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Coral reefs of Madagascar have been impacted by numerous disturbances, and Marine Protected Areas (MPAs) have been established to limit this decline. Studies of Madagascar's reefs began in the 1960s, but most of the work has been done at the local scale and with different methodologies. Furthermore, resilience capacities remain largely undocumented in Madagascar. While the positive effect of MPAs on coastal fisheries has been demonstrated, the effect on corals has not been rigorously addressed. In this context, the main objective of this Thesis was to examine the effect of MPAs on the spatial structure, regulation processes and recovery potential of coral assemblages in Madagascar. A total of 18 study stations were distributed in 3 regions: Masoala in the northeast, Nosy-Be in the northwest and Salary Nord in the southwest. In each region, 3 stations were established in fished areas and three in unfished areas of MPAs. Three 10 m2 belt-transects were surveyed at each station between March and October 2020, to determine taxonomic composition, generic richness, Shannon diversity index, and abundance of adult and juvenile corals. The percent cover of corals, macroalgae, turf and crustose coralline algae (CCA) was estimated using three 10 m line transects. Cover of algae, herbivorous fish biomass (quantified using 250 m² belt-transects), substrate rugosity (visual assessment with 5 categories), fishing protection level, and geographic location were selected as explanatory variables of the structure of coral assemblages. Data on corals, algae and herbivorous fishes, coupled with those on thermal stress, allowed the calculation of a Recovery Index (RI) using the TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution) method. The results showed a strong heterogeneity of all coral descriptors, at local and/or regional scales. At Masoala, high abundances, especially of stress-tolerant and competitive taxa, such as Acropora and Pocillopora, were recorded. Salary Nord was characterized by lower abundances, especially of competitive taxa. At Nosy-Be, a high diversity, abundance and coral cover was recorded. Generalized linear mixed effects models showed that this spatial structure was mainly influenced by herbivorous fishes, rugosity, and CCA cover. A positive effect of MPAs was also recorded for all descriptors except taxonomic composition. For most dominant genera, spatial variation of juveniles and adults was positively correlated, suggesting a "recruitment-limitation" model, though other taxa seem to be regulated by post-settlement events instead. Except for Porites, variation in juvenile density was not influenced by MPAs, whereas such an effect was found for adults of Acropora, Montipora, Seriatopora and Porites. A strong variation in RI was observed at local and regional scales, with a higher recovery potential in Masoala, probably related to less frequent temperature anomalies in this region. A positive effect of MPAs on RI was recorded in Nosy-Be, which harbors the oldest unfished areas of Madagascar (since 1966), and where control measures are more effective compared to other regions. Our results plead for a reinforcement of conservation measures, with actions focused on the protection during coral recruitment processes and on the recovery capacities. Important aspects include enforcement and the establishment of locally managed marine areas (LMMAs), which have proven effective in managing fisheries resources and appear to be a well-suited conservation action in Madagascar. This work represents a solid baseline to assist researchers and managers in monitoring the evolution of coral assemblages and making effective conservation decisions for Madagascar's coral reefs.; Les récifs coralliens de Madagascar ont été impactés par de nombreuses perturbations, et des Aires Marines Protégées (AMPs) ont été mises en place pour limiter ce déclin. L’étude de ces récifs a débuté dans les années 1960, mais la plupart des travaux ont concerné l’échelle locale et ont été réalisées avec des méthodologies différentes. Par ailleurs, les capacités de résilience restent peu documentées à Madagascar. Si l’effet positif des AMPs sur les pêcheries côtières a pu être mis en évidence, celui sur les coraux n’a pas été abordé. Dans ce contexte, cette thèse a eu pour objectif d’examiner l’effet des AMPs sur la structure spatiale, les processus de régulation et le potentiel de récupération des assemblages coralliens de Madagascar. Au total, 18 stations d’étude ont été réparties dans 3 régions : Masoala au nord-est, Nosy-Be au nord-ouest et Salary Nord au sud-ouest. À chaque région, 3 stations ont été mises en place dans des zones pêchées et 3 dans des zones non pêchées. Trois transect-couloirs de 10 m2 ont été prospectés à chaque station entre mars et octobre 2020, pour déterminer la composition taxonomique, la richesse générique, l’indice de diversité de Shannon, et l’abondance des colonies adultes et juvéniles. Le recouvrement en corail, en macroalgues, turf et algues calcaires encroûtantes, a été estimé à l’aide de 3 transects de 10 m de long. Le recouvrement en algues, la biomasse des poissons herbivores (quantifiée dans des transect-couloirs de 250 m²), la rugosité du substrat (estimée visuellement en 5 catégories), le niveau de protection (zones pêchées vs. AMPs), et la localisation géographique ont été retenus comme variables explicatives de la structure des assemblages coralliens. Un Indice de Récupération (RI) a été calculé avec la méthode TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution), avec les données sur les coraux, algues et herbivores, et les stress thermiques. Une forte hétérogénéité des descripteurs coralliens a été mise en évidence aux échelles locale et/ou régionale. À Masoala, des abondances élevées, notamment des taxa tolérants aux stress et compétitifs, comme Acropora et Pocillopora, ont été enregistrées. Salary Nord est caractérisée par des abondances plus faibles, notamment des taxa compétitifs. À Nosy-Be, une forte diversité, abondance et couverture corallienne a été enregistrée. Des modèles linéaires généralisés ont montré que la structure spatiale était influencée par les herbivores, la rugosité, et la couverture en algues calcaires encroûtantes. Les résultats montrent un effet positif des AMPs sur tous les descripteurs à l’exception de la composition taxonomique. Pour la plupart des genres dominants, la variation spatiale de la densité des juvéniles et adultes est positivement corrélée, ce qui suggère la prépondérance d’un modèle de type « limitation par le recrutement ». À l’exception de Porites, la variation spatiale des juvéniles n’est pas influencée par les AMPs, alors qu’un tel effet a été mis en évidence pour les adultes d’Acropora, Montipora, Seriatopora et Porites. Une forte variation du RI a été observée, avec un potentiel de récupération plus élevé à Masoala, probablement en lien avec des anomalies de températures moins fréquentes dans cette région. L’effet positif des AMPs sur le RI n’a été observé qu’à Nosy-Be, où la mise en réserve est la plus ancienne (1966) et les mesures de contrôle plus efficaces qu’aux autres AMPs. Ces résultats plaident pour un renforcement des mesures de conservation, avec des actions focalisées sur le recrutement et les capacités de récupération des assemblages coralliens. Le contrôle de l’application des mesures est un aspect important, et la mise en place d’Aires Marines Gérées Localement paraît être une solution bien adaptée. Ce travail représente une base de référence solide pour suivre l’évolution des récifs de Madagascar, et pour aider les gestionnaires dans leur prise de décision pour leur conservation.

Pascal Mouquet - IRD (UMR Espace-Dev) - Tuteur de stageChristophe Révillion - Université de La Réunion (UMR Espace-Dev) - Tuteur de stageJean-Pierre Chery - AgroParisTech - Enseignant-référant; National audience; Coral reefs act as barriers that protect the coastline from strong swells and surges. Due to anthropogenic pressures and intensified cyclonic swells, the vulnerability of these ecosystems increases. It is therefore essential to understand how reefs are maintained to assess their ability to protect coastal populations and ecosystems. To this end, the research lab ENTROPIE is conducting hydrochemical samplings on the Saint-Gilles reef in Reunion Island, a reef that is particularly exposed to the cyclones affecting the island and to anthropogenic pressures. As part of the multidisciplinary research project ReNovRisk-Transferts, this study, coordinated by Espace-Dev lab, evaluates the potential of multispectral satellite imagery to study the maintenance of coral reefs in relation to in situ hydrochemical measurements. Our results highlight the possibility of mapping live coral cover from Pleiades or SPOT imagery using a BIBG brightness index. The values produced by this index are sufficiently correlated with reference (R² = 0.53) and field (R² = 0.52) coral cover values to be considered valid. However, the low spectral resolution of multispectral imagery hinders the clear distinction of coral and photosynthetic organisms. This limitation must be considered when using this methodology for reef substrate mapping. This study also proposes a methodological approach to extrapolate hydrochemical point estimates of reef maintenance (carbonate budget) to the entire reef. This approach is the result of an interdisciplinary reflection and offers an innovative approach that requires the mapping of only one substrate, the coral cover, to establish a general carbonate budget. Future studies may test its validity.; Les récifs coralliens agissent comme des barrières qui protègent le littoral des fortes houles et de la surcote. Face aux pressions anthropiques et à l’intensification des houles cycloniques, la vulnérabilité de ces écosystèmes est accrue. Il est donc essentiel de comprendre comment se maintiennent les récifs pour évaluer leur capacité à protéger les populations et les écosystèmes côtiers. Pour ce faire, l’UMR ENTROPIE effectue des mesures hydrochimiques ponctuelles sur le récif de Saint-Gilles à La Réunion, récif particulièrement exposé aux cyclones touchant l’île et aux pressions anthropiques. Dans le cadre du projet multidisciplinaire ReNovRisk-Transferts, cette étude, avec l’UMR Espace- Dev, propose d’évaluer le potentiel de l’imagerie satellitaire multispectrale pour étudier le maintien des récifs coralliens en lien avec les mesures in situ hydrochimiques. Nos résultats mettent en évidence la possibilité d’effectuer une cartographie de la couverture corallienne vivante à partir de l’imagerie Pléiades ou SPOT en utilisant l’indice de brillance BIBG. Les valeurs produites par cet indice sont suffisamment corrélées avec les valeurs de couverture corallienne de référence (R² = 0,53) et de terrain (R² = 0,52) pour être considérées comme valides. La faible résolution spectrale de l’imagerie multispectrale entrave toutefois la nette distinction des organismes coralliens et des autres organismes photosynthétiques. Cette limite doit être prise en compte lors de l’utilisation de cette méthodologie pour la cartographie des substrats récifaux. Cette étude propose également une démarche méthodologique pour extrapoler les estimations ponctuelles hydrochimiques de maintien du récif (bilan des carbonates) à l’ensemble du récif. Cette démarche est issue d’une réflexion interdisciplinaire et offre une approche innovante qui ne nécessite la cartographie que d’un seul composant du fond, la couverture corallienne, pour établir un bilan des carbonates général. Des études et travaux futurs pourront tester sa validité.

Les infestations des ��toiles de mer corallivores du genre Acanthaster repr��sentent une des menaces les plus importantes qui p��sent actuellement sur les r��cifs coralliens de la zone Indopacifique. En d��pit d���efforts de recherche cons��quents ces trois derni��res d��cennies, les facteurs d���initiation de ces infestations restent m��connus. Des travaux r��cents proposent que les processus li��s au changement climatique, notamment le r��chauffement et l���acidification des oc��ans, pourraient favoriser certains stades de vie des acanthasters, en particulier la phase larvaire p��lagique qui est consid��r��e comme un goulot d�����tranglement pour la dynamique des populations. Dans ce contexte, nous avons ��tudi�� les effets du r��chauffement et de l���acidification des oc��ans pr��vus d���ici la fin du si��cle suivant le sc��nario classique business-as-usual du GIEC (+2 ��C ; pH 7,75) sur les performances de reproduction des acanthasters apr��s les avoir acclimat�� aux diff��rentes conditions. Les reproductions in vitro ont ��t�� effectu��es avant d�����tudier les processus biologiques suivants, de la fertilisation aux derniers stades larvaires. R��pliquer les exp��riences deux ann��es cons��cutives a permis de pr��ciser la p��riode optimale de reproduction en Nouvelle-Cal��donie, qui semble se situer en d��cembre quand la temp��rature de l���eau d��passe 26 ��C. Nos r��sultats ont montr�� que les futures modifications des param��tres physico-chimiques de l���eau pourraient avoir des effets contrast��s suivant les stades de vie et surtout suivant la saisonnalit�� de reproduction. A mesure que l���on s�����loigne de la p��riode de reproduction optimale, les effets deviennent particuli��rement n��fastes, avec un succ��s de fertilisation divis�� par trois dans les conditions chauff��es, associ�� �� une augmentation de la mortalit�� (+25%) ainsi que du taux d���anormalit�� (jusqu����� 100%) des larves dans les conditions acidifi��es. Nos r��sultats sugg��rent que le r��chauffement climatique pourrait entrainer un avancement de la p��riode de reproduction des acanthasters, puis un allongement pour se rapprocher de la p��riode observ��e aux latitudes plus basses. En revanche, lors de la p��riode optimale de reproduction, nous avons observ�� des effets faibles �� mod��r��s de la temp��rature sur les ��ufs, les RGS, les taux de fertilisation, et la taille des premiers stades larvaires. Nous avons aussi montr�� que toutes les larves ��taient syst��matiquement plus grandes dans les traitements acidifi��s, quel que soit le stade larvaire. De plus, nous avons d��tect�� des retards de d��veloppement larvaire provoqu��s par la temp��rature et par le pH, qui pourraient se traduire par un allongement du cycle larvaire dans la nature, associ�� avec une diminution du nombre de recrues. N��anmoins, aucune mortalit�� significative n���a ��t�� montr��e sur les larves issues des reproductions faites en p��riode optimale, sugg��rant une possible acclimatation des adultes aux conditions futures. Ajouter une phase d���acclimatation �� des conditions modifi��es de temp��rature et de pH n���avait jamais ��t�� fait sur les acanthasters, et les diff��rences de r��sultats entre le projet doctoral et les ��tudes pr��c��dentes ayant omis cette phase d���acclimatation soulignent l���importance de cette phase pour de futurs travaux. Bien que nos travaux aient ��t�� r��alis��s sur une p��riode sp��cifique dans des conditions contr��l��es, qui sont diff��rentes des conditions naturelles, il semble que les acanthasters se soient acclimat�� aux conditions modifi��es et ont produit des larves r��sistantes. Le changement climatique ��tant un ph��nom��ne lent, il est tr��s probable que les acanthasters s���acclimatent aux conditions futures et que la dynamique des populations ne soit pas affect��e. Nos travaux ont permis d���augmenter les connaissances des effets du changement climatique sur les acanthasters et de pr��ciser la p��riode optimale de reproduction en Nouvelle-Cal��donie., Outbreaks of the coral-eating starfish Acanthaster sp. represent one of the most severe threats to coral reefs in the Indo-Pacific zone. Despite significant research efforts over the last three decades, the factors behind the initiation of these outbreaks remain poorly understood. Recent work proposes that processes related to climate change, notably ocean warming and acidification, could favour certain life stages in particular the pelagic larval phase, which is considered a bottleneck for population dynamics. In this context, we studied the effects of ocean warming and acidification predicted by the end of the century according to the classical IPCC business-as-usual scenario (+2��C; pH 7.75) on the reproductive performances of acanthasters after exposing the adults to different conditions. The reproductions were carried out in vitro before studying the following biological processes from fertilization to the final larval stages. Replicating the experiments two years in a row made it possible to specify the optimal reproduction period in New Caledonia, which seems to be in December when the water temperature exceeds 26��C. Our results showed that future modifications of the physico-chemical parameters of the water could have contrasting effects according to the life stages and especially according to the seasonality of reproduction. As one moves away from the optimal reproduction period, the effects become particularly deleterious, with a fertilization success divided by three under heated conditions, associated with an increase in mortality (+25%) as well as in the abnormality rate (up to 100%) of the larvae under acidified conditions. Our results suggest that global warming could lead to an advancement of the breeding period of acanthasters, then a lengthening to approach the period observed at lower latitudes. On the other hand, during the optimal breeding period, we observed weak to moderate effects of temperature on eggs, RGS, fertilization rates, and size of early larval stages. We also showed that all larvae were consistently larger in acidified treatments, regardless of larval stage. In addition, we detected delays in larval development caused by temperature and pH, which could result in a lengthening of the larval cycle in nature, associated with a decrease in the number of recruits. Nevertheless, no significant mortality was shown on larvae resulting from breeding during the optimal period, suggesting possible acclimation of adults to future conditions. Adding an acclimation phase to modified temperature and pH conditions had never been done on acanthasters, and the differences in results between the doctoral project and previous studies that omitted this phase underline its importance for future work. Although our work was carried out over a specific period of time under controlled conditions, which are different from natural conditions, it seems that the acanthasters acclimatized to the modified conditions and produced resistant larvae. Since climate change is a slow phenomenon, it is very likely that acanthasters will acclimatize to future conditions and that population dynamics will not be affected. Our work has increased knowledge of the effects of climate change on acanthasters and clarified the optimal breeding period in New Caledonia.

Coral reefs support millions of people’s livelihood around the world. However, the effects of climate change and the increase in frequency and intensity of disturbances are leading to their accelerated degradation and to the decline of scleractinian coral communities. Current concerns relate to the resilience of these vulnerable ecosystems. In this context, it is essential to improve our understanding of the mechanisms underlying maintenance of coral communities, which may also improve conservation and management efforts that are urgently needed for these ecosystems. This PhD work aims to analyze demographic processes, including recruitment, and the structure of coral assemblages at several scales in different island environments of the southwestern Indian Ocean region. These descriptors were addressed through ecological succession on reefs and underwater lava flows of Reunion Island, and through the assessment of the reef recovery potential of five island systems in the area. Results show that coral recruitment in the Mascarene Islands (Reunion and Rodrigues) is low and highly variable at all spatial scales, from a few centimeters to several hundreds of kilometers. This spatial variability is also observed between sites in terms of benthic cover, density, size structure, mortality and recovery potential of coral communities. However, this spatial variability is not clearly linked to the protection levels of the sites, nor to the theoretical patterns of ecological succession (studied in Reunion Island). A succession pattern is yet highlighted through the increase in coral size and species richness over time until interspecific interactions (e.g. competition for space) lead to their decline. In addition, a strong dominance of the Pocillopora genus is recorded at all lava flow sites, confirming its pioneering and competitive nature. The recovery index (RI) that we developed suggests that the recovery potential of the reefs of the Mozambique Channel is higher (especially for Europa) than that of the reefs of the Mascarene Islands, which are more subject to direct anthropogenic pressures. These results are consistent with past observations of recovery trajectories of the studied reefs following various disturbances. The addition of recruitment rates to the calculation of RI for Reunion and Rodrigues islands clearly modifies the recovery potential of these islands sites: the sites with the highest recruitment rates are also those with the highest RI. This project thus provides essential information on Indian Ocean reef communities that may improve management strategies for coral reef conservation., Les récifs coralliens subviennent aux besoins de millions de personnes à travers le monde. Toutefois, les effets du changement climatique et l’accentuation de la fréquence et de l’intensité des perturbations mènent à une accélération de leur dégradation et au déclin des communautés de coraux scléractiniaires. Les préoccupations actuelles portent sur les capacités de résilience de ces écosystèmes vulnérables. Dans ce contexte, il apparait essentiel d’améliorer la compréhension des mécanismes de maintien des communautés coralliennes dans l’optique d’aider à la conservation et à la gestion des récifs. Ce travail de thèse vise à analyser les processus démographiques, y compris le recrutement, et la structure des assemblages coralliens à plusieurs échelles dans différents milieux insulaires de la zone sud-ouest de l’océan Indien. Ces descripteurs ont été abordés au travers de la succession écologique sur les récifs et coulées de lave sous-marines de La Réunion et par l’évaluation du potentiel de récupération des récifs de cinq systèmes insulaires de la zone. Les résultats montrent que le recrutement corallien est faible dans les Mascareignes (La Réunion et Rodrigues) et très variable à toutes les échelles spatiales étudiées, de quelques centimètres à plusieurs centaines de kilomètres. Cette variabilité spatiale est également observée entre sites en termes de recouvrement benthique, de densité, de structure de taille, de mortalité ou encore de potentiel de récupération des communautés coralliennes. Cette variabilité spatiale n’est cependant pas clairement liée aux niveaux de protection des sites ni aux patrons théoriques de la succession écologique (étudiés à La Réunion). Un patron de succession est toutefois mis en évidence, au cours duquel la taille des coraux et la richesse spécifique augmentent avec le temps jusqu'à ce que les interactions interspécifiques (e.g. la compétition pour l'espace) conduisent à leur diminution. De plus, une forte dominance du genre Pocillopora est observée sur tous les sites de coulées de lave, confirmant sa nature pionnière et compétitive. L’indice de récupération (RI) développé suggère que le potentiel de récupération des récifs du canal du Mozambique est supérieur (notamment pour Europa) à celui des récifs des Mascareignes, soumis de manière plus générale aux pressions anthropiques directes. Ces résultats sont cohérents avec les observations passées de la récupération des récifs étudiés suite à des perturbations diverses. L’ajout des taux de recrutement au calcul des RI pour La Réunion et Rodrigues modifie nettement le potentiel de récupération des sites de ces îles : les sites ayant les taux de recrutement les plus forts sont également ceux dont le RI est le plus élevé. Ce projet apporte ainsi des informations essentielles sur les communautés récifales de l’océan Indien qui permettront d’améliorer les plans de gestion pour la conservation des récifs coralliens.

Coral reef provides coastal communities with vital and valuable ecosystem services, such as food and coastal protection, sources of income, and contribute to their societal and cultural identity. However, coral reef ecosystems are subjected to a combination of increasing natural disturbance regimes and increasing multiple human stressors. This may cause irreversible shifts in community structure and, thus, in the delivery of ecosystem services. Understanding the dynamics of these state shifts is fundamental to sustainably manage coral reef social-ecological systems. The overarching goal of this PhD thesis is to better develop system modeling methods to better inform sustainability management. We used two main modeling approaches: Ecopath with Ecosim (EwE) and Agent Based Modeling. We used the coral reef social-ecological system of Moorea, French Polynesia, as a case study. Firstly, we collected and integrated various ecological and social data to build three food web models of Moorea, before, during and after a natural disturbance-driven coral mortality. Then, we used an ecosystem network approach to assess recovery pathways of that coral reef ecosystem. We showed that, while benthic communities recovered in a decade after the disturbance, the ecosystem as a whole presented a recovery debt. To investigate how fisheries dynamics interact with this ecosystem dynamic, we developed a dynamic food web model that revisits a natural disturbance regime under different fishing scenarios. We showed that indirect effect of fisheries can maintain intermediate level of fished populations, thus buffering the impact of the disturbance regime on local society. Finally, to better predict local fisheries management initiatives, we developed an agent-based model that accounts for more realist fisheries dynamics. We showed that a network of Marine Protected Areas (MPA) could in the long-term benefit both marine resources and fisheries production, but under a scenario without disturbance regime. Some of our results give new insights on how both natural disturbances and fisheries activities interact to shape coral reef ecosystems.; Les récifs coralliens fournissent des services écosystémiques critiques aux populations côtières qui en dépendent pour leur mode de vie et leur bien-être. Cependant, les écosystèmes coralliens sont soumis à une combinaison de perturbations naturelles et de facteurs de stress anthropiques de plus en plus importants. Ces pressions peuvent entraîner des changements abruptes et parfois irréversibles dans la structure et le fonctionnement des communautés et, donc, dans les services écosystémiques délivrés par ces écosystèmes. Comprendre la dynamique de ces changements de régime est fondamentale pour gérer durablement les systèmes socio-écologiques des récifs coralliens. L’objectif principal de cette thèse est de développer de meilleurs systèmes de modélisation afin de mieux informer les initiatives de gestion. Deux approches de modélisation ont été utilisées: Ecopath avec Ecosim (EwE) et la modélisation multi-agents. Le système socio-écologique corallien de Moorea, en Polynésie française, a servi de cas d’étude. Dans un premier temps, nous avons recueilli et intégré diverses données écologiques et sociales pour modéliser le réseau trophique de Moorea, textit{avant}, textit{pendant} et textit{après} une perturbation d'origine naturelle. Nous avons ensuite utilisé une analyse de réseau écologique pour évaluer les voies de récupération de cet écosystème corallien. Nous avons montré que, bien que les communautés benthiques se soient rétablies en une dizaine d'années après la perturbation, l’écosystème dans son ensemble présentait des trajectoires de récupération incomplètes. Pour explorer les effets de la pêche sur les dynamiques de l'écosystème, nous avons développé un modèle de réseau trophique dynamique qui revisite un régime de perturbation naturelle selon différents scénarios de pêche. Nous avons montré que l'effet indirect de la pêche peut maintenir un niveau intermédiaire de populations de poissons, atténuant ainsi l'impact des régimes de perturbations naturelles sur la société locale. Finalement, pour mieux prédire l'efficacité des initiatives de gestion des pêches, nous avons développé un modèle multi-agents qui tient compte des dynamiques de pêche plus réalistes. Nous avons montré qu'un réseau d'aires marines protégées (AMP) pourrait, à long terme, avoir des effets positifs sur les populations marines et sur la production halieutique, mais à condition que l'écosystème n'ait pas subi de perturbation naturelle. Cette thèse donne de nouvelles informations sur la manière dont les perturbations naturelles et les activités de pêche façonnent la dynamique des récifs coralliens.

Sharks represent one of the most diverse groups of predators, playing important functional roles in coastal and oceanic ecosystems. They are also one of the most threatened groups because of their vulnerability to anthropogenic pressures due to their particular life history traits. Shark populations are therefore collapsing with drastic decrease in abundance in all marine ecosystems. Even relatively common species are near- threatened. Despite the deployment of important resources for shark population assessments, 41% of the 482 shark species on the International Union for Conservation of Nature (IUCN) Red List of Threatened Species lack a conservation status due to data deficiency. Improving our knowledge on such species is thus crucial for efficient protection to slow down their decline. More particularly, there is a necessity for a better characterization of presence, structure and connectivity of shark populations to define their conservation status, prioritize spatial management and optimize conservation efforts. This thesis relies on the emergence of new technologies to fill knowledge gaps on tropical coral reef sharks and to suggest conservation measures for better management. First, a method to survey shark communities has been developed during this thesis, based on the collection and sequencing of DNA present in the environment (environmental DNA metabarcoding; eDNA). Then, this method has been compared to exhaustive surveys of reef shark communities with traditional methods. This quick and non-invasive approach detected at least 21 shark species in waters of two distinct biogeographical areas (Caribbean and New Caledonia). Moreover, diversity and abundance patterns of DNA reads match with anthropogenic impact gradients and protected status of the sampled areas. The analysis of 22 eDNA samples detected more species in both remote reefs and impacted areas of the New Caledonian archipelago than 2758 scientific dives conducted during nearly 30 years and 385 baited remote underwater videos deployed over two years. Then, population structure and connectivity of a more common reef shark species, Carcharhinus amblyrhynchos, have been characterized using a seascape genomics approach. This thesis is based on a substantial genetic sampling in the archipelago of New Caledonia but also in several other sites in the Indo-Pacific (515 sharks in total). An isolation-by-resistance approach using circuit theory has been developed to explore what parameters are driving the genetic differentiation of C. amblyrhynchos. Here I show that deep oceanic areas act as strong barriers and proximity to habitat is a facilitator for dispersal. High-resolution modelling of genetic differentiation at the entire distribution range of the species (Indo-Pacific) led to the definition of hierarchical conservation units and a high number of isolated sites. Then, an approach taking into account the decline of abundance in impacted reefs showed an important fragmentation of shark populations and allowed the identification of remote reefs as refuges but also sources through dispersal towards impacted areas, insuring population persistence at a regional scale. This thesis demonstrates the potential of eDNA analysis for unveiling the presence of rare and elusive species such as sharks and for filling knowledge gaps in the conservation status of sharks. It also reveals the persistence of residual populations in impacted areas, that could show behavioral alterations like shifts in habitat use towards deeper waters or increased nocturnality. Finally, this thesis not only describes the population structure of a near-threatened species at high resolution and global scale, but also identifies conservation units and areas of high conservation priority that could help in the near future for the spatialization of marine management at multiple scales.; Les requins forment un des groupes de prédateurs les plus diversifiés, jouant des rôles importants au sein des écosystèmes marins. Ils forment également l’un des groupes les plus menacés car vulnérables aux pressions anthropiques du fait de leurs traits de vie particuliers. Malgré l’importance des ressources déployées pour le suivi des populations de requins, 41 % des 482 espèces recensées dans la Liste Rouge de l’UICN n’ont pas de statut de conservation par manque de données. Il devient donc primordial d’améliorer les connaissances sur ces espèces afin de les protéger et enrayer leur déclin. Il s’agit notamment de mieux caractériser la présence, la structure et la connectivité des populations de requins pour mieux définir leur statut UICN, les zones prioritaires de gestion et optimiser les efforts de conservation mis en place. Cette thèse s’appuie sur l’émergence de nouvelles technologies pour combler les lacunes de connaissances sur les requins des récifs coralliens tropicaux et proposer des actions de gestion. D’une part, une méthode d’analyse des communautés de requins par collecte et séquençage d’ADN présent dans l’environnement (métabarcoding d’ADN environnemental ; ADNe) a été développée au cours de cette thèse, puis mise en parallèle avec des suivis exhaustifs par des méthodes traditionnelles d’étude des populations de requins. Cette approche rapide et non-invasive a permis d’identifier 21 espèces de requins dans les eaux de deux domaines biogéographiques distincts (Caraïbes et Nouvelle-Calédonie). De plus, les patrons de diversité et d’abondance des fragments d’ADNe détectés coïncident avec les gradients de pression anthropique et les niveaux de protection des zones échantillonnées. L’analyse de 22 échantillons d’ADNe dans l’archipel de la Nouvelle-Calédonie a permis de déceler la présence de plus d’espèces que par 2 758 plongées scientifiques réparties sur presque 30 ans et 385 caméras appâtées déployées pendant deux ans, et ce, à la fois proche de l’homme et dans les récifs éloignés. D’autre part, la structure et connectivité des populations d’une espèce plus commune, Carcharhinus amblyrhynchos, ont été caractérisées par une approche de génomique du paysage. Cette thèse s’appuie sur un échantillonnage génétique conséquent en Nouvelle-Calédonie et dans plusieurs autres sites de l’Indo-Pacifique (515 requins). Une approche d’isolement par la résistance via la théorie des circuits a été développée afin de caractériser les paramètres influençant la dispersion de cette espèce. Ainsi, il a été montré que les zones de forte bathymétrie constituent une forte barrière à la dispersion tandis que la proximité à l’habitat récifal en est un facilitateur. La modélisation de la différenciation génétique à haute résolution et à l’échelle de l’aire de répartition de cette espèce (Indo-Pacifique) a permis de définir des unités de conservation hiérarchiques et un nombre important de sites isolés. Enfin, une approche intégrant le déclin des abondances dans les zones anthropisées a montré une fragmentation des populations de C. amblyrhynchos et a permis d’identifier certains récifs éloignés de l’homme comme refuges mais aussi sources pour un repeuplement éventuel des récifs où les populations sont menacées. Cette thèse démontre ainsi le potentiel de l’analyse de l’ADNe pour dévoiler la présence d’espèces rares et furtives telles que les requins, donnant espoir pour combler les lacunes dans leurs statuts de conservation UICN. Elle révèle également la persistance des populations résiduelles en milieu anthropisé, qui pourraient éventuellement montrer des altérations comportementales comme l’utilisation d’habitats plus profonds ou une nocturnalité plus importante. Elle décrit enfin non seulement la structure fine à grande échelle des populations d’une espèce quasi-menacée, mais identifie également des unités de conservation et des zones prioritaires à protéger pour une spatialisation des mesures de gestion à différentes échelles.

Sharks represent one of the most diverse groups of predators, playing important functional roles in coastal and oceanic ecosystems. They are also one of the most threatened groups because of their vulnerability to anthropogenic pressures due to their particular life history traits. Shark populations are therefore collapsing with drastic decrease in abundance in all marine ecosystems. Even relatively common species are near- threatened. Despite the deployment of important resources for shark population assessments, 41% of the 482 shark species on the International Union for Conservation of Nature (IUCN) Red List of Threatened Species lack a conservation status due to data deficiency. Improving our knowledge on such species is thus crucial for efficient protection to slow down their decline. More particularly, there is a necessity for a better characterization of presence, structure and connectivity of shark populations to define their conservation status, prioritize spatial management and optimize conservation efforts. This thesis relies on the emergence of new technologies to fill knowledge gaps on tropical coral reef sharks and to suggest conservation measures for better management. First, a method to survey shark communities has been developed during this thesis, based on the collection and sequencing of DNA present in the environment (environmental DNA metabarcoding; eDNA). Then, this method has been compared to exhaustive surveys of reef shark communities with traditional methods. This quick and non-invasive approach detected at least 21 shark species in waters of two distinct biogeographical areas (Caribbean and New Caledonia). Moreover, diversity and abundance patterns of DNA reads match with anthropogenic impact gradients and protected status of the sampled areas. The analysis of 22 eDNA samples detected more species in both remote reefs and impacted areas of the New Caledonian archipelago than 2758 scientific dives conducted during nearly 30 years and 385 baited remote underwater videos deployed over two years. Then, population structure and connectivity of a more common reef shark species, Carcharhinus amblyrhynchos, have been characterized using a seascape genomics approach. This thesis is based on a substantial genetic sampling in the archipelago of New Caledonia but also in several other sites in the Indo-Pacific (515 sharks in total). An isolation-by-resistance approach using circuit theory has been developed to explore what parameters are driving the genetic differentiation of C. amblyrhynchos. Here I show that deep oceanic areas act as strong barriers and proximity to habitat is a facilitator for dispersal. High-resolution modelling of genetic differentiation at the entire distribution range of the species (Indo-Pacific) led to the definition of hierarchical conservation units and a high number of isolated sites. Then, an approach taking into account the decline of abundance in impacted reefs showed an important fragmentation of shark populations and allowed the identification of remote reefs as refuges but also sources through dispersal towards impacted areas, insuring population persistence at a regional scale. This thesis demonstrates the potential of eDNA analysis for unveiling the presence of rare and elusive species such as sharks and for filling knowledge gaps in the conservation status of sharks. It also reveals the persistence of residual populations in impacted areas, that could show behavioral alterations like shifts in habitat use towards deeper waters or increased nocturnality. Finally, this thesis not only describes the population structure of a near-threatened species at high resolution and global scale, but also identifies conservation units and areas of high conservation priority that could help in the near future for the spatialization of marine management at multiple scales.; Les requins forment un des groupes de prédateurs les plus diversifiés, jouant des rôles importants au sein des écosystèmes marins. Ils forment également l’un des groupes les plus menacés car vulnérables aux pressions anthropiques du fait de leurs traits de vie particuliers. Malgré l’importance des ressources déployées pour le suivi des populations de requins, 41 % des 482 espèces recensées dans la Liste Rouge de l’UICN n’ont pas de statut de conservation par manque de données. Il devient donc primordial d’améliorer les connaissances sur ces espèces afin de les protéger et enrayer leur déclin. Il s’agit notamment de mieux caractériser la présence, la structure et la connectivité des populations de requins pour mieux définir leur statut UICN, les zones prioritaires de gestion et optimiser les efforts de conservation mis en place. Cette thèse s’appuie sur l’émergence de nouvelles technologies pour combler les lacunes de connaissances sur les requins des récifs coralliens tropicaux et proposer des actions de gestion. D’une part, une méthode d’analyse des communautés de requins par collecte et séquençage d’ADN présent dans l’environnement (métabarcoding d’ADN environnemental ; ADNe) a été développée au cours de cette thèse, puis mise en parallèle avec des suivis exhaustifs par des méthodes traditionnelles d’étude des populations de requins. Cette approche rapide et non-invasive a permis d’identifier 21 espèces de requins dans les eaux de deux domaines biogéographiques distincts (Caraïbes et Nouvelle-Calédonie). De plus, les patrons de diversité et d’abondance des fragments d’ADNe détectés coïncident avec les gradients de pression anthropique et les niveaux de protection des zones échantillonnées. L’analyse de 22 échantillons d’ADNe dans l’archipel de la Nouvelle-Calédonie a permis de déceler la présence de plus d’espèces que par 2 758 plongées scientifiques réparties sur presque 30 ans et 385 caméras appâtées déployées pendant deux ans, et ce, à la fois proche de l’homme et dans les récifs éloignés. D’autre part, la structure et connectivité des populations d’une espèce plus commune, Carcharhinus amblyrhynchos, ont été caractérisées par une approche de génomique du paysage. Cette thèse s’appuie sur un échantillonnage génétique conséquent en Nouvelle-Calédonie et dans plusieurs autres sites de l’Indo-Pacifique (515 requins). Une approche d’isolement par la résistance via la théorie des circuits a été développée afin de caractériser les paramètres influençant la dispersion de cette espèce. Ainsi, il a été montré que les zones de forte bathymétrie constituent une forte barrière à la dispersion tandis que la proximité à l’habitat récifal en est un facilitateur. La modélisation de la différenciation génétique à haute résolution et à l’échelle de l’aire de répartition de cette espèce (Indo-Pacifique) a permis de définir des unités de conservation hiérarchiques et un nombre important de sites isolés. Enfin, une approche intégrant le déclin des abondances dans les zones anthropisées a montré une fragmentation des populations de C. amblyrhynchos et a permis d’identifier certains récifs éloignés de l’homme comme refuges mais aussi sources pour un repeuplement éventuel des récifs où les populations sont menacées. Cette thèse démontre ainsi le potentiel de l’analyse de l’ADNe pour dévoiler la présence d’espèces rares et furtives telles que les requins, donnant espoir pour combler les lacunes dans leurs statuts de conservation UICN. Elle révèle également la persistance des populations résiduelles en milieu anthropisé, qui pourraient éventuellement montrer des altérations comportementales comme l’utilisation d’habitats plus profonds ou une nocturnalité plus importante. Elle décrit enfin non seulement la structure fine à grande échelle des populations d’une espèce quasi-menacée, mais identifie également des unités de conservation et des zones prioritaires à protéger pour une spatialisation des mesures de gestion à différentes échelles.

Life history transitions are critical for many animal species and often correspond to concomitant developmental and ecological shifts. However, to date, little is known on how internal and external cues act together during these events. The life cycle of most teleostean reef fish includes a major developmental and ecological transition. Adults reproduce in the vicinity of the reef, emitting eggs that disperse and hatch in the ocean, where the larvae grow. Thereafter, larvae migrate back towards reefs where they settle and persist, at a step called larval recruitment. Larval recruitment involves the perception of environmental cues for larvae to localize and select their new benthic habitat, and is accompanied by major morphological changes. This ecological and developmental transition of pelagic larvae into reef-associated juveniles, often referred to as metamorphosis, are under the control of Thyroid Hormones (TH: T

Coral reefs are the most complex of marine ecosystems, but also the most threatened by ecological disruption resulting directly or indirectly from human activities. Their conservation represents a huge challenge. While maintaining coral reefs as close as possible to their current configurations and dynamics is among the highest priorities, we must also prepare for rapid changes in their functioning and adapt monitoring tools and networks to this new situation. Recent technological advances enabled the emergence of innovative tools with the potential to drastically increase the spatio-temporal resolution of coral reef monitoring. Among these, Passive Acoustic Monitoring (PAM) is on the rise. The aim of this thesis was to improve and facilitate the use of PAM as a tool for the assessment and monitoring of coral reefs’ ecological states and functioning. Soundscape recordings and ecological surveys (reef fish assemblages and habitat) were performed at 31 outer reef slope sites around three Indo-Pacific islands with variable environmental characteristics, including contrasted anthropogenic pressures. Analysing the results obtained with multiple combinations of sampling settings (frequency bandwidth, time of sampling (day/night), and sample duration) allowed the selection of a sampling scheme based on the two types of indices mostly used in coral reef studies. This scheme enables a rapid and reliable categorisation of reef’s ecological states. Based on these sampling guidelines, the capacity of six ecoacoustic indices to evaluate coral reef key functions was demonstrated. By comparing the contributions of PAM and coarse environmental data that could be sampled remotely, the added value of using ecoacoustic indices to predict reef fish assemblage structure was identified and quantified. An application of ecoacoustics to the continuous monitoring of a remote site highlighted the strong potential of PAM as a supporting tool for managers in such context. In view of the amplitude and velocity of expected climatic changes, current observer-based monitoring methods are likely to be exceeded. Combined to other monitoring tools, PAM could contribute to promptly detect ecosystem disturbances, which is essential to understand their causes and put in place rapid and adapted responses., Les récifs coralliens sont l’écosystème marin le plus complexe, mais aussi le plus menacé par les perturbations croissantes liées aux activités anthropiques. Leur conservation représente un véritable défi. Alors que le maintien des récifs au plus proche de leurs configurations et dynamiques actuelles doit être privilégié, nous devons également nous préparer à une évolution rapide de leur fonctionnement et adapter réseaux et outils de suivis à cette nouvelle situation. Des avancées technologiques récentes ont permis l’émergence d’outils innovants qui pourraient permettre à court terme d’augmenter considérablement la résolution spatio-temporelle des suivis. Parmi eux, l’acoustique passive est en plein essor. L’objet de cette thèse a été d’affiner son cadre d’utilisation pour évaluer et suivre l’état écologique et le fonctionnement des écosystèmes coralliens. Des enregistrements des paysages sonores et des relevés écologiques (assemblages de poissons et habitat) ont été réalisés sur 31 récifs de pente externe autour de trois îles de l’Indo-pacifique avec des caractéristiques environnementales variables, incluant des pressions anthropiques contrastées. L’analyse des résultats obtenus avec différentes combinaisons de paramètres d’échantillonnage (bande de fréquences, moment du cycle journalier choisi pour réaliser l’enregistrement, durée des échantillons de son) a permis de sélectionner un protocole d’échantillonnage basé sur les deux types d’indices écoacoustiques les plus utilisés pour l’étude des récifs coralliens. Ce protocole permet la caractérisation rapide et fiable de l’état écologique des récifs. En se basant sur ces lignes directrices, la capacité de six indices écoacoustiques à évaluer des fonctions clé de l’écosystème corallien a ensuite été démontrée. En comparant les apports de l’acoustique passive et de données environnementales pouvant être collectées par télédétection, la plus-value de l’utilisation d’indices écoacoustiques pour prédire la structure des assemblages de poissons récifaux a été identifiée et quantifiée. Une application de l’approche écoacoustique au suivi continu d’un site isolé a mis en évidence le potentiel particulièrement important de l’acoustique passive comme outil d’appui à la gestion dans ce type de contexte. Face à l’ampleur et à la vitesse des changements climatiques annoncés, les méthodes de suivi employées aujourd’hui, basées sur la présence d’observateur in situ, seront vraisemblablement insuffisantes. Combinée à d’autres outils de suivi, l’acoustique passive pourrait contribuer à détecter rapidement les perturbations des écosystèmes, condition indispensable pour en comprendre les causes et mettre en œuvre des réponses rapides et adaptées.

Coral reef provides coastal communities with vital and valuable ecosystem services, such as food and coastal protection, sources of income, and contribute to their societal and cultural identity. However, coral reef ecosystems are subjected to a combination of increasing natural disturbance regimes and increasing multiple human stressors. This may cause irreversible shifts in community structure and, thus, in the delivery of ecosystem services. Understanding the dynamics of these state shifts is fundamental to sustainably manage coral reef social-ecological systems. The overarching goal of this PhD thesis is to better develop system modeling methods to better inform sustainability management. We used two main modeling approaches: Ecopath with Ecosim (EwE) and Agent Based Modeling. We used the coral reef social-ecological system of Moorea, French Polynesia, as a case study. Firstly, we collected and integrated various ecological and social data to build three food web models of Moorea, before, during and after a natural disturbance-driven coral mortality. Then, we used an ecosystem network approach to assess recovery pathways of that coral reef ecosystem. We showed that, while benthic communities recovered in a decade after the disturbance, the ecosystem as a whole presented a recovery debt. To investigate how fisheries dynamics interact with this ecosystem dynamic, we developed a dynamic food web model that revisits a natural disturbance regime under different fishing scenarios. We showed that indirect effect of fisheries can maintain intermediate level of fished populations, thus buffering the impact of the disturbance regime on local society. Finally, to better predict local fisheries management initiatives, we developed an agent-based model that accounts for more realist fisheries dynamics. We showed that a network of Marine Protected Areas (MPA) could in the long-term benefit both marine resources and fisheries production, but under a scenario without disturbance regime. Some of our results give new insights on how both natural disturbances and fisheries activities interact to shape coral reef ecosystems., Les récifs coralliens fournissent des services écosystémiques critiques aux populations côtières qui en dépendent pour leur mode de vie et leur bien-être. Cependant, les écosystèmes coralliens sont soumis à une combinaison de perturbations naturelles et de facteurs de stress anthropiques de plus en plus importants. Ces pressions peuvent entraîner des changements abruptes et parfois irréversibles dans la structure et le fonctionnement des communautés et, donc, dans les services écosystémiques délivrés par ces écosystèmes. Comprendre la dynamique de ces changements de régime est fondamentale pour gérer durablement les systèmes socio-écologiques des récifs coralliens. L’objectif principal de cette thèse est de développer de meilleurs systèmes de modélisation afin de mieux informer les initiatives de gestion. Deux approches de modélisation ont été utilisées: Ecopath avec Ecosim (EwE) et la modélisation multi-agents. Le système socio-écologique corallien de Moorea, en Polynésie française, a servi de cas d’étude. Dans un premier temps, nous avons recueilli et intégré diverses données écologiques et sociales pour modéliser le réseau trophique de Moorea, textit{avant}, textit{pendant} et textit{après} une perturbation d'origine naturelle. Nous avons ensuite utilisé une analyse de réseau écologique pour évaluer les voies de récupération de cet écosystème corallien. Nous avons montré que, bien que les communautés benthiques se soient rétablies en une dizaine d'années après la perturbation, l’écosystème dans son ensemble présentait des trajectoires de récupération incomplètes. Pour explorer les effets de la pêche sur les dynamiques de l'écosystème, nous avons développé un modèle de réseau trophique dynamique qui revisite un régime de perturbation naturelle selon différents scénarios de pêche. Nous avons montré que l'effet indirect de la pêche peut maintenir un niveau intermédiaire de populations de poissons, atténuant ainsi l'impact des régimes de perturbations naturelles sur la société locale. Finalement, pour mieux prédire l'efficacité des initiatives de gestion des pêches, nous avons développé un modèle multi-agents qui tient compte des dynamiques de pêche plus réalistes. Nous avons montré qu'un réseau d'aires marines protégées (AMP) pourrait, à long terme, avoir des effets positifs sur les populations marines et sur la production halieutique, mais à condition que l'écosystème n'ait pas subi de perturbation naturelle. Cette thèse donne de nouvelles informations sur la manière dont les perturbations naturelles et les activités de pêche façonnent la dynamique des récifs coralliens.

Coral reefs have largely degraded in recent decades under the influence of human activities. Among those disturbances, the increase in metal concentrations affects many reefs worldwide (e.g. Australian Great Barrier Reef, Costa Rica, Red Sea, New Caledonia). Furthermore, reefs have now to face climate change, and more particularly temperature increase and ocean acidification. In this context, the aims of my thesis were to (1) determine the effects of the main metals present in lateritic sediments (iron, manganese, nickel and cobalt) on coral physiology using concentrations representative of those measured along the New Caledonian coastline, and to (2) define their potential roles in this context of climate change. My results showed that metals affect coral metabolism in different ways. While at ambient temperature, a nickel or manganese enrichment stimulates host metabolism and symbiont photosynthesis, conversely a cobalt enrichment inhibits calcification and becomes even toxic for the host and symbionts, from 1 μg L-1. Despite its importance in photosynthetic processes, an iron enrichment induces a decrease in Symbiodinium densities and an inhibition of calcification rates. Under thermal stress, manganese enhances coral tolerance to temperature increase, likely by stimulating their antioxidant defenses, while nickel worsens its effects by decreasing even more their growth. These works represent an important step towards a better understanding of coral responses to metal enrichment and would explain, to some extent, species susceptibility to climate change., Les récifs coralliens se sont largement dégradés au cours de ces dernières décennies sous l’influence des activités anthropiques. Parmi ces perturbations, l’augmentation des concentrations métalliques concerne de nombreux récifs à travers le monde (e.g. grande barrière australienne, Costa Rica, Mer Rouge, Nouvelle-Calédonie). A ces stress locaux vient s’ajouter le changement climatique, et plus particulièrement l’élévation des températures et l’acidification des océans, auxquelles les coraux doivent désormais faire face. Dans ce contexte particulier, les objectifs de cette thèse ont donc été (1) de déterminer l’effet sur la physiologie corallienne, des principaux métaux présents dans les sédiments latéritiques (fer, manganèse, nickel et cobalt), à des concentrations représentatives de celles mesurées sur le littoral calédonien, et (2) de définir leurs rôles potentiels dans ce contexte de changement climatique. Les résultats obtenus ont montré que les métaux ont des effets très différents sur le métabolisme corallien. Alors qu’à température ambiante un apport en nickel ou en manganèse stimule le métabolisme de l’hôte et la photosynthèse des symbiotes, à l’inverse, un enrichissement en cobalt inhibe la calcification et devient même toxique dès 1.0 μg L-1 pour les symbiotes et l’hôte. De même, malgré son importance dans les processus photosynthétiques, un apport en fer diminue la densité en Symbiodinium des tissus et inhibe la calcification. En période de stress thermique, le manganèse augmente la tolérance des coraux à cette hausse de température, probablement en stimulant leurs défenses antioxydantes, tandis que le nickel aggrave ces effets en diminuant encore davantage leur croissance. Ces travaux constituent une étape importante vers une meilleure compréhension de la réaction des coraux aux enrichissements métalliques et permettraient d’expliquer, dans une certaine mesure, la sensibilité des espèces coralliennes aux changements climatiques.

Dynamic topography modulates the extension of inundated areas, at places where elevation is near sea level, by deflecting the surface of the Earth. This phenomenon produces large-scale paleogeography changes, which in turn modify external spheres (atmo-, hydro- and biosphere) by subsequent alteration of atmospheric and oceanic circulations and biodiversity. This inter-disciplinary work illustrates the connection string between Earth mantle dynamics and climate through the study of Quaternary evolution of South East Asia. The insularity of the region and the presence of low bathymetry seas, as the Java sea, enable fast and efficient modifications of land-sea mask and make it an ideal case for studying the connection between geodynamics and climate. Mantle flow, excited by the numerous subduction zones, is vigorously stirred and contributes to surface deformation. In this region, climate dynamics is also tightly related to the peculiar geography of the Indonesian archipelago. Paleogeographic changes are first revealed by coastal morphologies. They show the contrasted pattern of large-scale Quaternary deformation that underlines general uplift within the central-eastern part of the region, namely Wallacea, whereas the continental shelves, to the West and Southeast, are more likely subsiding. The combination of field observations with numerical modeling of coral reef growth is used to quantify vertical deformation. Our method is based on reef morphology (terrace number, depth, modern reef length) that we observed on the Sunda shelf (Western South East Asia) and reef morphologies obtained by numerical modeling, and enable an original quantification of subsidence rates of the platform. The results imply that Sundaland region was entirely and permanently emerged before 400 000 yr and formed at this time a unique continental mass between West Indonesian islands and continental Asia. The causes of paleogeographic changes are explored using modeling of regional geodynamics. A three-dimension subduction numerical model was devised to simulate the dynamical origin of deformation. This model analysis enables us to describe the spatio-temporal evolution of the deformation above a subduction zone in case of perturbation induced by the arrival at the trench of a continental block or oceanic plateau, a simplified case that is similar to SE Asia. Our results show that during a collisional episode, slab tearing generated by the arrival of light material unable to subduct is responsible for changes in mantle convection. Those changes are responsible for dynamic subsidence that followed an uplift event related to the first stages of collision. Inferred deformation rates have an range of magnitude similar to both measured and modeled rates at regional scale. The consequences of paleogeographic changes are studied using general circulation model simulations. Results show that the presence of an emerged Sunda shelf leads to a seasonal increase in precipitation over the Maritime Continent. This increase is related to seasonal increase in large-scale convergence induced by thermal heating of exposed land surfaces, a situation that, as we show, occurred before 400 ka. Sunda shelf exposure is also responsible for changes in horizontal water transport within the Makassar strait that modify sea surface salinities and temperatures at local scale. Our analysis further shows that increased precipitation seasonality is independent on model convection and cloud parameterization, En défléchissant la Terre, la topographie dynamique module l'extension des zones inondées dans les régions où l'altitude est proche du niveau marin. Ce phénomène contribue ainsi à modifier la paléogéographie à grande échelle et ont un impact sur les sphères externes (atmo-, hydro- et bio-sphère) en altérant notamment les circulations atmosphériques et océaniques. Ces travaux de thèse, qui s’appuient sur une approche interdisciplinaire, illustrent la chaîne de connections entre dynamique mantellique et climat à travers l'étude de l'évolution Quaternaire du Continent Maritime. Le caractère insulaire de la région et la présence de mers peu profondes comme la mer de Java, permettent des modifications rapides de la répartition terre-océan à grande échelle, et en font un cas idéal pour étudier les connections entre géodynamique et climat. D’autre part, la dynamique mantellique, excitée par les nombreuses subductions, y est très active et contribue à déformer la surface et la dynamique climatique régionale est étroitement associée à la géographie particulière de l’archipel Indonésien.Les changements paléogéographiques sont d'abord révélés par la cartographie des morphologies côtières. Celle-ci souligne la répartition contrastée de la déformation Quaternaire en soulignant le soulèvement général de la région centrale (Wallacea), alors que les deux plateformes continentales localisées à l'Ouest et au Sud-Est subsident. L'utilisation combinée des observations et de la modélisation de la croissance des récifs coralliens est utilisée afin de quantifier la vitesse verticale de déformation. Notre méthode est basée sur la comparaison entre la morphologie des récifs observés sur la plateforme de la Sonde, à l'ouest de l'Asie du Sud-Est, et les morphologies récifales issues des simulations numériques et permet une quantification inédite de la vitesse de subsidence de la plateforme. Les résultats suggèrent que la Sonde était émergée de manière permanente avant 400 000 ans, formant une masse continentale entre les îles de l'Ouest Indonésien et le continent asiatique. Les causes de ces changements paléogéographiques sont appréhendées à l'aide de la modélisation mécanique de la géodynamique. Un modèle numérique en trois dimensions d'une zone de subduction a été utilisé afin de d'explorer les causes dynamiques de la déformation. L'analyse des simulations permet de décrire l'évolution spatio-temporelle de la déformation à l'aplomb d'une zone de subduction, lors d'une perturbation provoquée par l'arrivée dans la fosse d'un bloc continental ou d'un plateau océanique, un cas simplifié similaire à l'Asie du Sud-Est. Les résultats montrent que lors d'un épisode de collision, l'initiation d'une déchirure dans la plaque en subduction générée par l'entrée dans la fosse de matériel peu dense entraîne une modification de l'écoulement mantellique. Cette modification provoque un épisode de subsidence dynamique qui fait suite à un épisode de surrection provoquée par la collision. Les vitesses de déformations calculées ont un ordre de grandeur comparable aux vitesses de déformations enregistrées et modélisées à l'échelle régionale. Les conséquences des changements paléogéographiques sont appréhendées à l'aide d'un modèle du climat IPSL-CM5A2. Les résultats montrent que la présence d'une plateforme de la Sonde émergée provoque une augmentation saisonnière des précipitations sur le Continent Maritime. Cette augmentation est engendrée par une intensification de la convergence à l'échelle régionale contrôlée par le chauffage radiatif des surfaces continentales exposées. L'exposition de la plateforme de la Sonde engendre également une modification du transport dans le détroit de Makassar avec un impact local sur la salinité et les températures de surface de l'océan. Nos analyses montrent par ailleurs que l'augmentation de la saisonnalité des précipitations est indépendante de la paramétrisation de la convection et des nuages dans le modèle.

The AMBIO project conducted a comprehensive video-based baseline assessment of coral reef fish communities and associated habitats in the New Caledonian lagoons. Observation relies on remote unbaited underwater video, using the STAVIRO rotating technique (Pelletier et al. 2012).  This survey was conducted in 2015 in Entrecasteaux Reefs, both located within the Coral Sea Natural Park, and part of World Heritage site. 109 STAVIRO were validated in 9 days, covering the reefs and geomorphological units in the area. Images were analyzed to characterize the habitat surrounding each station, and fishes based on a list of 565 species (Pelletier et al. 2016).  28 indicators were computed and represented on maps (Sextant server). Indicators were analyzed using the PAMPA computing tool. Outcomes were organized in dashboards per management objective (biodiversity conservation and fisheries management).  190 fish species (and one snake species), belonging to 32 families were observed. Surgeonfish and wrasses were observed on more than 95% of stations. Parrotfish, snappers, butterflyfish and groupers were observed on more than 77% of stations.  Coral health status is good with high living coral covers on outer slopes and lagoon patches, while branch coral was found in internal slopes. Butterflyfish diversity is high, but not their abundance.  Fish communities are exceptionally diversified in all habitats. Abundance is good, but medium in the Living Coral habitat. Groupers are frequent and abundant. Fish community status appears the best among all surveyed sites, except for parrotfish and butterlfyfish.  Sharks are very frequent, as well as jacks. Giant wrasse is regularly observed.  Resources are rather abundant (commercial, fished and spearfished species), but on sandy bottoms. Jacks and spangled emperor are frequent. Favorite targets of surgeonfish and coral trout are equally or less frequent than on other sites., Cette étude conduite dans le cadre du projet AMBIO concerne les communautés de poissons et habitats associés aux récifs coralliens des lagons de Nouvelle-Calédonie. Elle s’appuie sur des données collectées par STAVIRO, une technique de vidéo rotative.  Cette campagne a été réalisée en 2015 dans les atolls d’Entrecasteaux, bien inscrit au patrimoine mondial et situé dans le périmètre du Parc naturel de la mer de Corail. Le plan d'échantillonnage couvre les différents sites de la zone et les structures récifales présentes. 109 stations STAVIRO ont été validées. L’analyse des images a permis de caractériser l’habitat entourant chaque station, ainsi que les communautés de poissons sur la base d’une liste de 565 espèces (Pelletier et al. 2016).  28 indicateurs ont été calculés et représentés sous forme de cartes en annexe et disponibles sur Sextant. Ils ont été analysés grâce à l’outil de calcul PAMPA. Les résultats sont sous forme de tableau de bord par objectif de gestion relatif à la conservation de la biodiversité et la gestion des ressources de la pêche.  190 espèces de poissons et une espèce de serpent appartenant à 32 familles ont été observées. Poissons chirurgiens et labres sont observés sur plus de 95% des stations. Poissons-perroquets, lutjans, poissons-papillons et loches sont observés sur plus de 77% des stations.  L’habitat Corail vivant est dominant avec un recouvrement en corail vivant très élevé sur la pente externe, bon sur les patates isolées, et un recouvrement élevé en corail branchu sur les pentes internes abritées. La diversité des poissons-papillons est très élevée, leur abondance est moyenne.  La diversité du peuplement est exceptionnelle sur tous les types géomorphologiques et habitats. Son abondance est bonne sur tous les habitats, sauf l’habitat Corail vivant (moyenne). Les loches sont fréquentes et abondantes. A l’exception de l’abondance des perroquets et poissons-papillons, l’état de l’ichtyofaune est le meilleur de tous les sites visités.  Les requins sont très fréquents et des poissons-napoléons sont régulièrement observés.  Etat des ressources assez bon pour les espèces commerciales, consommables et pour les cibles de la chasse, sauf sur l’habitat Fond lagonaire (médiocre). Cibles de la ligne en général plus abondantes que sur les autres sites. Carangues et bec de cane fréquents. Dawa, saumonée petits points et picot kanak autant ou moins fréquents que sur les autres sites.

The AMBIO project conducted a comprehensive video-based baseline assessment of coral reef fish communities and associated habitats in the New Caledonian lagoons. The survey relies on remote unbaited underwater video observations, using the STAVIRO rotating technique. - The study pertains to the reefs of Astrolabe, Pétrie and Walpole Island, located within the Coral Sea Natural Park. The survey conducted in 2014 covers the entire area, and the sampling design was stratified according to reef type. 95 stations were validated. They were analyzed to characterize the habitat surrounding each station, and fish communities, based on a list of 565 fish species (cf. AMBIO/A/1). - 28 indicators were computed and mapped (maps available on a Sextant server). Indicators were analyzed using the PAMPA computing tool. Outcomes were organized in a dashboard for each management objective (biodiversity conservation and fisheries management). - 171 fish species (and one turtle species), belonging to 33 families were observed. Two families were observed on more than 95% of stations: surgeonfish and wrasses. Eight other families were observed on 50% to 95% of stations: parrotfish, groupers, triggerfish, snappers, butterflyfish, goatfish, emperors and angelfish. - Coral health status is good with high living coral covers (62% on average), mostly in Astrolabe, but branch coral was scarce. Sharks and giant wrasse were frequently observed, as well as jacks. - Fish communities are diversified and very abundant, particularly in the Living Coral habitat; and generally more abundant than on the rest of the sites, particularly at Astrolabe. All trophic groups were abundant on the area, except for planktivorous species. Piscivorous species were very abundant. - Most fisheries-related metrics indicate highly abundant resources, particularly at Astrolabe. - The health status of coral habitat and associated fish communities appears exceptional at Astrolabe, and generally good at Pétrie and Walpole., Le projet AMBIO a conduit des évaluations des peuplements de poissons et habitats associés aux récifs coralliens sur l’ensemble des lagons de Nouvelle-Calédonie, en s’appuyant sur la technique de vidéo rotative STAVIRO. - Cette campagne a été réalisée en 2014 sur les iles et récifs éloignés d’Astrolabe, Pétrie et Walpole, situés dans le périmètre du Parc Naturel de la Mer de Corail. Le plan d'échantillonnage couvre toute la zone avec une stratification en fonction des structures récifales présentes. 95 stations STAVIRO ont été validées. Leur analyse a permis de caractériser l’habitat environnant chaque station, ainsi que les communautés de poissons sur la base d’une liste de 565 espèces (cf. AMBIO/A/1). - 28 indicateurs ont été calculés et représentés sous forme de carte disponible sur un serveur Sextant. Ces indicateurs ont été analysés grâce à l’outil de calcul PAMPA. Les résultats sont synthétisés sous forme de tableau de bord par objectif de gestion relatif à la conservation de la biodiversité et la gestion des ressources de la pêche. - 171 espèces de poissons (et 1 espèce de tortue) appartenant à 33 familles ont été observées. Deux familles sont vues sur plus de 95% de stations : poissons-chirurgiens et labres. Huit autres familles sont vues sur 50 à 95% des stations : poissons-perroquets, loches, balistes, lutjans, poissons-papillons, rougets-barbets, bossus/becs et poissons-ange. - L’état de santé du corail est bon, avec des recouvrements en corail vivant élevés (62% en moyenne sur l’habitat Corail vivant), surtout à Astrolabe, mais quasiment pas de corail branchu. Les requins et le poisson-napoléon sont fréquemment observés, ainsi que les carangues. - Les peuplements de poissons sont diversifiés et très abondants, notamment sur l’habitat Corail vivant. Ils sont très généralement plus abondants que sur le reste de la Grande Terre, particulièrement pour les récifs d’Astrolabe. Tous les groupes trophiques sont abondants sur la zone, à l’exception des espèces planctonophages, dont l’abondance est moyenne. Les espèces piscivores sont très abondantes. - La plupart des métriques liées aux ressources de la pêche montrent des ressources abondantes, particulièrement sur les récifs d’Astrolabe. - L’état de santé de l’habitat corallien et des peuplements associés apparaît exceptionnel à Astrolabe, et généralement bon à Pétrie et à Walpole.

Conducted within the AMBIO project, this work deals with coral reef fish communities and associated habitats, in the New Caledonian lagoons. It relies on remote unbaited underwater video observations, using the STAVIRO rotating technique. The field work was realized in 2013 in and around the Merlet Marine Reserve, in the south of New-Caledonia, and located within the “Grand Lagon Sud” world heritage area. The sampling design covers the entire area, and was stratified according to reef type (outer slope, reef flat, reef shallow terrace, lagoon, and fringing reef). 162 stations were validated within 6 days. They were analyzed to characterize the habitat surrounding each station, and fish communities, based on a list of 429 fish species (cf. AMBIO/A/1). 28 indicators were computed and mapped (maps available on a Sextant server). Indicators were analyzed using the PAMPA computing tool. Outcomes were organized in a dashboard for each management objective (biodiversity conservation and fisheries management). 165 fish species (and one turtle species), belonging to 20 families were observed. Two families were observed on more than 80% of stations: surgeonfish and parrotfish. Four other families were observed on 50% to 80% of stations: butterflyfish, wrasses, groupers and goatfish. Living coral habitat display a good ecological status, in particular on external slopes (on average over 35% on this habitat). A large diversity (26 species) and abundance of butterflyfish was observed. 2 shark species, 1 turtle species and 3 ray species were encountered, as well as giant wrasse. Fish communities display a good ecological status, in particular on external slopes in the Living Coral habitat, consistently with an ancient and strong protection. Emblematic species were regularly observed. Most fisheries-related metrics indicate relatively abundant resources, with higher occurrences abundances, and a greater proportion of large individuals. These results indicate lower anthropogenic pressures, especially fishing pressure,than at other coastal sites., Cette étude conduite dans le cadre du projet AMBIO concerne les communautés de poissons et habitats associés aux récifs coralliens des lagons de Nouvelle-Calédonie. Elle s’appuie sur des données collectées par STAVIRO, une technique de vidéo rotative. Cette campagne a été réalisée en 2013 dans et autour de la réserve Yves Merlet, située dans le Grand Lagon Sud, bien inscrit au patrimoine mondial. Le plan d'échantillonnage couvre toute la zone avec une stratification en fonction des structures récifales (pente externe, fond lagonaire, récif frangeant, platier, plateau récifal). En 6 jours sur zone, 162 stations STAVIRO ont été validées. Leur analyse a permis de caractériser l’habitat environnant chaque station, ainsi que les communautés de poissons sur la base d’une liste de 429 espèces (cf. AMBIO/A/1). 28 indicateurs ont été calculés et représentés sous forme de carte disponible sur un serveur Sextant. Ces indicateurs ont été analysés grâce à l’outil de calcul PAMPA. Les résultats sont synthétisés sous forme de tableau de bord par objectif de gestion relatif à la conservation de la biodiversité et la gestion des ressources de la pêche. 165 espèces de poissons (et 1 espèce de tortue) appartenant à 20 familles ont été observées. Deux familles sont vues sur plus de 80% de stations : poissons chirurgiens et poissons perroquets. Quatre autres familles sont vues sur 50 à 80% des stations : poissons-papillons, labres, loches et rougets-barbets. L’état de santé du corail est bon, avec des recouvrements en corail vivant élevés (plus de 35% en moyenne sur l’habitat Corail vivant). Les poissons-papillons sont diversifiés (26 espèces) et abondants sur la zone. 2 espèces de requins, 1 espèce de tortue et trois espèces de raies sont observées, ainsi que le poisson napoléon. L’état de l’ichtyofaune est satisfaisant, notamment sur la pente externe, et cohérent avec le statut de protection intégrale ancien. Les espèces emblématiques sont régulièrement observées. Les résultats indiquent des pressions anthropiques, et notamment une pression de pêche, clairement plus faibles que sur d’autres sites côtiers, avec des espèces-cibles plus fréquentes, plus abondantes et plus de grands individus.

The AMBIO project conducted a comprehensive video-based baseline assessment of coral reef fish communities and associated habitats in the New Caledonian lagoons. The survey relies on remote unbaited underwater video observations, using the STAVIRO rotating technique. The present study deals with the Corne Sud area, in the south of New-Caledonia, and located within the “Grand Lagon Sud” World Heritage Property. The survey design covers the entire area. 155 stations were validated within 9 days. They were analyzed to characterize the habitat surrounding each station, and fish communities, based on a list of 429 fish species (cf. AMBIO/A/1). 27 indicators were computed and mapped (maps available on a Sextant server). Indicators were analyzed using the PAMPA computing tool. Outcomes were organized in a dashboard for each management objective (biodiversity conservation and fisheries management). 170 fish species (and one turtle species), belonging to 23 families were observed. Surgeonfish and parrotfish were observed on 95% of the stations. Wrasses, butterflyfish, goatfish and groupers were observed on 50% to 80% of the stations. Live coral habitat was dominant (almost 60% of stations). Coral cover status was very good on the external slope, good on fringing reefs. Branch coral cover was high in sheltered locations, islet fringing reefs and coral patches. Butterflyfish diversity was very high (26 species). Fish communities are among the most diversified in New Caledonia, particularly on barrier reef and lagoon coral patches. Fish abundance is heterogenous, high on the barrier reef and coral patches, and medium on islet fringing reefs. Turtles, sharks, rays and giant wrasse are regularly observed on their favorite habitats. Ressource status is good for fished species and species targeted by spearfishing and line. In particular, blue spine unicorn, coral trout and “picot kanak” (Acanthurus blochii, dussumieri and nigricauda) are both more frequent and more abundant than in the other sites studied., Le projet AMBIO a conduit des évaluations des peuplements de poissons et habitats associés aux récifs coralliens sur l’ensemble des lagons de Nouvelle-Calédonie, en s’appuyant sur la technique de vidéo rotative STAVIRO. Cette campagne a été réalisée en 2013 dans la Corne Sud, située dans le Grand Lagon Sud, bien inscrit au Patrimoine Mondial. Le plan d'échantillonnage couvre la totalité de cette vaste zone. En 9 jours sur zone, 155 stations STAVIRO ont été validées. Leur analyse a permis de caractériser l’habitat environnant chaque station, ainsi que les peuplements de poissons sur la base d’une liste de 527 espèces (cf. AMBIO/A/1). 27 indicateurs ont été calculés et représentés sous forme de cartes disponibles sur un serveur Sextant. Ces indicateurs ont été analysés grâce à l’outil de calcul PAMPA. Les résultats sont synthétisés sous forme de tableau de bord par objectif de gestion relatif à la conservation de la biodiversité et la gestion des ressources de la pêche. 170 espèces de poissons (et 1 espèce de tortue) appartenant à 23 familles ont été observées. Poissons chirurgiens et poissons perroquets sont observés sur plus de 95% des stations. Labres, poissons-papillons, loches et rougets-barbets sont observés sur 50 à 80% des stations. L’habitat corallien est largement dominant avec presque 60% des stations et un recouvrement en corail vivant très bon sur la pente externe, presque bon sur les frangeants d’îlot et un recouvrement élevé en corail branchu dans les zones lagonaires abritées, frangeantes et patates isolées. La diversité des poissons-papillons est très élevée (26 espèces observées). Le peuplement est un des plus diversifiés autour de la Grande Terre surtout sur le récif barrière et les patates lagonaires isolées. Son abondance est moyenne et hétérogène, élevée sur la barrière et les patates isolées, moyenne sur les frangeants d’îlot. Tortues, requins, raies et poissons-napoléons sont régulièrement observés sur leurs habitats préférés. L’état des ressources est satisfaisant pour les espèces commerciales, consommables et pour les cibles de la chasse, et celles de la ligne. En particulier, le dawa, la saumonée petits points et le picot kanak sont plus fréquents et plus abondants que sur les autres sites.

The green birdmouth wrasse Gomphosus caeruleus is present all year round on the coral reefs of Reunion Island (Indian Ocean). A group of individuals was followed on one of these reefs with the objective of studying the reproduction mode of the species, the influence of environmental factors, and social behaviors on the control of reproduction. Our observations revealed that G. caeruleus is, like many Labridae, a protogynous hermaphrodite species, probably diandric, that the reproduction of G. caeruleus is, like in other reef fish species, influenced by the lunar cycle with a peak of reproductive activity during waxing gibbous phase, and that G. caeruleus displays social behavior leading to alternating haremic mating system on a single territory and lek-like mating systems without aggressions between males. These observations enhanced our knowledge of the reproduction of Labridae and reef species.

Airborne hyperspectral imaging is a potential candidate for mapping and monitoring coral reefs at large scale and with high spatial resolution. In this thesis, we first present the processing steps to be applied to hyperspectral signals for extracting information about seabed types, bathymetry and water optical properties, and we discuss their efficiency with respect to two main confounding factors: (i) low signal to noise ratio of the measured signals, and (ii) large number and variability of physical interactions occurring between the entrance of sunlight into the atmosphere and its measurement by the hyperspectral sensor. Considering these limitations, we examine the performance of an already existing water column processing method: semi-analytical model inversion by optimization. We first evaluate the robustness of seabed type and bathymetry estimation for six different inversion setups. The results on hyperspectral images acquired over Réunion Island reefs in 2009 show that the choice of the inversion setup plays an important role on the quality of the estimations and that the most widely used inversion setup does not always produce the best results. We then evaluate the importance of the accuracy of the parameterization of the direct semi-analytical model. This is done through a sensitivity analysis performed on both simulated and real hyperspectral data acquired in Réunion Island in 2015. The analysis is performed for each inversion setup previously studied. This study shows that in coral reef context the accuracy of the parameterization of the direct model is less important than the choice of the inversion setup. We also demonstrate that it is not possible to identify the most influent parameters of the direct model because it depends on the relative concentration of each optically active constituent., L’imagerie hyperspectrale aéroportée constitue un candidat potentiel pour la cartographie et le suivi des récifs coralliens à large échelle et à forte résolution spatiale. Dans cette thèse, nous présentons tout d’abord les traitements à appliquer au signal hyperspectral afin d’en extraire des informations sur la nature du fond marin, la bathymétrie et les propriétés optiques de l’eau, et nous les mettons en perspectives devant deux principaux verrous : (i) le faible rapport signal sur bruit du signal mesuré, (ii) le nombre et la variabilité des interactions onde-matière ayant lieu entre l’entrée des rayons lumineux dans l’atmosphère et leur mesure par le capteur hyperspectral. En considérant ces limitations, nous examinons les performances d’une des méthodes existantes de traitement de la colonne d’eau : l’inversion de modèle semi-analytique par optimisation. Nous évaluons d’abord la robustesse des estimations des types de fond et de la bathymétrie pour six paramétrisations du schéma d’inversion. Les résultats sur des images hyperspectrales acquises à l’île de La Réunion en 2009 montrent que la paramétrisation de l’inversion joue un rôle crucial sur la qualité des estimations et que la paramétrisation la plus communément utilisée ne présente pas toujours les meilleures performances. Nous évaluons par la suite l’importance de la précision de la paramétrisation du modèle semi-analytique direct à travers une analyse de sensibilité réalisée sur des données hyperspectrales synthétiques puis sur des données réelles que nous avons acquises en 2015 à La Réunion. L’analyse est en outre effectuée pour toutes les paramétrisations de l’inversion précédemment étudiées. Cette étude montre qu’en milieu récifal l’importance de la précision de la paramétrisation du modèle direct est faible devant le choix de la paramétrisation de l’inversion. Nous montrons en outre qu’il n’est pas possible d’identifier le(s) paramètre(s) du modèle direct le(s) plus influent(s) car cela dépend des concentrations relatives de chacun des éléments optiquement actifs de l’eau.

Airborne hyperspectral imaging is a potential candidate for mapping and monitoring coral reefs at large scale and with high spatial resolution. In this thesis, we first present the processing steps to be applied to hyperspectral signals for extracting information about seabed types, bathymetry and water optical properties, and we discuss their efficiency with respect to two main confounding factors: (i) low signal to noise ratio of the measured signals, and (ii) large number and variability of physical interactions occurring between the entrance of sunlight into the atmosphere and its measurement by the hyperspectral sensor. Considering these limitations, we examine the performance of an already existing water column processing method: semi-analytical model inversion by optimization. We first evaluate the robustness of seabed type and bathymetry estimation for six different inversion setups. The results on hyperspectral images acquired over Réunion Island reefs in 2009 show that the choice of the inversion setup plays an important role on the quality of the estimations and that the most widely used inversion setup does not always produce the best results. We then evaluate the importance of the accuracy of the parameterization of the direct semi-analytical model. This is done through a sensitivity analysis performed on both simulated and real hyperspectral data acquired in Réunion Island in 2015. The analysis is performed for each inversion setup previously studied. This study shows that in coral reef context the accuracy of the parameterization of the direct model is less important than the choice of the inversion setup. We also demonstrate that it is not possible to identify the most influent parameters of the direct model because it depends on the relative concentration of each optically active constituent., L’imagerie hyperspectrale aéroportée constitue un candidat potentiel pour la cartographie et le suivi des récifs coralliens à large échelle et à forte résolution spatiale. Dans cette thèse, nous présentons tout d’abord les traitements à appliquer au signal hyperspectral afin d’en extraire des informations sur la nature du fond marin, la bathymétrie et les propriétés optiques de l’eau, et nous les mettons en perspectives devant deux principaux verrous : (i) le faible rapport signal sur bruit du signal mesuré, (ii) le nombre et la variabilité des interactions onde-matière ayant lieu entre l’entrée des rayons lumineux dans l’atmosphère et leur mesure par le capteur hyperspectral. En considérant ces limitations, nous examinons les performances d’une des méthodes existantes de traitement de la colonne d’eau : l’inversion de modèle semi-analytique par optimisation. Nous évaluons d’abord la robustesse des estimations des types de fond et de la bathymétrie pour six paramétrisations du schéma d’inversion. Les résultats sur des images hyperspectrales acquises à l’île de La Réunion en 2009 montrent que la paramétrisation de l’inversion joue un rôle crucial sur la qualité des estimations et que la paramétrisation la plus communément utilisée ne présente pas toujours les meilleures performances. Nous évaluons par la suite l’importance de la précision de la paramétrisation du modèle semi-analytique direct à travers une analyse de sensibilité réalisée sur des données hyperspectrales synthétiques puis sur des données réelles que nous avons acquises en 2015 à La Réunion. L’analyse est en outre effectuée pour toutes les paramétrisations de l’inversion précédemment étudiées. Cette étude montre qu’en milieu récifal l’importance de la précision de la paramétrisation du modèle direct est faible devant le choix de la paramétrisation de l’inversion. Nous montrons en outre qu’il n’est pas possible d’identifier le(s) paramètre(s) du modèle direct le(s) plus influent(s) car cela dépend des concentrations relatives de chacun des éléments optiquement actifs de l’eau.

• In order to assess the sustainability of fish resources in the Natural Marine Park of Mayotte (Western Indian Ocean), indicators and monitoring protocols must be determined. • This study relied on the underwater video technique STAVIRO for assessing fish communities and resources. A pilot survey was conducted in Nov. 2014 in the south-east quarter of the Mayotte lagoon, an area encompassing the marine reserves of Longogori, M’Bouzi and the Saziley Marine Park. Out of 115 stations collected, 104 were analysed for habitat and fish, based on a list of 527 species with fishing, ecological, or emblematic interest (cf. AMBIO/A/1). • 43 indicators were computed, analysed, and for some mapped. The PAMPA computing tool was used in this purpose. • 130 fish species and one turtle species were observed. Surgeonfish and butterflyfish were seen on more than 85% of stations, parrotfish on 80%. Lethrinids, serranids and triggerfish were seen on 60% of stations. • Four habitats were present in the stations: Living coral, slab, detritic hard bottoms and sandy bottoms. Slab corresponded to reef flat, while sandy bottoms were found on the inner slope. Fish were significantly more abundant on the barrier reef and in the living coral habitat. • Seven indicators significantly varied according to fishing pressure. Results showed that it is necessary to redefine fishing pressure estimates, and that pressures per fishing gear would be useful for the assessment. • Commercial species, carnivores, piscivores, herbivores, parrotfish, surgeonfish and serranids were significantly more abundant in the Longogori Marine Reserve than outside of the reserve on the barrier reef. These results were consistent with previous studies. • A two-step monitoring protocol was recommended: a) a survey covering the entire lagoon every 6 year; and b) an annual survey focusing on selected fishing grounds and a reference protected site., • Dans le cadre de son plan de gestion, le Parc Naturel Marin de Mayotte doit se doter d’indicateurs pour évaluer l’efficacité des mesures mises en œuvre pour le maintien de peuplements récifaux fonctionnels. • Cette évaluation des peuplements de poissons et notamment des ressources halieutiques du PNMM, s’appuie sur la technique de vidéo rotative STAVIRO. Une campagne pilote a été réalisée avec les moyens du Parc, en novembre 2014 dans une zone couvrant le quart sud-est du lagon. Cette zone comprend la Réserve de la Passe Longogori, le Parc de Saziley et l’Ilot M’Bouzi. 115 stations STAVIRO ont été réalisées dont 104 sont exploitables. Leur analyse a permis de caractériser l’habitat environnant chaque station, ainsi que les peuplements de poissons sur la base d’une liste de 527 espèces d’Intérêt Emblématique, Halieutique et Ecologique (IEHE)) (cf. AMBIO/A/1). 43 métriques ont été calculées, analysées et certaines représentées sous forme de cartes. Les analyses ont été effectuées grâce à l’outil de calcul PAMPA. • 130 espèces de poissons appartenant à la liste IEHE (et 1 espèce de tortue) ont été observées, soit 23 familles taxonomiques. Poissons chirurgiens et poissons papillons sont observés sur plus de 85% des stations, et les poissons-perroquets sur 80% des stations. Lethrinidés, serranidés et balistes sont observés sur 60% des stations. • Les stations se répartissent dans quatre habitats : Corail vivant, Dalle corallienne, Détritique et Fond lagonaire. La dalle correspond aux platiers, tandis que le Fond lagonaire correspond à des stations en pied de tombant récifal et arrière-récif. Les poissons sont significativement plus abondants au niveau du récif barrière et dans les habitats riches en corail vivant. • 7 métriques varient significativement selon le statut de pêche. Les résultats montrent la nécessité de revoir la définition du statut de pêche et l’intérêt de disposer de pressions de pêche par catégorie d’engin. • Espèces commerciales, espèces carnivores, piscivores et herbivores, perroquets, chirurgiens et serranidés sont significativement plus abondants dans la Réserve de la Passe Longogori que sur le récif barrière hors réserve. Les résultats concordent avec les études existantes. • Un suivi en deux étapes est recommandé : a) un suivi complet tous les 6 ans sur l’ensemble du lagon ; et b) un suivi annuel sur une sélection de sites très pêchés et un site de référence protégé.

• This work deals with coral reef fish resources and communities in the Natural Marine Park of Mayotte, Western Indian Ocean). It relies on remote unbaited underwater video observations, using the STAVIRO rotating technique. • This document is complementary to the main assessment report: William Roman and Dominique Pelletier, 2016. The STAVIRO video technique for monitoring fish resources and reef ecosystems in the Natural Marine Park of Mayotte (Western Indian Ocean). Pilot study and recommendations for monitoring. EXPLOCEAN-IFREMER Report. • It pertains to the assessment of resources with respect to fishing pressure and factors related to local habitat and reef geomorphology. • It comprises the description of the metrics used for the assessment: definition, relevance, plots, statistical analyses and results. Figures and statistical analyses were achieved using the PAMPA toolbox (https://w3.ifremer.fr/archimer/doc/00256/36715/), • Cette étude concerne les ressources et peuplements de poissons du Parc Naturel Marin de Mayotte. Elle repose sur des données collectées par STAVIRO, une technique de vidéo rotative. • Ce document complète le rapport: William Roman et Dominique Pelletier, 2016. Utilisation de la technique vidéo STAVIRO pour l’observation et le suivi des ressources et des écosystèmes récifo-lagonaires de Mayotte Etude pilote et recommandations pour les suivis futurs. Rapport EXPLOCEAN-IFREMER. • Il concerne l’évaluation des ressources au regard des pressions de pêche et de facteurs liés à l’habitat à petite échelle et à la géomorphologie des récifs. • Il contient les fiches descriptives de l’analyse de chaque métrique utilisée pour l’évaluation : définition, pertinence, graphiques, tests statistiques et résultats. Les graphiques et analyses statistiques sont réalisés avec l’outil de calcul PAMPA (https://w3.ifremer.fr/archimer/doc/00256/36715/).

• This work deals with coral reef fish resources and communities in the Natural Marine Park of Mayotte, Western Indian Ocean). It relies on remote unbaited underwater video observations, using the STAVIRO rotating technique. • This document is complementary to the main assessment report: William Roman and Dominique Pelletier, 2016. The STAVIRO video technique for monitoring fish resources and reef ecosystems in the Natural Marine Park of Mayotte (Western Indian Ocean). Pilot study and recommendations for monitoring. EXPLOCEAN-IFREMER Report. • It pertains to the assessment of resources with respect to protection status and factors related to local habitat and reef geomorphology. • It comprises the description of the metrics used for the assessment: definition, relevance, plots, statistical analyses and results., • Cette étude concerne les ressources et peuplements de poissons du Parc Naturel Marin de Mayotte. Elle repose sur des données collectées par STAVIRO, une technique de vidéo rotative. • Ce document complète le rapport: William Roman et Dominique Pelletier, 2016. Utilisation de la technique vidéo STAVIRO pour l’observation et le suivi des ressources et des écosystèmes récifo-lagonaires de Mayotte Etude pilote et recommandations pour les suivis futurs. Rapport EXPLOCEAN-IFREMER. • Il concerne l’évaluation des ressources au regard des statuts de protection (AMP) et de facteurs liés à l’habitat et à la géomorphologie des récifs. • Il contient les fiches descriptives de l’analyse de chaque métrique utilisée pour l’évaluation : définition, pertinence, graphiques, tests statistiques et résultats.

• Conducted within the AMBIO project, this work deals with coral reef fish communities and associated habitats, in the New Caledonian lagoons. It aims at assessing the status and trends of habitats and mobile macrofauna in the Voh-Kone-Pouembout lagoon, in the light of demographic and industrial developments and accounting for the existing customary reserve of Oundjo. • It relies on 280 stations collected in 2007 and 2013 using the remote unbaited underwater video STAVIRO rotating technique, which were analysed to characterize habitat, fish assemblages, turtles and sea snakes, from a list of 490 species (AMBIO/A/1). • 143 species (including one turtle species and one sea snake species), belonging to 23 families were observed. The most frequent and abundant families were surgeonfish and parrotfish, then goatfish, butterflyfish and emperors. Groupers and rabbitfish were rarely observed. • 27 indicators were computed, mapped (maps available on a Sextant server), and analysed using the PAMPA computing tool. Outcomes were organized in a dashboard for each management objective (biodiversity conservation and fisheries management). • Coral status is rather good and stable, and shows no impact from anthropogenic pressures, even close to the plant and shipping channel. • Frequency of sharks, rays and humphead wrasses clearly dropped between 2007 and 2013. Turtles were rarely observed in both years. • Fish community is moderately diversified, particularly in the Living Coral habitat. Herviores dominate species assemblage and piscivores are not abundant. • The abundance of several fished species distinctly declined between 2007 and 2013, but trends differed according to areas., • Cette étude conduite dans le cadre du projet AMBIO concerne les communautés de poissons et habitats associés aux récifs coralliens des lagons de Nouvelle-Calédonie. L’objectif est d’évaluer l’état de santé des habitats et de la macrofaune mobile de la zone de Voh-Koné-Pouembout, au regard du développement démographique et industriel et en tenant compte de l’existence de la Réserve coutumière d’Oundjo. • L’étude s’appuie sur 280 stations video STAVIRO collectées lors de deux campagnes réalisées en 2007 et 2013. Leur analyse a permis de caractériser l’habitat environnant chaque station, ainsi que les communautés de poissons, tortues et serpents, sur la base d’une liste de 490 espèces (cf. AMBIO/A/1). • 143 espèces de poissons, tortue et serpent, appartenant à 23 familles ont été observées. Les familles les plus fréquentes et les plus abondantes sont les chirurgiens et perroquets, suivis par les rougets-barbets, les poissons-papillons et les becs et bossus. Loches et picots sont assez peu observés. • 27 indicateurs ont été calculés, représentés sous forme de carte disponible sur un serveur Sextant, et analysés grâce à l’outil de calcul PAMPA. Les résultats sont synthétisés sous forme de tableau de bord par objectif de gestion relatif à la conservation de la biodiversité et la gestion des ressources de la pêche et sous forme de cartes avec des tendances pour les principaux indicateurs relatifs à la pêche. • L’état de santé du corail est satisfaisant et stable ; il ne semble pas avoir souffert du développement démographique et économique de la zone, même à proximité de l’usine et du chenal. • La fréquence d’observation des requins, raies et poissons-napoléons a nettement diminué entre 2007 et 2013. Les tortues ont été peu observées les deux années. • Le peuplement de poisson est moyennement diversifié et abondant, notamment sur l’habitat Corail vivant. Les herbivores dominent l’assemblage, mais sont en diminution. Les piscivores sont peu abondants. • L’abondance de plusieurs espèces pêchées a nettement diminué entre 2007 et 2013, mais la tendance diffère en fonction des zones.

Food resources must managed between human activities and sustainable exploitation, objective of marine protected areas. On Reunion Island, the marine park works more specifically to maintain fish populations with high commercial value, regularly exploited by traditional fishermen, such as the grouper Epinephelus merra (Serranidae) which pelagic larval phase remains unknown. To better understand this phase, the otolith microchemistry was used to trace the life histories of this grouper as well as other reef species (Acanthurus triostegus, Acanthuridae, and Plectroglyphidodon imparipennis, Pomacentridae) for management purposes.Our results allowed differentiating grouper population in Reunion in 3 different groups of larval life histories, using barium concentration in their otoliths which can be enriched in the environment by various natural or anthropogenic sources. These chemical changes are also found in A. triostegus and P. imparipennis with different ecological characteristics. Our results showed that there could be strong temporal variations in chemical concentrations of barium. In the northern reef area (Saint-Gilles and Saint-Paul), these variations are observed significantly mainly during cyclonic events. Natural sources of this element could be identified locally in groundwater collected in the porous basaltic basement of the Reunion, but also at the regional level, where other individuals were collected in the Indian Ocean (Maldives Juan De Nova, Europa). Therefore barium has proven to be an interesting trace element for the analysis of the life story of reef fish, and a tool to reveal the spatial and temporal characteristics of their populations across Reunion structure but also in the Western Indian Ocean. Nevertheless biological, chemical and genetic studies are necessary to complete the knowledge and adapt management measures to the biological cycles of the species., La gestion des ressources alimentaires doit passer par un équilibre entre activités humaines et une exploitation raisonnée de ces ressources, objectif affiché des aires marines protégées. Sur l’île de La Réunion, la réserve naturelle marine œuvre pour le maintien des populations de poissons à forte valeur commerciale et régulièrement exploitées par les pêcheurs traditionnels comme le mérou "macabit" (Epinephelus merra, Serranidae) mais dont la phase larvaire pélagique reste encore peu connue. Pour mieux appréhender cette phase, la microchimie des otolithes a été utilisée pour retracer la vie de ce mérou, mais aussi d’autres espèces aux caractéristiques écologiques différentes (Acanthurus triostegus, Acanthuridae, et Plectroglyphidodon imparipennis, Pomacentridae) dans un objectif appliqué à la gestion.Nos résultats ont permis de différencier la population de macabit à La Réunion en 3 groupes d’histoires de vie larvaires différentes à partir de fortes variations en baryum mesurées sur leurs otolithes, un élément trace, pouvant être enrichi dans le milieu naturel par diverses sources naturelles ou anthropiques. Ces variations chimiques sont retrouvées également chez A. triostegus et P. imparipennis. Nos résultats ont montré qu'il pouvait exister des fortes variations temporelles dans les concentrations chimiques en baryum. Dans le secteur récifal nord (Saint-Gilles et Saint-Paul), ces variations sont observées de façon significative principalement lors d’évènements cycloniques. Des sources naturelles de cet élément ont pu être identifiées localement dans des eaux souterraines prélevées dans le socle basaltique poreux de l’île de La Réunion, mais aussi à l’échelle régionale, sur d’autres individus prélevés dans l’océan Indien (Maldives, Juan De Nova, Europa). Le baryum s’est ainsi révélé être un élément trace à privilégier pour l’analyse de l’histoire de vie des poissons récifaux et pour révéler les caractéristiques spatiales et temporelles de la structure de leurs populations à l’échelle de La Réunion, mais aussi potentiellement de l’océan indien occidental. Des études complémentaires biologiques, chimiques et génétiques sont néanmoins nécessaires afin d’aboutir à des connaissances permettant d’adapter des mesures de gestion aux cycles biologiques des espèces.

Biogenic dissolution of carbonates due to microborers is one of the main destructive forces in coral reefs. Unfortunately this biogeochemical process received low attention and thus is considered as negligible by prediction models of coral reefs future while this process seems to be stimulated by global change factors such as acidification. In this context, dead coral skeletons were exposed, on a reef in New Caledonia, to microborers for six temporal series from 1 to 12 months of exposure (three started in summer and three in winter). Study of coral blocks allowed to determine together biogenic dissolution rates, the diversity and the abundance of microborers. In parallel, external biotic and abiotic parameters were recorded monthly and/or continuously. This experiment highlighted for the first time; I/ three steps in the temporal dynamics of the biogenic dissolution, described by a growth logistic models, driven by microborer communities and grazing intensity; II/ The interactions between microboring community successions and external parameters described by a conceptual model; III/ the influence of external parameters on the dynamic of biogenic dissolution. Thus, results showed an early installation of Ostreobium quekettii, the main agent of the biogenic dissolution and an increase of this process due to higher seawater temperature or nutrients. This suggests, in the context of global change, an acceleration of the biogenic dissolution weakening even more coral reef ecosystems.; La dissolution biogénique des carbonates réalisée par les microperforants constitue une des principales forces de destruction des récifs coralliens. Ce processus, stimulé par certains facteurs du changement global comme l’acidification, est encore peu connu et donc mal intégré dans les modèles de prédiction du devenir des récifs. Pour mieux comprendre ce processus et sa dynamique temporelle, des blocs de squelette corallien ont été exposés, sur un récif en Nouvelle-Calédonie, aux microperforants entre 1 et 12 mois et au cours de six séries temporelles ; trois commençant en été et trois en hiver. Ainsi, les taux de dissolution biogénique ainsi que la diversité et l’abondance des microperforants ont été déterminés. En parallèle, un suivi de paramètres externes, abiotiques et biotiques, a été réalisé. Cette étude a mis en avant i/ trois étapes dans le processus de dissolution biogénique, décrites par un modèle logistique de croissance, contrôlées par les espèces microperforantes et par l’intensité du broutage ; ii/ les interactions entre les paramètres externes et la dynamique des successions de communautés microperforantes décrites dans un modèle conceptuel ; iii/ l’influence de paramètres externes sur la dynamique temporelle de la dissolution biogénique. Ainsi, Ostreobium quekettii, l’agent le plus actif dans la dissolution biogénique, est recruté plus rapidement et la dissolution biogénique augmente lorsque les squelettes sont exposés à des températures plus élevées ou soumis à une augmentation des nutriments. Ces résultats suggéreraient, dans le contexte du changement global, une accélération de la dissolution biogénique fragilisant d’autant plus les récifs coralliens.

Coral reefs are amongst the richest and more emblematic ecosystems of the world. These hotspots of biodiversity provide many services to Human societies, bringing leisure and economic added values. In many areas, especially developing countries, these ecosystems are submitted to both climate change (rise of sea temperature and level, acidification) and human coastal pressures (urbanisation, resources exploitation). In this context, an increasing number of Marine Protected Areas is settled on coral reefs environments in order to ensure their conservation and to mitigate local pressures. Hence, one of MPAs Managers' missions is to bring ecological and social data together to build integrated indicators of effectiveness. In Reunion Island, a MPA called the Marine reserve of La Réunion was settled in 2007 along a densely urbanised and populated fringing reef coast. In order to better evaluate its MPA effectiveness, the manager requires the integration of social stakes to the management plan. A uses monitoring protocol was developed in this purpose using an ultra light aircraft and a camera. Data on 15 different recreational and non-recreational uses were acquired between 2010 and 2013, flying 48 times a year, and entered into a Geographic Information System. A huge resulting database allowed the building of an initial knowledge of the spatio-temporal distribution of uses within the Reserve. It also enabled the analysis of the uses' evolution regarding various factors of variations (amenities, facilities, shark attacks, tourism, etc.). Finally, we assessed the contribution to management efficiency using social indicators (governance, pressure indicators), and to interdisciplinary research in bringing ecologic and uses data together. This thesis brings a brand new information about coastal human activity and spatio-temporal dynamics of direct pressures on reef. This tool, designed to be reproducible and cost-optimized, enables the production of a set of indicators. Its integration to the management plan exclusively depends on the strategic choices of the manager.; Les récifs coralliens figurent parmi les biomes côtiers les plus emblématiques de la planète. Ces points chauds de la biodiversité mondiale sont convoités par les sociétés humaines pour leurs qualités paysagères et leur plus-value économique. Exposés au même titre que de nombreux écosystèmes côtiers aux changements climatiques (élévation de la température, acidification des océans), ils sont de toutes parts soumis à une anthropisation littorale mal maitrisée (urbanisation, surexploitation des ressources). Dans ce contexte, de plus en plus d' Aires Marines Protégées (AMP) s'établissent sur des écosystèmes anthropisés, les amenant à intégrer l'Homme au coeur de la gestion. À La Réunion où l'urbanisation littorale est dense et où le paysage des usages littoraux ne cesse de s’étoffer, une Réserve Naturelle Marine (RNMR) a été établie en 2007 sur un récif frangeant. L’évaluation de l’efficacité de cette AMP par son gestionnaire doit se faire par le biais d'un ensemble d'indicateurs écologiques et socio-économiques. C’est en vue d’apporter des connaissances sur la fréquentation et les usages pratiqués au sein de la RNMR que cette thèse a été initiée. Elaboré sur la base d'un suivi en ULM, un protocole a été reproduit chaque année entre 2010 et 2013 et a permis la constitution d'une base de données spatialisée, dont l'exploitation a produit trois types de résultats: i) une connaissance initiale de la répartition spatio-temporelle des usages au sein de la RNMR; ii) une compréhension de l'évolution des dynamiques spatio-temporelles à la lumière des facteurs de variations identifiés (aménagements, aménités, crise requin, tourisme, etc.), et iii) une contribution à la gestion par le développement d'indicateurs sociaux (gouvernance, pressions), et à la recherche interdisciplinaire par une confrontation des données de fréquentation et des données écologiques du milieu. La réflexion menée dans le cadre de cette thèse apporte un éclairage nouveau sur les usages et la fréquentation des littoraux coralliens à La Réunion, et leur traduction en termes de pression anthropique directe. Pensé pour être reproductible et optimisé en termes de coût, cet outil permet la production d’un ensemble d’indicateurs dont l’intégration au plan de gestion dépend exclusivement des choix stratégiques du gestionnaire.

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Coral reefs are amongst the richest and more emblematic ecosystems of the world. These hotspots of biodiversity provide many services to Human societies, bringing leisure and economic added values. In many areas, especially developing countries, these ecosystems are submitted to both climate change (rise of sea temperature and level, acidification) and human coastal pressures (urbanisation, resources exploitation). In this context, an increasing number of Marine Protected Areas is settled on coral reefs environments in order to ensure their conservation and to mitigate local pressures. Hence, one of MPAs Managers' missions is to bring ecological and social data together to build integrated indicators of effectiveness. In Reunion Island, a MPA called the Marine reserve of La Réunion was settled in 2007 along a densely urbanised and populated fringing reef coast. In order to better evaluate its MPA effectiveness, the manager requires the integration of social stakes to the management plan. A uses monitoring protocol was developed in this purpose using an ultra light aircraft and a camera. Data on 15 different recreational and non-recreational uses were acquired between 2010 and 2013, flying 48 times a year, and entered into a Geographic Information System. A huge resulting database allowed the building of an initial knowledge of the spatio-temporal distribution of uses within the Reserve. It also enabled the analysis of the uses' evolution regarding various factors of variations (amenities, facilities, shark attacks, tourism, etc.). Finally, we assessed the contribution to management efficiency using social indicators (governance, pressure indicators), and to interdisciplinary research in bringing ecologic and uses data together. This thesis brings a brand new information about coastal human activity and spatio-temporal dynamics of direct pressures on reef. This tool, designed to be reproducible and cost-optimized, enables the production of a set of indicators. Its integration to the management plan exclusively depends on the strategic choices of the manager., Les récifs coralliens figurent parmi les biomes côtiers les plus emblématiques de la planète. Ces points chauds de la biodiversité mondiale sont convoités par les sociétés humaines pour leurs qualités paysagères et leur plus-value économique. Exposés au même titre que de nombreux écosystèmes côtiers aux changements climatiques (élévation de la température, acidification des océans), ils sont de toutes parts soumis à une anthropisation littorale mal maitrisée (urbanisation, surexploitation des ressources). Dans ce contexte, de plus en plus d' Aires Marines Protégées (AMP) s'établissent sur des écosystèmes anthropisés, les amenant à intégrer l'Homme au coeur de la gestion. À La Réunion où l'urbanisation littorale est dense et où le paysage des usages littoraux ne cesse de s’étoffer, une Réserve Naturelle Marine (RNMR) a été établie en 2007 sur un récif frangeant. L’évaluation de l’efficacité de cette AMP par son gestionnaire doit se faire par le biais d'un ensemble d'indicateurs écologiques et socio-économiques. C’est en vue d’apporter des connaissances sur la fréquentation et les usages pratiqués au sein de la RNMR que cette thèse a été initiée. Elaboré sur la base d'un suivi en ULM, un protocole a été reproduit chaque année entre 2010 et 2013 et a permis la constitution d'une base de données spatialisée, dont l'exploitation a produit trois types de résultats: i) une connaissance initiale de la répartition spatio-temporelle des usages au sein de la RNMR; ii) une compréhension de l'évolution des dynamiques spatio-temporelles à la lumière des facteurs de variations identifiés (aménagements, aménités, crise requin, tourisme, etc.), et iii) une contribution à la gestion par le développement d'indicateurs sociaux (gouvernance, pressions), et à la recherche interdisciplinaire par une confrontation des données de fréquentation et des données écologiques du milieu. La réflexion menée dans le cadre de cette thèse apporte un éclairage nouveau sur les usages et la fréquentation des littoraux coralliens à La Réunion, et leur traduction en termes de pression anthropique directe. Pensé pour être reproductible et optimisé en termes de coût, cet outil permet la production d’un ensemble d’indicateurs dont l’intégration au plan de gestion dépend exclusivement des choix stratégiques du gestionnaire.

New Caledonian coral reefs constitute a « hot spot » of marine biodiversity and were registered World Heritage by UNESCO in 2008. These reefs are in good health, but they are subject to intense anthropic threats, induced by the increase of industrial (nickel mining) and urban development. A better understanding of the functioning of the Caledonian coral reefs has become a major issue. This work is part of this approach, with as main goals to: (1) reconstruct the architecture of food webs of these ecosystems (stable isotope method), (2) determine their contamination levels in metallic and organic contaminants and (3) describe integration and pathways of some of these contaminants through the food webs. The description of ecosystems and their food webs was carried out by the study of unknown predators: the anguilliform fish (moray, conger and snake eels). Different sources of organic matter (OM) and consumers, including anguilliform fish, were sampled in several sites distributed over a coast to barrier reef gradient within two areas of the south lagoon. Four food webs were identified. The benthic pathway based on the algal turf OM is the main food web, common to all anguilliform fish. The complementary use of benthic sedimentary (SOM) and “lagoon pelagic” (POM) food webs, is also highlighted with variable importance according to species. In addition, OM from seagrasses is included indirectly by the detrital pathway. The numerous anguilliform fish species belong to diverse food webs in part, depending on their habitat (hard and/or soft bottom) and their diet (micro/macro carnivores or piscivores). These predators of high trophic level, consuming mainly crustaceans and fish but also more occasionally annelids and cephalopods, are mostly opportunistic. A competition between some species is underlined by the overlap of their trophic niches. Sources of OM and consumers of the Caledonian coral reefs accumulate moderate to strong concentrations of trace elements issued from agricultural, urban and mining origins. Bioaccumulation depends on both physical and chemical properties of the contaminant and the organism’s own characteristics (size, habitat, diet, etc.). So, contaminants are distributed differently between compartments and only Hg and As are biomagnified along food webs. Contamination of the lagoon by organic pollutants is also pointed out. Even if concentrations measured in anguilliform fish are rather low, widespread contamination, plus the detection of toxic and forbidden pesticides (DDT), confirm the necessity to include this pollution in further studies. All these considerations reinforce the importance of setting up a long-term tracking system of contamination from diverse origins, linked with the trophic functioning of food webs., Les récifs coralliens de Nouvelle-Calédonie constituent un « hot-spot » de biodiversité marine et sont classés au patrimoine mondial de l’Unesco depuis 2008. Ces récifs sont dans un bon état général, mais ils sont soumis à des pressions anthropiques de plus en plus intenses, engendrées par un développement industriel (mines de nickel) et urbain croissant.Mieux comprendre le fonctionnement des écosystèmes lagonaires calédoniens est donc devenu un enjeu majeur. Ce travail s’inscrit dans cette démarche, avec pour objectifs principaux : (1) de reconstruire l’architecture des réseaux trophiques de ces écosystèmes (méthode des isotopes stables), (2) de déterminer leurs niveaux de contamination en éléments traces métalliques et en polluants organiques, et (3) de décrire l’intégration et le cheminement de certains de ces contaminants en leur sein. L’étude des écosystèmes récifo-lagonaires et de leurs réseaux trophiques a été réalisée au travers du prisme de prédateurs méconnus de hauts rangs trophiques : les poissons anguilliformes (murènes, congres et poissons-serpents). Pour ce faire, différentes sources de matière organique (MO) et divers consommateurs, parmi lesquels les poissons anguilliformes, ont été prélevés dans plusieurs sites répartis sur un gradient côte-large et provenant de deux zones du lagon sud.Quatre réseaux trophiques ont été identifiés au cours de ce travail. La voie benthique basée sur la MO du turf algal est la voie trophique majeure, commune à tous les poissons anguilliformes. L’utilisation complémentaire de la voie benthique sédimentaire et de la voie « pélagique lagonaire », est également mise en évidence avec une importance variable selon les espèces. En revanche, la MO provenant des phanérogames marines n’est intégrée qu’indirectement, par le biais de la voie détritique. Les différentes espèces d’anguilliformes appartiennent donc à des réseaux trophiques en partie divergents selon leur habitat (substrat dur ou meuble) et leur régime alimentaire (micro-, macrocarnivore ou piscivore). Ces prédateurs de hauts niveaux trophiques, consommant principalement des crustacés et des poissons mais également occasionnellement des annélides polychètes et des céphalopodes, se révèlent pour la plupart opportunistes. Une compétition entre certaines espèces est soulignée par le recouvrement de leurs niches trophiques. Les sources de MO et les consommateurs récifaux du lagon calédonien accumulent des concentrations modérées à fortes en éléments traces d’origine agricole, urbaine et minière. La bioaccumulation dépend des propriétés physico-chimiques du contaminant lui-même et des caractéristiques propres à l’organisme (taille, habitat, régime alimentaire, etc.). Ainsi, les contaminants sont répartis différemment entre les compartiments, et seuls Hg et As sont bioamplifiés le long des réseaux trophiques. Une contamination du lagon par les polluants organiques est également soulignée. Bien que les concentrations mesurées chez les poissons anguilliformes restent relativement faibles, l’étendue spatiale de cette contamination, ainsi que la détection de pesticides très toxiques dont l’utilisation est interdite (DDT), attestent de la nécessité à considérer cette pollution avec attention. Toutes ces considérations renforcent l’importance de mener un suivi à long terme des contaminations d’origines diverses en relation avec le fonctionnement trophique des systèmes récifo-lagonaires.

Les récifs coralliens forment une interface entre la terre et la mer. À la Réunion, les récifs coralliens n’occupent que 12 % du linéaire côtier total, mais leur importance pour l’activité économique de l’île et pour le bien-être de ses habitants est sans commune mesure avec leur taille. Ce littoral récifal concentre en effet la quasi-totalité de l’activité balnéaire de l’île (la totalité des plages où la baignade est possible et autorisée, 70 % de la capacité d’accueil hôtelière). Comparée aux autres littoraux de l’île, la diversité des usages pratiqués par kilomètre de linéaire côtier est nettement supérieure. À l’évidence, les récifs sont une interface qui attire et polarise les activités humaines. Cette fonction de polarisation vaut également pour les espèces marines qui utilisent le récif comme une nourricerie et comme un garde-manger. Hormis cette fonction de polarisation, les récifs coralliens exercent également une fonction de filtre et une fonction d’enrichissement. La première est de nature purement physique. Les récifs brisent l’énergie des vagues et de la houle évitant ainsi une érosion trop importante du littoral sédimentaire et autorisant des activités économiques dans la plaine littorale adjacente à la ligne de rivage. Comme la polarisation, la fonction d’enrichissement présente une dimension écologique et anthropique. Les récifs enrichissent, en effet, le milieu océanique en flux larvaires et le milieu terrestre en produits de la pêche, et en flux d’images. Autrefois, ils approvisionnaient également l’agriculture en chaux. Ces trois fonctions de polarisation, de filtre et d’enrichissement relèvent d’une interface globale terre – mer, mais elles conduisent à diviser le récif en espaces plurifonctionnels. Functions and logics of interface within the Reunion island’s coral reefs Coral reefs are an interface between land and sea. They attract and polarize human activities. In Reunion island, coral reefs occupy only 12% of the total coastline, but their importance to the economy and the well-being of its population is much higher. They focus 70% of the island accommodation capacity and the variety of uses charged per kilometre of coastline is higher than in the other parts of the coast. Coral reefs also play a role of nursery and pantry within the coastal ecosystem. Besides this function of polarization, coral reefs also have a filter function and a function of enrichment. The first is purely physical. The reefs break the wave energy and avoid excessive erosion of the beach sediment, allowing economic activities in the coastal plain. Coral reefs enrich the ocean environment in larval flows and the human consumers in fishery products, and images. Previously, they also supplied agricultural lime. These three functions (polarization, filter and enrichment) lead to divide the reef into multifunctional spaces.

Dispersal of marine fishes mainly depends on passive transport of planktonic larvae driven by ocean currents. It allows populations to be connected through thousands of kilometers but also make them sensitive to factors limiting larval dispersion. In this regard it is known that there are several physical and biological factors that determine the distribution of marine species larvae and therefore population connectivity.The present work aims to study the effects of geographic traits of Cuban archipelago and biological characteristics of reef fishes inhabiting it on the genetic structure of their populations. Three different species with distinct biological characteristics and broadly distributed within the Caribbean were selected: Stegastes partitus, Haemulon flavolineatum and Acanthurus tractus. Individuals were sampled from five localities distributed around Cuba during the time period from 2005 to 2010. We analyzed mitochondrial DNA (mtDNA) polymorphism: a fragment of the non coding region (NCR) for the three species and cytb for A. tractus. The polymorphism of nuclear microsatellite loci was studied for S. partitus and H. flavolineatum.Genetic diversity, assessed by means of Ho and He have high values when analysing microsatellite loci. These molecular markers revealed the presence of contrasting geographic structure patterns for the two species. Low but significant pairwise FST estimates were obtained for S. partitus while H. flavolineatum was genetically homogenous. These results were supported by mtDNA analyses. Likewise, A. tractus showed no evidence of significant genetic differentiation at the level of the NCR and cytb gene. Differences in population genetic structure of surveyed species could be the result of extant marine currents acting distinctly on species dispersion according to their reproductive behaviour (i.e. spawning sites, benthonic or pelagic eggs and capacity of larvae to staying close to the natal reef or being driven away from it). Mitochondrial markers showed high levels of haplotypic diversity for the three species and contrasted nucleotide diversity, low for S. partitus, intermediate for H. flavolineatum and high for A. tractus. According to these observations and results of neutrality tests and mismatch distribution analyses, it is suggested that recent population expansion occurred in these species. However differences in population parameter estimations suggest that the time and the rate of population expansion were different for the different species.The analysis of A. tractus cytb haplotype relationships grouped some Cuban individuals with two haplotypes previously described as A. bahianus. This latter species has been recently proposed as restrict to South Atlantic and separated from A. tractus by the Amazon-Orinoco outflow barrier. The presence of mtDNA haplotypes from the southern region in Cuba suggests that A. bahianus may be able to overcome this barrier.; La dispersion des poissons des récifs coralliens dépend, pour une large part, de l’existence de larves pélagiques qui peuvent être transportées au sein des courants marins loin de la population source. De l’efficacité de ce transport dépendra l’existence de populations formant un continuum, plus ou moins connectées, tout le long des zones de récifs. Toutefois, ce phénomène de dispersion est complexe et il implique aussi d’autres facteurs, physiques et biologiques, qui influent sur la dispersion de ces organismes.L’objectif de cette thèse a été d’étudier les effets des caractéristiques géographiques de l’archipel cubain et de la biologie des espèces sur la structure génétique et la connectivité des populations de poissons de récifs en utilisant comme modèle trois espèces présentant des traits d’histoire de vie différents : Stegastes partitus, Haemulon flavolineatum et Acanthurus tractus.Nous avons échantillonné des individus adultes dans cinq localités situées autour de l´archipel cubain pendant la période 2005-2010. Le polymorphisme de marqueurs microsatellites a été étudié chez S. partitus et H. flavolineatum, celui de la région non codante de l’ADNmt chez les trois espèces et celui du gène cytb chez A. tractus.L’analyse de la diversité génétique des locus microsatellites révèle des taux d’hétérozygotie observés (Ho) et attendus (He) élevés à chaque locus et pour les deux espèces, mais elles présentent différents patrons d’organisation de la diversité génétique. Chez S. partitus, la comparaison des localités prises deux à deux nous montre une différentiation exprimée par des valeurs de FST très faibles mais significatives, alors que chez H. flavolineatum aucune structuration géographique n’est observée. Ces résultats sont confirmés au niveau de l’ADN mitochondrial, lequel indique aussi une absence de différentiation d’A. tractus pour l’ensemble des localités étudiées. Les différences de structuration génétique des espèces étudiées pourraient être le résultat des effets des courants marins autour de l’ile qui agissent de façon différente sur la dispersion des espèces en fonction de leur comportement reproducteur (e.g. sites de fraie, œufs pélagiques ou benthiques et capacité des larves de rester prêt des récifs natals ou d’être transportés au loin).Pour les marqueurs mitochondriaux, nous avons obtenu des valeurs élevées de diversité haplotypique pour les trois espèces, mais la diversité nucléotidique est très différente selon les espèces, faible chez S. partitus, grande chez H. flavolineatum, et très grande chez A. tractus. La distribution du nombre de différences entre les séquences suggère que ces populations sont passées par des périodes d’expansion démographique. Ceci est confirmé par les estimations des paramètres de tests de neutralité. Les paramètres caractérisant la croissance des populations qui ont été obtenus pour les trois espèces ne sont pas semblables, ce qui suggère que le temps et l’ampleur des événements d’expansion ont été différents pour les trois espèces.L’analyse du gène cytb nous a permis d’identifier des haplotypes chez A. tractus qui n’avaient été observés préalablement que chez A. bahianus. L’aire de répartition de cette dernière espèce a été récemment restreinte à l’Atlantique Sud sur la base de la divergence génétique avec A. tractus et de la séparation géographique qui est maintenu par la barrière que constitue l’embouchure des rivières Orénoque et Amazone. La présence d’haplotypes du sud à Cuba suggère que des individus du sud ont été capables de traverser cette barrière.

National audience; Ecosystem services are a recent way of thinking the world through the prism of economics. They drive to a better integration of the environment into economic and development decision making. They are subject to increasing demand, including the coral reef ecosystem management. For valuing coral reef ecosystem services, the more common way is to go through the total economic value. This total value is applied to the whole coral reef capital considered as a black box, regardless of its heterogeneity in terms of geomorphology, habitats, biotic communities and uses. This functional isotropy of this natural capital is a big constraint for integrating the valuation of ecosystem services into the local governance. The solution needs a cross cutting point of view, mixing economics and geography. Thus the reef is not only a natural capital but also a landscape composed of associated resources spaces generating specific ecosystem services. But the finance orientated trend for valuing the environment makes more and more weak this cross cutting view and drives to a deadlock. A better economic valuation of the coral reef ecosystem services needs to bridge urgently the functional ecosystem and its value. Linking the landscape and the ecosystem services could be the first step of this process.; Les services écosystémiques sont une manière récente de voir le monde sous le prisme de l’économie. Facilitant l’intégration de l’environnement dans la décision publique, ils font l’objet d’une demande grandissante. Les récifs coralliens n’échappent pas à cette évolution. L’évaluation économique des services écosystémiques qu’ils génèrent se fait sous la forme d’une valeur économique totale, qu’on applique à l’ensemble d’un récif donné, considéré comme un capital naturel, sans tenir compte de son hétérogénéité en matière de géomorphologie, d’habitats, de biocénoses et d’usages. Cette isotropie fonctionnelle du capital naturel récif, perçu comme une boîte noire, constitue une puissante contrainte pour intégrer l’évaluation des services écosystémiques qu’il génère à la gouvernance locale. La solution consiste à croiser cette conception économique à une conception géographique considérant le récif comme un paysage, composé d’espaces ressources générant des services écosystémiques spécifiques. Mais cette vision pluridisciplinaire se heurte à la financiarisation grandissante de l’évaluation économique des services écosystémiques. Cette évolution ne peut conduire qu’à une impasse, car elle consacre le découplage entre l’écosystème et sa valeur. Il est donc urgent de mieux intégrer le paysage dans l’évaluation des services écosystémiques.

Dispersal of marine fishes mainly depends on passive transport of planktonic larvae driven by ocean currents. It allows populations to be connected through thousands of kilometers but also make them sensitive to factors limiting larval dispersion. In this regard it is known that there are several physical and biological factors that determine the distribution of marine species larvae and therefore population connectivity.The present work aims to study the effects of geographic traits of Cuban archipelago and biological characteristics of reef fishes inhabiting it on the genetic structure of their populations. Three different species with distinct biological characteristics and broadly distributed within the Caribbean were selected: Stegastes partitus, Haemulon flavolineatum and Acanthurus tractus. Individuals were sampled from five localities distributed around Cuba during the time period from 2005 to 2010. We analyzed mitochondrial DNA (mtDNA) polymorphism: a fragment of the non coding region (NCR) for the three species and cytb for A. tractus. The polymorphism of nuclear microsatellite loci was studied for S. partitus and H. flavolineatum.Genetic diversity, assessed by means of Ho and He have high values when analysing microsatellite loci. These molecular markers revealed the presence of contrasting geographic structure patterns for the two species. Low but significant pairwise FST estimates were obtained for S. partitus while H. flavolineatum was genetically homogenous. These results were supported by mtDNA analyses. Likewise, A. tractus showed no evidence of significant genetic differentiation at the level of the NCR and cytb gene. Differences in population genetic structure of surveyed species could be the result of extant marine currents acting distinctly on species dispersion according to their reproductive behaviour (i.e. spawning sites, benthonic or pelagic eggs and capacity of larvae to staying close to the natal reef or being driven away from it). Mitochondrial markers showed high levels of haplotypic diversity for the three species and contrasted nucleotide diversity, low for S. partitus, intermediate for H. flavolineatum and high for A. tractus. According to these observations and results of neutrality tests and mismatch distribution analyses, it is suggested that recent population expansion occurred in these species. However differences in population parameter estimations suggest that the time and the rate of population expansion were different for the different species.The analysis of A. tractus cytb haplotype relationships grouped some Cuban individuals with two haplotypes previously described as A. bahianus. This latter species has been recently proposed as restrict to South Atlantic and separated from A. tractus by the Amazon-Orinoco outflow barrier. The presence of mtDNA haplotypes from the southern region in Cuba suggests that A. bahianus may be able to overcome this barrier., La dispersion des poissons des récifs coralliens dépend, pour une large part, de l’existence de larves pélagiques qui peuvent être transportées au sein des courants marins loin de la population source. De l’efficacité de ce transport dépendra l’existence de populations formant un continuum, plus ou moins connectées, tout le long des zones de récifs. Toutefois, ce phénomène de dispersion est complexe et il implique aussi d’autres facteurs, physiques et biologiques, qui influent sur la dispersion de ces organismes.L’objectif de cette thèse a été d’étudier les effets des caractéristiques géographiques de l’archipel cubain et de la biologie des espèces sur la structure génétique et la connectivité des populations de poissons de récifs en utilisant comme modèle trois espèces présentant des traits d’histoire de vie différents : Stegastes partitus, Haemulon flavolineatum et Acanthurus tractus.Nous avons échantillonné des individus adultes dans cinq localités situées autour de l´archipel cubain pendant la période 2005-2010. Le polymorphisme de marqueurs microsatellites a été étudié chez S. partitus et H. flavolineatum, celui de la région non codante de l’ADNmt chez les trois espèces et celui du gène cytb chez A. tractus.L’analyse de la diversité génétique des locus microsatellites révèle des taux d’hétérozygotie observés (Ho) et attendus (He) élevés à chaque locus et pour les deux espèces, mais elles présentent différents patrons d’organisation de la diversité génétique. Chez S. partitus, la comparaison des localités prises deux à deux nous montre une différentiation exprimée par des valeurs de FST très faibles mais significatives, alors que chez H. flavolineatum aucune structuration géographique n’est observée. Ces résultats sont confirmés au niveau de l’ADN mitochondrial, lequel indique aussi une absence de différentiation d’A. tractus pour l’ensemble des localités étudiées. Les différences de structuration génétique des espèces étudiées pourraient être le résultat des effets des courants marins autour de l’ile qui agissent de façon différente sur la dispersion des espèces en fonction de leur comportement reproducteur (e.g. sites de fraie, œufs pélagiques ou benthiques et capacité des larves de rester prêt des récifs natals ou d’être transportés au loin).Pour les marqueurs mitochondriaux, nous avons obtenu des valeurs élevées de diversité haplotypique pour les trois espèces, mais la diversité nucléotidique est très différente selon les espèces, faible chez S. partitus, grande chez H. flavolineatum, et très grande chez A. tractus. La distribution du nombre de différences entre les séquences suggère que ces populations sont passées par des périodes d’expansion démographique. Ceci est confirmé par les estimations des paramètres de tests de neutralité. Les paramètres caractérisant la croissance des populations qui ont été obtenus pour les trois espèces ne sont pas semblables, ce qui suggère que le temps et l’ampleur des événements d’expansion ont été différents pour les trois espèces.L’analyse du gène cytb nous a permis d’identifier des haplotypes chez A. tractus qui n’avaient été observés préalablement que chez A. bahianus. L’aire de répartition de cette dernière espèce a été récemment restreinte à l’Atlantique Sud sur la base de la divergence génétique avec A. tractus et de la séparation géographique qui est maintenu par la barrière que constitue l’embouchure des rivières Orénoque et Amazone. La présence d’haplotypes du sud à Cuba suggère que des individus du sud ont été capables de traverser cette barrière.

High biodiversity and productivity, complexity of biotic interactions and trophic networks, wealth and product source, coastal protection are some of the many emblematic characteristics of the coral reef ecosystem. This prodigious diversity is largely due to the particular biology of the principal reef bioconstructors, the hermatypic corals and associated zooxanthellae symbionts. However, over the last decades, most of the reefs have been critically affected by various natural and anthropogenic disturbances which are, at least for some of them, increasing in frequency and intensity in correlation with global climate changes. Among these disturbances, coral bleaching (the loose of zooxanthellae and/or their photosynthetic pigments) and coral diseases have caused high or even massive rates of coral mortality worldwide. Results of the last worldwide coral reefs monitoring programs are particularly alarming and established that 19% of the reefs are completely destroyed, 20% present all symptoms of an imminent threat of collapse, and 20% are at risk for the forthcoming decades. In this context, the objective of this work was to improve our knowledge of enhanced physiological and transcriptomic mechanisms of coral under thermal stress leading to bleaching and bacterial stress. The objective was also to provide strong bases for the use of relevant biomarkers for coral health monitoring and early detection of these disturbances. This work focused on the scleractinian species Pocillopora damicornis, the bacteria Vibrio coralliilyticus, and on the implementation of stress experiments in a controlled but ecologically realistic system. In the first study, P. damicornis colonies were confronted to a gradual water temperature increase (28°C to 32°C) over a 15 days period. mRNAs differentially expressed (between control and thermally stressed conditions) were isolated by subtractive hybridization and the transcription rate of the most promising genes were measured by quantitative-RT-PCR. These approaches revealed 2 candidates that displayed a drastic expression decrease 6 days before the occurrence of the first symptoms of bleaching. RACE-PCR experiments showed that one of them (PdC-Lectin) contains a C-type lectin domain presenting a specificity for recognition and binding of mannose. Immuno-localization experiments have demonstrated that this protein could be the molecular mediator of host/symbionts interaction, which suggest a putative role in the acquisition or the sequestration of symbionts. The second gene (Pdcyst-rich) codes for a protein potentially involved in calcification processes. Its down-regulation could picture a trade-off mechanism leading to calcification failure during thermal stress. In the second study, responses of P. damicornis confronted to its specific pathogen V. coralliilyticus in a virulent (temperature increased) or non-virulent (constant low temperature) state were studied. The infectious process was exained by the combination of electronic microscope observations and quantitative-RT-PCR experiments, and coral health status was evaluated by visual observations and zooxanthellae density measures. Results show that infection only occurs after water temperature was increased. Among several ESTs obtained by subtractive hybridization (between control, bacterially, and thermally plus bacterialy conditions), 6 gene candidates were selected for their putative involvement in the immune response, and their transcription rate was measured by quantitative-RT-PCR all long the kinetics of virulent and non-virulent experiments. Among these genes, 3 belong to the lectin family, 2 code for proteins involved in metal binding and the last one codes for a protease inhibitor. Their expression patterns allowed better understanding the immune response of scleractinian corals as well as the impact of Vibrio on its host. The third publication focus on the characterization of the first antimicrobial peptide (AMP) of scleractinian corals, the damicornin of P. damicornis. Results showed that the damicornin is constituvely transcribed and stocked in an inactive form in ectodermal granular cells. Under immune challenge, damicornin is secreted and activated. Results also showed that after bacterial internalization, Vibrio triggers a down-regulation of the damicornin. In our knowledge this is the first report of the down-regulation of an AMP in a host/Vibrio interaction. Finally, 9 biomarkers of environmental stress were identified and demonstrated to be early regulated, in response of thermal stress for 2 of them, and of bacterial stress for the 7 others. For the last ones, it is possible to differentiate between corals confronted to virulent or non-virulent interaction. After this identification step, a validation stage appears to be necessary. This should focus on the quantification of expression variability of each biomarker at different scales, but also on the definition of an expression baseline, which is essential for biomarkers use for coral health monitoring. This work is particularly promising, and opens perspectives in the field of epigenetic mechanisms involvement in functional adaptation of corals to environmental stress. Another interesting perspective would be the study of the links existing between immunity and symbiosis, which have been put to the fore in the present work by the different involvement of a same gene in both functions (PdC-Lectin). Finally, studying responses of corals to acidic stress would be particularly relevant in the actual context of ocean acidification; Biodiversité élevée, complexité des réseaux trophiques et des interactions biotiques, forte productivité, source de produits et de richesses, protection du littoral ... sont quelques unes des caractéristiques emblématiques des écosystèmes coralliens. Cette prodigieuse diversité est largement liée à la biologie particulière des principaux bioconstructeurs du récif, les coraux hermatypiques et leurs zooxanthelles symbiotiques. Mais depuis quelques décennies, la plupart des récifs sont durement affectés par diverses perturbations d'origine naturelle ou anthropique, dont l'intensité et la fréquence augmentent, en lien avec le changement climatique global pour certaines d'entre elles. Parmi ces perturbations, le blanchissement corallien (perte de zooxanthelles symbiotiques et/ou de leurs pigments photosynthétiques) et les maladies coralliennes ont engendré une mortalité importante, parfois massive, des coraux. Le dernier bilan de l'état de santé des récifs à l'échelle planétaire réalisé en 2008 est particulièrement préoccupant : 19% des récifs sont complètement détruits, 20% présentent tous les symptômes d'une destruction imminente, et 20% sont considérés comme menacés dans les décennies à venir. Dans ce contexte, l'ambition de ce travail est d'améliorer les connaissances sur les méchanismes physiologiques et transcriptomiques des coraux soumis à des stress thermiques conduisant au blanchissement, et à des stress biotiques d'origine bactérienne. L'objectif est également de fournir des bases solides pour la mise en oeuvre de biomarqueurs pertinents pour le suivi de l'état de santé des coraux et la prédiction précoce des perturbations. Ce travail a porté sur le corail scléractiniaire Pocillopora damicornis et la bactérie Vibrio coralliilyticus, et a mis en oeuvre des expérimentations "écologiquement réalistes" de stress en milieu contrôlé. Dans une première étude, des colonies de P. damicornis ont été confrontées à une montée graduelle de la température (28 à 32°C) sur une période de 15 jours. Les ARNms différentiellement exprimés (entre conditions stressées et non stressées) ont été isolés par hybridation soustractive et les taux de transcription des gènes les plus intéressants ont été quantifiés par RT-PCR-quantitative. Ces approches ont révélé 2 candidats présentant une répression drastique de leur expression 6 jours avant les premiers symptômes visibles du blanchissement. Des expériences de RACE-PCR ont montré que l'un d'entre eux (PdC-Lectin) contient un domaine lectine de type C présentant une spécificité de reconnaissance pour le mannose. Les expériences d'immuno-localisation ont démontré que cette protéine hôte était potentiellement le médiateur moléculaire des interactions hôte/symbiote, suggérant un rôle dans l'acquisition ou la séquestration des symbiotes. Le second gène (Pdcyst-rich) code une protéine potentiellement impliquée dans les mécanismes de calcification. Sa répression pourrait être le reflet d'un mécanisme de type trade off conduisant à l'arrêt de la croissance durant le stress. La seconde étude a examiné les réponses de P. damicornis confronté à son pathogène spécifique V. coralliilyticus, dans un état virulent (augmentation de la température) et non virulent (température stable). Le processus infectieux a été examiné par microscopie électronique et RT-PCR-quantitative alors que l'état général des coraux a été évalué par des observations visuelles et des mesures de la densité en zooxanthelles. Les résultats montrent que l'infection ne s'est développée qu'après augmentation de la témpérature. Au sein de nombreuses EST obtenues par hybridations soustractives, 6 gènes candidats ont été sélectionnés pour leur implication potentielle dans les mécanismes de la réponse immunitaire, et leur expression a été mesurée tout au long des cinétiques d'interactions virulences et avirulentes (RT-PCR-quantitative). Parmi ces gènes, 3 appartiennent à la famille des lectines, 2 codes des protéines fixant des éléments métalliques et le dernier code un inhibiteur de protéase. L'analyse de leurs patterns de transcription a permis de mieux comprendre la réponse immunitaire du corail, mais aussi l'impact du vibrio sur son hôte. Enfin, la dernière étude a spécifiquement porté sur la caractérisation du premier peptide antimicrobien (AMP) de scléractiniaires, la damicronin de P. damicornis. Nos résultats montrent que la damicornin est constitutivement transcrite dans des cellules granulaires de l'ectoderme oral et stockée sous forme inactive dans les granules. Lors d'un stimulus immun, la damicornin est sécrétée et activée. Nos résultats montrent également que la transcription de la damicornin est réprimée par V. coralliilyticus lorsque ce dernier s'installe dans les tissus coralliens, ce qui semble être le premier exemple de répression d'un AMP lors d'une interaction hôte/Vibrio. Finalement ce sont donc 9 biomarqueurs de stress environnementaux qui ont été identifiés, 2 présentent une répression précoce de leur expression lors d'un stress thermique inducteur de blanchissement et 7 répondent à des stress bactériens. Pour ces derniers, selon l'association de biomarqueurs utilisée il est possible de distinguer des coraux confrontés à des interactions de type avirulente ou virulente. Maintenant que ces biomarqueurs sont identifiés, il apparaît nécessaire de passer aux étapes de validations. Ces dernières auront pour but de quantifier la variabilityé d'expression de ces biomarqueurs à différentes échelles, mais aussi de définir une ligne de base, indispensable pour suivre l'état de santé des coraux à l'aide de ces biomarqueurs. Au terme de ce travail, il apparaît particulièrement judicieux de se pencher sur l'implication des mécanismes épigénétiques dans l'adaptation fonctionnelle des coraux en réponse aux stress environnementaux. L'étude des liens entre l'immunité et la symbiose, marquée ici par les implications différentes d'un même gène (PdC-Lectin) dans ces fonctions, nous paraît également une voie de recherche prometteuse. Enfin, il conviendrait d'étudier l'effet d'un stress acide, ce qui serait particulièrement judicieux dans le contexte actuel d'acidification des océans.

High biodiversity and productivity, complexity of biotic interactions and trophic networks, wealth and product source, coastal protection are some of the many emblematic characteristics of the coral reef ecosystem. This prodigious diversity is largely due to the particular biology of the principal reef bioconstructors, the hermatypic corals and associated zooxanthellae symbionts. However, over the last decades, most of the reefs have been critically affected by various natural and anthropogenic disturbances which are, at least for some of them, increasing in frequency and intensity in correlation with global climate changes. Among these disturbances, coral bleaching (the loose of zooxanthellae and/or their photosynthetic pigments) and coral diseases have caused high or even massive rates of coral mortality worldwide. Results of the last worldwide coral reefs monitoring programs are particularly alarming and established that 19% of the reefs are completely destroyed, 20% present all symptoms of an imminent threat of collapse, and 20% are at risk for the forthcoming decades. In this context, the objective of this work was to improve our knowledge of enhanced physiological and transcriptomic mechanisms of coral under thermal stress leading to bleaching and bacterial stress. The objective was also to provide strong bases for the use of relevant biomarkers for coral health monitoring and early detection of these disturbances. This work focused on the scleractinian species Pocillopora damicornis, the bacteria Vibrio coralliilyticus, and on the implementation of stress experiments in a controlled but ecologically realistic system. In the first study, P. damicornis colonies were confronted to a gradual water temperature increase (28°C to 32°C) over a 15 days period. mRNAs differentially expressed (between control and thermally stressed conditions) were isolated by subtractive hybridization and the transcription rate of the most promising genes were measured by quantitative-RT-PCR. These approaches revealed 2 candidates that displayed a drastic expression decrease 6 days before the occurrence of the first symptoms of bleaching. RACE-PCR experiments showed that one of them (PdC-Lectin) contains a C-type lectin domain presenting a specificity for recognition and binding of mannose. Immuno-localization experiments have demonstrated that this protein could be the molecular mediator of host/symbionts interaction, which suggest a putative role in the acquisition or the sequestration of symbionts. The second gene (Pdcyst-rich) codes for a protein potentially involved in calcification processes. Its down-regulation could picture a trade-off mechanism leading to calcification failure during thermal stress. In the second study, responses of P. damicornis confronted to its specific pathogen V. coralliilyticus in a virulent (temperature increased) or non-virulent (constant low temperature) state were studied. The infectious process was exained by the combination of electronic microscope observations and quantitative-RT-PCR experiments, and coral health status was evaluated by visual observations and zooxanthellae density measures. Results show that infection only occurs after water temperature was increased. Among several ESTs obtained by subtractive hybridization (between control, bacterially, and thermally plus bacterialy conditions), 6 gene candidates were selected for their putative involvement in the immune response, and their transcription rate was measured by quantitative-RT-PCR all long the kinetics of virulent and non-virulent experiments. Among these genes, 3 belong to the lectin family, 2 code for proteins involved in metal binding and the last one codes for a protease inhibitor. Their expression patterns allowed better understanding the immune response of scleractinian corals as well as the impact of Vibrio on its host. The third publication focus on the characterization of the first antimicrobial peptide (AMP) of scleractinian corals, the damicornin of P. damicornis. Results showed that the damicornin is constituvely transcribed and stocked in an inactive form in ectodermal granular cells. Under immune challenge, damicornin is secreted and activated. Results also showed that after bacterial internalization, Vibrio triggers a down-regulation of the damicornin. In our knowledge this is the first report of the down-regulation of an AMP in a host/Vibrio interaction. Finally, 9 biomarkers of environmental stress were identified and demonstrated to be early regulated, in response of thermal stress for 2 of them, and of bacterial stress for the 7 others. For the last ones, it is possible to differentiate between corals confronted to virulent or non-virulent interaction. After this identification step, a validation stage appears to be necessary. This should focus on the quantification of expression variability of each biomarker at different scales, but also on the definition of an expression baseline, which is essential for biomarkers use for coral health monitoring. This work is particularly promising, and opens perspectives in the field of epigenetic mechanisms involvement in functional adaptation of corals to environmental stress. Another interesting perspective would be the study of the links existing between immunity and symbiosis, which have been put to the fore in the present work by the different involvement of a same gene in both functions (PdC-Lectin). Finally, studying responses of corals to acidic stress would be particularly relevant in the actual context of ocean acidification; Biodiversité élevée, complexité des réseaux trophiques et des interactions biotiques, forte productivité, source de produits et de richesses, protection du littoral ... sont quelques unes des caractéristiques emblématiques des écosystèmes coralliens. Cette prodigieuse diversité est largement liée à la biologie particulière des principaux bioconstructeurs du récif, les coraux hermatypiques et leurs zooxanthelles symbiotiques. Mais depuis quelques décennies, la plupart des récifs sont durement affectés par diverses perturbations d'origine naturelle ou anthropique, dont l'intensité et la fréquence augmentent, en lien avec le changement climatique global pour certaines d'entre elles. Parmi ces perturbations, le blanchissement corallien (perte de zooxanthelles symbiotiques et/ou de leurs pigments photosynthétiques) et les maladies coralliennes ont engendré une mortalité importante, parfois massive, des coraux. Le dernier bilan de l'état de santé des récifs à l'échelle planétaire réalisé en 2008 est particulièrement préoccupant : 19% des récifs sont complètement détruits, 20% présentent tous les symptômes d'une destruction imminente, et 20% sont considérés comme menacés dans les décennies à venir. Dans ce contexte, l'ambition de ce travail est d'améliorer les connaissances sur les méchanismes physiologiques et transcriptomiques des coraux soumis à des stress thermiques conduisant au blanchissement, et à des stress biotiques d'origine bactérienne. L'objectif est également de fournir des bases solides pour la mise en oeuvre de biomarqueurs pertinents pour le suivi de l'état de santé des coraux et la prédiction précoce des perturbations. Ce travail a porté sur le corail scléractiniaire Pocillopora damicornis et la bactérie Vibrio coralliilyticus, et a mis en oeuvre des expérimentations "écologiquement réalistes" de stress en milieu contrôlé. Dans une première étude, des colonies de P. damicornis ont été confrontées à une montée graduelle de la température (28 à 32°C) sur une période de 15 jours. Les ARNms différentiellement exprimés (entre conditions stressées et non stressées) ont été isolés par hybridation soustractive et les taux de transcription des gènes les plus intéressants ont été quantifiés par RT-PCR-quantitative. Ces approches ont révélé 2 candidats présentant une répression drastique de leur expression 6 jours avant les premiers symptômes visibles du blanchissement. Des expériences de RACE-PCR ont montré que l'un d'entre eux (PdC-Lectin) contient un domaine lectine de type C présentant une spécificité de reconnaissance pour le mannose. Les expériences d'immuno-localisation ont démontré que cette protéine hôte était potentiellement le médiateur moléculaire des interactions hôte/symbiote, suggérant un rôle dans l'acquisition ou la séquestration des symbiotes. Le second gène (Pdcyst-rich) code une protéine potentiellement impliquée dans les mécanismes de calcification. Sa répression pourrait être le reflet d'un mécanisme de type trade off conduisant à l'arrêt de la croissance durant le stress. La seconde étude a examiné les réponses de P. damicornis confronté à son pathogène spécifique V. coralliilyticus, dans un état virulent (augmentation de la température) et non virulent (température stable). Le processus infectieux a été examiné par microscopie électronique et RT-PCR-quantitative alors que l'état général des coraux a été évalué par des observations visuelles et des mesures de la densité en zooxanthelles. Les résultats montrent que l'infection ne s'est développée qu'après augmentation de la témpérature. Au sein de nombreuses EST obtenues par hybridations soustractives, 6 gènes candidats ont été sélectionnés pour leur implication potentielle dans les mécanismes de la réponse immunitaire, et leur expression a été mesurée tout au long des cinétiques d'interactions virulences et avirulentes (RT-PCR-quantitative). Parmi ces gènes, 3 appartiennent à la famille des lectines, 2 codes des protéines fixant des éléments métalliques et le dernier code un inhibiteur de protéase. L'analyse de leurs patterns de transcription a permis de mieux comprendre la réponse immunitaire du corail, mais aussi l'impact du vibrio sur son hôte. Enfin, la dernière étude a spécifiquement porté sur la caractérisation du premier peptide antimicrobien (AMP) de scléractiniaires, la damicronin de P. damicornis. Nos résultats montrent que la damicornin est constitutivement transcrite dans des cellules granulaires de l'ectoderme oral et stockée sous forme inactive dans les granules. Lors d'un stimulus immun, la damicornin est sécrétée et activée. Nos résultats montrent également que la transcription de la damicornin est réprimée par V. coralliilyticus lorsque ce dernier s'installe dans les tissus coralliens, ce qui semble être le premier exemple de répression d'un AMP lors d'une interaction hôte/Vibrio. Finalement ce sont donc 9 biomarqueurs de stress environnementaux qui ont été identifiés, 2 présentent une répression précoce de leur expression lors d'un stress thermique inducteur de blanchissement et 7 répondent à des stress bactériens. Pour ces derniers, selon l'association de biomarqueurs utilisée il est possible de distinguer des coraux confrontés à des interactions de type avirulente ou virulente. Maintenant que ces biomarqueurs sont identifiés, il apparaît nécessaire de passer aux étapes de validations. Ces dernières auront pour but de quantifier la variabilityé d'expression de ces biomarqueurs à différentes échelles, mais aussi de définir une ligne de base, indispensable pour suivre l'état de santé des coraux à l'aide de ces biomarqueurs. Au terme de ce travail, il apparaît particulièrement judicieux de se pencher sur l'implication des mécanismes épigénétiques dans l'adaptation fonctionnelle des coraux en réponse aux stress environnementaux. L'étude des liens entre l'immunité et la symbiose, marquée ici par les implications différentes d'un même gène (PdC-Lectin) dans ces fonctions, nous paraît également une voie de recherche prometteuse. Enfin, il conviendrait d'étudier l'effet d'un stress acide, ce qui serait particulièrement judicieux dans le contexte actuel d'acidification des océans.