# La modélisation dynamique des réseaux trophiques en polyculture d'eau douce

Michael S. Corson, Joël Aubin

► To cite this version:

Michael S. Corson, Joël Aubin. La modélisation dynamique des réseaux trophiques en polyculture d'eau douce. 8ème Journées de la Recherche Filière Piscicole, ITAVI, Jul 2024, Rennes, France. hal-04696695

HAL Id: hal-04696695

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Submitted on 13 Sep 2024

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# La modélisation dynamique des réseaux trophiques en polyculture d'eau douce

Michael Corson, Joël Aubin

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INRAE
la science pour la vie, l'humain, la terre

L'INSTITUT
agro Rennes
Angers
Contexte

* L'aquaculture fournit un pourcentage des besoins en protéines de la population humaine de plus en plus grande

* Elle peut produire de la protéine animale de manière plus efficace d'autres formes d'élevage (due à l'efficacité alimentaire des animaux aquatiques), mais elle peut émettre de grandes quantités de nutriments, surtout quand elle est intensive

* La polyculture de poissons est une forme d'aquaculture qui peut recycler des émissions de nutriments au sein du système

* Le compromis entre la production de poissons et le recyclage de nutriments dépende de la mélange d'espèces empoissonnées
Objectifs et démarche

* Estimer (1) les conséquences de modifications du système de polyculture et (2) l'optimisation la productivité et le recyclage des nutriments des mélanges d'espèces aquatiques

* Développer un modèle de simulation de la dynamique des compartiments trophiques des polycultures en étang d'eau douce et de leurs interactions
Adoption du modèle de Varga et al. (2020)

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

Contents lists available at [ScienceDirect](https://www.sciencedirect.com)

Environmental Modelling and Software

journal homepage: http://www.elsevier.com/locate/envsoft

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Long-term dynamic simulation of environmental impacts on
ecosystem-based pond aquaculture

Monika Varga<sup>a, *</sup>, Laszlo Berzi-Nagy<sup>b</sup>, Bela Csukas<sup>a</sup>, Gergo Gyalog<sup>b</sup>

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Fig. 1. The food web of the studied model.</figcaption></figure>

<footnote><sup>a</sup> Research Group on Process Network Engineering, Institute of Methodology, Kaposvár University, 40 Guba út, 7400, Kaposvár, Hungary</footnote>

<footnote><sup>b</sup> Research Institute for Fisheries and Aquaculture, National Agricultural Research and Innovation Centre, 35 Anna-liget, 5540, Szarvas, Hungary</footnote>
# Modification du modèle de Varga et al. (2020)

* Suppression de certains éléments

* la carpe grosse-tête

* l'application de fumier comme fertilisant

* les dynamiques du profondeur de l'eau

* la précipitation, le vent

* Ajout d'autres certains éléments:

* d'autres espèces de poissons (carpe commune, gardon, tanche, et sandre)

* des juvéniles de poissons (gardon et tanche)

* des anodontes

* des refuges pour des populations de phytoplancton, zooplancton, macroinvertébrés, et juvéniles des poissons qui reproduisent pendant le cycle de production

* la possibilité de diviser l'étang en 3 sections

* Paramétrisation et calibration initiales du modèle avec les données d'une l'expérience de l'INRAE au Rheu (France) en 2021 (projet SEPURE)
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption># Modèle conceptuel : espèce de poisson</figcaption></figure>
<figure><img src="image_7.png" /><figcaption># Modèle initial sous Stella® (logiciel payant)</figcaption></figure>
Modèle final
sous R (accès
libre) :
3200 lignes

<figure><img src="image_8.png" /></figure>
Initialisation

* Surface et profondeur moyen de l'étang

* Dates d'empoissonnement et de récolte

* Espèces de poissons empoissonnées

* Nombre et masse individuelle moyenne par espèce de poisson

* Données métrologiques (journalières)

* température moyenne de l'air (°C), rayonnement global solaire (kcal/m²)

* Aliments, si distribués

* « Pacage », si fait (e.g. au Rheu)
# Espèces de poissons au Rheu

<table><thead><tr><td>Espèce</td><td>Type/fonction/rôle</td><td>Masse individuelle finale</td></tr></thead><tbody><tr><td>Carpe commune</td><td>Bioturbation</td><td>~ 1300 g</td></tr><tr><td>Gardon</td><td>Poisson « fourrage »</td><td>Adulte : ~ 130 g<br>Juvénile : ~ 15 g</td></tr><tr><td>Tanche</td><td>Poisson « fourrage »</td><td>Adulte : ~ 500 g<br>Juvénile : ~ 3 g</td></tr><tr><td>Sandre</td><td>Carnassier</td><td>~ 20 g</td></tr></tbody></table>

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

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<figure><img src="image_13.png" /><figcaption># Réseau trophique au Rheu</figcaption></figure>
# Prédictions clés - facteurs abiotiques

* Dynamiques de N, P et la concentration en oxygène dissous (COD)

<figure><img src="image_14.png" /></figure>
# Prédictions clés - poissons

* Nombre et masse individuelle moyenne par espèce (et stade de vie, le cas échéant) de poisson (surtout lors de la pêche)

<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Nombre de poissons</figcaption></figure>

<figure><img src="image_16.png" /></figure>
# Prédictions clés - compartiments de base

* Dynamiques des compartiments du réseau trophique (détritus, phytoplancton, zooplancton, macroinvertébrés benthiques)

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

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<figure><img src="image_19.png" /></figure>

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# Réseau trophique modélisé : étangs au Rheu 2021

Avec le nombre et
masse moyenne lors de
l'empoissonnement et
de la pêche

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

## Empoissonnement

Tous sauf sandre : 8 mars

Sandre : 23 juin

## Pêche

30 nov à 3 déc

(simulé comme un seul jour : 2 déc)
Calibration : COD, phytoplancton, zooplancton

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<figure><img src="image_23.png" /></figure>

<figure><img src="image_24.png" /></figure>
# Calibration : poissons à la pêche (étangs 2/6)

## Nombre

<table><thead><tr><th>Espèce</th><th>Obs.</th><th>Préd.</th><th>% diff.</th></tr></thead><tbody><tr><td>Carpe</td><td>22</td><td>21</td><td>-5%</td></tr><tr><td>Gardon adulte</td><td>136</td><td>132</td><td>-3%</td></tr><tr><td>Tanche adulte</td><td>8</td><td>8</td><td>0%</td></tr><tr><td>Sandre</td><td>344</td><td>766</td><td>123%</td></tr><tr><td>Gardon juvénile</td><td>12</td><td>601</td><td>4908%</td></tr><tr><td>Tanche juvénile</td><td>2</td><td>110</td><td>5400%</td></tr></tbody></table>

## Masse individuelle (g)

<table><thead><tr><th>Espèce</th><th>Obs.</th><th>Préd.</th><th>% diff.</th></tr></thead><tbody><tr><td>Carpe</td><td>1344,9</td><td>1405,8</td><td>5%</td></tr><tr><td>Gardon adulte</td><td>133,3</td><td>144,9</td><td>9%</td></tr><tr><td>Tanche adulte</td><td>501,7</td><td>555,0</td><td>11%</td></tr><tr><td>Sandre</td><td>22,5</td><td>45,0</td><td>100%</td></tr><tr><td>Gardon juvénile</td><td>14,5</td><td>78,3</td><td>440%</td></tr><tr><td>Tanche juvénile</td><td>2,6</td><td>44,8</td><td>1624%</td></tr></tbody></table>

NB : variabilité parfois énorme dans le nombre de poissons lors de la pêche

Sandre : 28 à 857

Gardon juvénile : 12 à 873

Tanche juvénile : 1 à 170

## Densité (kg/ha)

<table><thead><tr><th>Espèce</th><th>Obs.</th><th>Préd.</th><th>% diff.</th></tr></thead><tbody><tr><td>Carpe</td><td>295,9</td><td>290,3</td><td>-2%</td></tr><tr><td>Gardon adulte</td><td>184,6</td><td>191,2</td><td>4%</td></tr><tr><td>Tanche adulte</td><td>37,2</td><td>38,9</td><td>5%</td></tr><tr><td>Sandre</td><td>28,9</td><td>345,3</td><td>1095%</td></tr><tr><td>Gardon juvénile</td><td>1,7</td><td>474,7</td><td>27823%</td></tr><tr><td>Tanche juvénile</td><td>0,065</td><td>47,6</td><td>73092%</td></tr><tr><td>Densité CGT adulte</td><td>517,7</td><td>520,5</td><td>1%</td></tr><tr><td>Densité totale poissons</td><td>548,4</td><td>1388,0</td><td>153%</td></tr></tbody></table>
# Évaluation : poissons à la pêche
(étangs 4 (ouvert) et 1, 3, et 5 (divisé))

## Pourcentage de différence en nombre

<table><thead><tr><th></th><th colspan="4">Étang</th></tr><tr><th>Espèce</th><th>4</th><th>1</th><th>3</th><th>5</th></tr></thead><tbody><tr><th>Carpe</th><td>24%</td><td>-9%</td><td>24%</td><td>-13%</td></tr><tr><th>Gardon adulte</th><td>6%</td><td>1%</td><td>3%</td><td>5%</td></tr><tr><th>Tanche adulte</th><td>-20%</td><td>-11%</td><td>-27%</td><td>60%</td></tr><tr><th>Sandre</th><td>53%</td><td>4%</td><td>708%</td><td>238%</td></tr><tr><th>Gardon juvénile</th><td>1715%</td><td>235%</td><td>6%</td><td>60%</td></tr><tr><th>Tanche juvénile</th><td>588%</td><td>214%</td><td>1557%</td><td>-32%</td></tr></tbody></table>

## Pourcentage de différence en masse individuelle

<table><thead><tr><th></th><th colspan="4">Étang</th></tr><tr><th>Espèce</th><th>4</th><th>1</th><th>3</th><th>5</th></tr></thead><tbody><tr><th>Carpe</th><td>-3%</td><td>2%</td><td>27%</td><td>5%</td></tr><tr><th>Gardon adulte</th><td>12%</td><td>7%</td><td>4%</td><td>-1%</td></tr><tr><th>Tanche adulte</th><td>-9%</td><td>7%</td><td>11%</td><td>-4%</td></tr><tr><th>Sandre</th><td>532%</td><td>242%</td><td>54%</td><td>196%</td></tr><tr><th>Gardon juvénile</th><td>2012%</td><td>510%</td><td>477%</td><td>1080%</td></tr><tr><th>Tanche juvénile</th><td>3624%</td><td>481%</td><td>296%</td><td>205%</td></tr></tbody></table>

## Pourcentage de différence en densité

<table><thead><tr><th></th><th colspan="4">Étang</th></tr><tr><th>Espèce</th><th>4</th><th>1</th><th>3</th><th>5</th></tr></thead><tbody><tr><th>Carpe</th><td>18%</td><td>-9%</td><td>55%</td><td>-9%</td></tr><tr><th>Gardon adulte</th><td>19%</td><td>8%</td><td>7%</td><td>4%</td></tr><tr><th>Tanche adulte</th><td>-36%</td><td>-17%</td><td>-29%</td><td>35%</td></tr><tr><th>Sandre</th><td>873%</td><td>258%</td><td>1142%</td><td>895%</td></tr><tr><th>Gardon juvénile</th><td>39258%</td><td>1948%</td><td>510%</td><td>1771%</td></tr><tr><th>Tanche juvénile</th><td>237229%</td><td>1701%</td><td>6157%</td><td>102%</td></tr><tr><th>Densité CGT adulte</th><td>11%</td><td>-5%</td><td>24%</td><td>-3%</td></tr><tr><th>Densité totale poissons</th><td>159%</td><td>88%</td><td>134%</td><td>102%</td></tr></tbody></table>
# Utilisation : évaluation des mélanges d'espèces

<table><thead><tr><th rowspan="3">Mélange</th><th colspan="4">Répartition biomasse init.</th><th colspan="8">Prédictions de rendement net (kg)</th><th rowspan="3">Prédiction de concentration N finale (mg/L)</th></tr><tr><th rowspan="2">Carpe</th><th rowspan="2">Sandre</th><th rowspan="2">Gardon</th><th rowspan="2">Tanche</th><th colspan="4">Adultes</th><th colspan="2">Juvéniles</th><th rowspan="2">TOTAL</th></tr><tr><th>Carpe</th><th>Sandre</th><th>Gardon</th><th>Tanche</th><th>Gardon</th><th>Tanche</th></tr></thead><tbody><tr><td>1</td><td>66%</td><td>1%</td><td>33%</td><td>0%</td><td>125,3</td><td>1,5</td><td>4,0</td><td>0,0</td><td>69,9</td><td>0,0</td><td>196,9</td><td>5,55</td></tr><tr><td>2</td><td>66%</td><td>1%</td><td>33%</td><td>0%</td><td>138,8</td><td>0,2</td><td>7,2</td><td>0,0</td><td>21,2</td><td>0,0</td><td>158,7</td><td>9,94</td></tr><tr><td>3</td><td>30%</td><td>10%</td><td>40%</td><td>2%</td><td>112,8</td><td>13,8</td><td>10,1</td><td>2,6</td><td>42,8</td><td>5,0</td><td>178,4</td><td>6,06</td></tr><tr><td>4</td><td>50%</td><td>23%</td><td>23%</td><td>0%</td><td>145,7</td><td>2,5</td><td>5,8</td><td>2,3</td><td>35,7</td><td>6,3</td><td>189,5</td><td>8,31</td></tr><tr><td>5</td><td>40%</td><td>10%</td><td>25%</td><td>25%</td><td>134,9</td><td>8,9</td><td>6,6</td><td>2,4</td><td>40,7</td><td>8,2</td><td>193,0</td><td>6,93</td></tr><tr><td>6</td><td>50%</td><td>5%</td><td>30%</td><td>15%</td><td>0,0</td><td>0,0</td><td>0,0</td><td>0,0</td><td>0,0</td><td>0,0</td><td>-8,8*</td><td>10,52</td></tr><tr><td>7</td><td>20%</td><td>7%</td><td>48%</td><td>25%</td><td>78,2</td><td>14,4</td><td>12,4</td><td>2,8</td><td>44,3</td><td>4,2</td><td>147,6</td><td>5,21</td></tr><tr><td>8</td><td>15%</td><td>7%</td><td>40%</td><td>38%</td><td>59,0</td><td>13,3</td><td>11,0</td><td>5,2</td><td>40,0</td><td>5,3</td><td>125,1</td><td>5,18</td></tr><tr><td>9</td><td>15%</td><td>10%</td><td>45%</td><td>30%</td><td>59,0</td><td>17,8</td><td>12,2</td><td>4,0</td><td>36,6</td><td>4,7</td><td>125,5</td><td>5,21</td></tr><tr><td>10</td><td>10%</td><td>7%</td><td>40%</td><td>43%</td><td>39,7</td><td>13,4</td><td>11,4</td><td>5,5</td><td>37,6</td><td>5,1</td><td>103,9</td><td>4,96</td></tr></tbody></table>

<footnote>* Prédiction de la mortalité de tous les poissons suite à un manque d'oxygène dissous</footnote>
# Pistes potentielles

* Ajouter des espèces de poissons d'autres expériences du projet (carpe amour, brochet, ide mélanote, esturgeon) et leurs liens trophiques

* Ajouter des éléments éventuellement utiles (ex : précipitation, vent, macrophytes, représentation de plusieurs classes de zooplancton et/ou de macroinvertébrés, prédation par la faune) – tout en gardant en tête des compromis potentiels avec la précision

* Réfléchir à son utilisation pour contribuer à un outil pour des pisciculteurs
Conclusion

• Modèle dynamique relativement réaliste (de certains compartiments) et générique

• Travail d'amélioration de la précision à continuer

• Peut-être plus approprié pour des prédictions relatives (choix parmi plusieurs scénarios) au lieu des prédictions absolues