La biosphère marine joue un rôle fondamental dans la dynamique du Système Terre (cycle du carbone, composition atmosphérique, etc.) et rend un certain nombre de services essentiels à l’humanité (pêcheries, séquestration du carbone notamment). Sa vulnérabilité aux changements globaux (changement climatique, exploitation croissante des ressources naturelles et pollution en particulier) rend nécessaire et urgente l’anticipation de ses évolutions possibles. Dans cette perspective, il s’agira dans cette thèse d’étudier comment les écosystèmes marins sont structurés par leur environnement et comment cette structuration peut influer sur leur fonctionnement jusqu'à l’échelle de l’océan global. Dans un premier temps un cadre de modélisation a été développé pour prendre en compte l'impact de l'environnement des individus aux populations aux communautés. Il est basé sur un modèle de spectre de biomasse représentant les communautés de poisson en utilisant seulement la taille des individus et la taille maximum des espèces comme variables. Issu d'un modèle détaillé par Maury O. & Poggiale J.C. (2013) il est implémenté pour la représentation d'une communauté de poisson générique. Des indicateurs de structure, diversité et métabolisme sont développés pour étudier les écosystèmes ainsi représentés. Une fois le cadre méthodologique définit le modèle est utilisé pour l'étude idéalisée des propriétés du spectre de biomasse contraint par des conditions environnementales variables. L'impact de la variation de production primaire ainsi que la variation de température du milieu sont plus particulièrement étudiés. Tout d'abord en statique, c'est à dire en imposant différents niveaux constants. Indépendamment du forçage les communautés ont des propriétés similaires en augmentant la production primaire, en diminuant la température du milieu. Quatre domaines se succèdent en augmentant la production primaire, diminuant la température, à l'intérieur desquels les communautés de poissons ont des caractéristiques similaires. Les différentes propriétés dans les différents domaines induisent diverses sensibilités des écosytèmes à des niveaux de production primaire et/ou température distincts. Afin de lier les résultats de ces expériences numériques à la réalité, les propriétés des écosystèmes à différentes latitudes sont simulées. Le spectre de communauté est calculé le long d'une section latitudinale de l'équateur au pôle en forçant avec des niveaux moyens de production primaire et température. Les propriétés des écosystèmes ainsi représentés éclairent sur l'observation de tailles d'espèces croissantes de l'équateur aux pôles, la règle de Bergmann. Après ces résultats pour des spectres statiques, les propriétés dynamiques des spectres de communauté sont étudiées par l'étude de la saisonnalité. En forçant les communautés à différentes latitudes par un cycle saisonnier de production primaire et température, la succession d'espèces au sein de celles-ci joue un rôle sur les propriétés des communauté. Des pôles à l'équateur cette succession est plus ou moins marquée et impact la capacité des écosystème à maintenir les espèces les plus larges tout au long de la période de basse production entre deux blooms. Une fois les propriétés du spectre de biomasse évaluées de façon idéalisée, le modèle est implémenté dans le modèle d'écosystème APECOSM afin de prendre en compte les interactions spatiales et les interactions avec l'habitat. Appliqué à l'échelle de l'océan global et forcé par les champs physiques et biogeochimiques du modèle NEMO-PISCES il permet la modélisation des caractéristiques des écosytèmes en fonction de leur environnement. Différentes caractéristiques connues des écosystèmes marins sont reproduites, notamment la règle de Bergmann. Les modèles actuels décrivant le fonctionnement des écosystèmes marins ne comportent que des représentations très simplifiées de la biodiversité / The marine biosphere plays a fundamental role in the earth system dynamics (carbon cycle, atmosphere composition, etc.) and provides numerous essential services to humanity (fisheries, carbon sequestration). Its vulnerability to global change (climate change, growing exploitation of natural resources, pollution) makes the study of its evolutions imperative. In this framework, the aim of this thesis is the study of the structuring of the marine biodiversity by hydro-climatic variability of the global ocean, as well as how this structuring impacts on the ecosystems functioning. First, a modelling framework is developed to account for the impact of environment from individuals to populations to communities. It is based on a biomass size spectrum model which represents fish communities with individuals size and species maximum length as only variables. Detailed in Maury O. & Poggiale J. C. (2013) the model is implemented to represent a generic fish community. Indicators of structure, diversity and metabolism are developed to study so represented ecosystems. Once the methodogical framework defined the model is used for the idealized study of the biomass size spectrum properties when constrained with different environmental conditions. The impact of distinct constant primary production and temperature levels are investigated. First the static impact, forcing ecosystems with constant levels. Communities present similar properties for increasing primary production or decreasing water temperature. A succession of four domains characterized by similar fish community features are observed with increasing primary production, decreasing temperature. These distinct charateristics will induce distinct sensitivities of ecosystems function of the level of primary production or temperature. In order to link the results of these numerical experiments to reality the properties of ecosystems along latitudes are also computed. The community biomass spectrum is simulated along stations at different latitudes from pole to equator forcing with mean primary productions and temperatures. The properties of so represented communities enlight the observation of increasing species length with latitude, the so called Bergmann's rule. After the results for static spectra, the dynamic properties of fish community spectra are analyzed through the seasonality. Forcing communities at different latitudes with a seasonal primary production and temperature cycle a more or less strong species sucession is observed. The succession impacts the capacity of communities to maintain larger species during the bad season of poor conditions between two peaks of primary production. Once the properties of the biomass community spectrum investigated in an idealized manner, the model is implemented in the ecosystem model APECOSM in order to account for the spatial interactions and the link with habitat. Applied in the global ocean and forced with physical and biogeochemical NEMO-PISCES domains the model allows the modelling of ecosystems characteristics. Different known characteristics of marine ecosystems are reproduced, especially Bergmann's rule. The current models describing marine ecosystems provide a simplified representation of biodiversity (e.g. NPZD type biochemical models, Ewe or Atlantis type box models, OSMOSE and APECOSM type models). It induces a limitation of their use in the study of the impact of climate change on biodiversity and reversely; for the study of the impact of biodiversity changes on the functioning of ecosystems. The model we describe mechanistically allows the representation of the dynamic of ecosystems from individual bioenergetic and predation interactions while keeping diversity.

Climate change affects lakes, seas and running water globally, but the long-term effects on aquatic ecosystems, including fish communities, are complex and difficult to predict. Previous research has shown that changes in temperature, for example, can lead to shifts in fish species distribution and reductions in body size within fish communities. This study aims to investigate the impact of temperature on size distribution of individuals in fish communities by examining variations in so-called size spectrum and mean body size in ten Swedish lakes over the period 1994-2023. Data were collected from Swedish monitoring programs and analyzed using linear mixed-effects models. The result indicates a significant negative effect of temperature on the size spectrum and mean body size, meaning the number of small individuals increases while the number of large ones decreases. The size spectrum also shows a declining trend over time in several of the lakes, highlighting a shift in the size distribution of fish. These findings support the use of the size spectrum as an indicator of the impacts of climate change on freshwater ecosystems. The results of this study found a clearer link between temperature changes and size distribution compared to biomass, which supports the usefulness of size distribution as an indicator. Understanding these relationships is crucial for informing management and conservation strategies aimed at preserving lake ecosystems and the functions and ecosystem services that fish provide, including food and recreational opportunities. The study further contributes to the existing evidence that climate change is reshaping fish communities and aquatic ecosystems, underscoring the need for adaptive management to mitigate these effects and ensure sustainability of fish stocks for future generations. / Klimatförändringarna påverkar sjöar, hav och rinnande vatten globalt, men långsiktiga effekter på akvatiska ekosystem, inklusive fisksamhällens, är komplexa och svåra att förutse. Tidigare studier har visat att förändringar i temperatur till exempel kan leda till skiften i fiskarters utbredning och minskningar i kroppsstorlek i fisksamhällen. Denna studie syftar till att undersöka temperaturens inverkan på storleksfördelningen av individer i fisksamhällen genom att undersöka variation i det så kallade storleksspektrumets lutning och medelstorlek i tio svenska sjöar under perioden 1994–2023. Data samlades in från svenska övervakningsprogram för sjöar och analyserades med hjälp av linjära mixade effektmodeller. Resultaten indikerar en signifikant negativ effekt av temperatur på storleksspektrumets lutning och medelkroppsstorlek, dvs. antalet små individer ökar relativt antalet stora. Storlekspektrumets lutning visar också en nedåtgående trend över tid i flera av sjöarna, vilket belyser att fiskarnas storleksfördelning har skiftat mot relativt fler små individer i vissa sjöar. Dessa fynd styrker användningen av storleksspektrum som en indikator på klimatförändringarnas effekter på sötvattensekosystem. Resultat från denna studie visar också en tydligare koppling av förändrad temperatur på storleksfördelning än biomassor av fisk och växtplankton, vilket styrker nyttan av storleksfördelning som indikator. Att förstå dessa samband är avgörande för att vägleda förvaltnings- och bevarande strategier som syftar till att bevara sjöekosystem, de funktioner samt ekosystemtjänster som fiskar tillhandahåller, såsom mat och rekreationsmöjligheter. Studien bidrar till redan existerande bevis på att klimatförändringarna omformar fisksamhällen och akvatiska ekosystem, vilket tydliggör behovet av adaptiv förvaltning för att mildra dessa effekter och säkerställa starka fiskbestånd för framtida generationer.