# 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

https://hal.inrae.fr/hal-04696695v1

Submitted on 13 Sep 2024

HAL is a multi-disciplinary open access
archive for the deposit and dissemination of sci-
entific research documents, whether they are pub-
lished or not. The documents may come from
teaching and research institutions in France or
abroad, or from public or private research centers.

L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est
destinée au dépôt et à la diffusion de documents
scientifiques de niveau recherche, publiés ou non,
émanant des établissements d'enseignement et de
recherche français ou étrangers, des laboratoires
publics ou privés.

<figure><img src="image_1.png" /></figure>

Distributed under a Creative Commons CC BY-SA 4.0 - Attribution - ShareAlike - International
License
# La modélisation dynamique des réseaux trophiques en polyculture d'eau douce

Michael Corson, Joël Aubin

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

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

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

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>

<figure><img src="image_11.png" /></figure>

<figure><img src="image_12.png" /></figure>
<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>

<figure><img src="image_18.png" /></figure>

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

<figure><img src="image_20.png" /></figure>
# 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

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

<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