Modélisations des mécanismes généraux d'assemblage des communautés pour simuler la dynamique spatio-temporelle de la biodiversité benthique
Thèse de doctorat de Nikolaos Alexandridis (UBO) soutenue le 28/03/2017
Encadrants: Cédric Bacher, Fred Jean
Les macroinvertébrés benthiques entretiennent un ensemble complexe d’interactions avec leur environnement abiotique, leurs ressources et entre eux. Les échelles spatiales et temporelles des processus formant la base de ces interactions ont traditionnellement limité leur étude empirique et le développement de modèles statistiques. Les modèles mécanistes, n’ayant aucune contrainte logistique, offrent un outil alternatif pour étudier de potentiels mécanismes d’assemblage des communautés. Leur développement est toutefois limité par un manque de connaissances des mécanismes structurant les communautés benthiques. Dans le cadre de cette thèse, le premier chapitre du manuscrit tente une revue des outils de modélisation statistique et mécaniste utilisés dans l’étude des macroinvertébrés marins benthiques. Le but est d’identifier une technique permettant d’étudier la dynamique et le comportement de la biodiversité benthique d’une manière spatialement explicite, en utilisant des données déjà existantes.
Même si l’implémentation d’un modèle mécaniste semble s’ajuster aux communautés benthiques, son utilisation nécessite la création d’un nombre limité d’entités avec un rôle fonctionnel clair. Le second chapitre du manuscrit utilise l’hypothèse des groupes émergents, afin de faire ça via une procédure objective et testable. Ce travail combine un jeu de données d’abondance de macroinvertébrés benthiques issu de l’estuaire de la Rance et une matrice de traits biologiques qui décrit le rôle de 240 espèces dans 7 mécanismes généraux d’assemblage des communautés. L’agrégation en20 groupes fonctionnels est testée face aux postulats de l’hypothèse des groupes émergents. Les résultats généralement positifs supportent la capacité du groupement à reproduire la diversité fonctionnelle dans l’estuaire de la Rance. Un regard rapide sur les groupes renseigne également sur le rôle de quelques mécanismes dans le contrôle des communautés benthiques.
Le manque de connaissances dans l’attribution des relations entre les composantes fonctionnelles dérivées précédemment reste important. Le troisième chapitre du manuscrit s’inscrit dans ce besoin,basé sur des théories écologiques qui prévoient l’existence de trade-offs fonctionnels opérant à grande et petite échelle. Les premiers représentent des processus de type filtre environnemental, alors que les deuxièmes impliquent des trade-offs dans les traits d’histoire de vie.Les associations de traits observées semblent en accord avec ces prédictions, appuyant la capacité de ces processus à façonner les communautés benthiques de l’estuaire de la Rance. Dans un premier temps, des éléments de théorie écologique sont associés à des dires d’experts et incorporées dans 2 modèles qualitatifs des 20 groupes fonctionnels. La stabilité de ces modèles illustre leur potentiel à constituer une représentation plausible du monde naturel. Leur structure pourrait offrir des indices sur la direction potentiellement prise par le système en réponse à des perturbations.
Malgré l’intérêt du développement et de l’analyse de modèles qualitatifs, le but d’étudier la dynamique et le comportement spatialement explicite de la biodiversité ne peut être atteint que par un modèle avec ces mêmes caractéristiques. Le quatrième chapitre du manuscrit présente l’architecture d’un modèle individu-centré, en mettant l’accent sur le transfert des règles d’interactions des modèles qualitatifs vers un cadre dynamique et spatialement explicite. C’est la première version d’un modèle qui permet le changement d’échelle du niveau de l’individu vers celui de l’estuaire de la Rance. L’analyse de sensibilité des résultats de ce modèle permet d’identifier les processus clés qui gouvernent la dynamique spatiale et temporelle de la biodiversité benthique. Ces résultats sont discutés du point de vue d’un cadre générique de modélisation et de son applicabilité à d’autres sites pour évaluer le fonctionnement et la réponse des écosystèmes benthiques à des perturbations.