Environmental impact on fish communities in the global ocean : a mechanistic modeling approach

La biosphere marine joue un role fondamental dans la dynamique du Systeme Terre (cycle du carbone, composition atmospherique, etc.) et rend un certain nombre de services essentiels a l’humanite (pecheries, sequestration du carbone notamment). Sa vulnerabilite aux changements globaux (changement climatique, exploitation croissante des ressources naturelles et pollution en particulier) rend necessaire et urgente l’anticipation de ses evolutions possibles. Dans cette perspective, il s’agira dans cette these d’etudier comment les ecosystemes marins sont structures par leur environnement et comment cette structuration peut influer sur leur fonctionnement jusqu'a l’echelle de l’ocean global. Dans un premier temps un cadre de modelisation a ete developpe pour prendre en compte l'impact de l'environnement des individus aux populations aux communautes. Il est base sur un modele de spectre de biomasse representant les communautes de poisson en utilisant seulement la taille des individus et la taille maximum des especes comme variables. Issu d'un modele detaille par Maury O. & Poggiale J.C. (2013) il est implemente pour la representation d'une communaute de poisson generique. Des indicateurs de structure, diversite et metabolisme sont developpes pour etudier les ecosystemes ainsi representes. Une fois le cadre methodologique definit le modele est utilise pour l'etude idealisee des proprietes du spectre de biomasse contraint par des conditions environnementales variables. L'impact de la variation de production primaire ainsi que la variation de temperature du milieu sont plus particulierement etudies. Tout d'abord en statique, c'est a dire en imposant differents niveaux constants. Independamment du forcage les communautes ont des proprietes similaires en augmentant la production primaire, en diminuant la temperature du milieu. Quatre domaines se succedent en augmentant la production primaire, diminuant la temperature, a l'interieur desquels les communautes de poissons ont des caracteristiques similaires. Les differentes proprietes dans les differents domaines induisent diverses sensibilites des ecosytemes a des niveaux de production primaire et/ou temperature distincts. Afin de lier les resultats de ces experiences numeriques a la realite, les proprietes des ecosystemes a differentes latitudes sont simulees. Le spectre de communaute est calcule le long d'une section latitudinale de l'equateur au pole en forcant avec des niveaux moyens de production primaire et temperature. Les proprietes des ecosystemes ainsi representes eclairent sur l'observation de tailles d'especes croissantes de l'equateur aux poles, la regle de Bergmann. Apres ces resultats pour des spectres statiques, les proprietes dynamiques des spectres de communaute sont etudiees par l'etude de la saisonnalite. En forcant les communautes a differentes latitudes par un cycle saisonnier de production primaire et temperature, la succession d'especes au sein de celles-ci joue un role sur les proprietes des communaute. Des poles a l'equateur cette succession est plus ou moins marquee et impact la capacite des ecosysteme a maintenir les especes les plus larges tout au long de la periode de basse production entre deux blooms. Une fois les proprietes du spectre de biomasse evaluees de facon idealisee, le modele est implemente dans le modele d'ecosysteme APECOSM afin de prendre en compte les interactions spatiales et les interactions avec l'habitat. Applique a l'echelle de l'ocean global et force par les champs physiques et biogeochimiques du modele NEMO-PISCES il permet la modelisation des caracteristiques des ecosytemes en fonction de leur environnement. Differentes caracteristiques connues des ecosystemes marins sont reproduites, notamment la regle de Bergmann. Les modeles actuels decrivant le fonctionnement des ecosystemes marins ne comportent que des representations tres simplifiees de la biodiversite