Contexte et Enjeux

Le bulot ou buccin, Buccinum undatum, est un Mollusque gastéropode d'importance économique en Normandie (première région productrice en France). Depuis quelques années, l’activité de pêche est confrontée à une nette diminution de la ressource, conséquence possible du changement climatique dans les zones de pêche, en particulier en Manche Ouest. Malgré la mise en place de mesures de gestion fortes, la filière est en difficulté et doit s’organiser pour maintenir la viabilité économique des entreprises de pêche de cette espèce emblématique normande. Pour cela, il est indispensable de comprendre l’impact du changement climatique sur le cycle de vie du bulot ainsi que les conséquences pour la dynamique des stocks de bulots et des pêcheries qui en dépendent.

Le projet de thèse s’inscrit dans le cadre d’un programme FEAMPA intitulé CCLIMB’UP (Changement CLImatique en Manche : les effets sur le BUlot et son exPloitation) dont le financement est acquis et qui démarre en juin 2025 pour une durée de 3 ans. Le consortium de ce programme est constitué du CRPMEM Normandie (Comité Régional des Pêches Maritimes et des Elevages Marins de Normandie), le SMEL (Syndicat Mer et Littoral), le laboratoire Ressources Halieutiques de Port-en-Bessin de l’IFREMER et le laboratoire MERSEA de l’Université de Caen Normandie.

Objectifs et Cadre Méthodologique

Chez les invertébrés marins ectothermes, tel que le bulot, la température joue un rôle central dans le contrôle des fonctions cellulaires et physiologiques, affectant par conséquent le métabolisme, la croissance et la reproduction. Les individus exposés à des variations climatiques défavorables vont soit s’ils sont résistants, maintenir leurs performances biologiques (individus résistants), soit récupérer après un déclin des performances (individus résilients) soit disparaître (individus sensibles) selon leur capacité d’adaptation moléculaire. L’étude des réponses moléculaires, physiologiques et comportementales de l’espèce permet d’appréhender ses capacités d’adaptation et de survie dans un contexte climatique dégradé [1,2]. Les réponses physiologiques des individus et leur variabilité inter-individuelle sont déterminantes pour permettre une réponse des populations à ces changements de l’environnement [3].

Les populations de bulots en Manche sont proches de la limite sud de l’aire de distribution de l’espèce et subissent, dans le contexte de changement climatique, une augmentation progressive des températures ainsi que des épisodes de vagues de chaleur [4]. De précédentes études [5–10] ont suggéré des liens étroits entre la température et des composantes clés du cycle de vie du bulot (reproduction, croissance, mortalité).

Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont :

1- d’identifier la dynamique spatio-temporelle de la température et son évolution au cours des dernières décennies au sein des habitats des populations de bulot,

2- d’explorer les processus impactés par la température en se focalisant sur la croissance et la reproduction via une approche in situ et des expérimentations en conditions contrôlées,

3- d'évaluer la durabilité des stocks du bulot dans le contexte du changement climatique et des pêcheries qui en dépendent.

 Ce projet se structure donc autour de 4 tâches :

Tâche 1 : Caractériser les variations temporelles de la température au sein des zones d’habitats du bulot

Les conditions de température dans les habitats du bulot en Manche Ouest (variations spatiales et temporelles, identification des vagues de chaleur et bulles froides) seront décrites. Les zones d’habitat devront tout d’abord être identifiées en s’appuyant sur des données de campagnes, des recherches bibliographiques, des approches participatives avec les pêcheurs et les données de géolocalisation des navires de pêche. Les variations spatio-temporelles de température seront ensuite quantifiées à partir de diverses sources de données : (i) mesures par des sondes placées dans les casiers des pêcheurs volontaires (ii) données de systèmes d’observations des conditions environnementales d'Ifremer, (iii) des campagnes halieutiques de l'Ifremer et (iv) des données issues des modèles et d’observations satellitaires. L’ensemble de ces données permettra également d’identifier et de quantifier les épisodes d'événements extrêmes (fréquence, durée, intensité). 

Tâche 2 : Explorer les liens entre les variations de température et la croissance

L’effet des variations de température sur la croissance des bulots sera étudié par une approche de sclérochronologie et d’analyses morphométriques. Dans la cadre du projet CCLIMB’UP et de cette thèse, un programme d’échantillonnage in situ permettra de récolter des individus de Manche Ouest et Est. L'analyse des statolithes (une pièce calcifiée des bivalves [11]) permettra de déterminer l’âge des individus et de mesurer les incréments annuels de croissance. Les tailles aux âges des individus seront utilisées pour construire un modèle de croissance spécifique à chaque zone étudiée. Les paramètres de croissance obtenus pourront être comparés avec des estimations obtenues pour la période 2015-2016 [5]. Ces paramètres sont essentiels pour modéliser la dynamique des stocks de bulots et évaluer leur durabilité. En parallèle, les incréments de croissance individuelle permettront de reconstruire les trajectoires de croissance somatique des individus et le potentiel lien entre les trajectoires de croissance et les conditions de température (variations interannuelles et événements extrêmes) seront explorés [9]. Cette tâche permettra de modéliser la croissance des populations de bulot de Manche Ouest et Est, d'identifier les tendances de croissance annuelle, d’estimer la variabilité inter-individuelle et de mieux comprendre la dynamique spatio-temporelle de la croissance.

Tâche 3 : Identifier l’effet des variations de température sur la reproduction

L'effet de la température sur la reproduction des bulots sera étudié à travers deux approches complémentaires : un échantillonnage in situ sur plusieurs sites et des expérimentations en conditions contrôlées de température. Les suivis réalisés en 2008 et 2015 sur une population de bulots localisée dans l’Ouest Cotentin [5] ont permis de décrire l'histologie de la gamétogenèse et de déterminer la taille à laquelle 50 % de la population atteint la maturité sexuelle (L50), un paramètre clé pour la gestion des stocks. Ce suivi sera reconduit en 2025-2026 afin d’évaluer l'évolution de la taille et de l'âge à maturité sexuelle sur une même population. Les avancées récentes en analyse d’image appliquée à l’histologie permettront de décrire quantitativement les variations de la gamétogenèse des femelles (stades de gamétogenèse et effort de reproduction). Appliquée de manière rétroactive aux données de 2008 et 2015, ainsi qu’à un nouvel échantillonnage réalisé en 2026 sur deux sites (Manche Ouest et Manche Est), cette approche permettra d’explorer les liens entre les processus physiologiques et les variations de la température.

Des expérimentations en conditions contrôlées de température, mimant les évènements climatiques extrêmes observés dans l’habitat des bulots seront également réalisées (SMEL). Ces conditionnements permettront de tester les hypothèses formulées suite à l’approche in situ sur les effets de la température sur les processus physiologiques.

L’absence quasi-totale de données de séquences est actuellement un verrou pour la compréhension de tous les processus physiologiques de cette espèce. Des analyses transcriptomiques différentielle permettront d’identifier de façon non ciblée des processus physiologiques affectés par la température ainsi que des marqueurs dont l’expression pourra ensuite être suivie dans différents groupes de bulots (en fonction de la taille, de l’origine…). Chez les mollusques, le système nerveux joue un rôle central dans la régulation de la gamétogenèse et dans l’intégration des stress environnementaux. L’échelle transcriptomique permet une réponse rapide face à ces stress [12,13] : l’expression différentielle de transcrits d’intérêt a été démontrée dans le système nerveux de Mollusques lors de conditionnements expérimentaux mimant des effets du changement climatique et corrélée à des changements physiologiques [14]. Un assemblage de novo du transcriptome de système nerveux central (CNS) et de gonade servira de référence pour caractériser les réponses associées à des altérations physiologiques obtenues lors des conditionnements.

Tâche 4 : Modéliser la dynamique des stocks de bulots et évaluer la santé des stocks et la durabilité des pêcheries

Les données issues des suivis en Manche Est et Ouest ainsi que les statistiques de pêche officielles produites par Ifremer, permettront de développer une approche d’évaluation des stocks adaptée aux données disponibles et aux spécificités des stocks de bulots en Manche. Parmi, les approches qui émergent, les modèles de surplus de production (e.g., [15–17]) et des modèles de capture aux âges (ou aux tailles) adaptés aux stocks aux données limitées (e.g., [18–20]) seront testés. La démarche consistera à (i) identifier les contraintes en terme données et connaissances disponibles (ii) identifier et construire un ensemble de modèles d’évaluation pertinents reposant sur différentes hypothèses (iii) analyser et intégrer autant que possible les différentes sources d’incertitude dans les modèles (incertitudes liées aux observations, aux processus, aux modèles et aux paramètres). Cette approche a pour objectif de permettre de mener des évaluations régulières des stocks et des niveaux d’exploitation ainsi que de tester de futures mesures de gestion.

Références

1.      Leung JYS, Russell BD, Connell SD. Adaptive Responses of Marine Gastropods to Heatwaves. One Earth. 2019;1: 374–381. doi:10.1016/j.oneear.2019.10.025

2.      Bozinovic F, Pörtner H. Physiological ecology meets climate change. Ecol Evol. 2015;5: 1025–1030. doi:10.1002/ece3.1403

3.      Pörtner HO, Farrell AP. ECOLOGY: Physiology and Climate Change. Science. 2008;322: 690–692. doi:10.1126/science.1163156

4.      Simon A, Poppeschi C, Plecha S, Charria G, Russo A. Coastal and regional marine heatwaves and cold spells in the northeastern Atlantic. Ocean Sci. 2023;19: 1339–1355. doi:10.5194/os-19-1339-2023

5.      Hégron-Macé L, Legrand V, Kellner K, Grangeré K, Cochard M, Vigneau J, et al. Buccin espèce sentinelle pour le climat (BESTCLIM). 2017 p. 85.

6.      Brutel-Philippe P, Hégron-Macé L, Legrand V, Grangeré K, Kellner K. Changements climatiques et reproduction des buccins, impact sur la pêcherie de l’ouest Cotentin (BULOCLIM). 2012 2014.

7.      Heude-Berthelin C, Hégron-Macé L, Legrand V, Jouaux A, Adeline B, Mathieu M, et al. Growth and reproduction of the common whelk Buccinum undatum in west Cotentin (Channel), France. Aquat Living Resour. 2011;24: 317–327. doi:10.1051/alr/2011048

8.      Thatje S, Dunbar CG, Smith KE. Temperature-driven inter-annual variability in reproductive investment in the common whelk Buccinum undatum. J Sea Res. 2019;148–149: 17–22. doi:10.1016/j.seares.2019.03.003

9.      Borsetti S, Hollyman PR, Munroe D. Using a sclerochronological approach to determine a climate-growth relationship for waved whelk, Buccinum undatum, in the U.S. Mid-Atlantic. Estuar Coast Shelf Sci. 2021;252: 107255. doi:10.1016/j.ecss.2021.107255

10.    Smith KE, Thatje S, Hauton C. Thermal tolerance during early ontogeny in the common whelk Buccinum undatum (Linnaeus 1785): Bioenergetics, nurse egg partitioning and developmental success. J Sea Res. 2013;79: 32–39. doi:10.1016/j.seares.2013.01.008

11.    Hollyman P, Leng M, Chenery S, Laptikhovsky V, Richardson C. Statoliths of the whelk Buccinum undatum: a novel age determination tool. Mar Ecol Prog Ser. 2018;598: 261–272. doi:10.3354/meps12119

12.    Xiao Q, Lin Y, Li H, Chen Y, Wei W, Li P, et al. Transcriptome sequencing reveals the differentially expressed lncRNAs and mRNAs in response to cold acclimation and cold stress in Pomacea canaliculata. BMC Genomics. 2022;23: 382. doi:10.1186/s12864-022-08622-5

13.    Tripp-Valdez MA, Harms L, Pörtner HO, Sicard MT, Lucassen M. De novo transcriptome assembly and gene expression profile of thermally challenged green abalone (Haliotis fulgens: Gastropoda) under acute hypoxia and hypercapnia. Mar Genomics. 2019;45: 48–56. doi:10.1016/j.margen.2019.01.007

14.    Thomas JT, Huerlimann R, Schunter C, Watson S-A, Munday PL, Ravasi T. Transcriptomic responses in the nervous system and correlated behavioural changes of a cephalopod exposed to ocean acidification. BMC Genomics. 2024;25: 635. doi:10.1186/s12864-024-10542-5

15.    Froese R, Winker H, Coro G, Palomares M-L “Deng,” Tsikliras AC, Dimarchopoulou D, et al. New developments in the analysis of catch time series as the basis for fish stock assessments: The CMSY++ method. Acta Ichthyol Piscat. 2023;53: 173–189. doi:10.3897/aiep.53.105910

16.    Pedersen MW, Berg CW. A stochastic surplus production model in continuous time. Fish Fish. 2017;18: 226–243. doi:10.1111/faf.12174

17.    Winker H, Carvalho F, Kapur M. JABBA: Just Another Bayesian Biomass Assessment. Fish Res. 2018;204: 275–288. doi:10.1016/j.fishres.2018.03.010

18.    Cope JM. The good practices of practicable alchemy in the stock assessment continuum: Fundamentals and principles of analytical methods to support science-based fisheries management under data and resource limitations. Fish Res. 2024;270: 106859. doi:10.1016/j.fishres.2023.106859

19.    Cope JM. Implementing a statistical catch-at-age model (Stock Synthesis) as a tool for deriving overfishing limits in data-limited situations. Fish Res. 2013;142: 3–14. doi:10.1016/j.fishres.2012.03.006

20.    Cope JM, Thorson JT, Wetzel CR, DeVore J. Evaluating a prior on relative stock status using simplified age-structured models. Fish Res. 2015;171: 101–109. doi:10.1016/j.fishres.2014.07.018

La thèse se déroulera sur 2 sites : l'Université de Caen Normandie (MERSEA) et Station d’Ifremer Port-en-Bessin. 

* Le laboratoire « Marine Ecosystems and oRganisms reSEArch » - MERSEA a pour objectif l’étude de l’écologie et de la biologie des organismes et des habitats aquatiques dans des écosystèmes naturels et contraints. Il s’agit de comprendre, par une approche multidisciplinaire et intégrative, l’origine, le rôle et les mécanismes de l’évolution de la biodiversité aquatique (des molécules aux écosystèmes), les interactions des organismes entre eux et avec leurs milieux de vie et les réponses aux changements globaux, anthropiques et climatiques.

* L'Unité HMMN inscrit ses activités de recherche en soutien à la mise en place d'une approche écosystémique des pêches et plus généralement des activités maritimes humaines. Le projet développé par l'Unité vise donc à acquérir des connaissances amont sur l'écologie des espèces halieutiques, le fonctionnement de leurs écosystèmes et la dynamique des pêcheries et des filières associées ; appliquer ces connaissances pour prédire l'impact de la pêche, des nouveaux usages, de l'environnement et du changement global sur les différents compartiments des écosystèmes marins, dont les espèces exploitées, ainsi que l'impact de la réglementation, de l'économie et du changement global sur les pêcheries et les filières qui en dépendent; et évaluer pour ensuite proposer des modes de gestion des activités humaines qui permettent à la fois la conservation des ressources halieutiques et des écosystèmes marins et le maintien de la profitabilité et la durabilité des activités humaines. 

Le ou la candidat.e devra être titulaire d’un master en biologie-écologie et/ou d’un diplôme d’ingénieur, et avoir réalisé au minimum réalisé un stage en recherche. Il ou elle aura des connaissances dans un ou plusieurs des domaines suivants : biologie, physiologie, RNAseq, bioinformatique, écologie, halieutique, biostatistique et des compétences solides en programmation (essentiellement sous R).