Thèse Modélisation de la Dispersion et Connectivité Larvaire Marine de l'Océan Indien dans un Contexte de Changement Climatique H/F - 34

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : MARBEC - Biodiversité Marine, Exploitation et Conservation
Direction de la thèse : Christophe LETT ORCID 0000000158092452
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Dans le sud-ouest de l'Océan Indien, lorsqu'elles atteignent le continent africain à environ 10°S, les eaux issues du Courant Sud Equatorial (SEC) bifurquent vers le nord et vers le sud. Cette bifurcation crée une barrière hydrodynamique majeure, empêchant la dispersion larvaire des organismes marins le long de la côte de l'Afrique de l'Est. Cependant, cette barrière engendrée par la bifurcation du SEC n'opère pas pour toutes les espèces. Sa perméabilité, son déplacement latitudinal, sa variabilité saisonnière et son évolution potentielle dans un contexte de changement climatique restent inconnus. Par ailleurs, le SEC lui-même et ses différentes branches constituent des corridors de dispersion, transportant potentiellement des organismes dérivants au sein de la région, connectant ainsi ses îles et zones côtières.

L'objectif principal de cette thèse est de combiner modélisation hydrodynamique à haute résolution et simulations Lagrangiennes utilisant des habitats dynamiques afin d'étudier le rôle de la barrière de bifurcation du SEC et de ses corridors sur la dispersion larvaire et la connectivité, dans les conditions océanographiques actuelles et futures. Cette approche sera d'abord appliquée au vivaneau doré (Lutjanus fulviflamma), une espèce cible du projet MESCAL dans lequel s'inscrit cette thèse et pour laquelle des données physiologiques et génétiques complémentaires liées à la résilience face aux changements climatiques seront collectées. Elle sera ensuite appliquée à d'autres espèces d'importance sociétale, pour lesquelles suffisamment d'informations sur leur cycle de vie seraient disponibles afin de modéliser leur dynamique de dispersion. Ces espèces seront sélectionnées en collaboration avec d'autres projets et parties prenantes dans la région.

Les principales questions de recherche abordées dans la thèse sont les suivantes :

- Quels sont les principaux facteurs physiques (par exemple, les courants océaniques), écologiques (par exemple, les habitats favorables) et biologiques (par exemple, la durée du stade larvaire planctonique) qui façonnent la connectivité dans le sud-ouest de l'Océan Indien ?

- Ces schémas de connectivité vont-ils être modifiés par le changement climatique ?

- Existe-t'il des aires marines protégées (AMP) clés qui pourraient potentiellement servir de refuges climatiques ou halieutiques essentiels, en fournissant des larves capables de repeupler les zones affectées par les changements environnementaux ou la surexploitation, dans les conditions actuelles et futures ?

En répondant à ces questions, la thèse proposée contribuera à la planification spatiale marine dans le sud-ouest de l'océan Indien et renforcera les interactions avec les gestionnaires d'AMP, grâce à des recommandations spatiales visant à améliorer les réseaux d'AMP et à planifier les futures mesures de protection, en accord avec les objectifs de connectivité et de résilience. Les retours des principaux acteurs régionaux sur les activités de recherche conduites dans le projet contribueront à l'impact sociétale de la thèse.

Un enjeu actuel majeur en sciences marines est d'étudier comment les outils de gestion spatialisée, tels que les aires marines protégées (AMP), permettront d'améliorer la conservation des écosystèmes marins, notamment dans le contexte des changements globaux. La connectivité par dispersion larvaire est un processus fondamental qui permet de relier des zones géographiquement séparées grâce à l'échange d'individus (Cowen et al., 2007), permettant ainsi aux AMP de fonctionner comme un réseau d'entités connectées et renforçant la persistance et la robustesse des populations de l'ensemble du réseau.

Plusieurs aspects fondamentaux de la vie larvaire marine devraient être fortement affectés par les changements climatiques (Harley et al., 2006). Une relation bien établie existe entre la durée de la phase planctonique larvaire et la température de l'eau : lorsque la température de l'eau augmente, la durée de cette phase tend à diminuer, car les larves se développent plus rapidement dans les eaux plus chaudes (O'Connor et al., 2007). Une phase planctonique plus courte implique des distances de dispersion plus courtes (Figueiredo et al., 2022), ce qui réduit la connectivité entre les sites éloignés (Lett et al., 2010). Cependant, comme les larves passent moins de temps dans le plancton, elles sont également moins exposées à la mortalité avant recrutement, ce qui peut potentiellement entraîner des taux de rétention locaux plus élevés (Lett et al., 2010 ; Figueiredo et al., 2022).

De nombreux organismes marins traversent plusieurs stades de développement lors de leur dispersion, de la ponte à la fixation, passant par les oeufs, les jeunes larves disposant de réserves alimentaires internes, les larves se nourrissant, et enfin les larves matures capables de nager. Certains processus influencent la dispersion larvaire à tous les stades de vie, comme le transport par les courants océaniques, la croissance et la mortalité, tandis que d'autres processus agissent à des stades spécifiques, par exemple la flottabilité des oeufs et la migration verticale des larves. De ce fait, la dispersion larvaire est perçue comme un processus complexe, façonné par plusieurs processus biologiques et physiques agissant à différentes échelles spatiales et temporelles (Pineda et al., 2009). Afin de rendre compte de cette complexité, la modélisation biophysique est utilisée depuis longtemps pour simuler la dispersion et la connectivité larvaires (Swearer et al., 2019). Ces modèles intègrent à la fois l'environnement physique (par exemple, les courants océaniques) et les caractéristiques biologiques des organismes en dispersion.

Dans le sud-ouest de l'Océan Indien, le Courant Sud Equatorial (SEC) s'écoule de l'est et se divise en deux branches en atteignant Madagascar : le courant sud-est et le courant nord-est de Madagascar. Au contact du continent africain, ce dernier se divise à son tour en Courant Côtier Est-Africain, qui se dirige vers le nord, et en un ensemble de tourbillons se dirigeant vers le sud, donnant naissance au Courant des Aiguilles (Schott et al., 2009). Cette division crée une barrière hydrodynamique majeure à environ 10°S, limitant la dispersion larvaire et la connectivité le long des côtes de l'Afrique de l'Est (Obura et al., 2019), et constituant ainsi une frontière biogéographique marquée (e.g., Giachini Tosetto et al., 2025). Cependant, cette barrière à la dispersion, appelée barrière de bifurcation du SEC (Obura et al. 2019), n'opère pas pour toutes les espèces. Sa perméabilité, son déplacement latitudinal, sa variabilité saisonnière et son évolution potentielle dans un contexte de changement climatique restent à étudier (Potts et al. 2015, Lett et al. 2024). Par ailleurs, le SEC lui-même et ses différentes branches constituent des corridors de dispersion (Lett et al. 2024), permettant potentiellement le transport des organismes dérivants au sein de la région, connectant ainsi ses îles et ses zones côtières.

L'objectif principal de cette thèse de doctorat est d'utiliser une approche de modélisation biophysique pour étudier le rôle de la barrière de bifurcation du Courant Sud Equatorial (SEC) et de ses corridors sur la dispersion et la connectivité larvaires dans le sud-ouest de l'Océan Indien, dans les conditions océanographiques actuelles et futures.

De nombreux modèles biophysiques ont déjà été développés pour simuler la dispersion larvaire au sud de cette barrière (voir Lett et al., 2024), mais comparativement peu au nord, dans la région Tanzanie-Kenya (Mayorga-Adame et al., 2017 ; Gamoyo et al., 2019 ; Holub, 2020). Aucune étude de modélisation n'a porté sur la connectivité larvaire à travers cette barrière. De plus, aucune des études de modélisation menées dans le sud-ouest de l'Océan Indien n'a examiné l'impact potentiel du changement climatique sur les modèles simulés de dispersion et de connectivité larvaires.

Dans cette thèse de doctorat, nous visons à combler ces lacunes en modélisant la dispersion et la connectivité larvaires dans le contexte du changement climatique pour un ensemble d'espèces cibles. Premièrement, pour le vivaneau doré (Lutjanus fulviflamma), espèce cible du projet MESCAL dans lequel cette thèse s'inscrit, et pour laquelle des données physiologiques et génétiques liées à la résilience face aux changements climatiques seront collectées. Ces données fourniront des informations précieuses et complémentaires aux simulations de dispersion larvaire réalisées dans le cadre de cette thèse. Deuxièmement, pour les espèces sélectionnées d'après Obura et al. (2019) comme présentant un flux génique restreint (par exemple, le mérou nid d'abeille Epinephelus merra) ou non (par exemple, le vivaneau à rayures bleues Lutjanus kasmira) à travers la barrière. Enfin, d'autres espèces pourront être prises en compte en collaboration avec les acteurs régionaux au cours de la thèse.

Les principales questions de recherche abordées dans le cadre de ce projet de doctorat sont les suivantes :

(i) Quels sont les principaux facteurs physiques (exemple, les courants océaniques), écologiques (exemple, les habitats favorables) et biologiques (exemple, la durée de vie larvaire planctonique) qui déterminent la connectivité dans le sud-ouest de l'océan Indien ?

(ii) Ces schémas de connectivité sont-ils susceptibles d'être modifiés par le changement climatique ?

(iii) Existe-t'il des aires marines protégées (AMP) clés qui pourraient potentiellement servir de refuges climatiques ou halieutiques essentiels, en tant que sources de larves capables de repeupler les zones affectées par les changements environnementaux ou la surexploitation, dans les conditions actuelles et futures ?

L'étude proposée combinera modélisation hydrodynamique à haute résolution et simulations Lagrangiennes utilisant des habitats dynamiques afin d'étudier la dispersion larvaire et la connectivité dans le sud-ouest de l'Océan Indien dans un contexte de changement climatique, et en particulier le rôle de la barrière de bifurcation du Courant Sud Equatorial (SEC) et de ses corridors.

Modélisation hydrodynamique avec CROCO
Une configuration à haute résolution du modèle hydrodynamique CROCO sera développée autour de la barrière de bifurcation du SEC. Elle sera emboîtée dans une configuration existante à l'échelle du bassin et exécutée pour la période 1980-2100, selon des scénarios historiques et futurs (par exemple, SSP370) de changement climatique. La sensibilité aux paramétrisations du mélange vertical et des flux air-mer sera étudiée à l'aide de simulations d'ensemble.

Modélisation Lagrangienne avec Ichthyop
L'outil Lagrangien Ichthyop sera configuré pour le vivaneau doré, une des epèces cibles du projet MESCAL. D'autres espèces clés, sélectionnées à partir des travaux d'Obura et al. (2019), seront également étudiées, et potentiellement d'autres espèces d'intérêt définies avec les acteurs régionaux. La paramétrisation s'appuiera sur la littérature et l'expertise régionale, et portera notamment sur les habitats de ponte et de recrutement, la durée du stade larvaire planctonique et le comportement larvaire (e.g., les stratégies de migration verticale) de ces différentes espèces. Les incertitudes liées à cette paramétrisation seront évaluées par des analyses de sensibilité.

Modélisation dynamique des habitats
Les changements potentiels des habitats de ponte et de recrutement des espèces étudiées, induits par le climat, seront considérés. Ainsi, plutôt que de les définir par des zones géographiques fixes, ces habitats pourront être déterminés à l'aide de variables climatiques (e.g., la température, la salinité) et ainsi varier dynamiquement au cours des simulations.

Les résultats des simulations CROCO (courants, température, etc.) serviront à alimenter le modèle Ichthyop pour les différentes espèces considérées, afin de simuler la dispersion larvaire et la connectivité à travers la barrière de bifurcation du SEC et le long des corridors du SEC, dans les conditions actuelles et futures du sud-ouest de l'Océan Indien. Ces simulations fourniront des indicateurs de connectivité tels que les échanges larvaires entre les AMP, les taux d'auto-recrutement et de rétention, ainsi que l'identification de zones sources de larves potentiellement résilientes face au changement climatique.