Titre : Etude des effets passés et futurs du changement climatique sur les dynamiques de population du criquet pèlerin

Contexte :
L’évolution du climat modifie de manière inédite l’occurrence et la distribution des ravageurs agricoles (Hill et al. 2011). Si les invasions biologiques par des espèces exotiques en est une des conséquences les plus frappantes, les augmentations de l’impact des espèces endémiques sont également préoccupantes. L’augmentation de la température affecte l’histoire de vie des insectes, et la plupart des études montrent une augmentation du taux de croissance démographique (Fuhrer 2003) ou de la densité des populations (Estay et al. 2009). Le continent africain, en particulier, héberge les milieux les plus chauds et arides de la planète, qui exercent une sélection importante sur les espèces qui y vivent (Chown et al. 2011). Ces espèces qui se sont adaptées aux environnements extrêmes, parfois de manière unique (Garbuz et al. 2008), sont alors susceptibles de répondre rapidement et favorablement au réchauffement actuel.
Le criquet pèlerin, Schistocerca gregaria, occupe à faible densité les régions désertiques chaudes du Sahara, du Sahel, de la péninsule Arabique et du Sud-Ouest Asiatique. Lorsque les densités de population sont élevées, les criquets s’agrègent en groupes (grégarisation) et migrent sous forme de bandes larvaires ou d’essaims d’ailés (Uvarov 1977). Il sort alors des zones désertiques, cause des dégâts très importants aux pâturages et aux cultures et représente ainsi une menace importante pour l’agriculture en Afrique et Asie du Sud-Ouest. Cette forme extrême de réponse plastique à la densité est appelée polyphénisme de phase et concerne également la morphologie et les traits d’histoire de vie (Pener & Simpson 2009).
Pour gérer ce ravageur hors-norme, la stratégie la plus efficace est de mettre en place une gestion préventive qui consiste à prospecter les aires de reproduction et grégarisation et de contrôler les populations qui commencent à grégariser (Sword et al. 2011). Ces zones de développement du criquet pèlerin ont été cartographiées sur la base d’observations prisent en prospection par les équipes de terrain depuis les années 1920 (Waloff 1966, Piou et al. 2017). Néanmoins, avec les modifications climatiques depuis les années 1950, ces zones peuvent s’être déplacées (Kayalto et al. 2020) et pourraient également se modifier dans le futur (Meynard et al. 2017).

Objectifs :
Le principal objectif de cette thèse sera de synthétiser les connaissances écologiques du criquet pèlerin dans un modèle mécanistique de répartition dans un contexte de changements climatiques. De nombreuses études ont exploré les relations entre des variables liées au climat et les dynamiques de population du criquet pèlerin à différentes échelles spatiales et temporelles (Tratalos et al. 2010, Piou et al. 2019, Maeno et al. 2021). Pour le moment, une seule étude a essayé de prévoir les risques éventuels de modification de l’aire de distribution du criquet pèlerin dans le contexte du changement climatique à l’aide de modèles de répartition reliant statistiquement des variables climatiques à des présences de criquet pèlerin (Meynard et al. 2017). Mais les connaissances sur l’écologie du criquet pèlerin devraient permettre également de synthétiser dans des modèles mécanistiques les relations entre les conditions climatiques et les dynamiques de population, en particulier les phénomènes de grégarisation.
A l’aide de modèles couplant des données historiques et des variables climatiques passées, un premier objectif de la thèse est d’évaluer comment celles-ci, se modifiant sous le processus du changement climatique, ont pu modifier les dynamiques de populations du criquet pèlerin dans le passé. Un deuxième objectif est d’explorer des scénarios de changement climatique avec un simulateur de dynamiques de population du criquet pèlerin pour évaluer comment ces populations pourraient répondre aux changements climatiques dans un horizon de 30 ans.

Plan de travail :
Le travail à réaliser se découpe en trois phases :
1) Analyses des données historiques : A partir des données historiques de prospections indiquant les observations de criquet pèlerin, une analyse statistique couplant à ces observations les informations liées aux traitements réalisés et les sorties d’un modèle mécanistique permettant de reconstruire les temps d’activité du criquet pèlerin à partir du microclimat passé (Maeno et al. 2021) permettra d’identifier si des modifications climatiques peuvent expliquer des variations de fréquence de grégarisation du criquet pèlerin dans son aire de distribution historique. Ces travaux permettront de pondérer le rôle du climat avec les traitements réalisés, facteur généralement oublié dans les analyses de données historiques (e.g. Tratalos et al. 2010).
2) Développement d’un modèle mécanistique : Les prévisions à moyen terme des risques de développement des résurgences du criquet pèlerin ne peuvent se baser que sur une intégration des processus biologiques et écologiques comprenant les influences du climat sur la disponibilité en aliments, la survie et la vitesse de croissance des criquets. Le modèle mécanistique à développer intégrera donc ces processus en couplant le modèle d’activité à partir du microclimat (Maeno et al. 2021) et les modèles de dynamiques de populations développés par l’unité ces dernières années (notamment dans le cadre du projet PEPPER financé par l’ANR : https://anrpepper.github.io/).
3) Simulation de scénarios de changement climatique : Une fois le modèle mécanistique développé, celui-ci sera utilisé pour effectuer des simulations de développement de populations du criquet pèlerin. Des séries temporelles de prévisions de pluviométrie et température seront utilisées comme variables de forçage de ces simulations. Elles seront réalisées sur une cartographie réaliste des pays membres de la Commission de Lutte contre le Criquet Pèlerin en Région Occidentale (CLCPRO, commission de la FAO) sous plusieurs scénarios : i-sous scénario de climat actuel, ii-sous scénario de climat prévu à 30 ans dans un cas optimiste de réduction des émissions de gaz à effet de serres, iii- sous scénario de climat prévu à 30 ans dans un cas pessimiste d’augmentation des émissions de gaz à effet de serres. L’analyse des résultats de ces simulations permettra d’identifier les zones qui pourraient devenir plus à risque de départ d’invasions et où la surveillance devra être renforcée.

Conditions de réalisation de la thèse
La thèse est financée par le projet « Consolider les bases de la stratégie de lutte préventive et développer la recherche opérationnelle sur le Criquet pèlerin en région occidentale » de la CLCPRO (http://www.fao.org/clcpro/fr/) à travers des financements de l’Agence Française pour le Développement et une convention FAO-Cirad. Les attendus pour la CLCPRO sont deux rapports sur 1) les effets passés et 2) les effets futurs du changement climatique sur les dynamiques de population du criquet pèlerin. Le travail à réaliser sera sous la supervision de Dr. Christine Meynard (Chargée de recherche INRAE, spécialiste de la modélisation de répartition des espèces, directrice de la thèse, voir https://sites.google.com/site/cnmeynard/home) et Dr. Cyril Piou (Cadre de recherche Cirad, spécialiste du criquet pèlerin et de la modélisation mécanistique, co-encadrant, http://agents.cirad.fr/index.php/cyril.piou ). La personne recrutée sera basée au Centre de Biologie pour la Gestion des Populations (CBGP https://www6.montpellier.inra.fr/cbgp/), unité mixte de recherche INRAE, IRD, Cirad, Institut Agro, à Montferrier sur Lez. Le contrat de travail (allocataire de recherche au Cirad pour réaliser une thèse) doit commencer en septembre ou octobre 2021 au plus tard et est financée pour 3 ans.
L’étudiant.e sera intégré.e dans un environnement de travail dynamique et au sein d’un réseau de collaboration internationale qui inclue les principaux acteurs dans le monde de la recherche sur les locustes et leur gestion en particulier autour du criquet pèlerin, mais aussi un réseau scientifique important en termes de modélisation en macroécologie. Il/elle sera fortement encouragé.e à faire appel à ces réseaux.
Une mission en Afrique de l’Ouest ou du Nord pourra être organisée pour connaitre les biotopes de développement du criquet pèlerin. La participation à des congrès internationaux sera encouragée.

Compétences requises
Le.a candidat.e devra avoir de fortes compétences en modélisation, en statistiques et analyses quantitatives, et un penchant pour la programmation. Une formation de niveau Master 2 en agronomie / entomologie / écologie est requise. Une spécialisation en dynamique des populations sera appréciée. Une connaissance de R sera nécessaire. Des compétences sur d’autres outils d’analyses ou de programmation, ainsi que la manipulation de bases de données et systèmes d’information géographiques seront un plus. La maitrise du français et de l’anglais, à l’écrit et à l’oral, sont requises pour communiquer avec le réseau de collaborateurs. La connaissance de l’arabe pourrait constituer un avantage. Le.a candidat.e devra intégrer un groupe de travail collaboratif et divers. La capacité de travailler en groupe est donc très importante. Finalement, nous demanderons aux candidat.e.s d’adhérer aux principes de bases d’inclusion (respect envers les autres, indépendamment de leur genre, orientation sexuelle, origine, etc.).

Candidatures
Envoyez votre CV, lettre de motivation, et registre de notes de master avant le 15 juin à christine.meynard@inrae.fr et à cyril.piou@cirad.fr en indiquant le sujet « candidature thèse doctorale ».

Bibliographie
Chown, S. L., J. G. Sørensen, and J. S. Terblanche. 2011. Water loss in insects: an environmental change perspective. Journal of insect physiology 57:1070-1084.
Estay, S., M. Lima, and F. Labra. 2009. Predicting insect pest status under climate change scenarios: combining experimental data and population dynamics modelling. Journal of Applied Entomology 133:491-499.
Fuhrer, J. 2003. Agroecosystem responses to combinations of elevated CO2, ozone, and global climate change. Agriculture, Ecosystems & Environment 97:1-20.
Garbuz, D. G., O. G. Zatsepina, A. A. Przhiboro, I. Yushenova, I. V. Guzhova, and M. B. EVGEN’EV. 2008. Larvae of related Diptera species from thermally contrasting habitats exhibit continuous up‐regulation of heat shock proteins and high thermotolerance. Molecular ecology 17:4763-4777.
Hill, J. K., H. M. Griffiths, and C. D. Thomas. 2011. Climate change and evolutionary adaptations at species’ range margins. Annual Review of Entomology 56:143-159.
Kayalto, M., M. Idrissi Hassani, M. Lecoq, P.-E. Gay, and C. Piou. 2020. Cartographie des zones de reproduction et de grégarisation du criquet pèlerin au Tchad. Cah. Agric. 29:14.
Maeno, K. O., C. Piou, M. R. Kearney, S. O. Ely, S. A. O. Mohamed, M. E. H. Jaavar, and M. A. O. Babah Ebbe. 2021. A general model of the thermal constraints on the world’s most destructive locust, Schistocerca gregaria. Ecological Applications in press.
Meynard, C. N., P.-E. Gay, M. Lecoq, A. Foucart, C. Piou, and M.-P. Chapuis. 2017. Climate-driven geographic distribution of the desert locust during recession periods: Subspecies’ niche differentiation and relative risks under scenarios of climate change. Global Change Biology 23:4739-4749.
Pener, M. P., and S. J. Simpson. 2009. Locust phase polyphenism: an update. Advances in Insect Physiology 36:1-272.
Piou, C., M. E. H. Jaavar Bacar, M. A. O. Babah Ebbe, J. Chihrane, S. Ghaout, S. Cisse, M. Lecoq, and T. Ben Halima. 2017. Mapping the spatiotemporal distributions of the Desert Locust in Mauritania and Morocco to improve preventive management. Basic and Applied Ecology 25:37-47.
Piou, C., P.-E. Gay, A. S. Benahi, M. A. O. Babah Ebbe, J. Chihrane, S. Ghaout, S. Cisse, F. Diakite, M. Lazar, K. Cressman, O. Merlin, and M.-J. Escorihuela. 2019. Soil moisture from remote sensing to forecast desert locust presence. Journal of Applied Ecology 56:966-975.
Sword, G. A., M. Lecoq, and S. J. Simpson. 2010. Phase polyphenism and preventative locust management. Journal of insect physiology 56:949-957.
Tratalos, J. A., R. A. Cheke, R. G. Healey, and N. C. Stenseth. 2010. Desert locust populations, rainfall and climate change: insights from phenomenological models using gridded monthly data. Climate Research 43:229-239.
Uvarov, B. P. 1977. Grasshoppers and locusts. A handbook of general acridology. II : Behaviour, ecology, biogeography population dynamics. Centre for Overseas Pest Research, London.
Waloff, Z. 1966. The upsurges and recessions of the Desert locust plague : an historical survey. Anti-Locust Memoir 8:1-111.

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