RECAP - Résilience des écosystèmes côtiers anthropisés

> AXE 1 : BIODIVERSITE ET PRODUCTION

L’importance d’une biodiversité naturellement riche et complexe dans les milieux aquatiques côtiers sous-tend une diversité génétique, structurale et fonctionnelle des réseaux trophiques. Analyser les réponses de l’écosystème aux variations des conditions climatiques, environnementales, biotiques et abiotiques à différentes échelles spatio-temporelles, par les transferts de matière organique, de flux géniques et de molécules de communication entre organismes correspond à notre premier objectif. Nous nous attachons à étudier, d’une part, les processus et fonctions biologiques et, d’autre part, les réponses des communautés aux modifications des habitats et aux différents facteurs impactants.

• Producteurs primaires et microbiome

Les fortes compétences de l’équipe sur les producteurs primaires (macroalgues, microphytobenthos, phytoplancton, « coraux » …) nous permettront d’étudier la capacité de maintien de la fonction de production primaire en lien avec celle de la diversité. L’étude des relations biodiversité/production est au cœur des grandes questions relatives aux capacités de résilience des écosystèmes. Ces travaux s’intéresseront aux interactions entre les compartiments des producteurs primaires et leurs dynamiques (ex : phytoplancton versus macroalgues, macroalgues versus coraux) tout en intégrant les microbiomes associés.

Les travaux menés sur la relation entre la biodiversité et la productivité, notamment à haute fréquence (phytoplancton, microphytobenthos) (JERICONEXT H2020, SMILE2), seront renforcés en utilisant différents indicateurs de biodiversité (pigmentaires, cytométriques, moléculaires, morphologiques). Malgré les enjeux qui en découlent, il existe néanmoins peu d’études portant sur la diversité des micro-organismes photosynthétiques eucaryotes présents dans les zones humides urbaines/péri-urbaines. Ainsi relativement peu d’études abordent la question de la connectivité entre microbiomes environnementaux provenant des milieux anthropiques ou anthropo-construits et les milieux bordants, ni leurs rôles fonctionnels potentiels comme ingénieurs d'écosystèmes et vecteurs de pathogènes ou comme acteurs de la boucle microbienne littorale.

Ces travaux seront menés en fonction des gradients de pressions anthropiques (e.g.côte/large) et biologiques (e.g. poissons récifaux herbivores, zooplancton, zoobenthos). Les études des processus s’appuieront sur des réseaux nationaux ou régionaux d’observation afin de les replacer dans une approche diachronique et comparative en relation avec les pressions environnementales.

• Modification des habitats

Les systèmes fortement anthropisés que nous étudions se caractérisent par de forts gradients d’anthropisation induits par la construction d’infrastructures marines fortement impactantes (polder, extensions portuaires, enrochement …), par l’érosion des côtes et par des apports importants en éléments nutritifs et contaminants. Différents projets en cours [ex. Interreg COCKLES (2017-2020), GIP SA PHARESEE (2017-2020), Interreg MARINEFF (2018-2022), Labex Corail, OHM Littoral Caraïbe] nous donnent l’opportunité de mesurer les effets du changement des propriétés du substrat sur la biodiversité et la productivité des systèmes dans un contexte d’anthropisation croissante.

En travaillant sur des gradients de pressions depuis les zones portuaires (qui constituent des écosystèmes hautement anthropisés dont le fonctionnement reste encore mal connu) aux zones préservées, nous poursuivrons nos travaux sur la biodiversité et les structures des communautés tant au niveau des microbiomes, que des producteurs primaires ou encore des téléostéens. Cette approche passe nécessairement par l’utilisation d’indicateurs qui doivent permettre d’appréhender et de caractériser les gradients de pressions. Une variété de modèles biologiques (e.g. bactéries, microalgues, macroalgues, mollusques, coraux, poissons) et d’approches (ADN environnemental, métagénomique, multispectrale, etc.) sera utilisée pour caractériser les pressions dues aux modifications d’habitats, aux contaminants (métaux, pesticides, HAP, etc.) et aux apports d’éléments nutritifs et à leur stœchiométrie qui demeure une problématique majeure dans les écosystèmes côtiers tempérés et tropicaux. Nous allons ainsi poursuivre nos travaux r sur des bioindicateurs de différentes natures (diatomées, macroalgues, mollusques, coraux) et les appliquer à nos deux écosystèmes. Par exemple, l’utilisation des signatures isotopiques macroalgales comme bioindicateurs des sources d’azote en Baie de Seine sera appliquée à la Guadeloupe dans le contexte des échouages massifs de sargasses. Dissocier l’effet de ces pressions anthropiques et des forçages naturels sur la dynamique des communautés et les trajectoires des écosystèmes est un des enjeux majeurs des approches écosystémiques actuelles même si la dissociation entre pressions reste aujourd’hui plus formelle que pratique.

Dans ce contexte, les interactions benthiques entre les composantes biologiques et les facteurs physiques à différentes échelles imbriquées (micro-hétérogénéité spatiale à macro-échelle) seront étudiées grâce à des indicateurs du couplage benthos-pélagos. Une modélisation des communautés benthiques intégrant à la fois les interactions trophiques et non-trophiques sera réalisée par le biais d’une approche par groupes fonctionnels des guildes trophiques et des guildes de bioturbateurs. L’enjeu est, d’une part, de mieux maîtriser les facteurs biologiques et physiques responsables de l’évolution et du devenir des communautés benthiques en réponse à la dynamique sédimentaire ou à l’implantation de substrats durs et, d’autre part, d’intégrer le rôle des Ingénieurs d’écosystèmes car ces interactions et couplages sont des facteurs essentiels qui conditionnent la « fitness » des organismes. La boucle microbienne et les processus biogéochimiques seront également appréhendés notamment par la dynamique hydro-sédimentaire (modèles 3D) afin de simuler la réponse de la production micro-phytobenthique à ces interactions. Enfin, la réponse des réseaux trophiques à ces variations sera également étudiée.

> AXE 2 : REPONSES ADAPTATIVES ET TRAJECTOIRES EVOLUTIVES DES ORGANISMES EN REPONSE AUX CONTRAINTES ENVIRONNEMENTALES

La résilience, qui peut se définir, au sens le plus large, comme la capacité d’un écosystème à résister à des perturbations en maintenant structure, interactions et fonctions similaires, implique, pour les écosystèmes littoraux, qu’on étudie leurs capacités d’auto-organisation, d’acclimatation et d’adaptation. Les trajectoires peuvent cependant être assez différentes selon les capacités évolutives intrinsèques des organismes (taux de mutation, diversité génétique, plasticité phénotypique, histoire de vie, cycles biologiques, contingence et processus démographiques …), leurs positions au sein du réseau trophique (producteurs primaires, secondaires, prédateurs …) et leur degré et fréquence d’interactions avec les autres organismes. Ainsi, même en l’absence de perturbations fortes (arrivée/introduction d’espèces invasives, proliférantes ou pathogènes, échouages de macroalgues, évènements climatiques extrêmes …) les modifications existantes des conditions environnementales (e.g., charges en nutriments, polluants, fragmentation des habitats, prélèvements de la pêche, etc.) peuvent ou ont déjà altéré les capacités de réponse de certains organismes. Nous souhaitons donc mettre en place des méthodes originales de suivi sur le court et le long-terme couplées à des analyses de processus au sein des organismes et des populations afin de développer des connaissances nouvelles tant sur les réponses adaptatives des organismes que sur les évolutions des milieux côtiers (i.e. dynamique éco-évolutive). Les mécanismes d’acclimatation et d’adaptation seront appréhendés de manière intégrée par des approches de génomique environnementale, incluant à la fois le plan structural - génétique - physiologique et fonctionnel et pourront tendre, pour certains modèles, jusqu’à des notions de spéciation.

• Réponses à l’échelle des microbiomes

Une attention particulière sera portée sur l’évolution des interactions hôtes-microorganismes notamment au travers des études d’espèces parasites, saprophytes et symbiotiques (i.e. symbiose entre photoautotrophes et certains Cnidaires). En effet, initialement considérées comme des associations de type mutualiste avec une microalgue (et/ou une cyanobactérie), les études notamment génomiques révèlent aujourd’hui la multiplicité des combinaisons de symbiontes et les rôles essentiels des microbiomes associés aux organismes. Ces microbiomes sont cependant parfois à l’origine d’épizooties importantes, notamment au sein des écosystèmes récifaux. Ainsi, des travaux sur l’écophysiologie des mircroalgues libres ou en symbiose seront menés en cultures et en mésocosmes en considérant les processus photosynthétiques ou encore d’assimilation et d’excrétion. Ces associations hôtes-organismes qui impliquent ou ont pu impliquer des échanges génétiques (transferts de gènes) seront considérées dans une perspective de compréhension du rôle de ces organismes au sein de leurs écosystèmes mais aussi de l’évolution des génomes et des communautés sur le court et long-terme. Les connaissances sur les capacités adaptatives issues des interactions multiples au sein des microbiotes demeurent incomplètes et seront explorées en mutualisant les compétences de l’équipe et de l’UMR.

• Réponses des organismes aux contaminants

Les effets de pressions liées aux contaminants (tels que les pesticides, résidus pharmaceutiques, métaux etmicroplastiques), aux agents pathogènes ou encore aux espèces invasives seront étudiés sur nos modèles privilégiés que sont l’huître, Crassostrea gigas, les moules Mytilus edulis et Mytilopsis leucophaeata et l’ormeau, Haliotis tuberculata, au travers d’expérimentations menées en conditions contrôlées. En s’appuyant sur les données issues de suivis de la contamination dans les milieux littoraux, de transition et dulcicoles, nous évaluerons les effets chroniques ou sub-chroniques en conditions mono et/ou de multi-stress avec couplage de contaminants d’origine anthropique, de stress environnementaux et de stress physiologiques. Une approche complémentaire sera menée à partir d’organismes transplantés dans le milieu naturel impacté (méthode du caging, spécifique à la biosurveillance active). Les effets recherchés se situeront à différents niveaux d’organisation du vivant, depuis les mécanismes moléculaires et cellulaires associés à la défense des organismes (immunotoxicité, stress oxydatif, détoxification, biomarqueurs moléculaires) jusqu’aux paramètres individuels en lien avec, en particulier, la fitness des individus et la dynamique des populations. A côté des effets physiologiques sur les mollusques, nous considérerons la bioconcentration par les producteurs primaires ainsi que la bioaccumulation et la bioamplification au sein de réseaux trophiques. Enfin, le rôle spécifique de l'érosion sédimentaire et des biofilms microphytobenthiques sera étudié en tant que vecteur épidémiologique (e.g. le virus µvar-OSHV1) et le relargage de contaminants à travers l’étude du couplage benthos-pélagos.

• Bioremédiation 

Nos études fonctionnelles nous apportent des compétences pour proposer des solutions de préservation des milieux aquatiques en particulier marins. L’une des stratégies sur le long-terme est la mise en place de protocoles « naturels » de traitement des déchets rejetés en mer mais aussi de phytoremédiation. En particulier, nous nous intéresserons aux capacités de certaines algues à assimiler l’azote, le phosphore et certains éléments et donc aux possibilités de développement d’une aquaculture intégrée durable qui préserve les écosystèmes côtiers en épurant et réhabilitant les masses d’eaux. L’autre volet sera celui de la restauration des habitats ; sans porter nos efforts de recherche directement sur ce thème, nous sommes convaincus que nos travaux de recherche, (comme le développement d’outils de modélisation des habitats benthiques qui intègrent l’observation fine des mécanismes écophysiologiques, biogéochimiques, des activités de bioturbation, de colonisation, de transfert des agents pathogènes, des relations prédateurs-proies) seront utiles tant pour la gestion que pour la protection et la restauration des écosystèmes.

> AXE 3 : ETUDES INTERDISCIPLINAIRES DES SOCIO-ECOSYSTEMES COTIERS

Comme nous l’avons mentionné, nous portons notre attention sur deux régions contrastées et particulièrement anthropisées : la Manche, en particulier la Baie de Seine, et les Antilles, en particulier la région ultrapériphérique (RUP) des Petit et Grand Cul-de-Sac Marin en Guadeloupe. Ces études sur la définition, la compréhension et l’analyse des interactions entre l’Homme et le milieu relèvent d’une double nécessité scientifique : d’une part, celle d’études fines à l’échelle locale/régionale afin de pleinement intégrer la mosaïque et la fragmentation des habitats et des paysages littoraux et, d’autre part, de proposer des recommandations aux usagers, opérationnels et décideurs. Mieux comprendre ces interactions avec et vers le milieu littoral (qui sont très souvent ancrées dans une histoire culturelle importante et des nécessités économiques fortes) permet de mieux appréhender et de prédire les impacts potentiels de l’accroissement de l’emprise sur le milieu côtier. Différents projets nous intéressent tout particulièrement comme (i) des projets portuaires tels que les grands projets d’expansion et de modernisation des grands ports maritimes de la Guadeloupe ou encore du Havre (qui s’inscrivent dans des logiques d’évolutions gestionnaires, réglementaires, d’adaptation à l’évolution du trafic mondial et de diminution des impacts sur les milieux et les Hommes) mais aussi de ports de capacité plus réduite comme celui de Cherbourg, Carentan ou Ouistreham avec là encore des questions d’évolution des activités nautiques et des réglementations ; (ii) le développement de filières d’algues off-shores qui, d’une part, fournissent de nouvelles zones potentielles de fixation, d’abris, de micro-habitats, d’alimentation et de reproduction pour les espèces, et, d’autre part, pourraient interférer avec d’autres filières locales comme celles de la conchyliculture ou de la pêche; (iii) les projets d’énergie marine renouvelable (EMR) qui sont déjà en pleine expansion en Baie de Seine (i.e., parcs éoliens) et en cours d’étude de faisabilité aux Antilles et qui intègre la problématique des infrastructures marines (Interreg Marineff) ou encore (iv) les projets en cours de réhabilitation/préservation/restauration des milieux littoraux comme la restauration d’habitats, la création de récifs artificiels (Antilles et Manche), ou le maintient des vasières (Estuaire de Seine). Ainsi au travers d’analyses interdisciplinaires en sciences de l’environnement et autour des mutations potentiellement de la biodiversité et des fonctions écologiques, nous interrogerons les acteurs et aborderons les questions d’impacts et de représentations sociales (e.g. grand public et usagers de la mer). Les questions posées seront donc liées à celles susceptibles d’intéresser les gestionnaires de l’environnement en lien les notions d’appropriation et d’acceptabilité. Ces études couplées entre analyses écologiques, sociales (travail d’enquêtes de terrain en collaboration avec des sociologues et anthropologues), culturelles et économiques serviront à intégrer ces recherches sur les processus hypercomplexes mise en place dans ces anthroposystèmes lors de l’artificialisation des milieux.