Description du sujet de thèse

TITRE: Variations historiques des taux d'interactions avec les pêcheries chez les populations d'oiseaux marins suivies par télémétrie dans les Terres Australes Françaises

Contexte:
Le développement massif de la pêche depuis la deuxième moitié du XXe siècle (Watson & Tidd, 2018) a de nombreuses conséquences écologiques (Grémillet et al., 2018; Pauly et al., 2005). Entre autres elles causent des captures accidentelles de prédateurs marins très menacés (Dias et al., 2019; Lewison et al., 2014), souvent quand ils interagissent directement avec les bateaux pour s'y nourrir (Oro et al., 2013). L'étude des conséquences des pêcheries est souvent fortement limitée par l'accès à des données détaillées, fiables et représentatives sur la localisation et les activités totales de l'ensemble des bateaux (Komoroske & Lewison, 2015). Les risques d'interaction sont ainsi souvent estimés indirectement à partir de cartes de distributions des bateaux (Komoroske & Lewison, 2015), négligeant plusieurs difficultés théoriques (Holling, 1959; Suraci et al., 2022) par exemple liées aux possibles changements de comportement des prédateurs (Barbraud et al., 2013; Weimerskirch et al., 2023) par des processus plastiques ou micro-évolutifs.
Récemment plusieurs méthodes plus ou moins coûteuses et/ou faciles à mettre en œuvre sont devenues accessibles pour documenter directement les interactions en mer entre oiseaux marins et bateaux (Collet et al., 2015; Kroodsma et al., 2018; Votier et al., 2010; Weimerskirch et al., 2020). Cette thèse tirera parti de ces développements, essentiellement basés sur des larges bases de données de localisation GPS, et d'un grand jeu de données de suivis à long-terme des déplacements en mer d'oiseaux marins dans les Terres Australes Françaises, pour évaluer les potentielles variations du taux d'interaction des oiseaux avec différentes flottes de pêche et mieux en comprendre les dynamiques au fil des ans et des variations d'activités de pêche des bateaux.

Objectif de la thèse :
Dans ce contexte, la thèse cherchera plus précisément à
1. explorer la possibilité d'automatiser à faible coût la détection de ces interactions par apprentissage machine supervisé (Carneiro et al., 2022; Corbeau et al., 2019; Tremblay et al., 2014). L'utilisation relativement onéreuse de capteurs d'émission radars couplés à des GPS embarqués par les oiseaux ; ainsi que leur mise en relation avec des données de localisation GPS des bateaux déclarés dans les zones utilisées par les oiseaux, a permis d'obtenir pour plus d'une centaine de trajets de Grands albatros (Diomedea exulans) une annotation quasi-exhaustive de toutes les phases d'interaction avec des bateaux au cours du trajet (Corbeau et al., 2019; Weimerskirch et al., 2020; Weimerskirch H. et al., 2017). Une annotation complète pourrait également être disponible pour une seconde espèce (albatros à sourcils noirs, Thallassarche melanophris)(Collet et al., 2017a). Ces données récentes d'annotation complète pourront servir de base d'entrainement et de validation d'un modèle d'apprentissage-machine supervisé pour essayer de prédire les interactions à partir des seules données de trajectoire (GPS).

2. retracer et comparer via l'approche machine-learning et/ou via l'utilisation de données historiques sur la localisation GPS fines de bateaux (différentes sources de données envisagées, en cours d'acquisition (Collet et al., 2017a; Weimerskirch et al., 2020), les variations historiques du taux d'interaction (Collet et al., 2017a; Corbeau et al., 2021) notamment chez les grands albatros et les albatros à sourcils suivis au long-terme par le CEBC (données 2000-2023, dans le cadre du programme IPEV 109, (Weimerskirch Henri, 2018)), et en dégager et comparer les tendances. En effet des premiers résultats sur une année d'étude suggéraient des comportements d'interaction différents entre ces deux espèces (Collet et al., 2017a). Ces analyses pourront également tirer profit des données d'âge et de sexe sur les individus suivis par GPS (Collet et al., 2017b).

3. mettre en lien les variations d'interactions avec les variations historiques d'effort de diverses flottes de pêche dans l'Océan Indien Sud-Ouest (Corbeau et al., 2021), qui se sont développées plus ou moins récemment selon les secteurs (Palomares & Pauly, 2011; Watson & Tidd, 2018; Weimerskirch Henri, 2018). Il s'agira de tester notamment dans quel mesure l'effort de pêche prédit les taux de rencontres et/ou les taux d'interactions (Corbeau et al., 2021; Suraci et al., 2022). Ces analyses pourront s'appuyer sur des données sur la distribution à plus large échelle des efforts de pêche (Corbeau et al., 2021; Kroodsma et al., 2018).

Contexte de travail

L'étudiant/e fera partie de l'équipe Prédateurs Marins du centre d'Etudes Biologiques de Chizé (UMR 7372, CNRS, la Rochelle université, 79360 Villiers en Bois) où il sera basé. Il/elle sera rattaché/e à l'Ecole Doctorale Euclide (La Rochelle Université). L'étudiant/e effectuera sa thèse sous la supervision de Julien Collet (La Rochelle Université - CEBC). Le soutien financier sera assuré par le CNRS (Projet MITI) pour le salaire pendant 3 ans, ainsi que par une part dédiée à cette thèse sur une bourse ANR- CPJ allouée à J. Collet (2022-27), pour couvrir des frais de congrès, de soutenance et de publication ainsi que l'équipement informatique. Le terrain est prévu dans les Terres Australes Françaises dans le cadre de programmes récurrents financés et organisés par l'Institut Polaire Français et le CEBC (notamment programme 109 dirigé par Christophe Barbraud). Le sujet est très bien intégré dans les thématiques et/ou méthodes de recherche plus large de l'équipe, le/la doctorant/e bénéficiera ainsi d'un environnement stimulant avec des doctorants, chercheurs, enseignant/chercheurs, ingénieurs et post-doctorants et leurs collaborateurs nationaux ou internationaux.

Programme de travail de l'étudiant/e (tâches confiées):
(1) Développement d'un algorithme d'apprentissage machine supervisé pour l'analyse de données annotées: le/la doctorant/ déterminera le niveau de finesse des annotations à utiliser pour l'algorithme, les variables d'entrée à considérer, la répartition entre données d'entraînement et données de validation ; choisira et développera un algorithme adapté (solution envisagée a priori : random forest) et en interprétera les résultats. Il pourra pour cela s'appuyer sur l'expertise de l'encadrant J. Collet dans le comportement des oiseaux et la description statistique des données de trajets ; et sur l'expertise technique de Marianna Chimienti (postdoc et collaboratrice du CEBC) qui met régulièrement en œuvre des programmes d'apprentissage machine supervisé pour l'analyse de données écologiques.
(2) Mise en relation et analyses de grandes bases de données de localisation spatiales simultanées sur des oiseaux marins et des bateaux. Le/la doctorant/e s'assurera de la mise en œuvre d'algorithmes de mise en correspondance de données GPS de localisation d'oiseaux avec des énormes quantités de données de localisation GPS de navires dans les régions utilisées par les oiseaux (ex : données AIS). Des codes effectifs existent déjà mais pourront nécessiter des mises à jour, améliorations ou adaptations selon les variations de volume ou de format des données. Ces données mises en relation serviront ensuite aux analyses des taux d'interaction par le/la doctorant/e, qui pourront s'appuyer sur des bases méthodologiques et statistiques solides développées et éprouvées par l'encadrant (Collet et al., 2017a, 2017b), et sur une longue expertise des thématiques dans l'équipe d'accueil pour guider l'interprétation des résultats (J Collet, H Weimerskirch, C Barbraud, K Delord). Il est également prévu que ces mises en correspondances de données oiseaux-bateaux servent également pour un deuxième recrutement ultérieur (2024-27) sur des questions plus fines de personnalité et d'héritabilité des comportements, auxquelles le/la doctorant sera associé/e.
(3) Participation aux collectes de données de terrain dans le cadre des suivis à long-terme en rapport avec le sujet de thèse. Le/la doctorant/e sera prioritaire pour partir pour au moins une campagne d'été dans les Terres Australes Françaises, dans le cadre du programme 109 de l'IPEV, pour participer à la pose de GPS sur les oiseaux ainsi qu'aux protocoles à long-terme (contrôle des bagues, manipulations et mesures biométriques sur de grands oiseaux, etc.). Ce travail de terrain implique un éloignement prolongé (le simple transport sur site nécessitant plusieurs semaines) et du travail dans des conditions climatiques et sociales potentiellement éprouvantes. Il impliquera également de manipuler des oiseaux à la fois imposants (ex Grands albatros de 7-12kg, à bec fort) et strictement protégés. Ce travail de terrain se fera en équipe, avec au moins une personne déjà bien expérimentée sur le protocole.

(4) Rédaction d'articles scientifiques et communication : le/la doctorant/e rédigera les articles découlant des résultats obtenus et les communiquera à la communauté scientifique via des articles scientifiques dans revues internationales et la participation à des congrès. Il/elle sera également encouragé/e à participer à des actions de communication grand publique autour de ces thématiques (fête de la Science, etc.).

Contraintes et risques

Le travail de terrain dans les Terres Australes Françaises (TAAFs) implique un éloignement prolongé (le simple transport sur site nécessitant plusieurs semaines) et du travail dans des conditions climatiques et sociales potentiellement éprouvantes. Il impliquera également de manipuler des oiseaux à la fois imposants (ex Grands albatros de 7-12kg, à bec fort) et strictement protégés. Ce travail de terrain se fera en équipe, avec au moins une personne déjà bien expérimentée , dans le cadre de protocoles et d'une organisation logistique, matérielle et administrative maîtrisées par l'Institut Polaire, les TAAFs et le personnel du CEBC depuis des décennies.

Informations complémentaires

Le/La candidat/e devra être titulaire d'un diplôme d'ingénieur et/ou d'un master en écologie (Bac +5) avec une forte aptitude informatique et/ou quantitative. Le poste nécessite une solide maitrise de la programmation, notamment sous R, une excellente capacité à rapidement mobiliser et comprendre des techniques statistiques sophistiquées, et de bonnes compétences de communication orale et écrite en anglais (niveau B2 ou supérieur) pour la rédaction d'articles scientifiques et la participation à des congrès internationaux.

Le permis B est vivement recommandé, ainsi que la maitrise du français, pour faciliter la bonne intégration sur le site relativement isolé du CEBC. Le profil idéal est une personne
- motivée par des questions fondamentales en écologie avec des perspectives d'applications pour la conservation,
- se sentant déjà suffisamment autonome sur la maitrise des outils techniques d'analyse pour pouvoir rapidement et efficacement focaliser les réflexions d'équipe sur les questions biologiques et écologiques qui peuvent être explorées avec ces méthodes,
- et ayant l'envie et les capacités organisationnelles pour partir en mission relativement longue et lointaine sereinement.

Une bonne compréhension des systèmes en question (oiseaux marins, pêcheries) sera un plus, ainsi que des compétences naturalistes et notamment des expériences préalables de manipulations de vertébrés sauvages et/ou de pose de loggers pour participer au travail de terrain.