Les espèces de poissons migrateurs (saumon atlantique, Salmo salar, en particulier) requièrent des conditions thermiques bien spécifiques. Ils sont très sensibles aux températures de l’eau et aux fortes variations estivales. Sur les trente dernières années, l’étude menée sur la Garonne (France) révèle une augmentation des températures estivales associée à un allongement de la durée des périodes chaudes. L’impact de cette modification du régime thermique sur la survie et la reproduction des espèces migratoires est également mis en évidence. Cette étude est menée sur un tronçon de Garonne, situé entre l’amont de Toulouse et l’amont de la retenue deMalause. Ce secteur est fortement touché par cette problématique avec en moyenne 2°C d’écart entre l’amont et l’aval et des températures supérieures à 25°C régulièrement atteintes. Le régime hydrologique de ce tronçon est fortement déficitaire (selon le SDAGE Adour-Garonne), la sensibilité au flux de surface est forte à cause de son lit large et peu profond, les pressions anthropiques sont importantes, ce sont autant de pistes dont l’impact sur le régime thermique est étudié. Une large collection de données hydrologiques et climatiques est exploitée afin de déterminer les processus en jeu dans l’évolution du régime thermique de ce tronçon de fleuve. Des études en tendances et corrélations et des modèles statistiques permettent de mettre en évidence d’une part la relation forte qui existe entre les températures de l’air et les températures de l’eau et d’autre part l’importance des faibles débits durant les périodes estivales. L’estimation des moyennes journalières de température de l’eau à Malause au moyen de modèles statistiques et déterministes donne de bons résultats pour les températures élevées ainsi que pour les franchissements de seuils liés aux conditions de migrations des amphilalins.Enfin un modèle numérique monodimensionnel de résolution de l’équation de transport thermique et des équations de St-Venant est développé. La physique du modèle tant au niveau hydraulique (prise en compte de fortes variabilités de pente, d’ouvrages, etc.) que thermique (apports latéraux, flux de surfaces, flux de conduction avec le lit) permet d’analyser l’évolution des différents flux qui participent au réchauffement du cours d’eau. Une évolution future à l’aide des sorties des modèles de l’IPCC est explorée et des méthodes éventuelles de restauration des conditions de températures favorables pour les espèces piscicoles sont analysées. / Fish species with strong thermal requirements (i.e. Atlantic salmon) are very sensitive to temperature evolution and particularly to large increases. An investigation conducted on the Garonne River (France) during the last three decades revealed global water warming along with an increase of the high temperature period duration. Large impact of this evolution on the survival and breeding of migrating fish species was also reported. Study was thus conducted on a specific reach of the Garonne River located between the immediate upstream of Toulouse and the upstream of the Malause dam. The issue of water temperature warming is particularly relevant on this reach, with an average increase of 2°C between upstream and downstream and temperatures above 25°C frequently reported. Potential causes are numerous: drastic low-flow regime (quoting SDAGE Adour-Garonne), impacts of surface fluxes that are important due to bed shape (wide and shallow), anthropogenic impacts, etc. Large amount of climatic and hydraulic data are used to make a clear determination of the processes involved in the thermal regime evolution of this reach. Trend and correlation analyses and use of statistical models indicate the strong relation between stream temperature and climate. Low flows also seem to be related to water temperatures during summer periods. Statistic and deterministic models give good results in estimating high daily mean water temperatures (RMSE ranging from 0.99°C to 1.22°C) and predicting water temperatures threshold crossings related to the migrating conditions of Atlantic salmon.Finally, a one-dimensional numerical model that solves both shallow water and thermal equations is developed. Both the formulation of the St-Venant equations (high variability in slope, gates …) and the phenomena taken into account in the water temperature model (lateral influx, surface fluxes, bed conduction …) allows studying the evolution of fluxes driving water temperature evolution. Future evolution of the water temperature at the 2050 horizon is also evaluated using IPCC models output and potential solutions to restore favorable stream temperatures conditions for fishes are analyzed.

Les poissons migrateurs amphihalins évoluent dans un environnement qui est perturbé, à l’échelle globale, par le changement climatique et à l’échelle régionale, par les pressions anthropiques telles que les barrages et la pollution des cours d’eau. Cette étude, menée à l’échelle continentale, avait pour objectif d’évaluer, de comprendre et de prédire les impacts de changements globaux sur la distribution de ce groupe. Afin de répondre à cette problématique, des modèles empiriques de distribution ont été construits pour chacune des 28 espèces étudiées. Leurs distributions ont été décrites au début et à la fin du XXème siècle, en termes de présence-absence et de classes d’abondance. Les variables explicatives potentielles étaient de type physique, climatique, biotique et anthropique. Dans un premier temps, il a été mis en évidence que la répartition vers 1900 des poissons migrateurs amphihalins était fortement contrainte par leur histoire biogéographique et par les conditions thermiques et hydrauliques de l’habitat continental. La projection de ces distributions, à la fin du XXIème siècle, dans le contexte du changement climatique, a montré la forte sensibilité de ce groupe aux modifications du climat. Bien que spécifiques à chaque espèce, les réponses ont pu être classées en trois catégories : expansion de l’aire de répartition, contraction de l’aire de répartition et peu ou pas de changement. Dans un deuxième temps, pour la première fois à l’échelle continentale, l’importance des grands barrages et de la densité de populations humaines pour expliquer la distribution actuelle de ces espèces a été démontrée. Les relations sont apparues complexes et dépendantes des caractéristiques écologiques des espèces, notamment de la position de leurs habitats de croissance et de reproduction le long du réseau hydrographique et de leur place au sein du réseau trophique. / Diadromous fishes live in an environment disturbed, at global scale, by climate change and at regional scale, by anthropogenic pressures such as dams and river pollution. This study, performed at continental scale, aimed to assess, understand and predict the impacts of global changes on the distribution of this group. To address this issue, empirical distribution models were built for each of the 28 species studied. Their distributions were described at the beginning and the end of the twentieth century, in terms of presence-absence and abundance. Different types of explanatory variables were used, i.e. physical, climatic, biotic and anthropogenic. On the one hand, it was demonstrated that the distribution of diadromous fishes around 1900 was constrained by their biogeographical history and by the thermal and hydraulic characteristics of the continental habitat. Projection of these distributions, at the end of the twenty-first century, under climate change, highlighted the sensitivity of this group to climatic modifications. Responses were species-specific but could be classified into three categories: expansion of the distribution range, contraction of the distribution range and little or no change. On the other hand, for the first time at continental scale, the importance of large dams and human population density to explain the current diadromous fish distribution was demonstrated. The relationships seemed complex and to be dependent on the species’ ecological characteristics, particularly the position of their essential habitats along the river network and their place within the food web.

Le changement climatique en cours modifie les conditions environnementales et les espèces doivent s'adapter à ces nouvelles conditions, en restant sur place ou en se déplaçant conduisant alors à de nouvelles distributions. Ce repositionnement revêt deux dimensions principales : (i) l'adaptabilité des espèces aux nouvelles conditions (changement de traits d'histoire de vie) liée à la résilience des populations et (ii) leur capacité à explorer de nouveaux habitats favorables. Cette étude avait pour objectif l’élaboration d’un modèle dynamique mécaniste intégrant ces deux dimensions de manière à pouvoir évaluer, comprendre et prédire les possibilités de repositionnement des poissons migrateurs amphihalins européens face au changement climatique.Pour accomplir leurs cycles de vie, les espèces migratrices amphihalines utilisent nécessairement des écosystèmes dulçaquicoles, estuariens et marins. Ces cycles de vie particuliers leur confèrent un plus grand potentiel de repositionnement que les espèces dulçaquicoles. Une base de données sur les traits de vie de ces espèces intégrant notamment ceux pouvant potentiellement être influencés par le changement climatique et ceux pouvant jouer un rôle dans le potentiel de dispersion des espèces a été construite pour l’ensemble des espèces amphihalines européens. Une méthode d’analyse multicritère hiérarchique a été proposée pour définir un indice basé sur les traits de vies visant à caractériser le potentiel de repositionnement des espèces migratrices amphihalines.Le modèle GR3D (Global Repositioning Dynamics for Diadromous fish Distribution) a ensuite été développé pour étudier de façon dynamique le repositionnement potentiel de ces espèces, à large échelle, dans un contexte scénarisé de changement climatique. Il s’agit d’un modèle de simulation stochastique, individus centré, intégrant les principaux processus de dynamique de population d’un poisson migrateur amphihalin (reproduction, mortalité, croissance, migration de montaison avec dispersion, migration de dévalaison).Un premier cas d’étude exploratoire simulant le repositionnement d’une population virtuelle de grande alose (Alosa alosa) de son bassin versant d’origine à un bassin versant voisin inhabité dans un contexte d’augmentation de la température a permis de réaliser une analyse de sensibilité globale du modèle GR3D à la fois aux paramètres incertains de dynamique de population et aux paramètres reliés à la structure de l’environnement. Il a été mis en évidence une sensibilité particulière du modèle aux paramètres liés à la durée de vie et à la mortalité en mer ainsi qu’à la distance entre les deux bassins versants de l’environnement pour déterminer le succès de colonisation.Enfin, l’utilisation du modèle GR3D sur un cas d’application réel a permis de commencer à évaluer l’évolution de la persistance de la grande alose à l’échelle de son aire de répartition (i.e. la façade atlantique) dans un contexte de changement climatique.Les simulations du modèle GR3D devraient ainsi trouver à terme des applications pour la gestion et la conservation des espèces migratrices amphihalines. / The ongoing climate change is modifying the environmental conditions and species have to adapt to these new constraints, either on the same site or migrating in new suitable sites leading to a modification of distribution area. This repositioning has two main dimensions: (i) the species capacity to adapt to the new conditions (modification of life history traits) which is linked to the species resilience and (ii) the species capacity to explore new suitable habitats. The objective of this study was to build a mechanistic model incorporating these two dimensions in order to evaluate, understand and predict the repositioning possibilities of European diadromous fish facing climate change.In their life cycles, diadromous fish species have to use freshwater, estuarine and marine ecosystems. These specific life history strategies represent a great repositioning potential in comparison to freshwater fish species. A database of diadromous fish life history traits, incorporating those that could be influenced by climate change and those that could have an importance in the species repositioning potential, has been built. An Analytic Hierarchy Process has been suggested to develop a composite score based on life traits aiming at assessing the diadromous species repositioning potential.Then, the GR3D model (Global Repositioning Dynamics for Diadromous fish Distribution) has been developed in order to study with a dynamic approach the repositioning potential of diadromous fish, at a large scale, in a context of climate change. This model is a simulation, stochastic and individual-based model incorporating the main population dynamics processes of a diadromous fish (reproduction, mortality, growth, upstream migration with dispersal and downstream migration).A first exploratory application case simulating the repositioning of a virtual allis shad (Alosa alosa) population between two river catchments under a scenario of temperature increase has been carried out and the associated global sensitivity analysis has been performed in order to determine the influence of uncertain population dynamics parameters and of parameters defining the landscape stucture. The results showed that dispersal distance and parameters related to sea lifespan and to survival at sea were crucial to determine the success of colonization.Finally, the use of GR3D in a real application case allowed improving the understanding of allis shad persistence at the scale of its distribution area (i.e. the Atlantic coast) in a context of climate change.Over time, simulation results of GR3D should be relevant and useful in management and conservation of diadromous fish species.

Migration occurs among many animal species for the purpose of, among other things, finding food or to reproduce. Spawning migration is a form of migration that occurs among many fish species where they move to another site for reproduction. The movement can be obstructed by migration barriers like road culverts. Barriers to migration pose one of the greatest threats to biodiversity and ecosystem functions in freshwater. They impair the connectivity of watercourses and may prevent fish from improving reproductive success or completing their life histories altogether. There are both benefits and costs with migration, benefits such as increased survival for the adults and offspring, and costs such as increased energy consumption and increased mortality. The costs are often dependent on the morphological traits of the individual, like body shape and size. In this study, the spawning migration of two species of fish of the family Cyprinidae, ide (Leuciscus idus) and roach (Rutilus rutilus) was investigated. Few studies have been made on ide or on roach compared to other cyprinids and salmonids. This study might therefore enhance the overall knowledge of these two species. The overall aims of this project are to study and compare phenotypic correlates of spawning migration behaviour of ide and roach. The field studies were performed in Oknebäcken, Mönsterås (SE632310-152985), Sweden in March and April 2020. To describe the watercourse and define the location and characteristics of different potential migration barriers, a simplified biotope mapping method was used. The fish were caught in a hoop net and then measured, weighted, sexed, and injected with passive integrated transponder using the bevel down method. In order to register in stream movement of fish, reading stations with antennas were placed, at two locations upstream from the marking station and one downstream at the estuary. The sex ratio differed from the expected 1:1 with a majority of females for both species. This might be a result of fluctuations in survival of spawn coupled with different age-at-maturity between sexes. We found that individuals that arrived early to the stream were larger for both study species, as other studies also reported. Also, male ide was both larger and arrived before female ide. There might be an energy cost associated with early arrival to the stream and therefore, larger individuals arrive first. For roach, there was no difference in arrival time between the sexes although female roach were larger. There was no difference in the time spent in the stream between the species. For ide, females stayed for a longer period of time in the stream than males. However, the opposite was true for roach. This may be because male roach might benefit from more fertilization events when staying longer. There might therefore be a trade-off between the energy cost in staying in the stream and the increased fitness advantage in fertilization events. We found no correlation between any of the morphological traits and migration distance. However, since very few individuals were registered at the upstream reading stations, there might be an effect of migration barriers on the spawning migration. The mortality after spawning was higher for roach than for ide. For ide, a larger proportion of females than males died. For roach, individuals that arrived early was classified as alive to a greater extent than those who arrived late. Both similarities and differences between the species were discovered in this study which concludes that even closely related species might differ substantially from each other.