IRSTEA – Lyon (S. Cauvy-Fraunié, N. Lamouroux) & TEREO – Sainte Hélène du Lac (A. Dos Santos)
Dates envisagées : à partir d’automne 2018

Contexte
Les bassins versants de montagne forment des réseaux hydrographiques particulièrement complexes, caractérisés par une forte hétérogénéité environnementale car ils comprennent des cours d’eau alimentés par différents apports (eaux souterraines, pluie, fonte de neige, glacier) qui présentent des régimes hydrologiques et des conditions environnementales spécifiques (Hannah et al., 2007; Cauvy-Fraunié et al., 2015). Ces hydrosystèmes alpins abritent une biodiversité locale singulière et présentent une forte variabilité spatiale de communautés aquatiques à l’échelle du bassin versant (Jacobsen et al., 2012; Cauvy-Fraunié et al., 2016). Cependant, ces écosystèmes aquatiques sont fortement menacés par les altérations hydrologiques dues d’une part à la diminution de la couverture neigeuse et l’accélération de la fonte des glaciers liées au changement climatique et d’autre part aux pressions anthropiques sur la ressource en eau (hydroélectricité, industrie, irrigation, neige de culture ; Campion, 2002). De plus, dans le contexte politique actuel de réduction des gaz à effet de serre, nous assistons à une multiplication des projets de production d’énergie renouvelable, en particulier de micro-centrales hydroélectriques. Parmi les outils qui permettent de prévoir les impacts des altérations hydrologiques sur les communautés aquatiques, les modèles d’habitat hydraulique sont particulièrement utilisés. Ces modèles couplent un modèle hydraulique des cours d’eau avec un modèle biologique des préférences hydrauliques des organismes. Les modèles statistiques d’habitat hydraulique en partie développés par notre équipe DYNAM (Irstea, Lyon) permettent de déterminer la distribution des fréquences de vitesse, des hauteurs d’eau, des substrats et des contraintes de cisaillement au fond pour une section de cours d’eau en fonction du débit (Lamouroux et al., 1999, 2002, 2005 ; Girard et al., 2014). Les préférences hydrauliques des organismes relient les densités des organismes avec les habitats hydrauliques. Le couplage de ces deux types de modèles permet de quantifier l’impact de l’altération du débit sur la probabilité de présence des organismes et donc d’évaluer l’effet d’un ouvrage sur l’état écologique d’un cours d’eau. Cependant, les modèles de préférences hydrauliques ont été majoritairement développés pour les poissons. Bien qu’il existe certaines études sur les invertébrés (Dolédec et al., 2007, Mérigoux et al., 2009), ces modèles éco-hydrologiques n’ont pas encore été adaptés aux cours d’eau de montagne, hors zones à truite.
Par conséquent, il devient urgent d’étudier le fonctionnement des écosystèmes aquatiques d’altitude, de caractériser la relation entre les conditions hydrauliques et les organismes aquatiques, en particulier les invertébrés, afin de prévoir la réponse des écosystèmes aquatiques face aux altérations hydrologiques. L’objectif principal de cette thèse est de qualifier et quantifier l’impact des altérations hydrologiques sur les écosystèmes aquatiques de montagne, en s’appuyant sur les communautés d’invertébrés aquatiques.
Les principales missions de cette thèse seront de :
1) caractériser le régime hydrologique et thermique (variabilité temporelle du débit et de la température), les conditions environnementales (turbidité, conductivité…) et les communautés d’invertébrés aquatiques des différents types de rivières alpines.
2) estimer les impacts de la modification de débit sur les communautés d’invertébrés aquatiques à partir du couplage de modèles d’habitat hydraulique et de préférences hydrauliques des organismes.
3) évaluer les effets des modifications de débit dues à des micro-centrales sur les communautés d’invertébrés via une comparaison entre les communautés en amont et en aval de plusieurs micro-centrales.

Environnement
L’étudiant(e) sera en cotutelle entre le laboratoire DYNAM (UR RiverLy), à l’IRSTEA sous la direction Sophie Cauvy-Fraunié et Nicolas Lamouroux (IRSTEA) à Lyon et le bureau d’étude TEREO (www.tereo-eren.fr/) à Saint-Hélène-du-Lac, et sous la direction par Anne Dos Santos. L’étudiant(e) sera environ 60% du temps à l’IRSTEA et 40% à TEREO. Une partie des données est déjà disponible. L’étudiant(e) devra réaliser des campagnes de terrain : été 2019 et 2020 où il/elle réalisera des mesures hydrologiques/hydrauliques ainsi que des échantillonnages d’invertébrés aquatiques. Il/elle devra participer au tri, dénombrement et à l’identification des invertébrés aquatiques. L’étudiant(e) développera les modèles hydrauliques et biologiques.

Profil recherché
Étudiant(e) motivé(e), curieux(se), autonome, ingénieur ou titulaire d’un master recherche. Il/elle devra avoir un goût pour le travail de terrain (en montagne) et le travail pluridisciplinaire. Il/elle devra avoir de bonnes connaissances en hydrologie et/ou écologie des systèmes aquatiques. Le projet nécessite une solide expérience en statistiques et traitement de données ainsi qu’une bonne maîtrise de la langue anglaise (lue, écrite et parlée). Une expérience sur la détermination d’invertébrés aquatiques sera un plus. Le démarrage de la thèse est envisagé à l’automne 2018.

Personne à contacter :
Sophie Cauvy-Fraunié : [email protected]
Anne Dos Santos : [email protected]
Envoyer un CV et une lettre de motivation dès que possible
L’appel à candidature sera ouvert jusqu’à ce que la thèse soit pourvue

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CIFRE SCHOLARSHIP: Impact of hydrological alteration on mountain aquatic ecosystems in the French Alps.
TEREO – St. Helena Lake (A. Dos Santos), IRSTEA – Lyon (St. Cauvy-Fraunié, N. Lamouroux)
from autumn 2018

Context
Mountain watersheds display particularly complex hydrographic networks, characterized by a high environmental heterogeneity as they include streams from different water sources (groundwater, rain, snowmelt, glacier melt), which present specific hydrological regimes and environmental conditions (Hannah et al., 2007, Cauvy-Fraunié et al., 2015). These alpine hydrosystems shelter a singular local biodiversity and exhibit a high spatial variability in aquatic communities at the catchment scale (Jacobsen et al., 2012, Cauvy-Fraunié et al., 2016). However, these aquatic ecosystems are strongly threatened by hydrological alterations due to both the reduction in snow cover and the acceleration of glacier shrinkage linked to the ongoing climate change but also to anthropogenic pressures on water resource (hydropower, industry, irrigation, artificial snow; Campion, 2002). In addition, in the current political context of greenhouse gas reduction, we are experiencing a proliferation of renewable energy production projects, in particular micro-hydropower plants. Among the existing tools allowing to predict the impacts of hydrological alterations on aquatic communities, hydraulic habitat models are particularly used. These models combine both hydraulic models and biological models of hydraulic preferences of aquatic organisms. Statistical models of hydraulic habitat, partly developed by our team (Dynam, Irstea – Lyon), allow determining the frequency distribution of velocity, water level, substrate and near-bed shear stress at the reach scale for a given discharge (Lamouroux et al., 1999, 2002, 2005, Girard et al., 2014). The hydraulic preferences of the organisms link the densities of the organisms with hydraulic habitats. The combination of these two types of models allows quantifying the impact of flow alteration on the probability of organism occurrence, and thus evaluating the effect of infrastructures on the aquatic ecosystem. However, hydraulic preference models were mostly developed for fish. Although there are some studies on invertebrates (Dolédec et al., 2007, Mérigoux et al., 2009), these eco-hydrological models have not yet been adapted to mountain streams, especially in fishless streams.
Therefore, it is urgent to examine the ecosystem functioning of these mountain streams to characterize the relationship between hydraulic conditions and aquatic organisms, especially invertebrates, in order to predict the response of aquatic ecosystems to hydrological alterations. The main aim of this thesis is to qualify and quantify the impact of hydrological alterations on mountain aquatic ecosystems, based on aquatic invertebrate communities.
The main objectives of this project will be to:
1) characterize the hydrological and thermal regime (temporal variability of flow and temperature), environmental conditions (turbidity, conductivity …) and aquatic invertebrate communities of each different type of alpine rivers.
2) estimate the impacts of flow alteration on aquatic invertebrate communities based on the combination of hydraulic models and hydraulic preferences.
3) assess the effects of flow modification due to micro-hydropower plants on invertebrate communities based on comparison of aquatic communities upstream and downstream various micro-hydropower plants.

Environment
The student will be based at both the laboratory DYNAM (UR RiverLy), IRSTEA supervised by Sophie Cauvy-Fraunié and Nicolas Lamouroux (IRSTEA) in Lyon and at TEREO office (www.tereo-eren.fr/) in Saint-Hélène-du-Lac supervised by Anne Dos Santos. The student will be ~ 60% at IRSTEA and 40% at TEREO. Part of the data is already available. The student will perform two field campaigns: summer 2019 and 2020 where he/she will perform hydrological/hydraulic measurements and sample aquatic invertebrates. He/she will participate to both invertebrate sorting, counting and identifying. The student will develop both hydraulic and biologic models.

Profile required
We are looking for a motivated, curious, and independent student, with a research master degree. He/she should have a strong interest in aquatic ecosystems, hydrology and invertebrates. He/she should also show interest in field work (especially in the mountain) and multidisciplinary work. He/she should have a good knowledge of hydrology and/or ecology of aquatic systems. The study requires a solid experience in statistics and data processing as well as a good knowledge of the English language. An experience on aquatic invertebrate determination is advantageous. The thesis will start from fall 2018.

Contact :
Sophie Cauvy-Fraunié : [email protected]
Anne Dos Santos : [email protected]
Send a CV and a cover letter as soon as possible, the call for applications will be open until the position is filled.

References:
Cauvy-Fraunié S., Andino P., Espinosa R., Calvez R., Jacobsen D. & Dangles O. (2016) Ecological responses to experimental glacier-runoff reduction in alpine rivers. Nature Communications.
Cauvy-Fraunié S., Espinosa R., Andino P., Jacobsen D. & Dangles O. (2015) Invertebrate metacommunity structure and dynamics in an andean glacial stream network facing climate change. PloS one, 10, e0136793.
Doledec S., Lamouroux N., Fuchs U. & Merigoux S. (2007) Modelling the hydraulic preferences of benthic macroinvertebrates in small European streams. Freshwater Biology, 52, 145-164.
Girard V., Lamouroux N. & Mons R. (2014) Modeling point velocity and depth statistical distributions in steep tropical and alpine stream reaches. Water Resources Research, 50, 427-439.
Hannah D.M., Brown L.E., Milner A.M., Gurnell A.M., Mcgregor G.R., Petts G.E., Smith B.P.G. & Snook D.L. (2007) Integrating climate–hydrology–ecology for alpine river systems. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 17, 636-656.
Jacobsen D., Milner A.M., Brown L.E. & Dangles O. (2012) Biodiversity under threat in glacier-fed river systems. Nature Climate Change, 2, 361-364.
Merigoux S., Lamouroux N., Olivier J.M. & Doledec S. (2009) Invertebrate hydraulic preferences and predicted impacts of changes in discharge in a large river. Freshwater Biology, 54, 1343-1356.

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