Description du sujet de thèse

Vers une gestion tridimensionnelle des points chauds de la biodiversité dans les zones ne relevant d'aucune juridiction nationale : le cas du dôme thermique du Costa Rica

1) Justification - La production et le devenir de la matière organique de la surface à l'océan profond ont un impact profond sur les cycles biogéochimiques mondiaux et sur le flux d'énergie dans les réseaux alimentaires. En outre, ce mécanisme à médiation biologique, appelé pompe biologique à carbone (PBC), a été reconnu pour son service écosystémique de séquestration du CO2 atmosphérique dans l'océan [1]. La PBC regroupe un ensemble de processus océanographiques biotiques et abiotiques, en réponse à des facteurs naturels et anthropogéniques agissant sur un large éventail d'échelles spatiales et temporelles. Le programme Biogeochemical Argo, qui est à l'avant-garde de l'avancement de notre compréhension du PCO, maintient un ensemble de flotteurs profileurs au sein des systèmes mondiaux d'observation de l'océan (GOOS), recueillant des enregistrements océanographiques à long terme des variables océaniques essentielles (EOV) dans la colonne d'eau [2], tout en ouvrant de nouvelles possibilités de gestion et de surveillance des écosystèmes pélagiques.
Le BCP peut certainement être le mécanisme de base qui renforce localement la biodiversité dans les oasis de productivité rencontrées dans les océans oligotrophes. C'est le cas du dôme thermique du Costa Rica (le dôme), un système d'upwelling offshore persistant situé dans l'océan Pacifique tropical oriental [3]. La thermocline y affleure la couche éclairée par le soleil, fournit des eaux riches en nutriments et stimule la productivité primaire ; l'ensemble constitue la base de l'un des réseaux alimentaires marins les plus riches, qui s'étend jusqu'aux poissons pélagiques et aux grands prédateurs marins [4]. Juste en dessous, une large couche déficiente en oxygène (OMZ) reçoit d'importants flux de matières organiques, qui soutiennent diverses communautés microbiennes et influencent directement le cycle de l'azote [5]. En outre, le dôme recouvre des écosystèmes benthiques des grands fonds récemment découverts, où les champs hydrothermaux abritent des pouponnières de poulpes et des communautés biologiques uniques qui dépendent des apports du PCO [6]. Ce sont quelques-uns des critères qui expliquent pourquoi le Dôme est considéré comme un point chaud de la biodiversité en haute mer et comme l'un des cinq sites océaniques d'une valeur universelle exceptionnelle par l'UNESCO [7].
Les principaux programmes de gestion du dôme se sont concentrés sur les pêcheries telles que le thon et le calmar, qui partagent la nature transfrontalière du dôme et ont été difficiles à traiter par des propositions de gestion et la mise en œuvre de l'accord sur la biodiversité au-delà des juridictions nationales (BBNJ) [8,9]. L'élaboration d'objectifs de conservation et d'indicateurs de gestion efficaces dans ce contexte est difficile en raison des mécanismes de couplage complexes entre les domaines épipélagique et benthique, y compris les connexions à méso-échelle et le BCP. Il est urgent de mener des recherches approfondies afin d'élaborer de nouvelles stratégies de conservation tridimensionnelles (3D), en intégrant le cadre du GOOS aux initiatives de gestion des écosystèmes et de l'environnement. Cette étude est non seulement essentielle pour la gestion durable des services écosystémiques, mais aussi pour le développement de synergies entre les conventions intergouvernementales [11,12].
La recherche proposée ici porte sur la structuration verticale du Dôme, avec des implications pour la gestion des ressources marines. Elle est soutenue par le lancement d'un système d'observation à l'échelle régionale associé au programme Biogeochemical Argo, qui permettra de remédier aux lacunes chroniques en matière d'observation et au manque de collecte de données à long terme. L'étude explore l'importance biologique et océanographique du Dôme, en construisant une approche objective pour relier le BCP aux implications écologiques et sociétales. Elle propose une surveillance en 3D des caractéristiques océanographiques les plus pertinentes qui structurent le dôme, en intégrant les connaissances sur les remontées d'eau, la dynamique des eaux moyennes, les caractéristiques des fonds marins et les flux de carbone. Un aspect unique de ce projet est la conception de scénarios de conservation en 3D dans les zones situées au-delà de la juridiction nationale (ABNJ), conformément à l'accord BBNJ. Dans l'ensemble et dans une perspective plus large, cette initiative visera à souligner le rôle des collections de données du GOOS dans la prise de décision pour le développement de stratégies régionales.
2) Objectifs - Nous aborderons quatre questions de recherche (Q1-Q4), chacune liée à une hypothèse (H1-H4).
Q1/ Quels sont les principaux modes de variabilité spatio-temporelle qui structurent le fonctionnement du Dôme et de l'OMZ ? H1/ le premier mode serait saisonnier associé à la zone de convergence intertropicale et aux régimes de vent, le second mode serait interannuel associé à l'oscillation El Niño. Les polygones spatio-temporels qui en résultent pour la zone d'influence du Dôme seront dessinés en fonction de critères centraux bien définis et d'une extension. Dans cette approche de mise à l'échelle 3D, nous identifierons les facteurs qui couplent les processus épipélagiques avec les processus benthiques.
Q2/ Quelle est la contribution des processus océanographiques aux services écosystémiques du Dôme et comment traduire les collections de données GOOS en indicateurs pour un système socio-écologique ? H2/ Le BCP et les pêcheries épipélagiques sont les principaux services écosystémiques du Dôme, modulés par la temporalité de l'OMZ. Nous évaluerons les facteurs socio-économiques qui interagissent dans la gouvernance du Dôme et informerons la stratégie 3D vers l'intégration régionale au sein de BBNJ. Un protocole d'intégration et de visualisation des données, répondant au besoin de maintenance et d'utilisation efficace de l'information, sera généré par la collecte de données GOOS.
Q3/ Quels sont les fils écologiques et sociaux, les pressions et les limites qui se manifestent à l'échelle spatio-temporelle du Dôme et qui se traduisent par des impacts cumulatifs en 3D, et comment une compréhension globale peut-elle être obtenue par l'intégration de la gestion basée sur l'écosystème ? H3/ Dans la zone spatio-temporelle du Dôme, l'intégration de la surveillance de l'écosystème et des perspectives socio-économiques permettra d'élucider des processus et des pressions spécifiques. Nous prévoyons d'identifier des frontières discernables indiquant des dynamiques écologiques et humaines distinctes. L'hypothèse propose en outre que des interdépendances quantifiables émergent, révélant comment les paramètres écologiques et les facteurs socio-économiques pourraient être modulés.
Q4/ Comment les évaluations précédentes peuvent-elles être intégrées efficacement pour informer la conservation tridimensionnelle et la planification de l'espace maritime ? H4/ L'intégration d'une approche d'évaluation tridimensionnelle améliorera la conception et la mise en œuvre d'une gestion de la conservation fondée sur les écosystèmes et basée sur les principaux services écosystémiques par niveau océanique et par limites définies. Une attention particulière sera portée au PCO, à la pêche et à la mise en œuvre d'autres mesures efficaces de conservation par zone dans le cadre de l'accord BBNJ. Cette approche permettra de définir des critères pour la planification et la gestion de l'espace en 3D, en tenant compte de la dimension verticale des écosystèmes marins.
3) Méthodologie et défis - Cette thèse fournira une méthodologie générique pour les schémas de gestion dans ABNJ, en utilisant le Dôme comme étude de cas. L'approche proposée dans cette thèse peut être décomposée en trois volets. Premièrement, nous déploierons une flotte de flotteurs-profileurs dans la zone d'étude, mise à disposition par le programme Biogéochimique Argo ; nous conduirons une analyse des données in-situ en concomitance avec l'imagerie satellitaire, en priorisant l'EOV Deuxièmement, nous analyserons les composantes des services écosystémiques, les pressions sociales et estimerons les flux de carbone dans la zone d'étude. Troisièmement, nous concevrons un cadre d'évaluation des services écosystémiques en créant un modèle socio-écologique, intégrant les interconnexions et les boucles de rétroaction des changements climatiques, écologiques et sociaux, en utilisant des outils tels que prioritizr ou marxan.
Plusieurs aspects développés dans cette thèse représentent un défi. Tout d'abord, la mise en place d'un système d'observation régional, avec le déploiement d'un réseau de capteurs autonomes, dépendra des opérations sur le terrain, de la vérification métrologique des capteurs pour une collecte de données de bonne qualité, et du bon fonctionnement des plates-formes. D'après les estimations préliminaires, les flotteurs déployés dans le Dôme devraient rester dans la zone d'étude jusqu'à 12 mois sur une durée de vie de 4 ans, ce qui nécessiterait des opérations d'entretien pour maintenir le GOOS régional. Deuxièmement, l'alignement sur les organismes de pêche et les conventions intergouvernementales - telles que la BBNJ, l'Autorité internationale des fonds marins (ISA), la Convention sur la diversité biologique (CDB) - garantira une utilisation durable et inclusive du cadre de données pour la gouvernance des océans. Les autres défis identifiés sont le trafic maritime, la réglementation de la pêche, les effets de l'exploitation minière potentielle sur la zone de Clarion Clipperton et la pollution plastique, ce qui souligne son importance sociétale et sa désignation comme l'un des sites potentiels de l'UNESCO d'une valeur universelle exceptionnelle. Alors que la pêche sera probablement au centre de la gestion, la réglementation par le biais du système BBNJ n'est pas pratique. Au lieu de cela, pour le Dôme, le cas spécifique implique la Commission interaméricaine du thon (CITT), soulignant la nécessité d'approches de gestion adaptées avec les États adjacents concernés.
Au cours de la thèse, le programme est structuré en six semestres. La phase initiale comprend un examen approfondi de la littérature, le déploiement du réseau de capteurs autonomes et l'implication des parties prenantes par le biais de sous-processus de la Conférence des Nations unies sur les océans. Les semestres suivants seront consacrés à l'analyse et à la synthèse des données. L'engagement dans des activités de sensibilisation et de communication basées sur la science sera un effort continu tout au long du projet. 4) Ressources et environnement programmatique - Un ensemble de 8 flotteurs profileurs a été attribué cette année par le programme LEFE. La stratégie d'opération de terrain proposée comprend deux vagues de déploiement pour maintenir le GOOS Argo Biogéochimique dans le Dôme pendant trois ans, en utilisant des moyens maritimes et un navire affrété par la Fondation MarViva. Cette thèse sera insérée dans le cadre de l'UNOC 2025 co-présidé par le Costa Rica et la France, qui se concentre sur une approche factuelle orientée vers l'action pour la gestion durable du Pacifique tropical nord-est. L'objectif sera d'informer la prise de décision internationale, en particulier sur le couplage pélagique-benthique, afin de développer des stratégies de gouvernance pour la gestion durable du Dôme.
La thèse sera réalisée en étroite collaboration avec les projets suivants : ERC REFINE, PEPR Bridges, SARGADOM de la Fondation MarViva, RETO-CR de Pelagos soutenu par l'Universidad Nacional de Costa Rica.
5) References
[1] Boyd P.W., Claustre H., Levy M., et al. (2019). Multi-faceted particle pumps drive carbon sequestration in the ocean. Nature.
[2] Claustre H., Johnson K.S., Takeshita Y. (2020). Observing the Global Ocean with Biogeochemical-Argo. Annual Review of Marine Science.
[3] Wyrtki K. (1964). Upwelling in the Costa Rica Dome. Fisheries Bulletin.
[4] Fiedler P.C. (2002). The annual cycle and biological effects of the Costa Rica Dome. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 49(2).
[5] Ulloa O., Canfield E., DeLong E., Stewart J. (2012). Microbial oceanography of anoxic oxygen minimum zones. PNAS.
[6] Wheat C.G., Hartwell A.M., McManus J., Fisher A.T., et al. (2019). Geology and fluid discharge at Dorado Outcrop, a low temperature ridge‐flank hydrothermal system. Geochemistry, Geophysics, Geosystems.
[7] Freestone D., Laffoley D., Douvere F., Badman T. (2016). World heritage in the high seas: an idea whose time has come. UNESCO Publishing. http://unesdoc.unesco.org/images/0024/002454/245467e.pdf
[8] Johnson D.E., Salazar E.R., Gallagher A., Rees A., Rodriguez C.S., Solano S.C., Ortega G.R., Froján C.B. (2018). Preventing plastics pervading an oceanic oasis: Building the case for the Costa Rica Thermal Dome to become a World Heritage site in ABNJ. Marine Policy.
[9] Cubero-Pardo P., Castro-Azofeifa C., Chavarría-Chaves J-B., Vargas-Bolaños C., Corrales-Garro F. (2023). Foreign fishing fleets in the Costa Rican Pacific and their overlap with oceanic protected areas, the fishing zoning, and the Thermal Dome. Revista de Biología Tropical.
[10] Levin N., Kark S., Danovaro R. (2018). Adding the third dimension to marine conservation. Conservation Letters.
[11] Teo J. (2023). Ocean materialities and the ontologies of ocean conservation in Areas Beyond National Jurisdiction: The Costa Rica Thermal Dome. Marine Policy.
[12] Claudet J., Brooks C.M., Blasiak R. (2023). Making protected areas in the high seas count. Science.

Contexte de travail

Le doctorant sera accueilli dans l'équipe OMTAB du Laboratoire d'Océanographie de Villefranche et un temps régulier sera alloué pour visiter le bureau du CRIOBE à Paris sur une base mensuelle.

Contraintes et risques

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