Un⋅e doctorant⋅e en écologie végétale aquatique pour l’ISARA

Sujet de thèse école doctorale ABIES : Modification des communautés de macrophytes sous l’effet du réchauffement climatique et potentiels de mitigation de la dégradation de la qualité de l’eau et d’émission de gaz à effet de serre

Les écosystèmes d’eau douce, et en particulier les plans d’eau peu profonds (< 5m, Richardson et al., 2022), sont des réservoirs de biodiversité reconnus, mais menacés (Reid et al., 2019), qui offrent des services écosystémiques importants (Janssen et al., 2021), notamment des services d’approvisionnement dans le cas de la production piscicole, et de régulation du climat par un potentiel de séquestration du carbone. Or, les plans d’eau peu profonds sont particulièrement impactés par le réchauffement climatique, par leur faible profondeur : la température atmosphérique est susceptible de réchauffer l’eau plus profondément et plus précocement qu’auparavant, ce qui a plusieurs conséquences sur la qualité de l’eau et le fonctionnement de l’écosystème. Une eau plus chaude est susceptible d’intensifier l’hypoxie (baisse de l’oxygène dissous) de l’eau et de favoriser les blooms de cyanobactéries (Reid et al., 2019). Ces conséquences sont autant de risques de baisse de production ou de mortalité des élevages piscicoles. Par ailleurs, l’effet de la température et de la perte en eau sur la séquestration du carbone sur ces écosystèmes est mal connu, et leur bilan pourrait éventuellement passer de puits de carbone à source de gaz à effet de serre (Hill et al., 2021).

Les macrophytes (plantes aquatiques émergentes, submergées ou flottantes) sont des espèces clés dans les écosystèmes lentiques. En tant que producteurs primaires, à la base du réseau trophique, elles interceptent l’énergie lumineuse et la transfèrent aux niveaux supérieurs par la photosynthèse. Celle-ci est accompagnée d’une production de dioxygène qui va enrichir le milieu aquatique, et d’une captation de carbone. Les plantes limitent le développement du phytoplancton, directement par compétition pour les nutriments et/ou la lumière, ou indirectement en favorisant les niveaux trophiques supérieurs (Blindow et al., 2014), ce qui crée une boucle de rétroaction maintenant un état clair de l’écosystème (Scheffer et al., 2001). Enfin, les plans d’eau peu profonds offrent globalement davantage de services écosystémiques lorsqu’ils sont dominés par les macrophytes que lorsqu’ils sont colonisés par les algues (Janssen el al., 2021). Cette communauté pourrait donc constituer un levier pour l’adaptation et la résistance aux effets du réchauffement climatique sur les plans d’eau peu profond.

Néanmoins, si la corrélation négative entre dominance établie du phytoplancton et celle des macrophytes a été maintes fois démontrée, peu d’études se sont attachées à comprendre les mécanismes associés à différents types de communautés de macrophytes (Blindow et al., 2014) et à leurs traits fonctionnels (Su et al., 2019 ; Arthaud et al., 2021) et ce en début de saison, c’est à dire quand l’effet de priorité (ou de préemption) est important (Lürig et al., 2021). Or, il semble qu’un des processus courants d’apparition des plans d’eau dominés par les algues soit la disparition au cours de la saison de certaines espèces de plantes, peu adaptées aux conditions environnementales de plus en plus eutrophes (Sayer et al. 2010). De plus, des changements dans les dates d’émergence engendrés par au réchauffement climatique sont susceptibles de se produire, probablement différents selon les espèces (Hill et al., 2021 ; Lind et al., 2022), ce qui peut modifier davantage la composition des communautés. Enfin, l’effet des différents types de communautés et des changements dans leur composition et dans l’abondance des espèces (et donc la biomasse produite) sur la séquestration du carbone dans les étangs est peu connu (Blindow et al., 2014 ; Hilt et al., 2017) car difficile à séparer de l’effet de l’ensemble de la production primaire de l’écosystème (Zimmer et al. 2016 ; Hilt et al., 2017)

Ce projet étudiera donc les questions suivantes :

• Quel est l’effet du réchauffement sur le compartiment végétal des plans d’eau peu profonds sur la date d’émergence des espèces et sur la composition des communautés ?
• Quels effets rétroactifs des plantes sur leur environnement peut-on observer dans ce contexte, en particulier : quelles espèces ou associations d’espèces végétales ont une phénologie précoce permettant de maintenir une transparence de l’eau et de contrôler les blooms algaux ? Quelles valeurs de traits fonctionnels produisent un effet de seuil en début de saison ?
• Enfin, quel est le lien entre les différents types de communautés et la captation de carbone?

Le projet de thèse liera donc de manière innovante une expertise de recherche fondamentale en écologie fonctionnelle aquatique et en écologie des communautés végétales, à de la recherche appliquée portant sur la gestion de la ressource en eau en tant qu’outil agroécologique. La zone d’étude principale sera la région d’étangs de Dombes, dans le département de l’Ain. Zone Natura 2000, c’est aussi une région de pisciculture extensive qui héberge des pratiques agroécologiques. Le réchauffement de la température atmosphérique (+2,2°C en été par rapport aux moyennes des 50 dernières années) et la baisse des précipitations (<600mm en 2020 et 2022, contre 1030mm en moyenne sur les 50 dernières années) observées en moyenne lors de ces dernières années mettent les pisciculteurs en difficulté : ils font face à une mortalité d’une partie ou de la totalité de la production d’un étang s’ils ne réussissent pas à maintenir une quantité d’eau et un taux d’oxygène suffisants. L’objectif final de l’étude étant de contribuer au design d’écosystèmes de référence dans un contexte de restauration de la végétation d’étangs adaptés au réchauffement climatique et offrant de multiples services.

Arthaud, F., J. Toury, C. Romestaing, and G. Bornette. ‘Photosynthetic and Morphological Traits Control Aquatic Plant Distribution According to Light Stress’. Evolutionary Ecology 35, no. 5 (1 December 2021): 739–60.

Blindow, Irmgard, Anders Hargeby, and Sabine Hilt. ‘Facilitation of Clear-Water Conditions in Shallow Lakes by Macrophytes: Differences between Charophyte and Angiosperm Dominance’. Hydrobiologia 737, no. 1 (1 October 2014): 99–110.

Hill, Matthew J., Helen M. Greaves, Carl D. Sayer, Christopher Hassall, Mélanie Milin, Victoria S. Milner, Luca Marazzi, et al. ‘Pond Ecology and Conservation: Research Priorities and Knowledge Gaps’. Ecosphere 12, no. 12 (2021): e03853.

Janssen, Annette B. G., Sabine Hilt, Sarian Kosten, Jeroen J. M. de Klein, Hans W. Paerl, and Dedmer B. Van de Waal. ‘Shifting States, Shifting Services: Linking Regime Shifts to Changes in Ecosystem Services of Shallow Lakes’. Freshwater Biology 66, no. 1 (2021): 1–12. https://doi.org/10.1111/fwb.13582.

Lürig, Moritz D., Rebecca J. Best, Vasilis Dakos, and Blake Matthews. ‘Submerged Macrophytes Affect the Temporal Variability of Aquatic Ecosystems’. Freshwater Biology 66, no. 3 (2021): 421–35.

Reid, Andrea J., Andrew K. Carlson, Irena F. Creed, Erika J. Eliason, Peter A. Gell, Pieter T. J. Johnson, Karen A. Kidd, et al. ‘Emerging Threats and Persistent Conservation Challenges for Freshwater Biodiversity’. Biological Reviews 94, no. 3 (2019): 849–73.

Richardson, David C., Meredith A. Holgerson, Matthew J. Farragher, Kathryn K. Hoffman, Katelyn B. S. King, María B. Alfonso, Mikkel R. Andersen, et al. ‘A Functional Definition to Distinguish Ponds from Lakes and Wetlands’. Scientific Reports 12, no. 1 (21 June 2022): 10472.

Sayer, Carl D., Thomas A. Davidson, and John Iwan Jones. ‘Seasonal Dynamics of Macrophytes and Phytoplankton in Shallow Lakes: A Eutrophication-Driven Pathway from Plants to Plankton?’ Freshwater Biology 55, no. 3 (2010): 500–513.

Scheffer, Marten, Steve Carpenter, Jonathan A. Foley, Carl Folke, and Brian Walker. ‘Catastrophic Shifts in Ecosystems’. Nature 413, no. 6856 (October 2001): 591.

Su, Haojie, Jun Chen, Yao Wu, Jianfeng Chen, Xiaochun Guo, Zhengbing Yan, Di Tian, Jingyun Fang, and Ping Xie. ‘Morphological Traits of Submerged Macrophytes Reveal Specific Positive Feedbacks to Water Clarity in Freshwater Ecosystems’. Science of The Total Environment 684 (20 September 2019): 578–86.

• Étudiant⋅e en master 2 d’écologie.
• Connaissances et curiosité pour l’écologie aquatique, la botanique.
• Appétence pour le travail de terrain, les expérimentations en conditions contrôlées, l’analyse statistique.
• Capacité de travail en équipe.
• Permis B

Le sujet est proposé au concours de l’école doctorale ABIES. Une audition aura lieu en juin, le jury évaluant les qualités des candidat⋅e⋅s et l’adéquation avec le sujet choisi.

Si intéressé⋅e, envoyer dès que possible et avant le 10 mai aux responsables du sujet (srouifed@isara.fr) un CV et une lettre de motivation, un relevé des notes disponibles, ainsi qu’une éventuelle lettre de recommandation.