Structure spatiale à multi-échelles de la biodiversité benthique des monts sous-marins et pentes insulaires à partir de l'analyse d'images : approches méthodologiques et rôle de l'habitat - Université des Antilles Access content directly
Theses Year : 2022

Multiscale spatial patterns of benthic biodiversity on seamounts and island slopes from image analysis : methodological approaches and role of habitat

Structure spatiale à multi-échelles de la biodiversité benthique des monts sous-marins et pentes insulaires à partir de l'analyse d'images : approches méthodologiques et rôle de l'habitat

Abstract

Seamounts display high habitat heterogeneity. However, the multiscale spatial structure of their community and the environmental factors that explain it are poorly documented. In a context where these habitats are subject to various anthropogenic pressures (e.g., industrial fishing, mining of rare metals), it is urgent to fill these knowledge gaps.This implies using underwater imaging methods and a multiscale sampling plan. However, the deep-sea fauna remains largely unknown and one of the major difficulties is to robustly identify the organisms visible on the images.The objectives of this thesis are to improve themethods for characterising the visible fauna on bottom images and to use these methods to describe the spatial structure of the megabenthiccommunities of seamounts and island slopes of the Mozambique Channel (Indian Ocean), and finally, to identify the environmental factors that explain this structure at regional and local scales. The comparison of biodiversity data assessed from dredges/trawls and in situ images in various benthic habitats shows differences according to the method (image/physical sampling), the habitats (soft/rocky bottom) and the taxa. These methods are complementary and we propose recommendations to improve the identification of fauna on images, notably with identification keys adapted to the images. The taxonomic identification of sponges and cnidarians on images does not exceed the rank of the order or class.For these habitat-forming organisms, we propose to characterize diversity using a morpho-functional approach. These methods were deployed on towed camera transects on the summits and upper slopes of four seamounts and the slopes of two islands in the Mozambique Channel and combined with quantitative environmental data. Densities can vary by a factor of 10 between sites, favoured by strong currents. High levels of beta diversity are explained by the diversity of the substrate, and of different rock types. The communities are very heterogeneous within sites (a mount or an island slope) and between sites which are 4 to 1400 km apart. The factors that contribute to explain this heterogeneity are hydrology (current, primary production) (15%; > km), geomorphology (6.5%; > km), topography (7.9%; 60-500 m), and substrate (9.5%; 60 m). The morpho-functional approach on cnidarians and sponges allowed the assessment of the spatial structure of their morphological diversity and how it responds to the environment, as well as its role on the structure of communities of associated organisms. This method provides indicators of the structure of vulnerable habitats.This work provides initial results on seamount communities in the Mozambique Channel, and could be used to implement management strategies, particularly in the context of the marine protected areas of Mayotte and the Glorieuses archipelago.
Les monts sous-marins présentent une forte hétérogénéité d’habitats. Cependant, la structure spatiale à multi-échelles de leurs communautés et les facteurs de l’environnement qui l’expliquent sont peu documentés. Dans un contexte où ces habitats sont soumis à de nombreuses pressions anthropiques (ex : pêche industrielle, exploitation minière), il est urgent de combler ces déficits de connaissances. Cela implique d’utiliser des méthodes d’imagerie sous-marine et un plan d’échantillonnage multi-échelles. Or, la faune des milieux profonds reste très méconnue et une des difficultés majeures est d’identifier de façon robuste les organismes visibles sur les images. Cette thèse a donc pour objectifs d’améliorer les méthodes de caractérisation de la faune visible sur des images et d’utiliser ces méthodes pour décrire la structure spatiale des communautés mégabenthiques des monts sous-marins et pentes insulaires du canal du Mozambique (Océan Indien), et enfin, d’identifier les facteurs environnementaux qui expliquent cette structure aux échelles régionales et locales. La comparaison des données de biodiversité évaluées à partir de dragues/chaluts et d’images in situ dans divers habitats benthiques montre des différences selon la méthode(image/collecte), les habitats (fond meuble/rocheux) et les taxons. Ces méthodes sont complémentaires et nous proposons des recommandations pour améliorer l’identification de la faune sur les images, avec notamment des clés d’identification adaptées aux images.L’identification des éponges et des cnidaires sur les images n’excède pas le rang de l’ordre ou classe. Pour ces organismes constructeurs, nous proposons de caractériser la diversité par une approche morphofonctionnelle. Ces méthodes ont été déployées sur des transects de caméra tractée sur les sommets et haut de pente de quatre monts sous-marins et les pentes de deux îles du canal du Mozambique et associées à des données environnementales quantitatives. Les densités peuvent varier d'un facteur 10 entre les sites, favorisées par les courants forts. De fortes diversités bêta sont expliquées par la diversité du substrat, y compris différentes natures de roches. Les communautés sont très hétérogènes à l’échelle d’un site (mont/pente insulaire) et entre sites, distants de 4 à 1400 km. Les facteurs qui contribuent à expliquer cette variabilité sont l’hydrologie (courant, production primaire) (15% ; > km), la géomorphologie (6,5% ; > km), la topographie (7,9% ; 60-500 m) et le substrat (9,5% ; 60 m). L’approche morpho-fonctionnelle sur les cnidaires et les éponges a permis d’évaluer la structure spatiale de leur diversité morphologique, sa réponse à l’environnement, et son rôle sur la structure des communautés d’organismes associés. Cette méthode fournit des indicateurs de la structure des habitats vulnérables.Ce travail fournit des premiers résultats sur les communautés des monts sous-marins dans le canal du Mozambique, et pourra servir à la mise en place de stratégies de gestion, notamment dans le cadre des aires marines protégées de Mayotte et de l’archipel des Glorieuses.
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Cite

Mélissa Hanafi-Portier. Structure spatiale à multi-échelles de la biodiversité benthique des monts sous-marins et pentes insulaires à partir de l'analyse d'images : approches méthodologiques et rôle de l'habitat. Ecologie, Environnement. Université de Bretagne occidentale - Brest, 2022. Français. ⟨NNT : 2022BRES0068⟩. ⟨tel-03953104⟩
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