Proposition de stage au LEBCO (Laboratoire d’Ecologie Benthique Côtière) de l’unité DYNECO du Centre Ifremer de Bretagne.

Sujet : « Etude de la connectivité entre les populations d’herbiers de zostère sur la façade Manche Atlantique : analyses conjointes de données hydrodynamiques simulées avec le code MARS3D et de données génétiques »

Niveau : M2 Recherche ou diplôme d’ingénieur
Durée : 6 mois à partir de début 2022.
Encadrants : Philippe Cugier, Flavia Nunes, Martin Marzloff (DYNECO-LEBCO)

Contexte et description du stage :

Dans le cadre du projet intégré Européen LIFE – Marha (Nature Integrated Project for effective and equitable management of marine habitats in France), le LEBCO pilote une action sur les habitats herbier de zostères de métropole (identifiés comme un habitat côtier d’intérêt prioritaire par le ministère de la Transition Ecologique). Cette action est déployée sur un réseau de différents sites d’études répartis le long des façades françaises métropolitaines (Manche-Atlantique et Méditerranée). Elle combine une gamme d’approches complémentaires (suivis et observations ; analyses moléculaires ; expériences in situ ; modélisation) afin de mieux caractériser l’état de conservation des herbiers et d’évaluer la pertinence du réseau NATURA 2000 en mer et des mesures de gestion locale pour le maintien et/ou la restauration du bon état écologique de cet habitat sur le littoral métropolitain français.
Afin de mieux comprendre et prédire la dynamique des herbiers de zostères, l’acquisition de connaissances vise à quantifier divers processus populationnels. Parmi ces processus, la connectivité marine, via la dispersion par les courants de graines ou de fragments de feuilles, joue à l’échelle des façades un rôle clé dans l’interdépendance entre populations distantes. En effet, pour les espèces marines (animales ou végétales) fixées ou peu mobiles, comme les herbiers, la dispersion de propagules (larves, graines, kystes,…) est un processus clé déterminant la distribution spatiale de ces espèces, et notamment leurs dynamiques locales d’expansion ou de régression. Beaucoup de facteurs influent sur la dispersion de propagules au gré des courants et déterminent les patrons de connectivité : variabilités saisonnières et interannuelles des conditions hydroclimatiques (vents, débit des fleuves, stratification des masses d’eau), caractéristiques bio-physiques des particules transportées (densité, capacité de mobilité,…).

Deux approches sont traditionnellement utilisées pour étudier la connectivité entre population : 1/ la modélisation numérique hydrodynamique et 2/ la structure génétique des populations. Dans le cadre de ce stage il est proposé d’associer données de modélisation et données génétiques pour évaluer les connectivités entre les principales populations d’herbiers de la façade Manche-Atlantique et le cas échéant leurs robustesses et les facteurs de leurs variabilités. Deux sources de données sont disponibles au LEBCO :
– Une base de données simulée de connectivité entre 60 zones de la façade Manche-Atlantique réalisée à l’aide du code hydrodynamique MARS3D de l’Ifremer. Les simulations se basent sur le lâché de traceurs numériques dans chacune des zones et le suivi de leur transport et de leur connexion avec les autres zones pour des durées de transport variant de 3 à 6 semaines. Les expériences de lâché de traceurs ont été réalisées pour chaque mois entre avril et octobre et pour toutes les années de 2012 à 2016. Elles permettent ainsi de couvrir une large gamme de variabilité des conditions hydro-climatiques intra- et inter-annuelles.
– Des données génétiques type RadSeq (~10,000 SNPs) acquises dans 8 différentes populations d’herbiers de la façade Manche-Atlantique. A chaque site, 96 pieds de zostères ont été prélevées sur 4 quadrats ayant des coordonnées géographiques précises pour chaque pied, permettant une analyse de la structure clonale et génétique a fines et larges échelles spatiales. La matrice de SNPs sera disponible lors du début du stage (traitement bioinformatique en cours).

En se basant sur ces jeux de données complémentaires et sur les distributions connues des principales populations de la façade Manche-Atlantique, le stage visera à développer et comparer différents indicateurs concernant la connectivité et la structure du réseau (i.e. rôle de chaque site au sein de la méta-population à l’échelle de la façade Manche-Atlantique).
(1) Premièrement, un défi méthodologique majeure de ce stage vise à explorer et à caractériser les similitudes et les différences dans les connectivités estimées via l’hydrodynamisme d’une part, et la génétique d’autre part. Il s’agira notamment de caractériser la connectivité théorique hydrodynamique entre certaines populations et de la comparer aux indices de connectivité issus de la génétique.
(2) Un second volet de ce stage visera à explorer la variabilité intra- et inter-annuelles des patrons de connectivité estimés, et à utiliser des modèles statistiques pour identifier l’influence de différents facteurs (par exemple les régimes de vent, les conditions de marée, de vagues, voire la stratification locale des masses d’eau etc…) ? Peut-on identifier les conditions météorologiques particulières qui modifient les patrons de connectivité moyen et peuvent exceptionnellement créer (ou à l’inverse supprimer) des liens importants entre populations locales ?
(3) Enfin, dans une perspective de gestion, peut-on identifier des populations clés ? le réseau actuel d’aires marines protégées est-il suffisamment dense/interconnecté pour maintenir un échange entre les zones protégées ? Peut-on identifier des barrières naturelles à la connectivité ?

Profil recherché :

– Master 2 ou diplôme d’ingénieur en océanographie côtière, écologie numérique, sciences halieutiques ou analyses de données / statistiques.
– Aptitude et intérêt pour l’analyse de données (notamment l’analyse de réseaux) et les outils informatiques. Connaissance de la programmation sous R et des notions en bash. Concepts de base de la génétique des populations (des indices de différentiation, consanguinité, hétérozygotie, etc.). Expérience de travail en cluster de calcul souhaitable, mais non requis.
– Autonomie, rigueur.
– Bonne qualité rédactionnelle

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