Thèse Effets du Changement Climatique et des Introductions de Poissons sur la Dynamique Écologique des Lacs de Montagne H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse École doctorale : SEVAB - Sciences Ecologiques, Vétérinaires, Agronomiques et Bioingenieries Laboratoire de recherche : SETE - Station d'Ecologie Théorique et Expérimentale Direction de la thèse : Simon BLANCHET ORCID 000000023843589X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59 Les lacs de haute montagne figurent parmi les écosystèmes d'eau douce les plus vulnérables aux changements globaux. Leurs conditions abiotiques extrêmes les rendent particulièrement sensibles aux effets du changement climatique. Par ailleurs, naturellement dépourvus de poissons, ils ont été intensivement empoissonnés avec la truite fario (Salmo trutta) et, plus récemment, avec le vairon (Phoxinus sp.). Ces introductions perturbent les réseaux trophiques, modifient les communautés de zooplancton, de macroinvertébrés et d'amphibiens autochtones, et affectent indirectement la production primaire. Bien que les impacts des introductions de poissons et du changement climatique aient été étudiés séparément, leurs effets combinés restent encore mal compris. Ce projet de thèse vise à étudier ces interactions dans les lacs alpins et pyrénéens suivant trois axes. Le premier axe consistera à caractériser la diversité des espèces de vairons introduites dans les lacs et de déterminer les voies d'introduction des vairons. Plusieurs espèces cryptiques de vairons ont été identifiées, suggérant des communautés lacustres potentiellement pluri-spécifiques et des impacts variables selon les espèces. Une approche moléculaire sera utilisée dans un premier temps pour identifier les espèces présentes puis dans un second temps tester des scénarios possibles d'invasion (en particulier comprendre le rôle relatif de la colonisation assistée par l'homme et de la colonisation naturelle). Le deuxième axe analysera in situ les effets combinés des espèces cryptiques de vairons et de la température, sur la structure des communautés de proies (zooplancton et macro-invertébrés) et le fonctionnement des écosystèmes (production primaire, décomposition). Des approches de métabarcoding environnemental seront pour caractériser les communautés de proies de lacs présentant des caractéristiques divergentes. Enfin, des expérimentations en mésocosmes permettront de tester, dans des conditions contrôlées, les effets combinés de la diversité spécifique des vairons sous divers scénarios climatiques. Cette thèse permettra de mieux comprendre les impacts des invasions biologiques dans un contexte de changement climatique, d'affiner les méthodologies moléculaires pour l'estimation des communautés aquatiques lacustres, et d'orienter la gestion des lacs de montagne. Les lacs de haute montagne sont des écosystèmes aquatiques uniques. Ils sont soumis à des conditions environnementales extrêmes, induisant la formation de communautés biologiques autochtones très spécialisées, comprenant de nombreuses espèces endémiques (Catalan et al. 2006). Au-delà de leur biodiversité intrinsèque, les lacs de montagne jouent un rôle important dans la fourniture de nombreux services écosystémiques, tels que le stockage d'eau et de carbone, ainsi que leur valeur esthétique (Schirpke et al. 2021). Toutefois, malgré leur isolement géographique, ces lacs sont soumis à plusieurs pressions. En raison de leur environnement extrême (e.g., forte variabilité climatique), ils sont particulièrement sensibles aux effets du changement climatique, notamment le réchauffement de l'eau, qui entraîne des modifications biotiques et abiotiques (Sentenac et al. 2025). De plus, les lacs de montagne sont naturellement dépourvus de poissons, mais depuis plusieurs siècles, plusieurs introductions de salmonidés (p. ex., Salmo trutta), et plus récemment de vairons (Phoxinus spp.), ont modifié les communautés autochtones de ces systèmes (Miró et al. 2018; Osorio et al. 2022). En 2020, la principale espèce connue de vairon (Phoxinus phoxinus) a été scindée en 21 espèces « cryptiques » (Denys et al. 2020), ce qui suggère que l'invasion de vairons dans les lacs peut concerner plusieurs espèces et avoir conduit à la coexistence de plusieurs espèces au sein d'un même lac, potentiellement avec des impacts différents. De plus, l'introduction de ces vairons est liée à des introductions nombreuses et successives par les pêcheurs à la ligne amateurs, rendant l'introduction, l'installation et la colonisation de cette espèce assez complexe (Esposito et al. 2024).
Les effets des introductions de vairons et du réchauffement des eaux ont été étudiés séparément, mais leur interaction peut générer des réponses écologiques complexes. Ainsi, il est important d'évaluer leurs impacts de manière conjointe, afin de ne pas sous-estimer les processus d'interactions (Birk et al., 2020). Cette thèse vise donc à commencer par évaluer la diversité des vairons et l'origine de cette diversité dans les lacs de montagne. Cette approche permettra ensuite d'examiner les effets spécifiques et combinés des espèces cryptiques de vairons et du réchauffement de l'eau, à une échelle holistique intégrant les communautés autochtones, leurs interactions et le fonctionnement global de l'écosystème.
Les lacs de montagne ont une grande valeur écologique, avec des communautés spécialisées et un fort taux d'endémisme. Ces écosystèmes présentent également un intérêt social et économique lié aux activités de plein air (pêche, randonnée) et à l'agriculture. Cette thèse vise à améliorer les connaissances sur l'écologie des lacs de montagne, tout en produisant un état des lieux et des prédictions sur les facteurs de pression qui peuvent être utiles à la conservation opérationnelle.
Le premier objectif (axe 1) consiste à caractériser la diversité cryptique des vairons, et de reconstruire les différentes voies d'introduction. Comprendre cette diversité et son origine est essentiel pour étudier les mécanismes d'adaptation aux environnements extrêmes, et l'impact de ces espèces cryptiques sur l'écosystème. Par ailleurs, identifier les voies de colonisation (naturelle et anthropique) et potentiel de colonisation de ces espèces est essentiel pour prévenir les futures introductions.
Le second objectif (axes 2 et 3) vise à évaluer, in situ et expérimentalement, l'effet conjoint de la diversité de vairons et du changement climatique sur les communautés autochtones (phytoplancton, zooplancton, macroinvertébrés) et le fonctionnement global des lacs. Les analyses in situ permettront de caractériser les interactions entre compartiments biologiques et la variabilité des impacts, et de hiérarchiser les lacs selon leur vulnérabilité aux pressions combinées. L'expérimentation en mésocosmes permettra de tester ces effets dans des conditions contrôlées et sur des gradients de température correspondant aux scénarios climatiques prévisionnels, pour formuler des prédictions sur les impacts futurs.
AXE 1 :
Pour l'axe 1, l'objectif est de caractériser la diversité cryptique des vairons et de reconstruire les différentes voies d'introduction dans les lacs de montagne. Pour cela, le/la doctorant(e) participera à l'organisation et à la réalisation de campagnes de terrain dans les Pyrénées et les Alpes. Dans chacun des massifs, environ 30 lacs seront sélectionnés, et 50 individus de vairons seront prélevés par lac. Les individus seront génotypés à l'aide de marqueurs mitochondriaux pour identifier les espèces présentes, et de marqueurs microsatellites afin de caractériser la diversité et la structure génétique des populations. Cette approche permettra de décrire les patrons de diversité cryptique et intraspécifique à une échelle spatiale étendue, et de déterminer les assemblages mono- ou pluri-spécifiques de vairons dans chaque lac. Pour reconstruire les voies d'introduction, le/la doctorant(e) utilisera des techniques de modélisation et de simulation génétique, telles que les Approximate Bayesian Computations (ABC ; Rey et al. 2015), sur la base de scénarios hypothétiques construits à partir de la littérature et des connaissances des acteurs locaux. Selon ces scénarios, il sera nécessaire de prélever et de séquencer les populations sources potentielles. Ces méthodes permettront de reconstruire les flux génétiques entre populations à l'origine de la structure génétique observée et fourniront une vision synthétique de l'historique des introductions complexes de vairons (Estoup and Guillemaud 2010).
AXE 2 :
L'axe 2 vise à quantifier l'effet conjoint de la diversité de vairons et du changement climatique sur les communautés autochtones et le fonctionnement global des lacs. Pour cela, lors de la campagne de terrain, le doctorant sélectionnera une vingtaine de lacs par massif, le long de gradients de température et d'abondance de vairons. Les communautés de zooplancton et de macroinvertébrés seront caractérisées par un couplage d'échantillonnages classiques et de métabarcoding environnemental (métabarcoding « bulk »). La biomasse et la productivité du phytoplancton seront évaluées par cytométrie en flux, et la température de l'eau ainsi sera enregistrée à l'aide de capteurs automatiques, et d'autres paramètres physico-chimiques pourront être récoltés avec diverses sondes et analyses SIG. Le/la doctorant(e) sera en charge de traiter l'ensemble de ces données, et de réaliser différents types d'analyses causales, notamment des modèles d'équations structurelles (SEM), pour distinguer les effets directs et synergétiques des vairons et de la variation thermique sur l'ensemble du réseau trophique, en tenant compte des différentes lignées et espèces cryptiques. Cette partie permettra de hiérarchiser les lacs les plus à risque face aux invasions et au changement climatique, en mettant en évidence les impacts spécifiques des espèces cryptiques.
AXE 3 :
L'axe 3 consiste à tester expérimentalement les interactions entre diversité cryptique des vairons et augmentation de la température de l'eau en conditions contrôlées. Les expérimentations seront conduites dans les mésocosmes du Metatron aquatique de la SETE. Le/la doctorant(e) conceptualisera le design expérimental en assemblant des populations expérimentales à partir de plusieurs espèces de vairons, et en appliquant un gradient de réchauffement de l'eau pour simuler différents scénarios climatiques. Les mésocosmes contiendront des assemblages de phytoplancton, zooplancton et macroinvertébrés, et l'expérimentation s'étendra sur un an, avec des suivis temporels des différents compartiments biologiques (communautés de phyto- et zooplancton, et de macroinvertébrés) et abiotiques (paramètres physico-chimiques). Comme dans l'Axe 2, les analyses porteront sur l'effet combiné de la diversité spécifique de vairons et de la température sur la structure des communautés et la productivité des écosystèmes. Grâce à la temporalité des relevés, un aspect complémentaire sera ajouté sur la synchronie des écosystèmes, mesurant la similitude temporelle des fluctuations des communautés et des processus écologiques à travers les mésocosmes (Vagnon et al. 2024). Cela permettra de comprendre comment les modifications biotiques (introductions de vairons) et abiotiques (augmentation de la température) interagissent pour influencer la stabilité des écosystèmes. Plus largement, cet axe expérimental permettra de confronter les observations empiriques de l'axe 2 tout en réduisant l'influence de facteurs confondants et de proposer des scénarios prédictifs compatibles avec différentes projections climatiques (+4°C d'ici 2100 ; IPCC 2023).

-Très bon niveau dans les disciplines de l'écologie et l'évolution (niveau Master 2 ou équivalent) ;
-Intérêt pour les recherches à la frontière entre fondamentales et appliquées ;
-Bonnes connaissances en bio-statistiques et manipulation de données ;
-Intérêt pour les approches génétiques et empiriques ;
-Intérêt pour l'écologie aquatique
-Curiosité et ouverture d'esprit ;
-Travail en équipe.