Contribution à l'étude de la dynamique du thon rouge Atlantique - Approches écologiques et océanographiques

• Main Author: Royer, Francois
• Format: Doctoral or Postdoctoral Thesis
• Language: French
• Published: Ecole nationale supérieure agronomique de Rennes 2005
• Subjects: Archival tags; Kalman filter; Density dependence; Oceanic fronts; Time series; Thunnus thynnus; Marques archives; Filtre de Kalman; Densite dependence; Fronts oceaniques; Series temporelles; North East Atlantic
• Online Access: https://archimer.ifremer.fr/doc/2005/these-636.pdf; https://archimer.ifremer.fr/doc/00000/636/

[1] The spatial and temporal dynamics of Atlantic bluefin tuna, Thunnus thynnus, are here investigated through data analysis and statistical modelling. The local, regional and global scales are considered successively. A phenomenological approach is favoured, as well the extended use of image processing tools and estimation theory techniques. Their potential role in partially observed or ill-defined problems in marine ecology is presented and discussed. The acute need for frequency-explicit methods is in particular stressed out. Hypothesis testing and significance testing of ecological space/time processes are further discussed. [2] The first chapter depicts how surface fronts can structure the pelagic habitat: dedicated detection and mapping tools are introduced, along with an example in the North-East Atlantic and the Mediterranean regions. The influence of such heterogeneity on top predators is then discussed and illustrated with a case study in the gulf of Lions: high resolution datasets derived from aerial surveys and satellite radiometry are merged for this purpose. Monte-Carlo methods are shown to be of great value to assess the significance of observed spatial patterns. [3] The second chapter introduces an individual-based view of the pelagic habitat, through the use of archival tags. Three major drawbacks of this approach are first listed, i.e. (i) the large geolocation errors linked to hardware and software issues, (ii) the non-linearity and ill-posedness of the initial estimation problem, and (iii) the lack of accurate and continuous 3D ancillary data sources. A Monte-Carlo method is proposed to address these problems, and applied first to a controlled case. A real world application is then presented, involving pop-up tags and 3D temperature outputs from the Mercator model in the Gulf Stream area. Some specific technical points and issues to resolve are pinpointed. [4] In the third part of this work, an extended time series analysis is conducted on the long-term fluctuations in the bluefin tuna population, as derived from coastal trap catches in the Mediterranean sea. Linear and non-linear general techniques are employed to uncover deterministic features in these series. A direct and delayed density-dependence is in particular extracted from the high frequency component of the data. Possible endogenous and exogenous causes for the low and high frequency are discussed, as well as the need for new significance tests in studies involving long term changes. [1] L'analyse de données spatio-temporelles est appliquée à l'étude de la dynamique du thon rouge, Thunnus thynnus. Les échelles locales, régionales et globales sont considérées successivement dans trois volets différents. L'approche phénoménologique, basée sur la reconnaissance de formes, le filtrage, le lissage et la théorie de l'estimation en général est une caractéristique de ce travail: on y présente les possibilités offertes par ces techniques en écologie marine, et en particulier le besoin d'une décomposition fréquentielle des processus biogéophysiques. Quelques modalités du test d'hypothèse sont discutées, ainsi que le problème de la significativité des résultats en séries temporelles ou dans l'analyse de processus spatialisés. [2] Le premier volet porte sur l'hétérogénéité spatiale locale de l'habitat pélagique, et des effets des fronts océaniques sur sa structuration. On y présente, illustrés d'un premier exemple, les problèmes de détection et de cartographie des fronts. On aborde ensuite les modalités d'étude des relations fronts/prédateurs pélagiques. Un deuxième exemple basé sur les campagnes de survol STROMBOLI dans le golfe du Lion et des données de radiométrie haute résolution vient illustrer cette partie. On y montre en particulier le besoin de méthodes dédiées (e.g. Monte-Carlo) pour assurer les tests de significativité. [3] Le deuxième volet aborde l'étude de l'habitat pélagique par l'intermédiaire des marques archives. Trois obstacles majeurs sont identifiés: (i) les larges erreurs de géolocalisation associées à cette technologie; (ii) la non-linéarité et le caractère mal posé du problème, et (iii) le manque de données 3D ancillaires précises associées aux trajectoires. Une méthode de Monte-Carlo est proposée pour filtrer les trajectoire observées, et appliquée à un cas contrôlée pour apprécier ses performances. Une application à un cas réel, basé sur des marques archives de type pop-up et les sorties Mercator dans la région du Gulf Stream, est ensuite décrite et commentée. [4] On mène dans le troisième volet une analyse des fluctuations à court et long terme du thon rouge, dérivées des séries de capture de madragues méditerranéennes. Des méthodes non-linéaires et linéaires sont combinées pour reconstruire ces fluctuations et mettre en évidence leur structure déterministe. Une densité-dépendance directe et retardée est en particulier extraite du signal à haute fréquence, et mise en valeur par rapport à un éventuel bruit d'observation. Les causes (endogène ou exogène) des pseudo-cycles de grande période sont discutées, de même que les modalités de leur séparation.