Adaptation méthodologique de l’indicateur PH2 - Phytoplancton en Méditerranée - 1ère partie. Synthèse des spécificités de la Méditerranée : paramètres abiotiques et biomasse phytoplanctonique totale (chl a).

L’évaluation DCSMM de l’état écologique des Habitats pélagiques repose sur le seul critère D1C6 dans les 4 sous-régions marines françaises (Manche - Mer du Nord, Mers Celtiques, Golfe de Gascogne et Méditerranée Occidentale). Les 3 indicateurs utilisés (PH1, PH2 et PH3) ont été développés par OSPAR pour l’Atlantique Nord-Est. Ils ciblent les caractéristiques des communautés phyto- et zooplanctoniques dont l’organisation est contrôlée par les facteurs abiotiques et biotiques propres à chaque sous-région marine. Les fortes spécificités du milieu pélagique méditerranéen n’ont pas été prises en compte lors de l’évaluation 2018. Cette note synthétise les principales caractéristiques abiotiques de la Méditerranée et leurs impacts sur le développement de la biomasse phytoplanctonique totale (chl a). Il est rappelé en particulier que : • La Méditerranée est un bassin d’évaporation, où les apports d’eau douce ne compensent pas les pertes dues à l’évaporation. Le déficit en eau (≈ 1 m par an) est comblé par une entrée d’Eau Atlantique qui pénètre en surface en Méditerranée par le détroit de Gibraltar. Le flux entrant d’Eau Atlantique, le stress lié aux vents et la bathymétrie contrôlent la circulation de surface de toute la Méditerranée. • Les forçages hydrodynamiques contraignent les distributions horizontale et verticale de la biomasse phytoplanctonique. La distribution horizontale du phytoplancton est caractérisée par une hétérogénéité spatiale importante. • L’oligotrophie de la Méditerranée augmente d’Ouest en Est. En Méditerranée Occidentale, elle est modulée par une série de processus physiques (gyres, systèmes frontaux, ondes internes, …) qui agissent à différentes échelles spatiales et temporelles et enrichissent la couche de surface en nutriments. • Dans la ZEE française, et à l’exception de la région du delta du Rhône, les eaux du large sont plus riches en nutriments et en phytoplancton que les eaux côtières. • Du printemps à la fin de l’automne, une thermocline saisonnière isole les eaux chaudes de surface des eaux froides présentes en profondeur. Durant cette période, les eaux situées au-dessus de la thermocline sont épuisées en nutriments et en phytoplancton dans toutes les zones du large. • Une caractéristique majeure du phytoplancton méditerranéen est la présence d’un maximum profond de chlorophylle (« Deep Chlorophyll Maximum », DCM) pendant toute la période stratifiée. Le DCM est observé dans toute la Méditerranée. Il est situé sous la thermocline et n’est pas détecté par les satellites. Le DCM est une entité dynamique dont les caractéristiques sont contrôlées par les variables abiotiques du milieu. Il constitue la source de nourriture principale pour le zooplancton 6 à 8 mois par an, et attire une partie de l’ichtyoplancton qui s’y rassemble pour profiter de l’agrégation de nourriture. Le DCM a donc un rôle essentiel dans le fonctionnement du milieu pélagique méditerranéen. Les éléments présentés dans ce travail montrent la nécessité : (i) d’intégrer la dimension verticale de la colonne d’eau dans l’évaluation DCSMM de l’état écologique des Habitats pélagiques méditerranéens, (ii) d’adapter l’indicateur PH2-Phytoplancton en intégrant la dimension verticale afin de tendre vers une évaluation réaliste de l’état des Habitats pélagiques méditerranéens

Evolution décennale des zones côtières: Forçages climatiques / Forçages anthropiques

Coastal systems play a crucial role in biogeochemical cycles and are important areas formarine resources, exchange of materials and energy. Moreover, these environments aremarked by strong spatial and temporal heterogeneity of environmental factors, contributing totheir complexity. Since global change has exerted intense pressure on these systems, theimplementation of long-term monitoring programmes has become essential to extract majortrends and predict potential changes. However, the identification of specific responses ofthese coastal systems remains unclear. Since 1997, monitoring of physical and chemicalparameters of coastal waters in France is provided by the programme SOMLIT (Serviced'Observation en Milieu LITtoral). These comprehensive time series data from twelve stationsaround the French coasts were used 1) to characterize year-to-year variability in physicochemicalproperties of the surface layer and 2) to evaluate the potential influences of naturaland anthropogenic variability. Firstly, the analysis of the SOMLIT time series shows that theFrench coastal systems exhibit significant temporal variability caused by hydro-climaticfluctuations at regional and meso-scales. Secondly, a new nonparametric multivariateprocedure was developed to identify relative reference states to allow the rapid detection ofchanges and to quantify the fertilization in nutrient concentrations. As a result, it is shown thatfertilization can be strongly influenced by climate forcing. Thirdly, after the removal ofnatural climate variability, indicators of human fertilisation are proposed, allowing thequantification of the impact of human activities on French coastal systems. This studyproposes a new approach to detect potential alterations in all types of systems as soon as databecome available and could provide a baseline for the adaptive management of coastalenvironments.Ne couvrant que 8% de l’océan mondial mais offrant 85% des ressources marines exploitées, les systèmes côtiers sont d’importantes plaques tournantes d’échanges de matières et d’énergie, jouant un rôle capital dans les cycles biogéochimiques. De plus, ces milieux sont marqués par une forte hétérogénéité spatio-temporelle des facteurs environnementaux, contribuant ainsi à leur complexité. Au cours des dernières décennies, les changements globaux s'exerçant sur ces systèmes sont devenus si intenses, que la mise en place de réseaux d'observation à long-terme est devenue cruciale afin d'extraire les grandes tendances et de prédire les changements potentiels. La question de l'identification de la réponse spécifique de ces zones d'interfaces littorales reste cependant posée. En France, le suivi des paramètres physiques et chimiques des eaux côtières est assuré depuis 1997 par le programme SOMLIT (Service d’Observation en Milieu LIToral). L'objectif de cette thèse est donc de caractériser l'évolution physico-chimique, à l'échelle décennale, des systèmes côtiers français et d'estimer les parts respectives de la variabilité naturelle et de l'influence anthropique. Dans un premier temps, l'analyse de ces séries chronologiques montre que les systèmes côtiers français présentent une variabilité temporelle importante, liée en partie aux fluctuations hydroclimatiques à méso-échelle, mais également à des échelles plus régionales. Dans un deuxième temps, le développement d'une nouvelle procédure multivariée non paramétrique, aboutissant à la construction d'états de référence relatifs et à la détection rapide des changements, permet de quantifier le phénomène de fertilisation en nutriments. Il est montré que la fertilisation peut être fortement influencée par le forçage climatique. Dans un troisième temps, aprèssoustraction de la part de variabilité climatique naturelle, des indicateurs de fertilisation anthropique sont proposés, permettant la quantification de l'impact des activités humaines sur les systèmes côtiers français. Ce travail propose une nouvelle approche qui permet de détecter dès que les données deviennent accessibles les perturbations potentielles dans tous types de systèmes, avec plus particulièrement pour objectif de répondre aux attentes, scientifiques et sociétales, d'une gestion adaptée des milieux côtiers

Evolution décennale des zones côtières: Forçages climatiques / Forçages anthropiques

Coastal systems play a crucial role in biogeochemical cycles and are important areas formarine resources, exchange of materials and energy. Moreover, these environments aremarked by strong spatial and temporal heterogeneity of environmental factors, contributing totheir complexity. Since global change has exerted intense pressure on these systems, theimplementation of long-term monitoring programmes has become essential to extract majortrends and predict potential changes. However, the identification of specific responses ofthese coastal systems remains unclear. Since 1997, monitoring of physical and chemicalparameters of coastal waters in France is provided by the programme SOMLIT (Serviced'Observation en Milieu LITtoral). These comprehensive time series data from twelve stationsaround the French coasts were used 1) to characterize year-to-year variability in physicochemicalproperties of the surface layer and 2) to evaluate the potential influences of naturaland anthropogenic variability. Firstly, the analysis of the SOMLIT time series shows that theFrench coastal systems exhibit significant temporal variability caused by hydro-climaticfluctuations at regional and meso-scales. Secondly, a new nonparametric multivariateprocedure was developed to identify relative reference states to allow the rapid detection ofchanges and to quantify the fertilization in nutrient concentrations. As a result, it is shown thatfertilization can be strongly influenced by climate forcing. Thirdly, after the removal ofnatural climate variability, indicators of human fertilisation are proposed, allowing thequantification of the impact of human activities on French coastal systems. This studyproposes a new approach to detect potential alterations in all types of systems as soon as databecome available and could provide a baseline for the adaptive management of coastalenvironments.Ne couvrant que 8% de l’océan mondial mais offrant 85% des ressources marines exploitées, les systèmes côtiers sont d’importantes plaques tournantes d’échanges de matières et d’énergie, jouant un rôle capital dans les cycles biogéochimiques. De plus, ces milieux sont marqués par une forte hétérogénéité spatio-temporelle des facteurs environnementaux, contribuant ainsi à leur complexité. Au cours des dernières décennies, les changements globaux s'exerçant sur ces systèmes sont devenus si intenses, que la mise en place de réseaux d'observation à long-terme est devenue cruciale afin d'extraire les grandes tendances et de prédire les changements potentiels. La question de l'identification de la réponse spécifique de ces zones d'interfaces littorales reste cependant posée. En France, le suivi des paramètres physiques et chimiques des eaux côtières est assuré depuis 1997 par le programme SOMLIT (Service d’Observation en Milieu LIToral). L'objectif de cette thèse est donc de caractériser l'évolution physico-chimique, à l'échelle décennale, des systèmes côtiers français et d'estimer les parts respectives de la variabilité naturelle et de l'influence anthropique. Dans un premier temps, l'analyse de ces séries chronologiques montre que les systèmes côtiers français présentent une variabilité temporelle importante, liée en partie aux fluctuations hydroclimatiques à méso-échelle, mais également à des échelles plus régionales. Dans un deuxième temps, le développement d'une nouvelle procédure multivariée non paramétrique, aboutissant à la construction d'états de référence relatifs et à la détection rapide des changements, permet de quantifier le phénomène de fertilisation en nutriments. Il est montré que la fertilisation peut être fortement influencée par le forçage climatique. Dans un troisième temps, aprèssoustraction de la part de variabilité climatique naturelle, des indicateurs de fertilisation anthropique sont proposés, permettant la quantification de l'impact des activités humaines sur les systèmes côtiers français. Ce travail propose une nouvelle approche qui permet de détecter dès que les données deviennent accessibles les perturbations potentielles dans tous types de systèmes, avec plus particulièrement pour objectif de répondre aux attentes, scientifiques et sociétales, d'une gestion adaptée des milieux côtiers

Evolution décennale des zones côtières : forçages climatiques, forçages anthropiques

Ne couvrant que 8% de l’océan mondial mais offrant 85% des ressources marines exploitées, les systèmes côtiers sont d’importantes plaques tournantes d’échanges de matières et d’énergie, jouant un rôle capital dans les cycles biogéochimiques. De plus, ces milieux sont marqués par une forte hétérogénéité spatio-temporelle des facteurs environnementaux, contribuant ainsi à leur complexité. Au cours des dernières décennies, les changements globaux s'exerçant sur ces systèmes sont devenus si intenses, que la mise en place de réseaux d'observation à long-terme est devenue cruciale afin d'extraire les grandes tendances et de prédire les changements potentiels. La question de l'identification de la réponse spécifique de ces zones d'interfaces littorales reste cependant posée. En France, le suivi des paramètres physiques et chimiques des eaux côtières est assuré depuis 1997 par le programme SOMLIT (Service d’Observation en Milieu LIToral). L'objectif de cette thèse est de donc caractériser l'évolution physico-chimique, à l'échelle décennale, des systèmes côtiers français et d'estimer les parts respectives de la variabilité naturelle et de l'influence anthropique. Dans un premier temps, l'analyse de ces séries chronologiques montre que les systèmes côtiers français présentent une variabilité temporelle importante, liée en partie aux fluctuations hydro-climatiques à méso-échelle, mais également à des échelles plus régionales. Dans un deuxième temps, le développement d'une nouvelle procédure multivariée non paramétrique, aboutissant à la construction d'états de référence relatifs et à la détection rapide des changements, permet de quantifier le phénomène de fertilisation en nutriments. Il est montré que la fertilisation peut être fortement influencée par le forçage climatique. Dans un troisième temps, après soustraction de la part de variabilité climatique naturelle, des indicateurs de fertilisation anthropique sont proposés, permettant la quantification de l'impact des activités humaines sur les systèmes côtiers français. Ce travail propose une nouvelle approche qui permet de détecter dès que les données deviennent accessibles les perturbations potentielles dans tous types de systèmes, avec plus particulièrement pour objectif de répondre aux attentes, scientifiques et sociétales, d'une gestion adaptée des milieux côtiers.Covering only 8% of the World Ocean but with 85% of exploited marine resources, coastal systems are important areas for the exchange of materials and energy, playing a crucial role in biogeochemical cycles. Moreover, these environments are marked by strong spatial and temporal heterogeneity of environmental factors, contributing to their complexity. In recent decades, global change exerted on these systems has become so intense that the implementation of long-term monitoring programmes has become essential to extract major trends and predict potential changes. However, the identification of the specific response of these coastal systems remains posed. In France, monitoring of physical and chemical parameters of coastal waters is provided since 1997 by the programme SOMLIT (Service d'Observation en Milieu LITtoral). The aim of this PhD Thesis is therefore to characterize year-to-year variability in physic-chemical properties of the surface layer, at a decadal scale, of the French coastal systems, and to evaluate the respective influence of natural and anthropogenic variability. Firstly, the analysis of these time series shows that the French coastal systems exhibit significant temporal variability, due to hydro-climatic fluctuations at meso and regional scales. Secondly, the development of a new nonparametric multivariate procedure, resulting in the constitution of relative reference states for the rapid detection of changes, allows quantifying the fertilization in nutrient concentrations. Moreover, it is shown that fertilization can be strongly influenced by climate forcing. Thirdly, after the removal of natural climate variability, indicators of human fertilisation are proposed, allowing the quantification of the impact of human activities on French coastal systems. This study proposes a new approach to detect as soon as data become available, potential alterations in all types of systems, with the aim of meeting the scientific and societal assumptions and allowing the adaptive management of coastal environments

Environmental heterogeneity drives phytoplankton community assembly patterns in a tropical riverine system

A recommendation – based on reviews by Eric Goberville and Dominique Lamy – of the article: Graco-Roza C, Segura AM, Kruk C, Domingos P, Soininen J, Marinho MM (2021) Clumpy coexistence in phytoplankton: The role of functional similarity in community assembly. bioRxiv, 869966, ver. 6 peer-reviewed and recommended by Peer community in Ecology. https://doi.org/10.1101/86996

Evaluation rapide des perturbations anthropiques: cas de l'enrichissement en nutriments en milieux côtiers. .

Alors que la connaissance des systèmes naturels a considérablement augmentée au cours des dernières décennies, la capacité de mesurer et modéliser ces systèmes reste limitée. Afin de répondre à cette problématique, nous proposons ici une nouvelle procédure de détection instantanée et de quantification des perturbations anthropiques potentielles, à travers l'exemple d'un suivi de l'enrichissement côtier en nutriments

Conséquences des changements climatiques en milieu océanique

Climate change is unambiguous and its effects are clearly detected in all functional units of the Earth System. This paper presents analyses of sea surface temperature and show that climate change is affecting both biological and ecological systems of the world and most specifically the North Atlantic and its adjacent seas. Changes are seen from phytoplankton to zooplankton to fish and are modifying the dominance of species and the structure, the diversity and the functioning of marine ecosystems. Changes also range from biogeographical to phenological shifts and have involved in some regions of the Atlantic abrupt ecosystem shifts also called regime shifts. These alterations reflect the response of ecosystems to a warmer temperature regime. Mechanisms are complex because they are nonlinear exhibiting tipping points and varying in space and time. Sensitivity of organisms to temperature changes is high, implicating that a small modification in the temperature regime can have sustained ecosystem effects. It is urgent to develop monitoring systems, indicators and both statistical and mathematical tools to detect, better understand and anticipate the alterations of both biological and ecological systems that may be triggered by global climate change

Applying the concept of the ecological niche and a macroecological approach to understand how climate influences zooplankton : advantages, assumptions, limitations and requirements.

International audienceEcosystem effects of climate change have been detected in all components of the Earth System. In the marine biosphere, climate-change responses have caused large and well-documented biogeographical and phenological shifts, which have in turn altered local dominance hierarchies, and also the structure, diversity and functional linkages within regional marine ecosystems. There is an urgent need to improve both our knowledge of the global-scale effects of climate change on marine biodiversity and our capacity to project future impacts. But extrapolation of previously estimated changes to additional places and to future conditions is complicated by non-linear responses to environmental variables, and also by complexities of multivariate interaction that can lead to tipping-points. In this paper, we show how observations from widely-spaced locations can be combined to characterise the ecological niche of a species, and how the concept of the niche can be used to understand and project how climate-induced changes in temperatures will alter marine zooplankton both locally and globally. As an example to illustrate our view, we apply this framework to the relatively well-known copepod Calanus finmarchicus. Our results suggest that climate change will strongly affect the local abundance of this species in the North Atlantic Ocean by the end of this century. Predicted changes are large (e.g. increase by ±6-10-fold of the temporal changes in the abundance of C. finmarchicus) and vary as a function of the magnitude of warming and the local sign and steepness of the thermal niche. Substantial rates of change hold even under optimistic climatic scenarii. After reviewing the main limitations of the niche concept in bioclimatological research, we argue that the application of this concept in ecology and bioclimatology might nevertheless represent the best tool currently available to scientists to discern and anticipate the effect of global climate change on species and ecosystems. The framework we proposed forces us however to think globally and to develop a worldwide coordinated macroecological approach, that includes global monitoring, new mathematical tools of detection and new types of modeling

Conséquences des changements climatiques en milieu océanique

Climate change is unambiguous and its effects are clearly detected in all functional units of the Earth System. This paper presents analyses of sea surface temperature and show that climate change is affecting both biological and ecological systems of the world and most specifically the North Atlantic and its adjacent seas. Changes are seen from phytoplankton to zooplankton to fish and are modifying the dominance of species and the structure, the diversity and the functioning of marine ecosystems. Changes also range from biogeographical to phenological shifts and have involved in some regions of the Atlantic abrupt ecosystem shifts also called regime shifts. These alterations reflect the response of ecosystems to a warmer temperature regime. Mechanisms are complex because they are nonlinear exhibiting tipping points and varying in space and time. Sensitivity of organisms to temperature changes is high, implicating that a small modification in the temperature regime can have sustained ecosystem effects. It is urgent to develop monitoring systems, indicators and both statistical and mathematical tools to detect, better understand and anticipate the alterations of both biological and ecological systems that may be triggered by global climate change