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Développement d'une boîte à outils pour comprendre et prédire la dynamique spatiale et temporelle des macrophytes submergés : application aux écosystèmes fluviaux

Espel, Diane. Développement d'une boîte à outils pour comprendre et prédire la dynamique spatiale et temporelle des macrophytes submergés : application aux écosystèmes fluviaux. PhD, Ecologie Fonctionnelle, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2020

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Abstract

De par leurs rôles écologiques multiples, les macrophytes sont une composante importante des hydrosystèmes, qu’il est essentiel de conserver. Toutefois, durant la saison estivale, des densités importantes des espèces submergées entraînent des problèmes récurrents dans certains cours d’eau, notamment en milieu urbain pour les usagers et les gestionnaires, et peuvent avoir des conséquences négatives pour la santé des écosystèmes. Dans un contexte de changements globaux, les enjeux liés à la prolifération des macrophytes submergés incitent à proposer des outils permettant de mieux comprendre la dynamique des herbiers et de prédire leur évolution selon différents scénarios environnementaux. Dans cette optique, la présente thèse a pour objectif le développement d’une boîte à outils accompagnant un modèle mécaniste multispécifique de production des végétaux aquatiques submergés, le modèle DEMETHER. Ce modèle permet de simuler la dynamique spatiale et temporelle de la biomasse de deux espèces communes de la Garonne moyenne (Myriophyllum spicatum et Ranunculus fluitans), sur des tronçons d’environ un kilomètre, et tient compte de la variabilité des conditions hydromorphologiques et météorologiques locales. Pour ce faire, il nécessite de connaître certains paramètres écophysiologiques et de disposer de données spatialisées de biomasse pour sa calibration, ainsi que de données bathymétriques et de substrat. La première phase de ce travail a alors consisté à réaliser des relevés sur le terrain pour caractériser le site d’étude et à développer des outils numériques ou expérimentaux pour l’acquisition de ces données. Le premier outil développé a pour objet le suivi des macrophytes submergés par télédétection. La méthode explorée a confirmé le potentiel de l’imagerie multispectrale à haute résolution spatiale (50 cm) des satellites Pléiades, traitée par des algorithmes d’apprentissage automatique, pour cartographier la distribution des herbiers et quantifier leur biomasse in situ. Cette approche nous a par ailleurs conduits à proposer une stratégie d’échantillonnage optimisée des macrophytes en grand cours d’eau pour de futures investigations. Ce travail ouvre des perspectives intéressantes pour appliquer la méthode à de l’imagerie drone, et poursuivre son développement pour un suivi mensuel automatisé. En parallèle, un outil de mesure de paramètres écophysiologiques par oxymétrie a été développé et appliqué aux deux espèces d’intérêt. Les données obtenues renseignent en particulier sur les capacités photosynthétique et respiratoire de chaque espèce en réponse à des facteurs limitants (lumière, température). La seconde phase de ce travail a consisté en l’application du modèle DEMETHER pour l’exploration de différents scénarios d’évolution climatique. Des simulations de la dynamique des herbiers en termes de biomasse ont été réalisées pour les conditions thermiques actuelles et pour une hausse des températures prévisible à l’horizon 2041-2070. Les résultats ont montré l’importance de la sensibilité de certains processus physiologiques à la température pour expliquer les patrons de distribution des deux espèces étudiées, soulignant l’intérêt de la modélisation mécaniste pour comprendre la structuration des communautés de macrophytes. Les premiers résultats obtenus avec cette boîte à outils ont confirmé sa fonctionnalité. Toutefois, en vue d’étendre son champ d’application, chacun des outils développés durant la thèse devra encore être amélioré, notamment pour affiner la calibration du modèle DEMETHER. Des propositions précises ont été formulées dans ce sens

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Elger, Arnaud and Courty, Stéphanie
Statistics:download
Deposited On:09 Mar 2021 17:37

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