Peuplements benthiques sud Bretagne

Structuration des habitats benthiques
des substrats meubles subtidaux des côtes de Bretagne
en relation avec les facteurs environnementaux
Mickaël DUTERTRE
IFREMER - Centre de Bretagne
Département Océanographie et Dynamique des Écosystèmes
Unité Dynamiques de l’Environnement Côtier
Laboratoire Écologie Benthique – Service Applications Géomatiques
14 janvier 2013
Contexte des travaux
► Étude postdoctorale cofinancée par l’Ifremer (DYNECO-EB) et l’Agence
des Aires Marines Protégées (18 mois de janvier 2011 à juin 2012)
► Contrat entre l’Ifremer (DYNECO-AG) et la société HOCER
(4,5 mois de août à décembre 2012)
Objectifs :
- Identifier et hiérarchiser les facteurs environnementaux responsables de la
distribution de la macrofaune benthique
- Caractériser les principaux habitats benthiques
- Déterminer l’influence des activités humaines sur les habitats benthiques
- Expliquer la structuration des bancs de maërl par les facteurs environnementaux
Identification et hiérarchisation
des facteurs environnementaux responsables
de la distribution de la macrofaune benthique
Données biologiques
► Données biologiques quantitatives sur l’ensemble de la Bretagne
(macrofaune benthique > 2 mm)
« Sectoriel »
Abers
(15 stations)
► Matrice d’abondances d’espèces par station
Morlaix
(36 stations)
Trégor
(19 stations)
BRETAGNE NORD
Matrice faunistique
= 533 espèces / 70 stations
Concarneau
(25 stations)
Audierne
(12 stations)
BRETAGNE SUD
Glénan
(22 stations)
Quiberon
(20 stations)
Matrice faunistique
= 551 espèces / 95 stations
Vilaine
(16 stations)
Données morpho-sédimentaires (REBENT)
►Granulométrie (bennes)
-
Données par station
Relativement stable dans le temps
→ teneur en vase (%)
→ Diamètre moyen des grains (mm)
fin ou grossier
→ Indice de dispersion des grains
homogène ou hétérogène
►Bathymétrie (m)
Données hydrologiques (PREVIMER – modèles 3D)
► ECOMARS 3D BRETAGNE → température (°C)
salinité
concentration en MES (mg.L-1),
concentration en chlorophylle-a (µg.L-1)
saturation en O2 (%)
maille = 3 km
pas de temps = 12 h
► MARS 3D MANGA → vitesse du courant (m.s-1)
maille = 4 km
pas de temps = 1 h
énergie cinétique du courant (N.m-2)
Variables annuelles
- moyenne
- maximum
- minimum
- écart-type (variabilité)
► WAVEWATCH III → agitation significative des vagues (m.s-1)
maille = 200 / 370 m
pas de temps = 3 h
vitesse orbitale de la houle (m.s-1)
http://www.previmer.org/
- Intégration dans le temps (≠ prélèvements ponctuels)
- Diversité des facteurs environnementaux
- Modèles 3D = couche de fond
- Correspondance avec mesures terrain (REPHY, …)
- Plusieurs stations dans la même maille
- Mailles de différentes tailles suivant les modèles
- Exactitude dans les zones complexes / proches de la terre
Analyse des données biologiques
► MDS / Cluster : Regroupement des stations / similarité des assemblages d’espèces
BRETAGNE NORD
0
0
20
20
26 %
40
60
Similarité (%)
Similarité (%)
BRETAGNE SUD
40
60
80
80
100
100
10 peuplements benthiques majeurs
(bancs de maërl, fonds à Haploops)
20 %
6 peuplements benthiques majeurs
Habitat : lieu regroupant l’ensemble des conditions environnementales dans lequel une espèce, une
population ou une communauté peut survivre et se maintenir à l’état spontané (Carpentier et al., 2005)
Analyse des relations macrofaune / environnement « naturel »
► Corrélations entre matrices faunistiques et environnementales (30 variables)
► Identification et hiérarchisation des variables env. influençant la distribution de la macrofaune
BRETAGNE SUD
BRETAGNE NORD
16 variables env. expliquent 51 % de la
distribution de la macrofaune benthique
11 variables env. expliquent 39 % de la
distribution de la macrofaune benthique
teneur en vase = 11%
saturation minimale en oxygène = 6%
diamètre des grains = 5%
variabilité de la température = 4%
indice de dispersion = 4%
vitesse moyenne des vagues = 3 %
…
[chlorophylle-a] = 8%
vitesse moyenne du courant = 6%
turbidité moyenne = 4%
indice de dispersion = 3%
bathymétrie = 3%
température moyenne = 3%
…
REBENT = 22 % d’explication
Modèles PREVIMER = 29 % d’explication
REBENT = 9 % d’explication
Modèles PREVIMER = 30 % d’explication
49 % de variations non expliquées
61 % de variations non expliquées
Affinage de la résolution des modèles numériques, activités anthropiques, ..
Dutertre et al., sous presse
Caractérisation
des principaux habitats benthiques
(exemple de la frange côtière de Bretagne sud)
Caractéristiques biologiques des habitats benthiques
Espèces caractéristiques (IndVal, D×P)
Traits biologiques (MarLIN, BIOTIC, …)
80
A
F
B
C
H
G
D
I
E
J
70
Alimentation
(% individus)
60
Carnivore
50
Déposivore
40
Détritivore
30
Herbivore
20
Nécrophage
Suspensivore
10
0
A
Indices de biodiversité
C
D
E
F
G
H
I
J
60
Densité (ind./m²)
Richesse spécifique
400
2000
300
1500
200
1000
100
500
0
B
50
40
Importante
30
Moyenne
20
0
A B C D E F G H I J
Mobilité
(% espèces)
Faible
A B C D E F G H I J
10
Indice de Piélou (J')
Indice de Shannon (H')
A
1
8
0
B
C
D
E
F
G
H
I
J
6
4
2
0
0
A B C D E F G H I J
A B C D E F G H I J
+ taille, mode de vie, flexibilité, reproduction,
développement, dispersion, maturité sexuelle,
longévité
Caractéristiques environnementales des habitats benthiques
Valeurs environnementales moyennes pour chaque peuplement faunistique
= Regroupement de stations ± éloignées
Vit. max. du courant (m.s-1)
Teneur en vase (%)
Saturation min. en O2 (%)
100
0,5
80
80
0,4
60
60
0,3
40
0,2
20
0,1
0
40
20
0,0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
0
A
Profondeur (m)
B
C
D
E
F
G
H
I
J
A
C
D
E
F
G
H
I
J
I
J
[MES] moyenne (mg.L-1)
Variabilité de la salinité
40
B
8
1,5
6
30
1,0
4
20
10
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
0,5
2
0,0
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
A
B
C
D
E
F
G
H
→ Écarts-types faibles = cohérence des peuplements et des habitats benthiques
→ Différences significatives (p < 0,01) = caractérisation des habitats benthiques
Dutertre et al., sous presse
Intégration des données du programme CARTHAM
Peuplements benthiques
(CARTHAM / REBENT)
E
D
C
Groix
GX13
GX12
GX7
B
Plateau
du Four
A
GX10
GX71
PF8
Teneur en vase (%)
Bathymétrie (m)
J
80
REBENT
80
CARTHAM
60
60
40
40
20
20
REBENT
CARTHAM
I
H
0
0
G
B
CDE
K
G
B
CDE
K
G
Courant moyen (m.s-1)
PF13
PF12
PF5
REBENT
0,2
Saturation min. en oxygène (%)
CARTHAM
1
GX77
GX68
GX74
GX20
GX102
GX42
0
20
40
60
Similarité (%)
80
100
REBENT
CARTHAM
0,8
F
0,6
0,1
0,4
K
0,2
0
0
G
B
CDE
K
G
B
CDE
K
Exemple de résultats : Habitat de maërl
►Caractéristiques biologiques
Densité (ind./m²)
Richesse spécifique
400
2000
300
1500
200
1000
100
500
0
0
A B C D E F G H I J
A B C D E F G H I J
H’ = 5,13 → Biodiversité importante (29 esp. électives)
J’ = 0,66 → Bon équilibre entre les espèces
Aonides oxycephala (85 %), Animoceradocus semiserratus (82 %), Clausinella fasciata (77 %)
Épifaune très mobile avec turn-over important et dominance de suspensivores
►Caractéristiques physiques
100
80
60
40
20
0
[MES] moyenne (mg.L-1)
4
40
8
3
30
6
2
20
4
1
10
2
0
A B C D E F G H I J
Profondeur (m)
Diamètre des grains (mm)
Teneur en vase (%)
0
A B C D E F G H I J
0
A B C D E F G H I J
► Sédiments grossiers (Ø = 2,39 ± 0,59 mm) et propres (vase = 0,8 ± 0,7 %)
► Milieu peu profond (12,2 ± 2,3 m)
► Hydrodynamisme faible (courant = 0,11 ± 0,01 m.s-1, houle = 0,25 ± 0,03 m.s-1)
► Faible variabilité environnementale
► Peu turbide (2,3 ± 0,3 mg/L), bien oxygéné (moy.= 94 ± 1%; min. = 72 %)
A B C D E F G H I J
Détermination de l’influence des activités
humaines sur les habitats benthiques
Indicateurs de perturbations anthropiques
► Variations des densités des espèces indicatrices (Tyler-Walters et al., 2009; Atkinson et al., 2011))
► Modifications de la structure des peuplements (Rumohr & Kujawski, 2000; Tillin et al., 2006)
endofaune/épifaune, fouisseurs/tubicoles, fragiles/solides, …
► Indices biotiques : M-AMBI, AMBI, BQI, BENTIX, …
M-AMBI (Borja et al., 2004)
État écologique
1
Très bon = normal
0,8
0,77
Bon = légèrement perturbé, état transitoire
0,6
0,53
Moyen = modérément perturbé
0,4
0,39
Médiocre = gravement perturbé
0,20
0,2
Mauvais = azoïque
0
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
Perturbations liées à la pêche aux engins traînants ?
Pêche aux engins traînants
(Talidec et al., 2000; SIH, 2011; MNHN, 2012)
Habitat à Sternaspis scutata (F)
Habitat à Amphiura filiformis (H)
Sternaspis scutata
Amphiura filiformis
Localisés dans des zones
de pêche aux engins traînants
(chalut et drague)
M-AMBI
1
100
0,8
80
0,6
60
0,4
40
0,2
20
Endofaune (% ind.)
40
20
0
0
A B C D E F G H I J
Fouisseurs (% ind.)
60
0
A B C D E F G H I J
A B C D E F G H I J
Hydrodynamisme (m.s-1)
Signes de perturbations
0,6
→ M-AMBI faible
0,4
Courant
Vagues
0,2
→ Prédominance de l’endofaune et des fouisseurs
(non liées à l’hydrodynamisme)
0,0
A B C D E F G H I J
Perturbations liées à la pêche aux engins traînants ?
►MNHN, DPMA et SIH = Spatialisation de l’effort de pêche en Bretagne sud
- données VMS (pêche si vitesse < 4,5 nœuds)
- effort de pêche par type d’engin
- résolution = 1,2 × 1,9 km
- test méthodologique pour la zone Concarneau - Glénan - Penmarch
Tests préliminaires
Effort de pêche
aux engins traînants
?=?
6 % de la distribution de la
macrofaune benthique (p < 0,01)
Hugues Casabonnet (MNHN)
Perturbations liées à l’aquaculture ?
Habitat à Ampharete finmarchica (J)
- Uniquement dans la baie de Quiberon
- Non décrit précédemment (Glémarec, 1969)
- Signes de perturbations environnementales
1
Baie de
Quiberon
0,8
M-AMBI
Ostréiculture
0,6
0,4
0,2
0
© Ifremer - C. Chevalier
Apports
continentaux
Ampharete finmarchica
A B C D E F G H
I
J
- Espèces principales indicatrices de pollution organique
Ampharete finmarchica (indval = 81 %)
Dipolydora caeca (indval = 78 %)
→ Perturbation anthropique locale et « récente » ?
Ostréiculture ?
- augmentation de l’activité ostréicole depuis les années 1980 (Introduction de Crassostrea gigas)
- enrichissement du sédiment en matière organique
- prédateurs de bivalves cultivés (Ocenebra erinacea et Asterias rubens)
- le gastéropode invasif Crepidula fornicata
Apports continentaux ?
- Loire, Vilaine, Golfe du Morbihan
Explication de la structuration
des bancs de maërl des côtes de Bretagne
par les facteurs environnementaux
Approche régionale de la structuration des bancs de maërl
►REBENT / IUEM : structure des bancs de maërl (densité, vitalité)
+ morpho-sédimentologie (granulométrie, bathymétrie)
Paimpol
Molène
Rade de Brest
Camaret
Trévignon
Glénan
Belle-Île
► Modèles PREVIMER : facteurs hydrologiques (hydrodynamisme, physico-chimie)
Structure des bancs de maërl et environnement
Hétérogénéité des bancs de maërl
?
Facteurs environnementaux
Granulométrie
- % vase
Hydrodynamisme
- vitesse du courant
- agitation des vagues
Densité (% de recouvrement)
Propriétés physico-chimiques
- température
- salinité
- saturation en O2
- turbidité
- extinction lumineuse
- concentration en nitrates
- concentration en phosphates
Vitalité (% de maërl vivant)
Bathymétrie
Recouvrement (%)
Relation entre la densité de maërl et l’environnement
R² = 0,81 (p < 0,01)
R² = 0,79 (p < 0,01)
Concentration moyenne en nitrates (µM)
Influence des apports estuariens de la
Loire et de la Vilaine sur la densité des
bancs de maërl de Bretagne
→ salinité
→ nitrates (Ichiki et al., 2000)
→ calcium ?
Recouvrement (%)
Recouvrement (%)
Salinité moyenne
120
80
40
R² = 0,76 (p < 0,01)
0
0
0,2
0,4
0,6
Vitesse moyenne du courant (m.s-1)
0,8
Dispersion des fragments de maërl
lorsque la vitesse du courant est
supérieure à 0,3 m.s-1
(Marrack, 1999; Foster, 2001)
Dutertre et al., en préparation
Relation entre la vitalité du maërl et l’environnement
R² = 0.72, p < 0.01
100
Maërl vivant (%)
Maërl vivant (%)
120
80
60
40
20
Glénan
R² = 0.63, p < 0.01
0
0
5
10
15
Profondeur (m)
20
25
Teneur en vase (%)
→ limitation de la photosynthèse et/ou des échanges gazeux
(Steller & Foster, 1995; Hall-Spencer, 1998; Riul et al., 2008)
→ Glénan : faible proportion de maërl vivant due à l’extraction intensive
Dutertre et al., en préparation
Conclusions et perspectives
Conclusions
► Intégration de données locales dans une approche régionale de la structuration des
habitats benthiques par les facteurs environnementaux
► Utilité des modèles numériques pour l’étude des habitats benthiques
► Quantification de l’influence de l’environnement sur la structuration des habitats
benthiques
► Affinage de la caractérisation environnementale des habitats benthiques
→ influence des flux estuariens en Bretagne sud, …
► Établissement d’un état écologique de référence pour la détection de modifications
environnementales et d’impacts anthropiques
Perspectives
► Application de la méthode à d’autres données faunistiques et à différentes échelles
→ extension du REBENT, CARTHAM, …
► Utilisation de données quantitatives d’effort de pêche comme variables explicatives
de la distribution de la macrofaune (MNHN/DPMA)
► Comparaison de l’état actuel de référence avec des données historiques
quantitatives (IUEM, …)
► Étude des limites biogéographiques des espèces et de la connectivité entre les
populations
► Mise en place de mesures de gestion et de conservation des habitats benthiques