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Observatoire de Recherche en Environnement Petits Fleuves Côtiers

ORE PFC

Questionnements scientifiques actuels

Questionnements et recherches prioritaires

Les compétences spécifiques des unités actuellement agrégées et impliquées dans le cadre de l’observatoire vont permettre d’aborder trois questionnements en développant des axes de recherches prioritaires. Ces questionnements concernent : 

* La compréhension du fonctionnement des populations et l’appréhension des potentiels adaptatifs et évolutifs sous contraintes anthropiques. 
L’objectif est la mise à jour des relations entre génotype, phénotype et démographie chez les populations suivies (démographie évolutive). Ceci passe par l’étude de l’évolution temporelle et spatiale de la diversité génétique et phénotypique en lien avec la valeur sélective. Il s’agit d’analyser les réponses individuelles et populationnelles aux effets combinés des stress anthropiques afin d’identifier les mécanismes en jeu à des échelles de temps évolutive. Cette analyse doit in fine permettre de relier les déterminants de la capacité adaptative individuelle et populationnelle (plasticité phénotypique et évolution, génotype) aux modifications des conditions environnementales, tant en termes physico-chimiques (température, nutriments, salinité, xénobiotiques…), mésologiques (habitats) que biologiques (potentiel trophique, espèces invasives). Ce travail, s’organisera selon trois axes :

      ○ Développement et mise en œuvre de méthodes pour mieux caractériser l’individu, à l’aide de marqueurs génétiques (neutres ou sélectionnés), microchimiques et isotopiques, de suivis comportementaux par marquage-recapture et télémétrie. 

      ○ Intégration du niveau individuel au fonctionnement des populations dans une démarche de modélisation et de simulation. Dans des modèles spatialement explicites, seront intégrées les caractéristiques individuelles (trait d’histoire de vie, génotypiques, phénotypiques), les dynamiques démogénétiques et les facteurs environnementaux locaux et globaux, sous différents scénarios climatiques.

      ○ Intégration du niveau populationnel dans le fonctionnement des écosystèmes et le rôle fonctionnel de la biodiversité. Il s’agit ici d’étudier les cycles biologiques et migratoires dans un contexte fonctionnel pour l’écosystème, notamment en termes de flux de matière et d’énergie dans les communautés et les réseaux trophiques.

Les observations entreprises sur les différentes populations d’espèces aquatiques de l’ORE depuis une vingtaine d’années, incluant les programmes de capture-marquage-recapture (CMR) individuels, les suivis démographiques et génétiques apportent des informations clés pour prédire les réponses adaptatives et les conséquences démographiques sur ces populations en faisant la part entre changements d’origine anthropique et naturelle. Les suivis réalisés en parallèle sur les trois sites permettront d’enrichir la problématique au travers d’une analyse comparative des réponses et des processus évolutifs dans des contextes géographiques et climatiques différents.

* Une meilleure liaison fonctionnelle entre les dynamiques biologiques et les principaux déterminants physico-chimiques dans le cours d’eau (température, débit, MES et nutriments), ces déterminants étant eux-mêmes influencés par les activités anthropiques et les changements globaux. S’il est maintenant admis que l’état biologique d’un cours d’eau dépend du fonctionnement hydrologique et de l’usage anthropique du bassin versant, la prise en compte de ce niveau d’organisation en écologie aquatique est assez récente et demande à être développée. Cette question est déclinée en deux volets :

      ○ Une meilleure caractérisation de la dynamique spatiale et temporelle des habitats aquatiques et rivulaires et donc de la capacité d’accueil d’un cours d’eau. L’habitat est défini par différentes variables physico-chimiques (qualité de l’eau et du substrat, vitesse et profondeur…). Il correspond à la position qu’occupe à un instant donné un individu parvenu à un certain stade de développement, cherchant à optimiser le compromis nécessaire entre différentes contraintes biologiques et écologiques dans un milieu variable. Il importe de connaître le temps de réponse des organismes aquatiques à cette dynamique des habitats pour aboutir à une caractérisation d’habitats fonctionnels, prenant en compte leur position sur le réseau et ses zones de transition (estuaire, zone côtière). La caractérisation physico-chimique des habitats et du cours d’eau réalisée à haute fréquence permettra de traiter les échelles de temps les plus pertinentes pour les réponses des organismes.

      ○ Le développement d’outils diagnostics du bon fonctionnement écologique et de la vulnérabilité des systèmes. Les objectifs actuels de la Directive Cadre européenne sur l’eau (DCE) sont focalisés sur le bon état écologique mais pas sur le bon fonctionnement. Le bon état écologique est, dans son concept, entendu comme représentatif d’un bon fonctionnement des systèmes mais son évaluation repose essentiellement sur des indicateurs décrivant la structure de différentes communautés ou assemblages d’espèces autochtones voire invasives (considérées comme un changement de la biodiversité). Le développement d’indicateurs de fonctionnement s’appuyant sur une meilleure connaissance du lien entre les dynamiques biologiques (traits biologiques et histoires de vie) et leurs déterminants physico-chimiques (débit, température, MES et nutriments…), doit permettre d’analyser les tendances d’évolution des hydrosystèmes. Des travaux récents se sont attachés à identifier le régime de débit annuel, nécessaire pour atteindre le bon état écologique du cours d’eau. Par ailleurs, l’analyse de traits biologiques et des caractéristiques de la phase marine, doit également permettre de développer des outils diagnostiquant les évolutions de la qualité des habitats marins en liaison avec les préférendums d’habitats des espèces. Dans ce contexte, la prise en compte des amphihalins est pertinente puisqu’ils occupent et utilisent, à un moment ou un autre de leur cycle, différents patchs d’habitat du continuum rivière-estuaire-mer. La mise en place d’outil diagnostics performants passe par la modélisation afin d’évaluer l’écart à l’état de référence. Deux concepts utilisés en biologie de la conservation pourront être testés : celui d'espèce "parapluie" (espèce possédant un très grand espace vital) et celui d’espèce "indicatrice de biodiversité" (espèce ou groupe d'espèces dont la seule présence suffit à révéler une richesse spécifique importante).

* Le changement d’échelle reste un challenge important à développer tant sur le plan scientifique (changement des variables explicatives les plus performantes, de niveau d’organisation biologique, notion de variables intégratrices) que finalisé (bassins versants de gestion de taille supérieure à celle des bassins de recherche, intégration jusqu’à la mer). Le passage du gène/molécule à l'individu, puis à la population voire à la métapopulation sera abordé via les recherches identifiées dans le premier point. De fait, dans cette partie, seront abordés essentiellement les aspects relevant de l'interconnexion des milieux :

      ○ Un premier questionnement concerne la connectivité hydrologique environnementale : l’augmentation de la zone d’étude et de l’ordre des cours d’eau entraîne une hétérogénéité accrue de l’espace aquatique, ainsi qu’une évolution des processus de transport dans la rivière et des échanges hydriques entre le cours d’eau, le corridor fluvial ou la zone hyporhéique. Ce changement d’échelle est abordé notamment au sein du continuum rivière-estuaire-mer par l’étude des transferts d’énergie et de matière (apports nutritifs) et des interdépendances trophiques et fonctionnelles des habitats et des populations sur ce continuum (utilisation des contenus stomacaux et des isotopes stables).

      ○ Le second questionnement concerne la connectivité écologique et les flux biologiques entre rivière et mer et plus spécifiquement la connectivité hydrologique biologique via la prise en compte des espèces migratrices. Dans ces conditions, la caractérisation du niveau de continuité à large échelle au sein (river continuum concept et flow pulse concept) et en dehors du cours d’eau passe par la caractérisation des dynamiques migratoires (diversité spécifique, abondance, vitesse de colonisation, amplitude des migrations entre des zones d’habitats essentiels). Dans ce contexte, une question centrale est d’estimer la contribution des différentes populations continentales aux stocks présents sur les zones de croissance estuariennes et marines et donc à l’organisation de la diversité biologique et de la qualité des milieux marins. Pour ce faire, des approches comportementales (télémétrie, CMR) et microchimiques (ostéochronologie, analyses élémentaires et isotopes stables) sont déployées en parallèle à des approches de suivi des captures accessoires (non ciblées) par les pêcheurs professionnels.

Un des points forts de cet ORE concerne le couplage d’observations et d’expérimentations. Une telle approche permet de hiérarchiser les facteurs impliqués dans les évolutions observées et d’analyser séparément leur impact dans un système expérimental simplifié. Il permet en retour d’enrichir et d’affiner le jeu de variables enregistrées dans le cadre du volet observation du dispositif. La diversité des structures expérimentales intégrant cet ORE permet d’aborder les capacités d’adaptation des organismes aux variations physico-chimiques de l’eau (température, salinité, nutriments, vitesse de courant...), de l’habitat (hétérogénéité, MES, ombrage, photopériode…) et de la composante biotique du milieu (compétition, prédation, bio-agression…). 

L’ensemble de ces questionnements pourra être élargi dans le cadre de la mission de l’ORE PFC dans la mesure où la lisibilité du dispositif, son attractivité et les programmes développés permettront d’agréger de nouvelles compétences mais également d’associer de nouveaux sites.