Avis de soutenance - doctorat - Claire BOITEL

Informations pratiques
Ecole doctorale 472
CRIOBE,
Baie d'Opunohu,
BP1013,
98729 Papetoai,
Mo'orea, Polynésie française
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Soutenue par Claire BOITEL

Réponses écophysiologiques des espèces coralliennes à l'ombrage et au refroidissement : vers des solutions de protection face au blanchissement

Le blanchissement corallien, déclenché par des vagues de chaleur marines de plus en plus fréquentes et intenses, constitue aujourd'hui la principale cause de mortalité des récifs à l'échelle mondiale. Depuis les années 1950, près de la moitié des récifs ont disparu, et les projections climatiques indiquent que ces événements de blanchissement pourraient devenir quasi-annuels dans les prochaines décennies sous l'effet du réchauffement climatique, menaçant jusqu'aux refuges naturels actuels. Dans ce contexte d'urgence, et face à l'incertitude liée à la réduction globale des émissions de gaz à effet de serre à temps, le développement de stratégies locales d'atténuation du blanchissement apparaît comme un levier essentiel pour préserver des zones à forte valeur écologique. Le blanchissement résultant d'un stress thermique amplifié par un excès de lumière, la réduction de ces deux facteurs constitue une piste prometteuse. Cette thèse vise ainsi à évaluer l'efficacité et les implications écophysiologiques de stratégies de réduction de la lumière et de la température localement par l'ombrage et le refroidissement in-situ, lors de vagues de chaleur marines. Des expériences menées lors d'un épisode de blanchissement sévère sur des pépinières coralliennes ont permis de comparer l'effet d'un ombrage artificiel par toiles à faible profondeur à celui d'un déplacement des colonies à 30m, où lumière et température sont naturellement conjointement atténuées. Les résultats montrent que la réduction de la lumière permet d'éviter la photo-inhibition, de telle façon que l'ombrage par toiles limite fortement le déclenchement du blanchissement, avec près des deux tiers des individus sensibles protégés. Lorsque la diminution de la lumière est couplée à une baisse de température en profondeur grâce à des phénomènes d'ondes internes, jusqu'à quatre individus sur cinq échappent au blanchissement. Ainsi, la mortalité post-blanchissement est réduite d'un facteur 3 et 6 respectivement. Chez les colonies ayant blanchi malgré tout, une amélioration de la récupération est observée sous conditions de lumière réduite. Ces résultats font écho aux observations réalisées le long d'un gradient de profondeur naturel (jusqu'à 20m), où, en l'absence de stratification thermique, la prévalence du blanchissement est restée similaire mais la mortalité a diminué de plus d'un facteur trois avec la profondeur. L'efficacité de ces interventions varie toutefois selon les espèces, en lien avec leurs traits de vie, leur capacité de photoacclimatation et leur sensibilité intrinsèque aux stress thermique et lumineux. L'ombrage est particulièrement efficace lorsqu'il est appliqué précocement, avant l'accumulation de tout stress thermique. Néanmoins, une réduction prolongée de la lumière (>80% pendant 3 à 5 mois) induit des coûts physiologiques transitoires, notamment une diminution de la croissance, soulignant le rôle ambivalent de la lumière, à la fois facteur de stress et ressource énergétique essentielle. En parallèle, cette thèse valide un dispositif innovant de refroidissement par injection d'eau profonde pompée à 960m, capable d'abaisser localement la température de 0,7°C en moyenne, jusqu'à 2°C. Ce refroidissement s'est avéré suffisant pour limiter l'accumulation de stress thermique lors d'une vague de chaleur marine particulièrement sévère et prévenir ainsi totalement le blanchissement dans les conditions étudiées, tout en maintenant l'intégrité énergétique des coraux. En combinant des approches multi-espèces et multi-échelles, ces travaux apportent des éléments clés pour évaluer la pertinence et les limites de ces interventions locales. Ils ouvrent ainsi la voie au développement de solutions d'ombrage et de refroidissement permettant de structurer des réseaux de zones protégées agissant comme de véritables conservatoires coralliens face au réchauffement climatique, favorisant ainsi le maintien d'une diversité génétique suffisante pour soutenir les processus d'adaptation.

Ecophysiological responses of corals to shading and cooling: towards solutions to mitigate bleaching

Coral bleaching, driven by increasingly frequent and intense marine heatwaves, is now the leading cause of coral reef mortality worldwide. Since the 1950s, nearly half of all coral reefs have been lost, and climate predictions suggest that bleaching events may recur almost annually in the coming decades because of global warming, threatening even current natural refugia. Given the uncertainty surrounding timely global reductions in greenhouse gas emissions, the development of local bleaching mitigation strategies appears necessary to be able to protect areas of high ecological value. Because bleaching results from thermal stress exacerbated by excess light, reducing these two stressors may efficiently mitigate the effects of severe marine heatwaves. This thesis therefore aims to evaluate the effectiveness and ecophysiological implications of local light and temperature reduction strategies through in-situ shading and cooling during marine heatwaves. Experiments conducted during a severe bleaching event on diversified in-situ coral nurseries compared the effects of artificial shading by shade cloths at shallow depth with the relocation of colonies to 30m, where both light and temperature are naturally reduced. Results show that lowering light levels prevents photoinhibition, thereby strongly limiting the onset of bleaching, with nearly two-thirds of sensitive individuals avoiding bleaching under shading. When light reduction is combined with lower temperatures at depth, partly driven by internal-wave cooling, up to four out of five sensitive individuals avoid bleaching. Therefore, post-bleaching mortality decreased substantially by 3- and 6-fold respectively, under shade and at depth. Colonies that bleached nonetheless showed improved recovery under reduced light conditions. These findings are consistent with observations along natural depth gradients (down to 20m), where bleaching prevalence remained similar in the absence of thermal stratification, but mortality decreased by more than 3-fold with depth. The effectiveness of these interventions, however, varies among species, depending on their life-history traits, photoacclimation capacity, and intrinsic sensitivity to thermal and light stress. Shading is particularly effective when applied early, before any thermal stress accumulates. However, prolonged light reduction (> 80% for 3 to 5 months) induces transient physiological trade-offs, including reduced growth, highlighting the dual role of light as both a stressor and a key energy resource. In parallel, this thesis validates an innovative cooling system based on deep seawater injection pumped at 960m, capable of lowering local temperatures by 0.7°C on average, and up to 2°C. This cooling proved sufficient to limit thermal stress accumulation during a particularly severe marine heatwave, thus fully preventing bleaching under the conditions studied, while maintaining coral energetic integrity. By integrating multi-species and multi-scale approaches, this work provides key insights into the relevance and limitations of local interventions to mitigate bleaching. It paves the way for the development of shading and cooling solutions to design networks of protected reef areas acting as coral conservatories under climate change, helping to preserve sufficient genetic diversity to sustain adaptive processes.
Directeur de thèse :
Laetitia HÉDOUIN
Unité de recherche :
Centre de recherches insulaires et observatoire de l'environnement
Membres du jury :
  • Directeur de thèse : Laetitia HEDOUIN , Directeur de recherche (CNRS)
  • Rapporteur : Mireille GUILLAUME , Maître de conférences (Museum National d'Histoire Naturelle)
  • Rapporteur : Charlotte DROMARD , Maître de conférences (Université des Antilles)
  • Examinateur : Maggy NUGUES , Maître de conférences (Ecole Pratique des Hautes Etudes)
  • Examinateur : Aurélien BESNARD , Directeur de recherche (Ecole Pratique des Hautes Etudes)
  • CoDirecteur de thèse : Serge PLANES , Directeur de recherche (CNRS)
  • Examinateur : Mehdi ADJEROUD , Directeur de recherche (Institut de Recherche pour le Développement)
  • Examinateur : Stéphane ROBERTY , Assistant professor (Université de Liège)
Diplôme :
Doctorat Systèmes intégrés, environnement et biodiversité
Spécialité de soutenance :
Sciences de l'environnement marin