Durée du stage : 24 semaines (calendrier de démarrage – fin janvier à début février – calendrier révisable selon les contraintes de mobilité des candidats).

Contextes
La biosphère est exposée à des changements globaux qui modifient, sélectionnent ou altèrent l’expression et l’organisation du monde vivant, à différentes échelles d’intégration biologique (du gène au paysage ou au biome). Ainsi, identifier les risques environnementaux provoqués par le réchauffement climatique est devenu un enjeu majeur.
L’écotoxicologie s’applique à relier des domaines d’approches de la toxicologie et de l’écologie, cependant les contraintes d’échelles limitent certains champs d’exploration fonctionnelle de cette science, car rares sont les modèles qui permettent l’étude des effets d’exposition à moyens termes (approches multi-générationnelles) dans un macrosystème.
Le présent projet cible, chez les poissons, les conséquences démographiques d’une exposition à des rejets industriels perdurant depuis 30 ans. Dans le système étudié – réservoir du Mirgenbach (CNPE, Cattenom) créé à la fin des années 1980 – des poissons vivent confinés depuis plusieurs générations, dans un modèle, mimant un réchauffement climatique hivernal. Avec la chronique d’acquisition, il est possible de tester la stabilité ou l’évolution chronologique de la structure démographique chez différentes espèces de poissons ainsi que certains de leurs traits biologiques (âge de maturité, croissance, longévité, …). La variabilité des traits exprimés par ces différents modèles biologiques et leur répercussion pour les stratégies démographiques seront confrontées à l’analyse des conditions mésologiques particulières au réservoir (thermie, trophie).
Le projet nécessite de compléter l’acquisition de données scalimétriques pour tester au sein des populations considérées, l’hypothèse de changements graduels de structures démographiques en réponse à ces conditions mésologiques particulières. Peut-on utiliser la structure démographique de populations de poissons pour caractériser les changements de contextes mésologiques survenus dans le réservoir du Mirgenbach ? Au cours du développement, il apparaît chez plusieurs espèces, une discontinuité de croissance individuelle, entre les stades juvéniles et adultes. Peut-on relier cette discontinuité de croissance à l’investissement énergétique pour la reproduction ? Cette discontinuité est-elle stable de générations en générations selon la disponibilité en ressources trophiques ? Comment cette discontinuité pèse-t-elle sur la structure démographique et son évolution au cours de la série chronologique ?

Présentation du modèle d’étude : Le modèle « Mirgenbach »
La centrale électronucléaire de Cattenom (Moselle, nord-est France), l’une des plus puissantes en France, se démarque du reste du parc de production énergétique, par l’originalité de ces réseaux d’alimentation et de refroidissement des eaux. Une partie des eaux pompées en Moselle s’évapore au niveau des aéroréfrigérants ; le reste de l’eau transite par le plan d’eau du Mirgenbach (95 ha, 7 millions de m3), avant d’être restituée à la Moselle. La mise en eau du réservoir date de 1985 et le raccordement des 4 tranches de production s’étale de 1986 à 1991.
Le système Mirgenbach a été conçu et est géré par l’Homme. L’apport continu d’eau dans le Mirgenbach (de l’ordre de 5m3s-1) induit un court temps de séjour de l’eau dans le réservoir (environ 10 à 15 jours), l’homogénéisation de la masse d’eau sous l’effet du brassage continu ainsi que le réchauffement des eaux. L’écart thermique entre le réservoir et la Moselle varie de près de 5°C en hiver à 1 ou 2°C en été L’évaporation (au niveau des aéroréfrigérants) concentre les solutés avant que l’eau n’atteigne le réservoir. Les eaux issues de la Moselle circulent par des conduites métalliques (en laiton, jusqu’au milieu des années 2010) avant de séjourner dans le réservoir. L’abrasion et l’érosion de ces conduites ont induit dans le cas du laiton, un apport continu de cuivre et de zinc dans le plan d’eau.
La production primaire ou secondaire dans le réservoir est donc soumise à différents effets :
– un court temps de séjour de l’eau dans le plan d’eau (environ 10 à 15 jours) ;
– l’homogénéisation de la masse d’eau, sous l’effet du brassage continu ;
– le réchauffement des eaux ;
– l’apport de nutriments et de particules ;
– l’apport de contaminants métalliques qui dans le cas du cuivre limite la production primaire ;
– la conquête des différents compartiments du système stagnant Mirgenbach (compartiments benthiques et pélagiques), par des espèces autochtones ou allochtones subissant un filtre de sélection induit par les caractéristiques énoncées précédemment.

Dans le cas de la contamination métallique, les animaux aquatiques sont exposés à la fois, à la présence de cuivre en phase soluble et par l’ingestion de proies ou de particules contenant du cuivre. Ces risques de contamination peuvent être amplifiés en présence d’eaux échauffées et dures et selon les phases organiques ou particulaires présentes.
Les niveaux annuels de production primaire (chlorophylle) et secondaire (biomasse de poissons) suggèrent une relation bottom up entre le compartiment algal et les niveaux trophiques supérieurs constitués par les poissons. Les espèces mésophiles (perche, gardon, sandre) dominantes pendant les années qui ont suivi la création du plan d’eau ont été progressivement dominées ou remplacées par les espèces thermophiles (brèmes communes et bordelières, perche soleil). Les analyses conduites entre 1991 et 2002 avaient déjà révélé la diminution régulière des longueurs maximales et de la longévité chez les gardons mais aussi chez les brèmes communes et bordelières. Depuis les années 2000, la valorisation des données acquises a concerné principalement le domaine littoral, en explorant les traits biologiques de la perche soleil. Le projet ciblera la démographie des espèces pélagiques dominantes.

Hypothèse de travail

Le réservoir du Mirgenbach peut être assimilé à un modèle de contrainte ou d’exposition des poissons, à la fois aux effets de la température et à celle de la contamination métallique et ce depuis plusieurs générations successives. La contamination métallique pourrait limiter l’accès à la ressource trophique et amplifier la compétition intra et interspécifique chez les poissons pélagiques directement dépendants de la production planctonique, en raison de la pauvreté en zoobenthos. La température agit sur la phénologie (calendrier de développement et de reproduction…) et exercerait une variable de forçage de l’activité métabolique dont dépendent la croissance individuelle et le développement sexuel.
Le bilan thermique annuel serait favorable à la croissance individuelle des poissons pendant la phase juvénile et jusqu’au recrutement (poissons devenant adultes, à l’âge de 2 ans pour les gardons et brèmes communes ou bordelières). A partir du recrutement, l’effort de reproduction pourrait induire un ralentissement ou une discontinuité de croissance identifiable par la lecture des écailles et par le resserrement des distributions de longueurs individuelles.

Programme de travail
Le plan de travail consistera dans l’exploitation de données scalimétriques (données anciennes et nouvelles acquisitions). Il s’agit à la fois d’identifier l’âge des poissons par lecture des écailles et de retrocalculer la longueur individuelle lors des hivers successifs. Les poissons ont été recueillis au moyen de filets maillants verticaux posés en été et en automne entre 1991 et 2014 et de filets maillants scandinaves employés en automne depuis 2005. L’emploi de mailles différentes permet d’accéder à l’éventail des tailles représentées dans le milieu ; l’effort de pêche invariant permet d’obtenir la structure démographique par espèce et des indicateurs d’abondance.
Les données scalimétriques acquises seront à confronter aux bases de données scalimétriques antérieures, acquises dans le réservoir (voire dans d’autres systèmes régionaux). Ces données seront compilées dans des bases de données biologiques regroupant les données de dissection également acquises préalablement (biométrie individuelle, développement sexuel, parasitisme, …).

La détermination de l’âge permettra de suivre l’évolution de la longévité (1), d’évaluer la puissance des cohortes (2)(composition démographique, distribution des longueurs) pour tout ou partie de la chronique d’acquisition. Pour connaître cette structure démographique (2)(répartition par classe d’âge), il faudra déterminer l’effectif optimal de poissons dont on doit connaître l’âge pour construire une clé taille-âge spécifique voire périodique (recouvrant les années de la période d’étude). Le rétrocalcul et l’utilisation de modèles de croissance permettront d’évaluer les conditions de croissance individuelle (3). Ces éléments de structure (2) et ces variables d’état (1)(3) seront confrontés aux conditions environnementales annuelles ou pluriannuelles (température, production primaire, biomasse et traits des poissons capturés). Cette analyse pourra bénéficier de la régularité des relevés thermiques, du dosage mensuel de la teneur en chlorophylle (et des nutriments), du volume annuel des captures de poissons, de la saisonnalité d’accès à ces échantillons (intégrant notamment le développement sexuel automnal).
Les indicateurs de croissance individuelle permettront pour chaque cohorte, de caractériser les étapes marquantes du cycle biologique et leur (in)stabilité, en identifiant l’existence ou non de phases de continuité, de ralentissement ou de discontinuité de croissance, associées aux hivers peu marqués ou au développement sexuel ou encore à la reproduction. On pourra en particulier déterminer les longueurs des poissons à l’âge d’1, 2 ou 3 hivers, pour des générations successives de poissons, puis confronter ces longueurs à des âges différents pour une même cohorte ou au même âge pour des cohortes différentes.

Parallèlement, la consultation bibliographique ciblera 1/ les aptitudes de poissons à s’adapter face à des contraintes thermiques, 2/ la performance d’indicateurs se rapportant aux chroniques de température, et de contamination métallique.
Plusieurs modèles biologiques seront approchés à des degrés divers : perches fluviatiles, gardons, brèmes communes et bordelières. Au cours des 25 ans de chronique, ces 4 modèles ont déjà fait l’objet d’une détermination de l’âge pendant 10 à 20 ans dans le réservoir (lecture de pièces anatomiques – écailles essentiellement- bancarisation photographique partielle, acquisition de mesures pour le rétrocalcul). Les années de captures et les populations à tester évolueront avec le progrès dans la construction des bases d’informations, avec la mise en évidence ou non de situations de convergence ou d’hétérogénéité rencontrées dans les modèles biologiques et selon le partage des tâches entre plusieurs opérateurs.

Le ou la stagiaire bénéficiera d’une aide d’enseignants chercheurs qualifiés dans leurs domaines respectifs (ichthyologie, traits biologiques : croissance et reproduction ; modélisation et exploration des données).
Le travail pourra être conduit en partenariat avec des scientifiques d’EDF qui ont en charge soit la recherche ou le développement d’outils d’évaluation environnementale, soit la surveillance des sites de production énergétique.
Ce travail sera conduit en complémentarité d’une étude doctorale portant sur la modélisation de la dynamique spatio-temporelle des populations de poissons vivant dans le réservoir. Il est également prévu le recrutement de stagiaires (L3 ou M1) susceptibles de participer au progrès des connaissances sur ces sujets d’ichthyologie.
Le ou la candidat(e) devra manifester des aptitudes au travail en laboratoire (sérieux, curiosité intellectuelle, respect des consignes, implication personnelle, efficacité, force de proposition, esprit critique et de synthèse, aptitudes aux échanges, …).

Indemnités de stage (respect de la réglementation française en vigueur). Prise en charge des repas dans le cas de missions journalières.

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