Dispersion larvaire et pérennité des récifs deDispersion larvaire et pérennité des récifs de Sabellaria alveolataSabellaria alveolata

en baie du Mont-Saint-Michelen baie du Mont-Saint-Michel

Sakina Ayata

Laboratoire:Équipe Écologie benthique

UMR 7144 AD2MStation Biologique, Roscoff

Encadrants:Céline Ellien, MnhnÉric Thiébaut, Sbr

Roscoff, le 19 novembre 2007Module DYPIM

Plan de la présentation

1 - Introduction

2 - Matériel et méthodes

3 - Résultats:

● Rôle de la marée

● Rôle du vent

4 - Conclusions et perspectives

Plan

Introduction

Introduction

Récifs de Sabellaria alveolata

Pérennité des récifs de Sabellaria alveolata

en baie du Mont-Saint-Michel

• Espèce « ingénieur » • Îlots de biodiversité• Rôles fonctionnels• Un patrimoine menacé? • Sédentarisation grégaire des larves

Photo: C. Houbin

RS=41Exp(H’)=6,211/D=3,65

RS=47Exp(H’)=9,631/D=6,35

RS=36Exp(H’)=11,951/D=8,70

Dubois et al. 2002

Platier

Structure en boules

État dégradé

Introduction (1/2)

Pérennité des récifs

• Maintien des récifs à l'échelle de la baie?

• Modalités d'échange entre les deux récifs?

• Rôle de l'hydrodynamisme (gyres)?

• Capacités de restauration?

=> Modélisation de la dispersion larvaire

Jeunes recrues de Sabellaria alveolata

Photos: S. Dubois

Dubois, 2003

Localisation des récifs dans la baie

Introduction (2/2)

Cycle de vie bentho­pélagique

Matériel et méthodes:modélisation de la dispersion larvaire

Matériel et méthodes

Rôle de l'hydrodynamisme dans les échanges entre récifs?• Couplage d’un modèle physique et d’un modèle biologique• Le modèle Mars 3D en baie du Mont Saint-Michel

http

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Mod

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Coordonnées 

Coordonnées Z

● Le modèle hydrodynamique:– (Équations)

– Modèles emboîtés (2D -> 3D)

– Prise en compte de la topographie

– Forçages: marée, conditions aux limites, conditions météorologiques (P°,T°,vent), apports d'eau douce

– Sorties: élévation de la surface libre, courants, concentration des éléments transportés

● Modèle Eulérien du transport larvaire:– Advection-diffusion-mortalité

Modélisation de la dispersion: le modèle MARS 3D (ifremer) 

Matériel et méthodes (1/2)

Configuration 'Baie du Mont St­Michel'et dispersion de S. alveolata

•Modèle baie du Mont­Saint­Michel :

– maillage horizontal: 800 m x 800 m

– maillage vertical: 10 couches sigma

– nombre de mailles: 113 x 119 x 10

•  Le modèle biologique:

• Localisation des récifs

• Paramètres évalués à partir de données in situ:

• Fécondité (évènement ponctuel):

• Sainte­Anne: 2,52.1014 larves

• Champeaux: 0,48.1014 larves

• Mortalité: 

• 0,09 j­1 (90% des larves mortes après 26 j)

•Conditions de sédentarisation:• Larves âgées de 6 à 10 semaines (larves compétentes)

• Au dessus des récifs d'adultes 

• 50 % des larves des 3 derniers mètres de la colonne d'eau (empirique)

2D

2D

3D

Matériel et méthodes

Résultats:

1. Le rôle de la marée

Résultats

Des motifs de dispersion  différents pour les deux récifs

• Exemple de suivi des cohortes larvaires émises à Champeaux et à Sainte­Anne (sans vent, ponte en marée moyenne):

Circulation résiduelle en marée moyenne

Résultats:Le rôle de la marée (1/2)

ChampeauxChampeaux

Sainte­AnneSainte­Anne

j+3 j+21 j+42

Rôle de la marée dans les échanges larvaires

• Calcul des taux de sédentarisation à l'issue de la dispersion (taux finaux)

Taux de rétention en A = Taux de colonisation de A vers B =

Nombre de recrues autochtones en ANombre de larves émises en A

Nombre de recrues allochtones en BNombre de larves émises en A

2 4 6 8 10 12 140,0E+0

2,5E­4

5,0E­4

7,5E­4

1,0E­3

1,3E­3

1,5E­3

1,8E­3

2,0E­3

2,3E­3

Retention rates  in Champeaux

in Sainte­Anne

Tidal range (m)

Ret

entio

n ra

te (

%)

2 4 6 8 10 12 142,5E­4

5,0E­4

7,5E­4

1,0E­3

1,3E­3

1,5E­3

1,8E­3

2,0E­3

2,3E­3

Colonization rates from Champeaux

from Sainte­Anne

Tidal range (m)

Col

oniz

atio

n ra

te (%

)

• Conséquence des conditions de marée lors de la ponte sur les taux de sédentarisation à l'issue de la dispersion

A B

Colonisation

Rétention

Résultats:Le rôle de la marée (2/2)

Résultats:

2. Le rôle du vent

Résultats

Vent et circulation

• Conséquences du vent sur la circulation?

• Cartes de circulation résiduelle:

» en marée moyenne

» avec du vent constantCirculation résiduelle 

sans vent (marée moyenne)

Vent de Nord-Est

Circulations résiduelles avec vents constants de 11 m/s de Nord­Est, Sud­Est & Sud­Ouest

Résultats:Le rôle du vent (1/5)

Vent de Sud-Est Vent de Sud-Ouest

● Taux de sédentarisation des larves émises à Sainte­Anne:Dispersions sans vent et avec forçage météorologique ARPEGE de 2002 

Hodographes de vent (PVD) pendant les 10 semaines suivant la date de ponte

Résultats:Le rôle du vent (2/5) Rétention à Sainte-Anne

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0,0E+0

4,0E­4

8,0E­4

1,2E­3

1,6E­3

2,0E­3

2,4E­3

2,8E­3

3,2E­3

3,6E­3

4,0E­3

4,4E­3

Retention rate in Sainte­Anne no wind      mean=0.29E­4

real windra

te(%

)

Date de ponte

Rétention à Sainte-AnneTaux

de r

éte

nti

on (

%)

sans vent

avec vent

­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

 19 OCT      

                    +21      

                + 42        

                     

    

PDV 19 oct 2002(km)

­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

 23 MAY                      

     +21                        + 42     

                                  

PDV 23 may 2002(km)

­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

 10 MAY           

     

           +21                  

       + 42                       

                 

PDV 10 may 2002(km)

SO-O O SO-S­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

Ligne 17121 AUG                      +21                    

+ 42               

            

            

PDV 21 aug 2002(km)

NE-SO

● Taux de sédentarisation des larves émises à Sainte­Anne et Champeaux:Comparaison sans vent et avec forçage météorologique ARPEGE de 2002

Taux finaux de sédentarisation & exemples de hodographes de vent (PVD)

­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

 19 OCT      

                    +21      

                + 42        

                     

    

PDV 19 oct 2002(km)

­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

 23 MAY                      

     +21                        + 42     

                                  

PDV 23 may 2002(km)

­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

 10 MAY           

     

           +21                  

       + 42                       

                 

PDV 10 may 2002(km)

SO-O O SO-S­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

Ligne 17121 AUG                      +21                    

+ 42               

            

            

PDV 21 aug 2002(km)

NE-SO

Résultats:Le rôle du vent (3/5) Variabilité saisonnière 

(conditions de vent de 2002)

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0,0E+0

4,0E­4

8,0E­4

1,2E­3

1,6E­3

2,0E­3

2,4E­3

2,8E­3

3,2E­3

3,6E­3

4,0E­3

4,4E­3

Retention rate in Champeaux (%)no wind      mean=1.23E­3

real wind

rate

 (%

)

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0,0E+0

4,0E­4

8,0E­4

1,2E­3

1,6E­3

2,0E­3

2,4E­3

2,8E­3

3,2E­3

3,6E­3

4,0E­3

4,4E­3Colonization rate from Champeaux to  Sainte­Anne (%)

no wind      mean=1.18E­3real wind

rate

 (%

)

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0,0E+0

4,0E­4

8,0E­4

1,2E­3

1,6E­3

2,0E­3

2,4E­3

2,8E­3

3,2E­3

3,6E­3

4,0E­3

4,4E­3

Colonization rate from Sainte­Anne to Champeaux (%)no wind      mean=0.46E­3real wind

rate

 (%

)

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0,0E+0

4,0E­4

8,0E­4

1,2E­3

1,6E­3

2,0E­3

2,4E­3

2,8E­3

3,2E­3

3,6E­3

4,0E­3

4,4E­3

Retention rate in Sainte­Anne no wind      mean=0.29E­4real wind

rate

(%)

Colonisation depuis Sainte-Anne Colonisation depuis Champeaux

Rétention à ChampeauxRétention à Sainte-Anne sans vent

avec vent sans vent

avec vent

sans vent

avec vent

sans vent

avec vent

j+63

j+21

j+42

23 mai 2002

Vent et dispersion

• Larves émises à Sainte­Anne (conditions de vent ARPEGE):

• Ponte du 23 mai 2002 • Ponte du 21août 2002 

21 août 2002

Résultats:Le rôle du vent (4/5)

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0,0E+0

4,0E­4

8,0E­4

1,2E­3

1,6E­3

2,0E­3

2,4E­3

2,8E­3

3,2E­3

3,6E­3

4,0E­3

4,4E­3

Retention rate in Sainte­Anne no wind      mean=0.29E­4

real wind

rate

(%)

Mar 12

Mar 26

Apr 10

Apr 24

May 10

May 23

Jun 09

Jun 22

Jul 10

Jul 23

Aug 07

Aug 21

Sep 05

Sep 20

Oct 04

Oct 19

0,0E+0

4,0E­4

8,0E­4

1,2E­3

1,6E­3

2,0E­3

2,4E­3

2,8E­3

3,2E­3

3,6E­3

4,0E­3

4,4E­3

Colonization rate from Sainte­Anne to Champeaux (%)no wind      mean=0.46E­3

real wind

rate

 (%

)

sans vent avec vent

sans vent avec vent

­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

 23 MAY                      

     +21                        + 42     

                                  

PDV 23 may 2002(km)

O­10000 ­5000 0 5000 10000 15000 20000

­10000

­5000

0

5000

10000

15000

20000

Ligne 17121 AUG                      +21                    

+ 42               

            

            

PDV 21 aug 2002(km)

NE-SO

Date de ponte:

Variabilité inter­annuelle

• Variabilité du nombre total de larves sédentarisées à l'issue de la dispersion 

Hodographes du vent ARPEG en mai en BMSM de 2000 à 2004

• Larves émises:• en marée moyenne

• Dispersion:• vent ARPEGE

=> Variabilité du au vent 2000 2001 2002 2003 2004

Dates de ponte

Nom

bre

de larv

es

sédenta

risé

es

(ind)

• Illustration de cette variabilité:  Conditions de vent en 

BMSM pendant la dispersion des pontes simulées en mai 

Résultats:Le rôle du vent (5/5)

Conclusions et perspectives

Conclusions et perspectives

Distribution in situ des larves de S.aen juillet 2002 (Dubois et al. 2007)

Principales conclusionssur la connectivité entre les récifs

1) Rétention & structures hydrodynamiques

• Rétention larvaire en baie du Mont Saint­Michel

• 'Piégeage' des larves dans le gyre

• Comparaison avec les résultats in situ

2) Variabilité du recrutement

• Variabilité intra­ et inter­annuelle due aux conditions météorologiques

• Période principale de ponte et vents dominants

3) Échanges larvaires entre récifs

• Intensité des échanges larvaires

• Étude génétique : microsatellites (Farcy, 2003)

Conclusions et perspectives (1/2)

•  Évolution des récifs depuis 2002:

• Fort déclin du récif de Sainte­Anne

• Degré d'isolement génétique des récifs

• Étude phylogéographique (Rigal, 2005)

• ADNmt et diversité haplotypique

La question de la résilience des récifs:

• Maintien des récifs?

• Capacité de restauration?

=> Étude démographique

=> Échanges larvaires et dynamique de population

• Mesures de protections à proposer?

Conclusions et perspectives (2/2) Perspectives

Diversité haplotypique (Rigal & Viard, in prep)

Merci de votre attention!Merci de votre attention!

Bibliographie disponible:

• Articles:

• Dubois S., Comtet T., Retière C., Thiébaut E. (i2007) Distribution of Sabellaria alveolata larvae (Polychaeta: Sabellariidae) in the Bay of Mont Saint­Michel, France. Marine Ecology Progress Series. • Dubois S., Retière C., Olivier F. (2002) Biodiversity associated with Sabellaria alveolata (Polychaeta: Sabellariidae) reefs: effects of human disturbances. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 82: 817­826.

• Thèses et rapports de DEA/DESS/Master 2:

• Ayata S. (2006) Modélisation de la dispersion larvaire et du recrutement chez une espèce à haute valeur patrimoniale, Sabellaria alveolata (L.), en baie du Mont Saint­Michel. Master 2 ‘Modèles et Systèmes en Biologie, Approches Interdisciplinaires du Vivant ‘. ENS Ulm­Université Paris 7. Resp: C. Ellien, E. Thiébaut.• Dubois S. (2003) Ecologie des formations récifales à Sabellaria alveolata (L.): valeur fonctionnelle et patromoniale. Thèse de doctorat du Muséum National d’Histoire Naturelle. Dir. C. Retière.• Farcy S. (2003) Structure et diversité des population de l’annélide Sabellaria alveolata en baie du Mont Saint­Michel. DESS ‘Gestion de la Biodiversité’. Université Paris 7. Resp: F. Viard• Rigal F. (2005) Barrières biogéographiques et processus historiques chez les invertébrés marins: définition des unités taxonomiques et populationnelles chez Sabellaria alveolata. Master 2 ‘Gènes, Cellules, Développement et Evolution’. Université Paris 11. Resp: F. Viard.

• Heure de ponte (flot vs jusant) et taux finaux de sédentarisation (après 10 semaines de dispersion)  

Annexes: Sabellaria

Le rôle de la marée

Annexes

1) Résultats supplémentaires

Annexes

• Maps of the residual currents :• Same circulation pattern• Variation of the current velocity 

Average tide

Neap tide

Spring tide

Le rôle de la marée Annexes: Sabellaria

• Final settlements for different tides conditions (after 10 weeks of dispersal) :

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 130E+0

2E­4

4E­4

6E­4

8E­4

Colonization rates

In ChampeauxIn Sainte­Anne

Difference in heigh between high and low tides during the larval release (m)

Col

oniz

atio

n ra

te (%

)3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

0E+0

2E­4

4E­4

6E­4

8E­4

Retention rates

 from Champeaux to Sainte­

 from Sainte­Anne to Champeaux

Difference in heigh between high and low tides during the larval release (m)

Ret

entio

n ra

te (

%)

2,5 5 7,5 10 12,50,3

0,5

0,8

1,0

1,3

1,5

1,8

2,0

2,3

2,5

2,8

3,0

Allochthonous ratioRatio allo/auto in Champeaux

Ratio allo/auto in Sainte­Anne

Difference in heigh between high and ow tides during the larval release (m)

Allo

chth

onou

s/au

toch

thon

ous 

ratio

Retention rate in A =

Colonization rate from A to B =

Allochthonous ratio in A = Number of allochthonous settlers in ANumber of autochthonous settlers in A

Number of autochthonous settlers in ANumber of released larvae from A

Number of allochthonous settlers in BNumber of released larvae from A

A B

Colonization

Retention

Le rôle de la marée Annexes: Sabellaria

Le rôle de la marée

• Courants résiduels:• Mêmes motifs de

circulation• Variation de la vitesse

des courants

• Suivi d'un cohorte larvaire émise à Champeaux pour différentes conditions de marée:

– morte-eau,

– marée moyenne

– vive-eau

Marée moyenneMorte eau Vive eau

Annexes: Sabellaria

3 s

em

ain

es

6 s

em

ain

es

Marée moyenneMorte eau Vive eau

circ

ula

tion

• Évolution du nombre cumulé de larves sédentarisées

Annexes: Sabellaria Cinétique de sédentarisation

Avec vent ARPEGE

Sans vent

• Évolution du nombre cumulé de larves sédentarisées pour différents taux de mortalité

Annexes: Sabellaria Mortalité et cinétique de

sédentarisation

Annexes

2) Équations du modèle

Annexes

Annexes: Équations du modèle MARS 3D

Coordonnées sigma

Annexes: Équations du modèle MARS 3D

Équations primitives

Annexes: Équations du modèle MARS 3D

Équation de transport

Annexes: Équations du modèle MARS 3D

Turbulence