Effets des fluctuations de débit sur la réponse au stress des poissons : étude intégrative de la physiologie et du comportement chez le grand brochet (Esox lucius L.)

Le débit joue un rôle de première importance dans la modulation des caractéristiques physico-chimiques des rivières. Les poissons, à travers leur habitat, dépendent directement de cet ensemble de caractéristiques riveraines. De nombreuses études ont démontré qu’une altération du débit naturel des rivières, telle que par des installations hydro-électriques, a un effet négatif à l’échelle des populations et communautés de poissons. Par contre, les mécanismes qui sous-tendent ces relations sont toujours méconnus. Les processus physiologiques des poissons déterminent la façon dont ils sélectionnent leur habitat. La réponse au stress a été proposée comme étant un mécanisme qui les guide à travers les changements qui surviennent dans leur environnement. Le comportement, le cortisol plasmatique, le glucose et le lactate sanguin sont des indicateurs de la réponse au stress chez les poissons. Dans un premier temps, le mouvement de grands brochets Esox lucius L. a été observé dans deux rivières: l’une est régulée par éclusées, l’autre est non régulée et donc libre de barrage. Les résultats démontrent que le taux de mouvement chez des poissons qui habitent la rivière régulée est plus élevé que celui des poissons qui habitent dans la rivière non régulée. De plus, la direction de relation entre la distance parcourue par les poissons et le débit diffère entre rivières, et ce pour une même espèce. Dans un deuxième temps, l’effet d’une élévation de vitesse d’eau sur le cortisol, glucose et lactate de brochets qui proviennent de deux rivières qui présentent des types de gestion de débit contrastés est évalué. Ce chapitre conclut que les poissons de la rivière régulée 1) relâchent moins de glucose dans leur sang, et 2) ont des mécanismes qui permettent une accumulation moindre de lactate dans leur sang, que les poissons de la rivière non régulée lorsqu’ils sont soumis à une augmentation de vitesse d’eau. Dans un troisième temps, une approche analytique a été développée permettant de quantifier l’effet du débit sur la façon dont les brochets sélectionnent les conditions physiques de leur habitat, telle que la vitesse de l’eau. Les résultats des chapitres précédents suggèrent que les poissons de la rivière régulée sont soumis à des vitesses d’eau plus grandes que les poissons de la rivière non régulée. Ce nouvel outil permet de valider cette hypothèse. En dernier lieu, les taux de base et maximaux de cortisol plasmatique, ainsi que de glucose et lactate sanguin ont été mesurés chez des brochets qui vivent dans les deux types de rivière. Ces indicateurs témoignent de la qualité de l’habitat dans lequel les poissons vivent. Nos résultats suggèrent que les poissons qui vivent dans la rivière régulée peuvent moduler leurs niveaux de base et maximaux en cortisol plasmatique dans le but d’éviter le stress chronique. Cette thèse évalue les effets des changements de débit sur les poissons par des approches innovantes, situées à la frontière entre les domaines physiologiques et écologiques. Elle contribue à approfondir nos connaissances en ce qui a trait aux mécanismes par lesquels les poissons se distribuent à travers les différents habitats de rivière. Flow is an important determinant of physicochemical characteristics of rivers. Fish communities in rivers are strongly dependant of their habitat, which is directly dictated by this set of characteristics. The loss of the natural flow regime, through regulation by hydroelectric facilities, for example, has the potential to directly affect the fish communities. Numerous studies have shown that the loss of natural flow regimes negatively impact fish populations and communities, but not much is known about the mechanisms that underlie such a relationship. Physiological processes determine the way that fish select their habitat. The stress response has been proposed as a mechanism that guides fish throughout the environmental changes happening in their habitat. Indicators of the fish stress response comprise behaviour, plasma cortisol, and blood glucose and lactate. First, northern pike Esox lucius L. movements were assessed in two rivers with contrasting flow regimes: a hydropeaking regulated river and an unregulated free-flowing river. Using manual tracking by radio-telemetry, we found that pike moved at a higher rate in the regulated river than in the unregulated river. Results also show that the direction of the relationship between movement of pike and flow can vary between rivers. Second, the effect of a water velocity increase on plasma cortisol, blood glucose and blood lactate levels in wild pike originating from the two rivers with contrasting flow regimes were assessed. Our results show that blood glucose and lactate concentrations are significantly diminished for fish originating from the regulated river, in comparison to fish originating from the unregulated river, following an increase in water velocity. Third, a novel analytical framework was developed that allow one to quantify the effect of the flow on fish selection of the physical conditions of their habitat (e.g. water velocity). Results obtained in the previous chapters suggest that pike living in the regulated river might be subjected to higher water velocities than fish living in the unregulated river. This novel tool will allow us to validate this hypothesis. Lastly, basal and maximum acute stress-induced concentrations in plasma cortisol, and blood glucose and lactate were quantified in pike living in both the regulated and the unregulated rivers. These physiological parameters can give an indication of the fish habitat quality. Our results suggest that fish from the regulated river are able to modulate their plasma cortisol to dampen their HPI-axis responsiveness and avoid chronic stress. This thesis assesses the effects of flow fluctuations on fish using novel approaches, situated at the intersection between the fields of physiology and ecology. It significantly contributes to broaden our knowledge of the mechanisms underlying fish habitat selection in rivers.

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