Éditeur(s) : Ecole nationale supérieure agronomique de Rennes
Résumé : Describe and gain understanding on fluctuations in animal population over time and space is a central goal of population ecology. This is also crucial to ensure the sustainable management of exploited resources, particularly those with complex population dynamics such as the bluefin tuna. The goal of this work is to collect bluefin tuna catches from the ancestral Mediterranean and Atlantic trap fisheries to (i) characterise long-term fluctuations in bluefin tuna population migrating in the Mediterranean, (ii) analyse their causes et (iii) assess their implications for fisheries management. The bluefin tuna main biological and ecological characteristics are first detailed. Then, the first part presents the trap fishery, and the process of collect and validation of the historical catches. This leads to develop a data base of 54 time-series more than 20 years long, the longest ones spanning about four centuries. Mean historical catches were around 15 000 tons/year ([7 000;25 000]). Time-series are analysed in a second part. Temporal variability of trap catches may be decomposed in three components: 100-year-long periodic fluctuations, 20-year cycles and inter-annual variations. These medium- to long-term fluctuations, representing more than 50% of the variability in the time-series, were synchronous all around the western Mediterranean and adjacent North Atlantic. In contrast, short-term variability was synchronous at a local scale only. It is argued that long-term fluctuations in trap catches could be considered as a proxy for those in abundance, and a synthetic time-series is computed to depict them. Biological and ecological processes that could cause such long-term fluctuations are discussed in a third part. We tested whether long-term fluctuations in Atlantic bluefin tuna might be related to large-scale environmental changes, using long time-series of the North Atlantic Oscillation (NAO), the Length of the Day index (LOD, a proxy of the atmospheric circulation index ACI) and the temperature. Spectral analyses of trap catches, LOD and temperature displayed similar spectra with peak at low frequency, whereas those of the NAO exhibited a broad band spectrum. Regression analyses and tests of correlation did not reveal any clear relationship between trap catches on the one hand and NAO and LOD on the other hand. In contrast, long-term fluctuations in trap catches appear to be negatively and significantly related to long-term trends in temperature. Underlying processes that could explain such a relationship are discussed, with special focus on changes in migration patterns. Finally, implications of such fluctuations in term of fisheries management are discussed in a fourth part. A simulation framework, in which a simulated population dynamics model is coupled with a VPA, is built to test the pertinence of the diagnostic of stock assessment according to different scenarios on fluctuations origins and population status. In the hypothesis of fluctuations linked to variations in the recruitment, VPA appears able to reconstruct the fluctuations but the predictions may be biased if natural fluctuations are not taking into account. In the hypothesis of fluctuations linked to changes in migration pattern, VPA is not able to reconstruct the population dynamics. In a precautionary approach, quotas which follow may be unsuitable in the best case, at worst dangerous if they are defined in comparison with a reference point. The concept of cible reference points, fixe and unique over time, appears not relevant for bluefin tuna; estimate trajectory reference pertinent may prove to be more pertinent.
Décrire et comprendre les fluctuations spatio-temporelles des espèces animales constituent les enjeux majeurs de l'écologie. La question est également cruciale pour réussir la gestion durable des ressources exploitées, en particulier celle du thon rouge, grand pélagique migrateur à la dynamique complexe. L'objectif de ce travail est de collecter les captures historiques de thon rouge par les madragues méditerranéennes et proche atlantiques pour (i) caractériser les fluctuations à long terme de la population migrante en Méditerranée, (ii) étudier leur déterminisme et (iii) évaluer leurs implications en terme de gestion des pêcheries. Après avoir décrit les principales caractéristiques biologiques et écologiques du thon rouge, la première partie présente la pêcherie à la madrague, puis le processus de collecte et de validation des données historiques de captures. Ce dernier conduit à la mise en place d'une base de données de 54 séries de plus de 20 ans, dont les plus longues s'étendent sur près de 4 siècles. Les productions historiques sont estimées à environ 15 000 tonnes/an ([7 000;25 000]). Les séries historiques de captures sont analysées dans la seconde partie. Leur variabilité temporelle peut être décomposée en trois composantes : de larges cycles pseudo-séculaires, des variations périodiques d'une vingtaine d'années et des fluctuations inter-annuelles. Les fluctuations à moyen et long terme, expliquant plus de la moitié de la variance des séries, sont synchrones à l'échelle du bassin méditerranéen occidental et du proche Atlantique. La variabilité inter-annuelle, en revanche, n'est synchrone qu'à une échelle locale. On montre finalement que les fluctuations à long terme des captures peuvent être considérées comme de bons indices des tendances des abondances de la population de thons rouges migrants en Méditerranée. Une série synthétique est construite pour les décrire. Les processus biologiques et écologiques susceptibles d'être à l'origine de ces fluctuations sont discutés dans la troisième partie. L'hypothèse d'un forçage environnemental à grande échelle est testée en utilisant des indices à long terme de l'Oscillation Nord Atlantique (NAO), de la longueur du jour (LOD, un indicateur de l'indice de circulation atmosphérique ACI) et de la température. Les analyses spectrales sur les séries de captures, du LOD et des températures révèlent des spectres similaires, avec un pic sur les basses fréquences, alors que celles sur le NAO conduisent à une large bande spectrale. Les régressions et les tests de corrélations ne montrent aucune relation significative entre les captures par les madragues et le NAO et le LOD. En revanche, les fluctuations à long terme des captures apparaissent significativement et négativement corrélées avec les fluctuations à long terme des températures. Les processus sous-jacents susceptibles d'expliquer une telle relation, en particulier des changements migratoires, sont discutés. Finalement, les implications des fluctuations pour la gestion de la pêcherie sont discutées dans une quatrième partie. Un cadre de simulation, couplant un modèle de dynamique de population à une VPA, est élaboré pour tester la pertinence des diagnostics d'évaluation de stock selon différents scénarios d'origine des fluctuations et d'état de la population. Dans l'hypothèse de fluctuations liées à des variations du recrutement, la VPA apparaît capable de reconstruire les fluctuations mais les prédictions sont biaisées lorsqu'il n'est pas tenu compte des fluctuations naturelles du stock. Dans l'hypothèse de fluctuations liées à des changements migratoires, la VPA est alors incapable de reproduire la dynamique de la population. Dans une approche de précaution, les quotas qui en découlent peuvent se révéler au mieux inappropriés, au pire dangereux s'ils sont définis par rapport à un point de référence. Ce concept de point cible, fixe et unique dans le temps, apparaît inapproprié pour le thon rouge ; estimer des "trajectoires de référence" serait sans doute plus pertinent.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/2003/these-65.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/65/

Éditeur(s) : Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Rennes
Résumé : Long-line fishing has been growing on the island of La Réunion since the beginning of the 1990s. The target species is the swordfish (Xiphias gladius), fished mainly in the tropical waters surrounding the island between longitudes 45 degree E and 60 degree E, and latitudes 17 degree S and 27 degree S. From 1998 to 2000, a finalised research programme enabled the collection of precise data concerning the lines' positions and the parameters of the fishing efforts: 3,602 nettings were thus informed by the catches (in numbers of individuals caught) and 12 descriptive variables of the effort. In parallel with this collection effort, satellite maps that described the ocean's landscape of this region of the Indian Ocean exploited by La Réunion's fisheries were made available to sailors and scientists. Extractions from these environmental variables were made at the fishing lines' positions, which allowed us to propose 20 variables describing the environmental conditions of swordfish catches applied to the nettings. In an early part of this study, after a descriptive analysis and a first selection of the variables, we used several GAM (Generalised Additive Models) to model the respective effects of effort and environmental variables on the variability of swordfish catches. We thus highlighted the predominance of factors linked to fishermen (fishing effort) on oceanographic factors in the explanation of this variability. Following these results, a summary on the biology and ecology of the swordfish was proposed in order to draw up hypotheses on the characteristics of this species' population in the Indian Ocean. The aspects linked to the individual behaviour and movements of the population were particularly highlighted. In a latter part of this study and in order to complete the empirical approach by an exploratory constructivist approach, we proposed a modelling tool in order to simulate the possible movements of individuals within the oceanic landscape described by the available satellite maps. After reading in the literature about the various forms of modelling the movements of the large pelagics, we developed an original computer modelling architecture of the multi-agent type that made it possible to manipulate in a dynamic way the satellite maps (and derived products), the individual movements of "animats" whose behaviours were based on this environmental information, and agents that clarify the process of long-line fishing in a geographical way. The computer model that was implemented (MUFINS, for MUlti-Fish INdian ocean Simulator) was next used by calibrating the behaviour of the animats on the real data originally from the analysis of commercial catches proposed in the first part, using robust techniques based on fuzzy logic. The results of the simulations were compared, on the one hand, with the large-scale hypotheses of movement proposed in the first part, and, on the other hand, to swordfish catches both real and corrected for the effect of the fishing effort modelled by the GAM models. Even if the results of these simulations in this study do not allow for proposing convincing interpretations of the underlying processes, the MUFINS tool showed its ability to address questions associated with the swordfish's behaviour in the tropical oceanic landscape and to the effects of scale transfers between the individual level and the collective level. We now envisage its use in a more operational framework, as an interface for dialogue between fishermen and scientists with a goal of sustainable management of the resource.
La peche palangriere s'est developpee a l'ile de La Reunion depuis le debut des annees 1990. L'espece cible est l'espadon (Xiphias gladius), principalement exploite dans les eaux tropicales autour de l'ile entre les longitudes 45 degree E et 60 degree E, et les latitudes 17 degree S et 27 degree S. De 1998 a 2000, un programme de recherche finalisee a permis de collecter des informations precises concernant les positions des lignes et les parametres de l'effort de peche : 3602 filages sont ainsi renseignes par les captures (en nombre d'individus captures) et 12 variables descriptives de l'effort. En parallele de cet effort de collecte, des cartes satellitales ont pu etre mises a la disposition des marins et des scientifiques, decrivant le paysage oceanique de cette region de l'ocean Indien exploitee par la pecherie reunionnaise. Des extractions de ces variables environnementales ont ete effectuees aux positions des lignes de peche, nous permettant de proposer 20 variables descriptives des conditions environnementales de captures d'espadon appliquees aux filages. Dans une premiere partie de ce travail, apres une analyse descriptive et une premiere selection des variables, on a modelise par plusieurs modeles GAM (Generalized Additive Models) les effets respectifs des variables d'effort et des variables environnementales sur la variabilite des captures d'espadon. On a ainsi mis en evidence la predominance des facteurs lies aux pecheurs (effort de peche) sur les facteurs oceanographiques dans le caractere explicatif de cette variabilite. A la suite de ces resultats, une synthese sur la biologie et l'ecologie de l'espadon a ete proposee afin de degager des hypotheses sur les caracteristiques de la population de cette espece dans l'ocean Indien. Les aspects lies au comportement individuel et aux deplacements de la population ont ete particulierement mis en evidence. Dans une deuxieme partie de ce travail et afin de completer l'approche empirique par une approche constructiviste exploratoire, nous avons propose un outil de modelisation afin de simuler les deplacements possibles d'individus au sein du paysage oceanique decrit par les cartes satellitales disponibles. Apres avoir passe en revue dans la litterature les differentes formes de modelisation des deplacements des grands, pelagiques, nous avons developpe une architecture originale de modelisation informatique de type multi-agents permettant de manipuler de maniere dynamique les cartes satellitales (et les produits derives), les mouvements individuels < d'animats >, dont les comportements sont bases sur cette information environnementale, et des agents qui explicitent le processus de capture palangriere de maniere geographique. Le modele informatique ainsi implemente (MUFINS, pour MUlti-Fish INdian ocean Simulator) a ensuite ete utilise en calibrant les comportements des animats sur les donnees reelles issues de l'analyse des captures commerciales proposee en premiere partie, a partir de techniques robustes basee sur la logique floue. Les resultats des simulations ont ete confrontes d'une part aux hypotheses de deplacement a grande echelle proposees en premiere partie, et d'autre part aux captures d'espadon reelles et corrigees de l'effet de l'effort de peche modelise par les modeles GAM. Meme si les resultats de simulations presentes dans ce travail ne permettent pas de proposer d'interpretations convaincantes des processus sous-jacents, l'outil MUFINS a demontre son aptitude a aborder les questions liees au comportement de l'espadon dans le paysage oceanique tropical et aux effets des transferts d'echelle entre le niveau individuel et le niveau collectif. On envisage desormais son utilisation dans un cadre plus operationnel, comme interface de dialogue entre les pecheurs et les scientifiques a des fins de gestion durable de la ressource.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/2005/these-2592.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/2592/

Éditeur(s) : Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Rennes (ENSAR)
Résumé : Artificial Fish Aggregating Devices (FADs) are known to concentrate tropical tunas. This aggregative behaviour drastically increases the vulnerability of these species to fishing. Alternatively, FADs can be used as oceanic observatories to study the aggregative behaviour of large pelagic fish. We conducted sea surveys in Martinique (Lesser Antilles) to i) establish a typology of the pelagic fish aggregations found around moored FADs ii) study their relations with their biotic and abiotic environment and the local fishery. The mean biomass of large pelagic fish aggregations was also estimated to provide scientific inputs to achieve a sustainable management of the moored FAD fishery. The first part presents the background of the study. We introduce the regional pelagic ecosystem, the aggregative behaviour of pelagic fish around FADs and the Martinican moored FAD fishery. The second part begins with a presentation of the conceptual framework of the study: the hierarchy theory. Observation scales and survey methodology are therefore described. Repeated echosounder surveys run in a star pattern were conducted around 2 moored FADs, in combination with underwater video observations, classical fishing experiments and CTD profiles. In the third part, the elements of the [moored FAD ¿ pelagic fish - environment - fishing] system and their interactions are numerically characterised in the vertical plane. The main type of pelagic fish aggregation was a large aggregation distributed in sub-surface (40-100 m) within a radius of 400 m of the FAD. This aggregation was mostly made of 60 cm FL blackfin tunas (Thunnus atlanticus). It appeared at sunrise and mostly spread away in the late afternoon. It was observed during all daytime surveys. The average density and the vertical structure of the micronektonic sound scattering layers (SSLs) were assessed locally around a FAD for 48h cycles. These SSLs descriptors showed positive correlation with the size and the abundance of the sub-surface tuna aggregation. Whereas this aggregation accounted for about 95% of the total biomass aggregated around a moored FAD, it was nearly unexploited by the local commercial fishermen. The fourth part focuses on the sub-surface tuna aggregation. A high variability of the spatial distribution of the aggregation was evidenced in the horizontal plane at daily, day to day and monthly temporal scales. These variations were related to fluctuations of the global abundance of the aggregation. The daytime average density of sub-surface tuna was modelled as a function of the distance to FAD, within an advection-diffusion framework. Based on these results, a universal kriging model was designed to assess the mean maximum daily biomass of the sub-surface tuna aggregation. This mean biomass estimate yielded 11 tons with an estimation error of 26%. To conclude, we present a hierarchical organization in space and time of a sub-surface tuna population distributed within a network of moored FADs, from micro to meso-scale. We suggest that the spatial distribution of tunas can be explained from fine to coarse-scales by behavioural processes (self-organization, feeding, aggregative behaviour) whereas their spatial distribution is mainly forced by environmental processes at broader scales.
L'utilisation de Dispositifs de Concentration de Poissons permet de provoquer la formation de larges agrégations de thonidés autour de dispositifs artificiels, ce qui augmente considérablement la vulnérabilité de ces ressources vis-à-vis de l'exploitation halieutique. Les DCP peuvent également être utilisés en tant qu'observatoires océaniques, afin d'étudier le comportement agrégatif du macronecton pélagique. Nous avons ainsi réalisé des observations autour de DCP ancrés en Martinique, afin de définir une typologie des agrégations de macronecton et de étudier leurs relations avec leur environnement biotique, abiotique et l'exploitation halieutique locale. Nous avons ensuite estimé la biomasse moyenne de macronecton agrégé autour d'un DCP ancré, afin de fournir des éléments scientifiques nécessaires à une gestion durable de ces ressources. La première partie présente le contexte de l'étude i.e. l'écosystème pélagique régional, le phénomène d'agrégation du macronecton autour des DCP et la pêche associée aux DCP ancrés en Martinique. La deuxième partie introduit la théorie de la hiérarchie qui a fourni le cadre conceptuel de l'étude et présente les échelles et méthodes d'observation. Le principal outil d'observation est un échosondeur scientifique, mis en oeuvre le long de parcours en étoile autour du DCP. Les prospections acoustiques ont été combinées à des observations vidéo sous marines, des pêches expérimentales et un suivi in-situ de l'environnement abiotique. La troisième partie présente une typologie des éléments constituant le système [DCP ancré - macronecton - environnement - pêche] dans le plan vertical et précise leurs interactions. Le type d'agrégation de macronecton dominant est une grande agrégation composée d'une majorité de thons noirs (Thunnus atlanticus) de taille moyenne (60 cm) distribuée en sub-surface (40-100 m), dans un rayon de 300 m autour de la tête des DCP. Cette agrégation se forme au lever du soleil et se disperse presque totalement dans l'après midi. Elle a été observée de jour lors de toutes les campagnes. Une corrélation positive entre la densité et la structure moyenne des couches micronectoniques diurnes évaluée localement autour du DCP au cours de 48 h et les dimensions et l'énergie acoustique de l'agrégation de thons de subs-surface a été mise en évidence. Malgré le fait que cette agrégation représente en moyenne 95 % de l'énergie acoustique du macronecton autour des DCP, elle est presque inexploitée par les pêcheurs artisans locaux. La quatrième partie met en évidence les fortes variations conjointes de la distribution spatiale dans le plan horizontal de la densité de l'agrégation de thons de sub-surface et de son abondance globale. Ces variations ont été observées au cours du cycle nycthéméral et aux échelles inter-journalières et mensuelles. La distribution spatiale moyenne de la densité diurne de l'agrégation en fonction de la distance au centre de gravité de l'agrégation est cependant très stable et peut être modélisée au moyen d'une équation d'advection-diffusion. Un modèle de krigeage universel, utilisant les résultats du modèle d'advection-diffusion, a permis d'évaluer la biomasse maximale journalière moyenne de l'agrégation de thons de sub-surface à une dizaine de tonnes, avec un coefficient de variation d'estimation de 26%. Nous proposons une représentation hiérarchique synthétique de la distribution spatiale d'une sous-population de thons dans un réseau de DCP ancrés de la micro à la méso-échelle. Nous suggérons que la distribution spatiale des thons est déterminée principalement à l'échelle fine (100m-1km) et à l'échelle grossière (1-10 km) par des processus comportementaux (auto-organisation, agrégation, nutrition) et par des processus environnementaux à échelle plus large.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/2006/these-1735.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/2006/sup-1735.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00000/1735/