Abstract: Parmi les outils qui permettent de mieux comprendre les systèmes naturels, la modélisation écologique a connu un essor particulièrement important depuis une vingtaine d’années. Les modèles écologiques, représentation simplifiée d’une réalité complexe, permettent de mettre en avant les facteurs environnementaux qui déterminent la niche écologique des espèces et de mieux comprendre leur réponse aux changements de l’environnement. Dans le cas des faunes marines antarctiques, la modélisation écologique fait face à plusieurs défis méthodologiques. Les jeux de données de présence des espèces sont très souvent agrégés dans le temps et dans l’espace, à proximité des stations de recherche. Ces données sont souvent trop peu nombreuses pour caractériser l’espace environnemental occupé par les espèces ainsi que leur physiologie. Enfin, les jeux de données environnementales manquent encore de précision pour finement représenter la complexité des habitats marins. Dans ces conditions, est-il possible de générer des modèles performants et justes à l’échelle de l’océan Austral ? Quelles sont les approches possibles et leurs limites ? Comment améliorer les méthodes afin de générer de meilleurs modèles ? Au cours de ce travail de thèse, trois types de modèles ont été étudiés et leurs performances évaluées. (1) Les modèles physiologiques de type DEB (Dynamic Energy Budget) simulent la manière dont l’environnement abiotique influe sur le métabolisme des individus et proposent une représentation de la niche fondamentale des espèces. (2) Les modèles de distribution d’espèces (SDMs pour Species Distribution Models) prédisent la probabilité de distribution des espèces en étudiant la relation spatiale entre données de présence et environnement. Ils proposent une représentation de la niche réalisée des espèces. Enfin (3), les modèles de dispersion de type lagrangien prédisent le mouvement de propagules dans les masses d’eau. Les résultats montrent que les modèles physiologiques réussissent à simuler les variations métaboliques des espèces antarctiques en fonction de l’environnement et à prédire les dynamiques de populations. Cependant, davantage de données sont nécessaires pour pouvoir caractériser finement les différences physiologiques entre populations et évaluer correctement les modèles. Les résultats obtenus pour les SDMs montrent que les modèles générés à l’échelle de l’océan Austral et leurs prédictions futures ne sont pas fiables du fait du manque de données disponibles pour caractériser l’espace occupé par les espèces, du manque de précision des scénarios climatiques futurs et de l’impossibilité d’évaluer les modèles. De plus, les modèles extrapolent sur une très grande proportion de l’espace projeté. L’apport d’information complémentaire sur les limites physiologiques des espèces (observations, résultats d’expériences, sorties de modèles physiologiques) permet de réduire l’extrapolation et d’augmenter la capacité des modèles à décrire la niche réalisée des espèces. L’agrégation spatiale des données, qui influençait les prédictions et l’évaluation des modèles a également pu être corrigée. Enfin, les modèles de dispersion ont montré un potentiel intéressant pour révéler le rôle des barrières géographiques ou à l’inverse, la connectivité spatiale, mais également le lien existant entre distribution, physiologie et histoire phylogénétique des espèces. Ce travail de thèse propose de nombreux conseils et fournit des codes annotés parfois sous forme de tutoriels, afin de constituer une aide utile aux futurs travaux de modélisation sur les espèces marines antarctiques.

Abstract: De nombreuses questions restent en suspens quant aux relations existantes entre les processus biologiques et physiques dans l'océan Austral. Pour répondre à ces questions, des enregistreurs électroniques sont déployés sur des prédateurs marins, et notamment sur des éléphants de mer austraux. Ces enregistreurs échantillonnent une grande variété de données physiques, biologies ou comportementales à haute fréquence générant ainsi une quantité considérable d’information. L’ensemble de ces données sont dites fonctionnelles car elles présentent un caractère commun : elles évoluent selon un continuum, qu’il soit spatial ou temporel. L’objectif de cette thèse est donc double, il s’agit d’étudier l’activité alimentaire de femelles éléphant de mer en relation avec les processus physiques de l’océan austral, tout en intégrant le caractère fonctionnel des données échantillonnées. Les résultats obtenus montrent que (1) par rapport aux méthodes classiquement employées, les méthodes d’analyse de données fonctionnelles permettent d’identifier une plus grande variété de comportements de plongées au sens biologique défini. (2) Ces approches fonctionnelles sont plus adaptées pour des données aux fréquences d’échantillonnage variable. (3) L’analyse de données fonctionnelles nous permet également d’accéder à la densité de nos individus, reflet de leur condition corporelle, et les comportements de plongées qu’ils adoptent ont une influence réelle sur cette condition corporelle, à différentes échelles de temps. (4) Il existe une relation entre les caractéristiques des masses d’eau rencontrées par les femelles éléphants de mer et les plongées qu’elles effectuent.

Abstract: Seabirds rarely cross major terrestrial barriers during seasonal migration, possibly because they have a limited ability to build up fat stores. For the first time, we tracked two Ivory Gulls with GPS loggers during spring migration from the wintering area in Davis Strait to the breeding colony in north-east Greenland. While one bird migrated in March around the southern tip of Greenland, the other delayed migration until May and crossed the Greenland icecap north of 70°N, covering 1345 km in 29 h. Several aspects of the crossing were noteworthy: the track was remarkably direct, the bird made several stops (totalling 6 h) on the icecap, and the bird increased its flying altitude to nearly 3000 m over West Greenland and > 4000 m over East Greenland.