation model dedicated to this population. The modifications mainly concerned integration of trophic resources effect on recruitment level, juveniles’ production and growth rates per length class revision, accuracy of catches by professional fishermen and addition of a price effect on the fishing strategies. In conjonction with the model validation, the sensitivity analysis undertaken highlighted the sensitivity of the model to environmental parameters and to variables related to the younger stages. In a co-management context, this tool was used to perform projections on the future of the population according to various management scenarios. The differences in the patterns of biomass evolution in response to those action schemes were used by the stakeholders to identify management measures currently in force. In the end the model reinforces the engaged participatory process

Relation taille-poids frais de la palourde japonaise du Bassin d'Arcachon - Année 2021

The study of the dynamics of a stock requires the acquisition of biological parameters. Length-weight relationships (LWR) make it possible to estimate the average weight of a species without having to weigh it systematically. The first LWR for the Manila clam Ruditapes philippinarum in the Arcachon Bay was established in 2003 during the stock assessment survey. It was used to estimate weights between 2003 and 2018. New biometric measurements were carried out in 2021 from two sources: the 2021 campaign and fishing by foot. The new LWR established in 2021 for Manila clam estimates a higher weight than that obtained by the 2003 LWR (for lengths ≥ 11 mm). In population dynamics, it is usual to update the LWR of an exploited species in order to estimate the stock. This new LWR was used to estimate the Manila clam stock in 2021 and will be used for future monitoring campaigns.L’étude de la dynamique d’un stock nécessite l’acquisition de paramètres biologiques. Les relations taille-poids (RTP) permettent d’estimer le poids moyen d’une espèce sans avoir à la peser systématiquement. La première RTP de la palourde japonaise Ruditapes philippinarum dans le bassin d’Arcachon a été établie en 2003 lors de la campagne d’évaluation de stock. Elle a été utilisée pour l’estimation des poids entre 2003 et 2018. De nouvelles mesures biométriques ont été réalisées en 2021 provenant de 2 sources : de la campagne 2021 et de pêches à pied. La nouvelle RTP établie en 2021 pour la palourde japonaise estime un poids plus élevé que celui obtenu par la RTP de 2003 (pour des longueurs ≥ 11 mm). En dynamique des populations, il est usuel d’actualiser les RTP d’une espèce exploitée en vue d’en estimer le stock. Cette nouvelle RTP a été utilisée pour estimer le stock de palourde japonaise en 2021 et le sera pour les prochaines campagnes de suivi de cette population