Compréhension et prédiction des effets des substances chimiques sur la dynamique de population de l'épinoche à trois épines en mésocosme

In ecotoxicology, experiments in artificial ecosystems (mesocosms) are of a great interest because they allow to evaluate the direct and indirect effects of toxicants at different levels of biological organization such as individuals, populations and ecosystems. However, mesocosm experiments are characterized by a low statistical power and a high risk of not detecting differences between control (without contaminant) and contaminated mesocosms when there is one. In this context, individual-based models based on the dynamic energy budget theory have been suggested as relevant tools to improve the analysis of mesocosm experiment results. Thus, the objective of this phD was to develop an individual-based model simulating the three-spined stickleback population dynamics in artificial streams. The knowledge on the biological model used, the three-spined stickleback, as well as the use of several available datasets from mesocosm experiments with or without tested chemicals allowed us to develop this model. Our individual-based model was first developed, calibrated and evaluated on data from three-spined stickleback population dynamics in mesocosms in control conditions. In a second step, the model was applied to several case studies where different chemical substances were tested in mesocosms. Simulation results have shown that the individual-based modelling approach seems promising for improving current assessments of the effects of chemicals. Indeed, our model helped us to have a better understanding of the modes of action of toxicants and a relevant extrapolation of ecotoxicity data measured in the laboratory on organisms to the population level.En écotoxicologie, les expériences en écosystème artificiel (mésocosme) présentent un intérêt certain car elles permettent d’évaluer les effets directs et indirects des contaminants à des niveaux d’organisation biologique tels que les individus, les populations et les écosystèmes. Cependant, les études en mésocosme sont caractérisées par une faible puissance statistique et un risque élevé de ne pas détecter de différence entre les mésocosmes contrôles (sans contaminant) et ceux contaminés lorsqu’il y en a un. Dans ce contexte, les modèles individu-centrés basés sur la théorie de « dynamic energy budget » ont été suggérés être des outils pertinents pour permettre une meilleure analyse des résultats d’expérience en mésocosme. L’objectif de cette thèse était donc de développer un tel modèle simulant la dynamique de population de l’épinoche à trois épines en rivière artificielle. Les connaissances sur le modèle biologique utilisé, l’épinoche à trois épines, ainsi que plusieurs jeux de données disponibles provenant d’expériences en mésocosmes avant ou sans substances chimiques testées ont été utilisés pour développer ce modèle individu-centré. Celui-ci a tout d’abord été développé, calibré et évalué sur des données de dynamiques de population d’épinoches à trois épines en condition contrôle en mésocosme. Dans un second temps, le modèle a été appliqué à plusieurs cas d’étude où différentes substances chimiques ont été testées en mésocosme. Les résultats de simulation ont montré que l’approche par modélisation individu-centrée semble prometteuse pour améliorer les évaluations actuelles des effets des substances chimiques. Celle-ci a notamment permis une meilleure compréhension des modes d’action des toxiques et une extrapolation pertinente des données d’écotoxicité mesurées en laboratoire sur les organismes au niveau populationnel