Encadrants :
Félix Navarro (Ifremer, UMR BEEP, Laboratoire Environnement Profond),
Karine Olu (Ifremer, UMR BEEP, Laboratoire Environnement Profond),
Axel Ehrhold (Ifremer, UMR GEO-OCEAN, Laboratoire Archives Sédimentaires, TRansferts, paléo-Environnements),
Jacques GRALL (UBO, UMR LEMAR),
Clement VIC (Ifremer, UMR LOPS, Equipe « Interactions d’Echelles » / « Ocean Scale Interactions »)
Sujet de stage de master 2 proposé dans le cadre d’un projet financé par le PPR Océan & Climat :
Role of geological habitat heterogeneity on the spatial structuring of seamount biodiversity in the Coral Sea Natural Park (New Caledonia)
Contexte du projet et objectifs
Les monts sous-marins sont des anomalies topographiques isolées sur les fonds marins profonds. Ils s’élèvent de plusieurs centaines de mètres au-dessus du plancher océanique et sont répandus à travers tous les océans de la planète (Yesson et al., 2011). Ces édifices se forment dans des contextes géologiques divers. Ils peuvent être issus d’un volcanisme d’arc volcanique, de point chaud ou encore être liés aux déformations locales de la croûte. Ces différentes origines entraînent des différences dans la nature des roches qui les composent. Certains de ces monts présentent sur leur sommet des fortes épaisseurs de roches sédimentaires (carbonates) complexifiant les substrats présent à l’affleurement (Tournadour et al., 2021). Leur élévation crée des contextes hydrodynamiques particuliers. Elle entraîne la formation de courants locaux ascendant (upwelling) permettant la mise en circulation de particules des fonds marins environnant. Les monts sont aussi soumis à une pression hydrodynamique intense liée au déferlement d’ondes de marée interne (Bendinger et al., 2023) limitant la sédimentation sur leurs flancs et jusqu’à entraîner leur érosion. Ces conditions de dépôts et d’érosions particulières entraînent la formation de structures géomorphologiques diverses sur les flancs et sommets des monts. Enfin les monts sous-marins représentent des zones d’accumulation d’encroûtements Ferro-Manganésifères (Fe-Mn) riches en Ni et Co. Ainsi l’importante géodiversité (diversité des structures géologiques) des monts entraîne la formation d’habitats benthiques extrêmement diversifiés. Or celle-ci influencent la faune présente sur les monts sous-marins. La faible sédimentation et la présence d’upwelling favorisent la présence d’organismes benthiques suspensivores tels que éponges, coraux, ou certains échinodermes (crinoides, ophiures). Les divers éponges et coraux présents sur les monts sous-marins participent à la complexification des habitats benthiques et facilitent la présence d’autres espèces animales (crustacés, poissons…). Cependant, les monts sous-marins peuvent être soumis à de fortes pressions anthropiques. La pêche pélagique ou profonde a un fort impact sur les habitats et leur communautés benthiques (Althaus et al., 2009). Un autre impact potentiel dans l’avenir est l’exploitation des encroûtements riches en divers métaux dont le développement est favorisé par les faibles taux de sédimentation sur les monts (Clark et al., 2012).
Des généralités ont été énoncées (hotspots de biodiversité et de biomasse) mais il existe une forte variabilité des habitats et des peuplements benthiques entre les monts et au sein des monts. Les facteurs qui peuvent expliquer cette variabilité sont peu connus, par manque de données quantitatives et à petite échelle spatiale (Clark et al., 2010). Il a été montré que la nature du substrat est un facteur structurant mais peu de données existent à petite échelle. De même, les structures géomorphologiques semblent associées à des habitats particuliers (Fan et al., 2022; Girard et al., 2024; Harris and Baker, 2020, chap. 1). Enfin, Les encroûtements métallifères participent à créer l’hétérogénéité du substrat, mais leur impact sur la composition des peuplements benthiques est à rechercher. Ceci revêt un intérêt particulier dans la perspective d’une exploitation potentielle.
La Nouvelle-Calédonie est une région à la topographie complexe, alternant entre rides surelevées et bassins profonds. Cette topographie est le fruit d’une histoire géologique complexe et encore mal élucidée. Parmi les particularités topographiques rencontrées au sein de la ZEE de Nouvelle-Calédonie, une centaine de monts sous-marins ont été dénombrés. Ceux-ci sont majoritairement retrouvés au niveau de différentes rides océaniques aux origines diverses.
De plus, la ZEE de Nouvelle Calédonie est entièrement couverte par un parc marin, le Parc Naturel de la Mer de Corail, Le chalutage profond y est interdit et un moratoire sur l’exploitation minière a été voté récemment. Ceci en fait une zone intéressante à étudier, exempt d’exploitation actuelle sur les monts sous-marins.
En 2019, la campagne Kanadeep 2 (Samadi and Olu, 2019) a exploré trois mont sous-marins situés au sud et sud-est de la grande terre : les monts Stylaster, Munida, et mont D. Ces monts, localisés sur différentes rides structurant la région, avaient été échantillonnées par dragues et chaluts lors de précédentes campagnes mettant en évidence des différences dans les dominances d’espèces. Lors de KANADEEP2, 7 plongées ROV et des profils d’acquisitions sondeurs multifaisceaux ont permis d’obtenir des données in-situ permettant d’augmenter la résolution spatiale et la caractérisation physique et biologique les habitats benthiques présents sur les monts (Brown et al., 2011; Harris and Baker, 2020; Misiuk and Brown, 2024). Par ailleurs un modèle hydrodynamique à l’échelle régionale a été proposé (Bendinger et al., 2023), avec une résolution suffisante pour permettre l’exploration des liens entre hydrodynamique et distribution de la faune et des sédiments à l’ échelle des monts.
L’étude des données recueillies sur le mont D a permis de mettre en évidence une forte diversité d’habitats physiques et une fort lien entre ces habitats et la distribution de la faune.
Les objectifs de ce stage seront :
– Quelles sont les différentes communautés biologiques qui colonisent ces monts ?
– Quelle est la géodiversité des monts Munida et Stylaster ? (Les structures géomorphologiques principales, la nature des subtrats etc.)
– Existe-t-il des correspondances entre les communautés biologiques, la géodiversité et la dynamiques des courants ?
– Peut-on établir une classification des habitats benthiques sur ces trois caractéristiques ?
– Ces habitats sont-ils différents d’un mont à l’autre ?
Pour cela, le/la stagiaire aura à sa disposition des données géophysiques et d’imageries optiques ROV acquis lors de différentes campagnes océanographiques.
Les données de biodiversités auront déjà été partiellement acquises. Elles demanderont une phase de reclassification morphologiques sur la base du catalogue CATAMI (Althaus et al., 2014).
Travaux à réaliser
1) Annotation et classification des substrats présents sur les images issues des plongées ROV de KANADEEP2
2) Reclassification des annotations faunistiques sur la base du catalogue CATAMI (Althaus et al., 2014).
3) Traitement des données de sondeurs multi-faisceaux pour caractériser la morphologie et la nature des fonds.
4) Analyses et production de données cartographiques sous SIG (QGIS, ArcGIS, R)
5) Utilisation les méthodes d’analyses multivariées pour décrire (ACP, CA etc.) les distributions des données faunistiques et environnementale et les mettres en relations (dbMEM, HMSC (Hierachical Modelling of Species Communities), MRT (Multivariate Regression Tree).
6) Proposer une classification des habitats benthiques à l’aide de méthodes de clustering.
7) Comparer les différents monts
Compétences recherchées:
– Bonne connaissance en écologie et géologie
– Intérêts pour le milieu et les écosystèmes marins
– Si possible notion sur les outils d’accoustiques sous-marines
– Maîtrise des logiciels SIG et langages de programmation statistiques (R, python)
– Grande curiosité et flexibilité sur les outils informatiques
Contacts:
– Félix NAVARRO : felix.navarro@ifremer.fr / 07 69 17 70 97
– Karine OLU : karine.olu@ifremer.fr / 02 98 22 46 57
– Axel EHRHOLD : axel.ehrhold@ifremer.fr / 02 98 22 43 19
– Jacques GRALL : jacques.grall@univ-brest.fr / 02 98 49 86 31
– Clement VIC : clement.vic@ifremer.fr / 02 90 91 55 24
Accueil:
Le/la stagiaire sera accueilli.e au sein du Laboratoire Environnement Profond de l’IFREMER, au 1625 Route de Sainte-Anne, 29280, Batîment 623 – Jean-marie PERES
Le matériel nécessaire à la réalisation du stage sera fourni au stagiaire (bureau, ordinateur portable, écran etc.)
Références:
Althaus, F., Hill, N., Edwards, L., Ferrari, R., 2014. CATAMI Classification Scheme for scoring marine biota and substrata in underwater imagery.
Althaus, F., Williams, A., Schlacher, T., Kloser, R., Green, M., Barker, B., Bax, N., Brodie, P., Hoenlinger-Schlacher, M., 2009. Impacts of bottom trawling on deep-coral ecosystems of seamounts are long-lasting. Mar. Ecol. Prog. Ser. 397, 279–294. https://doi.org/10.3354/meps08248
Bendinger, A., Cravatte, S., Gourdeau, L., Brodeau, L., Albert, A., Tchilibou, M., Lyard, F., Vic, C., 2023. Regional modeling of internal-tide dynamics around New Caledonia – Part 1: Coherent internal-tide characteristics and sea surface height signature. Ocean Sci. 19, 1315–1338. https://doi.org/10.5194/os-19-1315-2023
Brown, C.J., Smith, S.J., Lawton, P., Anderson, J.T., 2011. Benthic habitat mapping: A review of progress towards improved understanding of the spatial ecology of the seafloor using acoustic techniques. Estuarine, Coastal and Shelf Science 92, 502–520. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2011.02.007
Clark, M.R., Rowden, A.A., Schlacher, T., Williams, A., Consalvey, M., Stocks, K.I., Rogers, A.D., O’Hara, T.D., White, M., Shank, T.M., Hall-Spencer, J.M., 2010. The Ecology of Seamounts: Structure, Function, and Human Impacts. Annu. Rev. Mar. Sci. 2, 253–278. https://doi.org/10.1146/annurev-marine-120308-081109
Clark, M.R., Schlacher, T.A., Rowden, A.A., Stocks, K.I., Consalvey, M., 2012. Science Priorities for Seamounts: Research Links to Conservation and Management. PLoS ONE 7, e29232. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0029232
Fan, M., Shi, S., Ma, Y., Wang, H., Zhai, J., Zhang, X., Ning, P., 2022. High resolution geomorphological classification of benthic structure on the Western Pacific Seamount. Front. Mar. Sci. 9, 1007032. https://doi.org/10.3389/fmars.2022.1007032
Girard, F., Caress, D.W., Paduan, J.B., Kuhnz, L.A., Litvin, S.Y., Flattery, E., Kahn, A.S., DeVogelaere, A., Burton, E.J., Lovera, C., Martin, E.J., Barry, J.P., 2024. Habitat heterogeneity over multiple scales supports dense and diverse megafaunal communities on a northeast Pacific ridge. Limnology & Oceanography lno.12766. https://doi.org/10.1002/lno.12766
Harris, P.T., Baker, E., 2020. Seafloor geomorphology as benthic habitat: GeoHAB atlas of seafloor geomorphic features and benthic habitats, 2nd ed. ed. Elsevier, Amsterdam.
Misiuk, B., Brown, C.J., 2024. Benthic habitat mapping: A review of three decades of mapping biological patterns on the seafloor. Estuarine, Coastal and Shelf Science 296, 108599. https://doi.org/10.1016/j.ecss.2023.108599
Samadi, S., Olu, K., 2019. KANADEEP 2 cruise,L’Atalante R/V. https://doi.org/10.17600/18000883
Tournadour, E., Jorry, S.J., Etienne, S., Collot, J., Patriat, M., BouDagher-Fadel, M.K., Fournier, F., Pelletier, B., Le Roy, P., Jouet, G., Maurizot, P., 2021. Neogene to Quaternary evolution of carbonate and mixed carbonate-siliciclastic systems along New Caledonia’s eastern margin (SW Pacific). Marine Geology 438, 106524. https://doi.org/10.1016/j.margeo.2021.106524
Yesson, C., Clark, M.R., Taylor, M.L., Rogers, A.D., 2011. The global distribution of seamounts based on 30 arc seconds bathymetry data. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers 58, 442–453. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2011.02.004
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