Évolution décennale du zooplancton de la Mer Ligure en relation avec les fluctuations environnementales. De l'imagerie à la modélisation basée en taille.

Imaging methods have recently emerged as tools to measure the zooplankton dynamics. These methods give both taxonomic and size structure information on the community. The two kinds of information are necessary to understand the zooplankton dynamics and its links to the environment. Yet, the present work will focalize more on the zooplankton size structuration information. The manuscript is organized in three chapters: methodology, ecological analysis and description of an eleven years time series, and modeling. The methodological chapter assesses the validity of imaging methods as tools to measure zooplankton size spectra by investigating the effect of new biases onto the said size spectra (touching objects during the image acquisition process, efficiency of the automatic classification, model use to compute individual's biovolume/biomasses). It is a discussion about what the scientist want to measure and what he finally analyze giving the methodological constraints. The second chapter relates to the analysis of the temporal evolution (1995-2005) of Ligurian Sea ecosystems, mainly from data recorded at the coastal monitoring station of the bay of Villefranche-sur-Mer. Combining the data (taxonomic and size structure, zooplankton, climatic, meteorological, hydrological and biological), physical, chemical and biological factors determining the ecosystem dynamic are proposed — mostly precipitations and temperatures in winter as well as solar irradiation in spring/summer. The interactions between them lead to different phases of the zooplankton community. In the end, the last chapter proposes a zooplankton size-based model. Since classic box models generally failed in representing correctly the zooplankton, size-based approaches are suggested as alternatives. The presented model is exploratory, so as to understand what determines the zooplankton size structuration. It includes growth of zooplankton through “dynamic energy budget” like modeling and predation through size dependent prey/predator relationships. The size-based model simulations are then compared to the dynamics of the zooplankton size-spectra in the main phases identified in the preceding chapter. This is a first step toward an integration of such models into global ones in order to improve the quality of the representation of zooplankton. The present work enriches our knowledge of the more global concept of size-spectra observations and theory, and it also helps to better understand the links between zooplankton and environment.L'imagerie a récemment émergée comme outil de mesure de la dynamique du zooplancton en donnant des informations à la fois taxonomiques et de structure en taille de la communauté — nécessaires à la bonne compréhension de la dynamique du zooplancton au sein de l'écosystème pélagique. Ce travail est cependant davantage centré sur l'étude de la structure en taille du zooplancton dont différents aspects seront examinés au cours de trois chapitres: méthodes, analyse et description écologique d'une série temporelle de 11 ans, modélisation. Le chapitre méthodologique évalue la validité de l'imagerie en examinant l'effet de nouveaux biais, directement issus de l'imagerie, sur ledit spectre de taille (objets en contact au cours de l'acquisition d'image, efficacité de la classification automatique, modèle utilisé pour le calcul des biovolumes et biomasses). Il s'agit d'une discussion sur ce que le scientifique veut mesurer et sur ce qu'il analyse finalement compte tenu des contraintes méthodologiques. Le second chapitre est consacré à l'évolution temporelle (1995-2005) de l'écosystème pélagique de la mer Ligure — plus spécifiquement de la station d'observation côtière de la rade de Villefranche-sur-Mer. Par l'étude combinée des données disponibles (taxonomie, structure en taille, climat, météorologie locale, hydrologie et biologie), les facteurs physiques, chimiques et biologiques déterminant pour l'écosystème sont extraits. Il s'agit principalement du climat hivernal, précipitations et températures, ainsi que de l'irradiation solaire reçu au printemps et en été. Les interactions entre ces facteurs déterminent différents états de la communauté zooplanctonique. Enfin, le dernier chapitre propose un modèle du zooplancton basé sur sa structuration en taille. Puisque les modèles classiques, en boîte, représentent difficilement la dynamique du zooplancton, l'approche par la taille fut proposée comme alternative. Le modèle présenté est exploratoire, incluant la croissance du zooplancton selon une modélisation de type “budget énergétique dynamique” et la prédation selon des rapports de taille proies/prédateurs. Le but étant de comprendre ce qui détermine la structure en taille du zooplancton dans l'environnement. Les simulations effectuées sont ainsi comparées à la dynamique observée dans les phases majeures identifiées au chapitre précédent. C'est un premier pas vers l'intégration de ce type de modèles au sein de modèles plus généraux en vue d'améliorer la qualité de représentation du zooplancton. Le présent travail enrichit la connaissance du concept plus vaste de l'observation et de l'analyse théorique de la structuration en taille du zooplancton, mais il enrichit aussi la compréhension des liens entre le zooplancton et son environnement