Chronic anthropogenic disturbance has left many marine systems at risk of degrading into undesirable states. In many cases, ecosystem shifts are triggered by catastrophic disturbance events that are beyond the control of local management, such as coral bleaching or cyclones. Recognition of this risk has instigated what has been referred to as a new paradigm for marine stewardship; managing areas with the explicit goal of maintaining ecosystem resilience. Despite this, there has been little synthetic influence of resilience theory on marine conservation planning. This thesis focuses on how to make good decisions regarding the selection of marine protected areas (MPAs), in the face of catastrophic disturbance events and for the conservation of highly dynamic marine systems. Large-scale catastrophic events, although rare, lie generally beyond the control of local management and can prevent marine reserves from achieving biodiversity outcomes. In Chapter 2, I formulate a new conservation planning problem that aims to minimize the probability of missing marine conservation targets as result of catastrophic events. To illustrate this approach, I address the problem of minimizing the impact of large scale coral bleaching events on a reserve system for the Great Barrier Reef, Australia. By explicitly considering the threat of catastrophic bleaching as part of the reserve design problem, it was possible to substantially improve the likely persistence of coral reefs within reserve networks, for a negligible increase in reserve cost. The results also demonstrate that simply aiming to protect the reefs at lowest risk of catastrophic bleaching does not necessarily lead to the best conservation outcomes. It is thought that recovery of marine habitats from uncontrollable disturbance may be faster in marine reserves than in unprotected habitats. But which marine habitats should be protected, those areas at greatest risk or those at least risk? In Chapter 3, I define this problem mathematically for two alternate conservation objectives and determine under which conditions each of the different protection strategies are optimal. With regard to the risk of uncontrollable disturbance, the optimal protection strategy depends on both the conservation objective and the expected rate of habitat recovery inside and outside protected areas. I illustrate this decision making with an example of cyclone disturbance of coral reefs on Australia’s Great Barrier Reef. An adequate consideration of risk can indicate surprising routes to conservation success. The resilience of coral reef systems is closely linked to the presence of grazing herbivores. Although herbivore populations are generally protected through permanent static reserves, the benefits of protection are dynamic in both time and space. Periodically moving protection between reefs allows access to the greatest potential benefits of reservation and can help address social reluctance to permanently close areas. Using analytic methods to solve a theoretical case study, I demonstrate that periodically rotating protection around a reef system can lead to greater average reef resilience than under static protection, but only if the overall level of reservation is high enough or the rotation does not include all reefs in the system. The past ten years have seen increasing enthusiasm for MPAs as a tool for pelagic conservation. However, numerous criticisms have been levelled against the use of place-based management in such a dynamic environment. Evidence, tools and information to address these criticisms and establish the feasibility and relevance of pelagic MPAs are dispersed across the conservation, oceanography and fisheries management literature. In Chapter 5, I review this information and present a synthetic framework for systematic planning of pelagic MPAs. Although many of the lessons learned so far about MPA design in coastal systems can be transferred to pelagic systems, there are some fundamental differences and new challenges involved in the conservation of patchy and highly dynamic resources. These challenges are very much at the leading edge of new conservation science and are likely to stimulate solutions with impact far beyond the design of pelagic MPAs.

Dans le cadre de l’Approche Ecosystémique des Pêches (AEP), il est nécessaire d’évaluer l’impact de la pêche thonière tropicale à la senne sur les espèces ciblées et sur les espèces accessoires. Parmi ces dernières, les espèces de la mégafaune, telles que des requins, raies, cétacés, tortues, oiseaux marins, sont souvent emblématiques et vulnérables. Les thoniers senneurs tropicaux recherchent activement à la surface de l’eau tout indice de la présence de bancs de thon (e.g. oiseaux, objets flottants, baleines, dauphins ou requins baleines). Dans l’est de l’océan Atlantique et l’ouest de l’océan Indien, les deux modes de pêches principaux sont les captures de thons en bancs libres et celles sur bancs associés à un objet flottant, naturel ou artificiel, rassemblés ici sur sous le terme de dispositif de concentration de poisson (DCP). Les calées associées aux requins baleines et aux cétacés sont toutefois peu étudiées. L’objectif de cette thèse est donc d’analyser les co-occurrences et/ou interactions spatio-temporelles entre requins baleines, cétacés et pêche thonière à la senne, dans une perspective de conservation de l’écosystème. Ce travail, basé sur des données de livres de bord et d’observateurs scientifiques embarqués, a montré que la co-occurrence pêche thonière/ mégafaune se localise dans des strates spatio-temporelles relativement précises: i) du Gabon à l’Angola (avril–septembre), ii) dans le Canal du Mozambique (juin–septembre) et iii) à l’est des Seychelles (avril–septembre). Les baleines et requins baleines étant planctivores, la co-occurrence avec la pêche à la senne est principalement liée à une forte productivité primaire (appréhendée à travers des proxys tels que la concentration en chlorophylle-a). De plus, les calées sur ces deux groupes étaient assez élevées avant 2000 (jusqu’à 20% des calées), et qu’elles sont moins fréquentes aujourd’hui (AC3 et 1,5% des calées associées à des baleines et des requins baleines, respectivement). L’impact de la pêche à la senne sur ces espèces semble relativement faible au regard du taux de mortalité apparente de 1,4% pour les requins baleines et 5,6% pour les cétacés. Des marquages satellites réalisés sur les requins baleines, confirment ces observations sur le plus long terme, mais la taille de l’échantillon limite la formulation de conclusions définitives. Concernant les dauphins, bien que présents sur les zones de pêche, ils interagissent très peu avec celle-ci, soulignant ainsi une différence majeure avec l’océan Pacifique est où ce mode de pêche est majoritaire. La diversité spécifique des espèces cible et accessoire associées aux calées sur mégafaune a également été étudiée. Les requins baleines sont associés aux listaos et à l’albacore (dans une large gamme de tailles), alors que les baleines le sont principalement à de gros albacores. De plus, la capture accessoire associée à ces deux groupes de mégafaune est relativement faible et dominée par le requin soyeux et la diversité spécifique est proche de celle trouvée sous les bancs libres de thons. Enfin les effets de mesures de conservation vis-à-vis de la mégafaune encerclée ou de mesures de gestion de l’effort de pêche, notamment les moratoires sur DCP réelles ou simulées (e.g. moratoires élargis), ont été analysés. Les premières ont eu un effet limité en terme de captures cibles et accessoires, alors que les moratoires impactent peu le nombre de calées associés à la mégafaune, ceci en raison du décalage spatio-temporel des co-occurrences. Cependant des moratoires élargis pourraient être bénéfiques pour les thons juvéniles et certaines espèces associées. Par l’analyse quantitative des interactions entre la pêche thonière à la senne et la mégafaune, cette thèse apporte des connaissances essentielles sur les espèces étudiées dans le cadre de la mise en place d’une AEP, applicable à la pêche thonière tropicale. / In the frame of the Ecosystem Approach to Fishery (EAF) management, impact of the tropical tuna purse-seine fishery on targeted and incidentally captured species should be investigated. They may include megafauna species, such as sharks, rays, cetaceans, turtles or sea birds, which often are emblematic and vulnerable species. Tropical tuna purse-seiners actively search, at the surface of the sea, for clues indicating the presence of tuna schools (e.g. birds, floating objects, whales, dolphins or whale sharks). In the eastern Atlantic and western Indian Oceans, the main two fishing modes are sets on free swimming tuna schools and schools associated to natural or artificial floating objects, thereafter called Fish Aggregating Device (FAD). However dedicated studies on fishing sets associated to whale sharks and cetaceans are still lacking. The aim of this thesis is therefore, using logbook and scientific onboard observer data, to investigate the spatio-temporal co-occurrences and/or interactions between whale sharks, cetaceans and the tuna purse-seine fishery within an ecosystem conservation perspective. This work underlines that the megafauna/ fishery co-occurrence occurs in specific spatio-temporal strata: i) Gabon to Angola (April–September), ii) the Mozambique Channel (June–September), and iii) East of Seychelles (April–September). As baleen whales and whale sharks are filter feeders, the co-occurrence with the purse-seine fishery was mostly linked to highly productive environments (i.e. using proxys including chlorophyll-a concentration). In addition fishing sets involving megafauna were relatively high before 2000 (up to 20% of the sets), but are nowadays less frequent (AC3 and 1.5% of the sets associated to baleen whales and whale sharks). The purse-seine fishery appears to have a relatively low impact on megafauna species with mortality rates of 1.4% for whale sharks and 5.6% for cetaceans. Whale shark satellite tagging also confirms these results on the longer term, but the low sample size precludes any final conclusion. While dolphins are present in fishing areas, very few interactions with the fishery was detected, which highlights the striking difference with the eastern Pacific Ocean where half the sets are associated to dolphin herds. In addition, the diversity of targeted and bycatch species captured under whale shark and baleen whale sets was also investigated. Whale sharks are principally associated to skipjack and yellowfin (of various sizes) tunas and baleen whales mostly to large yellowfin tuna. In addition, bycatch species associated to these two megafauna groups was relatively low and dominated by the silky shark, and bycatch diversity was close to the one found for free swimming tuna schools. Finally, real and/or simulated encircled megafauna conservation measures or fishing effort management measures (especially FAD moratoria including larger ones) were investigated. The first ones were found to have limited consequences on tuna catch and bycatch. Conversely FAD moratoria had limited impacts on the number of megafauna associated fishing sets, due to the fact that the main spatio-temporal strata of megafauna and FAD sets differ. However larger and longer moratoria could be beneficial for juvenile tuna and some bycatch species. Overall, this thesis has lead to increase the knowledge on megafauna/ fishery interactions, essential in the general framework of setting up an EAF in the tropical tune purse-seine fishery.

Depuis le milieu des années 1990, l’utilisation de Dispositifs de Concentration de Poissons (DCP), des objets artificiels spécifiquement mis à l’eau pour agréger des bancs de poissons, est devenue de plus en plus importante pour la pêche au thon tropical à la senne. Cette utilisation massive des DCP, qui s’accompagne d’une utilisation massive de dispositifs de suivi comme les balises GPS et les balises échosondeurs, est aujourd’hui source d’inquiétude pour les stocks de thons, les prises accessoires mais aussi pour le fonctionnement des écosystèmes pélagiques. Cependant, les modalités d’utilisation des DCP et des balises GPS qui servent à les suivre restent mal connues, ce qui complique considérablement l’évaluation et la gestion des impacts de ces pratiques de pêche. Afin d’améliorer les connaissances actuelles de la pêcherie, les positions des balises GPS utilisées par les 3 armements français dans les océans Atlantique et Indien, constituant une part significative des DCP utilisés dans ces deux océans, ont été analysées. Ces données ont été combinées avec des multiples sources d’information : les livres de bord, les trajectoires VMS des senneurs français ainsi que des entretiens avec les patrons français. Elles nous permettent de mieux comprendre les stratégies de mise à l’eau des DCP et des balises, d’estimer le nombre d’objets flottants utilisés par les flottes de senneurs dans les océans Atlantique et Indien, de mesurer la contribution des DCP et des navires auxiliaires à l’efficacité de pêche des senneurs, d’identifier des destructions potentielles d’habitats par les DCP échoués and pour finir de proposer des solutions de gestion pour la pêcherie. Les résultats montrent une grande saisonnalité dans les mises à l’eau des deux océans, une croissance rapide du nombre de balises GPS au cours des 7 dernières années puisqu’elle est multipliée par 4.2 dans l’Océan Indien et 7 dans l’Océan Atlantique, des dommages possibles causés à des écosystèmes côtiers fragiles avec une probabilité d’échouage de l’ordre de 10% et finalement une augmentation de l’efficacité de pêche entre 2003 et 2014 de l’ordre de 3.8-18.8% dans l’Océan Atlantique et 10.7%-26.3% dans l’Océan Indien. Les entretiens avec les capitaines des senneurs soulignent la nécessité d’une gestion plus efficace de la pêcherie, avec entre autres l’instauration de quotas, une régulation de la capacité de la flotte de senneurs et un meilleur suivi des navires auxiliaires. Les résultats obtenus constituent les premières étapes nécessaires à une meilleure gestion de la pêche sous objet flottant / Since the mid 1990s, the use of drifting Fish Aggregating Devices (dFADs) by purse seiners, artificial objects specifically designed to aggregate fish, has become an important mean of catching tropical tunas. In recent years, the massive deployments of dFADs, as well as the massive use of tracking devices on dFADs and natural floating objects, such as GPS buoys, have raised serious concerns for tropical tuna stocks, bycatch species and pelagic ecosystem functioning. Despite these concerns, relatively little is known about the modalities of GPS buoy tracked objects use, making it difficult to assess and manage of the impacts of this fishing practice. To fill these knowledge gaps, we have analyzed GPS buoy tracks provided by the three French fishing companies operating in the Atlantic and the Indian Oceans, representing a large proportion of the floating objects monitored by the French fleet. These data were combined with multiple sources of information: logbook data, Vessel Monitoring System (VMS) tracks of French purse seiners, information on support vessels and Local Ecological Knowledge (LEK) of purse seine skippers to describe GPS buoy deployment strategies, estimate the total number of GPS buoy equipped dFADs used in the Atlantic and Indian Oceans, measure the contribution of strategies with FOBs and support vessels to the fishing efficiency of tropical tuna purse seiners, identify potential damages caused by lost dFADs and finally to propose management options for tropical tuna purse seine FOB fisheries. Results indicate clear seasonal patterns of GPS buoy deployment in the two oceans, a rapid expansion in the use of dFADs over the last 7 years with an increase of 4.2 times in the Indian Ocean and 7.0 times in the Atlantic Ocean, possible damages to fragile coastal ecosystems with 10% of GPS buoy tracks ending with a beaching event and an increased efficiency of tropical tuna purse seine fleets from 3.9% to 18.8% in the Atlantic Ocean over 2003-2014 and from 10.7% to 26.3% in the Indian Ocean. Interviews with purse seine skippers underlined the need for a more efficient management of the fishery, including the implementation of catch quotas, a limitation of the capacity of purse seine fleets and a regulation of the use of support vessels. These results represent a first step towards better assessment and management of purse seine FOB fisheries.