Elaborating a robust MPA diagnostic in a context of uncertainty

The Eastern Channel is a strategic area that supports many human activities, in particular fishing, freight, aggregates extraction and tourism. Many zones have also been identified that are suitable to host windfarms. A good understanding of interactions between these activities is necessary in order to estimate, forestall and manage risks of major spatial conflicts. Besides, their potential interactions with marine populations have not yet been well established. Several Marine Protected Areas (MPAs) have been created in the Channel in the past few years, to protect key habitats or populations, or are still being discussed. It is necessary to predict to what extent these MPAs can be an asset for a sustainable exploitation of marine resources, and what their effects will be on the organisation of sectors that depend on these resources. Thus, modelling becomes a relevant approach. One major issue when trying to model marine ecosystems is that they have high uncertainties: marine populations and fishing intensity are very variable, and their state is often poorly known. These uncertainties increase risks that ecosystem management goals may not be reached. Therefore, management measures that are robust to uncertainties and minimise these risks have to be found. Methods have been developed within Decision Theory that aim at allowing decision making under severe uncertainty. One of these methods is the information-gap decision theory. The info-gap method has started to permeate ecological modelling, with recent applications to conservation. However, these practical applications have so far been restricted to rather simple models with analytical solutions. Here we set up a nonprobabilistic management measures robustness assessment approach based on decision theory for a complex, non-analytical model. This approach is applied to the management of the Eastern Channel flatfish fishery. Using the ISIS-Fish modelling platform, we model populations of sole and plaice in this area. A wide range of values of management parameters is tested, so that we can determine which values allow reaching maximum sustainable yield (MSY) with the highest robustness to uncertainties. This model is then further enhanced in order to evaluate the impacts of human activities on various elements of the Eastern Channel ecosystem, in a context of developing spatial management. Effects of MPAs on fishing activities, fish and benthic populations are modelled according to information found in the literature. Impacts of sediment extraction on benthic communities can be determined by means of data obtained on experimental dredging sites located in the Bay of Seine. This study took place from 2007 to 2012, the analysis being performed at the level of the trophic guilds that appear in the diets of sole and plaice. Based on these data, we determine the dynamics of benthic populations at the trophic guild level on dredged sites and on reference sites. These dynamics are then included in the ISIS-Fish model of the area. Finally, we test various management scenarios corresponding to different levels of access limitations to Marine Protected Areas. Among all scenarios tested, we search for those that allow reaching management goals, despite potentially large uncertainties on several parameters linked to the environment, human behavior, or fish biology.La Manche orientale est une zone stratégique supportant de nombreuses activités humaines, notamment la pêche, le transport de marchandises, l'extraction de granulats et le tourisme. Plusieurs projets de champs d'éoliennes sont également à l'étude. Il est capital de bien comprendre les interactions entre ces activités afin d'évaluer, prévenir et gérer les risques de conflits entre acteurs. De plus, leurs impacts potentiels sur les populations marines sont encore mal connus. Plusieurs Aires Marines Protégées (AMPs) sont en cours de création en Manche orientale afin de protéger des habitats ou populations clés. Il apparait nécessaire de prévoir dans quelle mesure ces AMPs peuvent contribuer à une exploitation durable des ressources marines, et quel sera leur effet sur l'organisation des secteurs d'activité qui en dépendent. La modélisation est une approche pertinente pour représenter ces activités et mesures de gestion, ainsi que leurs interactions. Un problème majeur rencontré lorsqu'on souhaite modéliser un écosystème marin est les fortes incertitudes auxquelles on est confronté : les populations marines et leur niveau exploitation sont très variables, et leur état est souvent mal connu. Ces incertitudes augmentent les risques de non atteinte des objectifs de gestion écosystémiques. Des mesures de gestion robustes aux incertitudes et minimisant ces risques doivent donc être trouvées. Des méthodes ont été développées dans le cadre de la Théorie de la Décision afin de permettre la prise de décision dans un contexte de forte incertitude. Une de ces méthodes est la théorie du fossé de l'information (info-gap). Cette méthode a commencé à être appliquée à des modèles d'écosystèmes, en particulier pour la protection d'espèces menacées. Néanmoins, ces applications pratiques ont jusqu'ici été limitées à des modèles simples ayant des solutions analytiques. Nous mettons ici en place une approche non probabiliste d'évaluation de la robustesse des mesures de contrôle basée sur la théorie de la décision, pour un modèle complexe non analytique. Cette méthode est appliquée à la gestion de la pêcherie de poissons plats de Manche Est. Les populations de sole et de plie de cette zone sont représentées au moyen de la plate-forme de modélisation ISIS-Fish. Une large gamme de valeurs des paramètres de gestion est testée, afin de déterminer lesquelles peuvent permettre d'atteindre le rendement maximum durable (RMD) avec la plus grande robustesse possible aux incertitudes. Ce modèle est ensuite enrichi pour évaluer les impacts de différentes activités humaines sur plusieurs compartiments de l'écosystème de la Manche orientale, dans un contexte de gestion spatialisée. Les effets possibles des AMPs sur les activités de pêche et les populations sont modélisés selon les informations trouvées dans la littérature. Les impacts de l'extraction de granulats marins sur les communautés benthiques sont déterminés grâce à des données obtenues sur une zone d'extraction expérimentale située en baie de Seine. Cette étude s'est déroulée de 2007 à 2012 et porte sur les guildes trophiques présentes sur la zone et consommées par la sole et la plie. Grâce à ces données, on détermine la dynamique des guildes trophiques avec extraction et sans extraction. Ces dynamiques sont incorporées dans le modèle ISIS-Fish de la zone. Finalement différents scénarios de gestion des pêches sont testés, avec divers niveaux de limitation de l'accès aux AMPs. Parmi ces scénarios, on tente d'identifier ceux permettant d'atteindre les objectifs de gestion, malgré nos incertitudes potentiellement fortes sur des paramètres environnementaux, le comportement des pêcheurs ou la biologie des espèces modélisées