212 - Krill du Saint-Laurent : écologie, abondance et valorisation

Mot de Bienvenu

La distribution spatiale du krill dans le golfe du Saint-Laurent et sur le plateau néo-écossais est décrite à partir de données de filets à plancton (1979-201x) et d'hydroacoustique (2000-2012). Des données récoltées à l'aide de filets Bongo et Tucker sur le plateau néo-écossais (1979-1982) et dans le nord (1986, 1987, 1994, 1995) et le sud (1998-2003) du golfe du Saint-Laurent dans le cadre de projets ciblant d'autres composantes de l'écosystème ont d'abord été corrigée pour les principaux biais d'échantillonnage (profondeur échantillonnée, évitement de l'engin). Ces facteurs de correction ont été élaborés au cours des dernières années grâce à la disponibilité de données sur la distribution et les migrations verticales et à une comparaison quantitative des captures de krill avec différentes stratégies d'échantillonnage. Combinées aux données contemporaines récoltées à l'aide du filet JackNet et de l'hydroacoustique, ces données permettent de décrire pour la première fois la distribution à grande échelle de la population de krill avec des évidences de différences interspécifiques. L'analyse en détails de la distribution et de la structure de taille permet d'élaborer des hypothèses concernant des facteurs importants pour la dynamique de population des différentes espèces et de leur rôle dans la dynamique de l'écosystème.

Les eaux du golfe Saint-Laurent se départagent en été par trois couches : une couche de surface en équilibre avec l'atmosphère, une couche de fond qui nous parvient de l'océan, et entre les deux une couche intermédiaire froide née l'hiver précédant. Les structures spatiales de ces couches sont présentées, ainsi que la variabilité interannuelle et les tendances à long terme de leurs températures. Les conditions actuelles sont décrites dans ce contexte de variabilité interannuelle et de tendances à long terme.

Le golfe du Saint-Laurent possède la glace de mer hivernale la plus au sud de l'hémisphère, et par conséquent le couvert y est très variable. Des liens avec la température de l'air permettre d'estimer les tendances à long terme de la température de la couche de surface et de la couche intermédiaire froide, ainsi que les caractéristiques du couvert de glace, et mais aussi ils permettent d'estimer les changements climatiques à venir.

L'estuaire et le golfe du Saint-Laurent abritent deux espèces de krill prédominantes, Thysanoessa raschii et Meganyctiphanes norvegica. Ces espèces jouent un rôle clef dans le réseau trophique et suscitent un intérêt économique grandissant.

La température est l'un des facteurs les plus importants pouvant influencer le métabolisme et chaque organisme possède une niche de température qui lui est propre. L'objectif est d'évaluer la niche de température des deux espèces et leur tolérance face au réchauffement climatique. Nous avons choisi, pour cela, de mesurer le métabolisme de T. raschii et M. norvegica via la consommation d'oxygène (respirométrie).

Des résultats préliminaires obtenus avec des respiromètres, où le niveau d'activité n'est pas mesuré, montrent une consommation d'oxygène variable au cours du temps pour les deux espèces. Le krill nageant tout le temps, il est difficile de mesurer le taux métabolique standard avec cette méthode. De nouveaux respiromètres permettant de quantifier le niveau d'activité du krill permettront d'évaluer les taux métaboliques standard et maximal, ainsi que le registre aérobie en fonction de la température. Ces données serviront aussi à modéliser l'utilisation d'énergie en fonction de la température chez le krill.

Les populations de krill dans l'estuaire maritime et le golfe du Saint-Laurent (EGSL) sont dominées par deux espèces (Meganyctiphanes norvegica et Thysanoessa rashii) et représentent un des maillons clés des réseaux trophiques pélagiques de l'EGSL. En effet, le krill permet le transfert de l'énergie des producteurs primaires et secondaires aux niveaux trophiques supérieurs (mammifères marins, poissons). Malgré leur importance écologique, nos connaissances sur ces deux espèces sont limitées. Pour combler ces lacunes, nous étudions l'évolution saisonnière de leurs comportements alimentaires en relation avec les paramètres environnementaux et examinons comment ceux-ci influencent leurs physiologies respectives. Nos résultats révèlent que M. norvegica et T. raschii ont un comportement trophique sélectif différent en faveur, respectivement, du zooplancton et du phytoplancton. Ce comportement trophique, qui est fortement corrélé à la densité de zooplancton dans L'EGSL, varie dans le temps impliquant des stratégies d'alimentation et de stockage des réserves énergétiques différentes. Ces résultats vont contribuer à l'élaboration de modèles biologiques (écosystémique) du krill servant à évaluer leur production et prédire à moyen et à long terme les effets des changements climatiques ou la mise en place de pêcheries sur leur dynamique de population dans l'estuaire et le golfe du Saint-Laurent.

Le krill de l'estuaire du Saint-Laurent représente un groupe d'espèces fourragères important pour l'alimentation des poissons et des grands rorquals, et exploite les niveaux trophiques inférieurs (phyto- et zooplancton). L'estuaire est dominé par deux genres, Meganyctiphanes et Thysanoessa qui diffèrent morphologiquement et physiologiquement, étant adaptés à différents régimes environnementaux. Nous étudions le transfert d'énergie de la production primaire et secondaire à ces espèces fourragères. Nous testons les hypothèses suivantes : (1) la diète du krill varie au cours de la saison; (2) Meganyctiohanes agit principalement comme prédateur du zooplancton, tandis que la diète de Thysanoessa est dominée par le phytoplancton. Les liens trophiques entre les différentes espèces de krill et leurs proies potentielles (13 taxa de zooplancton, phytoplancton et matière organique particulaire) sont retracés grâce à des analyses des isotopes stables de carbone et d'azote avant et pendant la floraison phytoplanctonique. Les contributions des différentes types de nourriture à la diète du krill sont calculées par des modèles de mélange isotopiques bayésiens (SIAR). Meganyctiphanes, situé à un niveau trophique plus élevé que celui de Thysanoessa, démontre une chaîne alimentaire plus longue. Nous discuterons de l'effet de la variabilité du réseau trophique sur l'alimentation des deux genres de krill, l'implication potentielle sur leurs histoires de vie et leur rôle en tant qu'espèces fourragères

Le krill joue un rôle central dans les réseaux trophiques, étant un lien entre le phytoplancton et les niveaux trophiques supérieurs. Cependant, la connaissance sur la dynamique populationnelle des espèces de krill dans le golfe et l'estuaire du Saint-Laurent est limitée.

Le présent projet de doctorat a pour bût de mieux comprendre la reproduction et la croissance de Thysanoessa raschii et Meganyctiphanes norvegica, deux aspects clés de leur cycle de vie. L'objectif principal est de décrire comment les taux de croissance et de reproduction pourraient être associés à la condition corporelle et aux conditions environnementales abiotiques et biotiques (nourriture). Afin d'atteindre cet objectif, des individus vivants des deux espèces et des données décrivant les conditions environnementales sont récoltés sur une base régulière du printemps jusqu'à la fin de l'automne lors de sorties en mer. Après chaque sortie en mer, des incubations à court-terme en laboratoire sont réalisées afin de mesure la production d'œufs des femelles et la croissance somatique individuelle.

Des résultats préliminaires des années 2010, 2011 et 2014 indiquent que la reproduction débute en mai, atteignant son maximum en juin/juillet pour se terminer au début septembre. En moyenne, chaque M. norvegica et T. raschii ont produit respectivement 295 œufs femelle^-1 et 229 œufs femelles^-1. La croissance somatique des individus était généralement positive en juin, mais négative en août, surtout en 2010 et 2011.

En modélisation de l'habitat, l'endroit où se retrouvent un organisme est souvent comparé à ceux disponibles mais non utilisés afin de décrire les relations entre les espèces et leur environnement. Mais il est rare qu'un endroit soit utilisé pour une seule fonction, ou que tous les endroits fréquentés pour une fonction, aient une valeur identique. Par conséquence, comprendre le comportement des animaux est essentiel à l'évaluation de la valeur relative et des fonctions des habitats fréquentés. Les rorquals bleus nécessitent de grandes quantités de nourritures pour leur survie. Le comportement des proies devrait donc être déterminant dans le choix des profondeurs et endroits auxquels ils se nourrissent. Une étude menée dans l'estuaire du Saint-Laurent, à l'aide d'une technologie permettant d'identifier chaque événement d'alimentation peu importe sa profondeur, a démontré que les rorquals bleus suivent les lois de l'optimalité lorsqu'ils s'alimentent. Ils investissent progressivement d'avantage de temps à s'alimenter lorsque la nourriture croît en profondeur, et compensent ces dépenses énergétiques plus élevées pour rejoindre la nourriture en prenant plus de bouchées par plongée. Ces informations sont cruciales pour comprendre la bioénergétique d'alimentation de ces grands prédateurs, et les conséquences de changements dans la disponibilité et l'abondance de leur ressource alimentaire unique, le krill.

La grande productivité du golfe du Saint-Laurent fait de celui-ci un site d'alimentation important pour plusieurs espèces de baleines à fanons. Celles-ci viennent restaurer leurs réserves énergétiques durant la saison estivale après une longue période de jeûne et de migration. Les rorquals, se nourrissent sur quelques-uns des plus petits organismes comme le krill ou quelques espèces fourragères de poisson. Meganyctiphanes norvegica et Thysanoessa raschii sont les deux espèces prédominantes de krill présentes dans le golfe du Saint-Laurent, et sont la nourriture de prédilection du rorqual bleu. Quelle est la biomasse de krill consommée par les rorquals (bleu, commun et à bosse)? Il s'agit de comprendre et de quantifier les techniques d'alimentation utilisées par les rorquals en fonction des biomasses de krill disponibles et visées. C'est par le biais de balises multi-sensorielles et l'interprétation des patrons de plongées associés aux champs de proies disponibles que la quantité de krill prélevée par les rorquals sera estimée. Ainsi, l'utilisation de balises multi-sensorielles permet d'étudier leur comportement d'alimentation sous la surface de l'eau. Ces données combinées à des données hydroacoustiques caractérisant les proies présentes aux alentours des rorquals, offrent la possibilité d'avoir une image détaillée de l'énergétique et des stratégies d'alimentation utilisées.

Stimulés par la diversité des mammifères marins et l'importance de l'industrie d'observation des baleines aux environs du parc marin du Saguenay–Saint-Laurent, plusieurs travaux de recherche ont été réalisés au cours des 20 dernières années à la tête du chenal Laurentien pour mieux comprendre cet écosystème hautement dynamique. Les changements notables dans les abondances et l'assemblage des espèces de mammifères marins depuis les années 2000 ont mis en lumière le besoin de faire un suivi systématique et à long terme du milieu afin de mieux comprendre les raisons de la forte variabilité observée.

Des relevés hydroacoustiques ont été initiés dans le parc marin en 2009, visant à faire un suivi à haute résolution spatiale et temporelle de l'abondance et de la répartition des différents types de proies pélagiques, principalement le krill et les petits poissons. L'objectif était de mieux comprendre comment la présence des différents types de proies influence la biodiversité et l'abondance des prédateurs visibles en surface dans le parc marin.

Les résultats obtenus démontrent que la variabilité dans l'abondance des proies opère à plusieurs échelles temporelles. L'abondance du krill a des effets autant sur le nombre, la répartition spatiale et les stratégies alimentaires des rorquals, mais les effets varient selon l'espèce. Les résultats obtenus ont été utilisés pour définir des mesures de conservation des mammifères marins dans le parc marin et ses eaux avoisinantes.

Neptune Technologies & Bioressources Inc. prospecte de nouvelles biomasses marines avec un potentiel élevé d'applications en santé cardiovasculaire et cognitive. Ses critères de sélection sont : l'abondance, l'accessibilité, la durabilité, faible teneur des contaminants (métaux lourds), le profil lipidique (omega-3 20 :5 n-3 AEP et 22 :6 n-3 ADH de triglycérides, et de phospholipides), l'antioxidant astaxhantine. La première biomasse marine retenue par Neptune fut le krill Antarctique. En 2001, Neptune fut la première à commercialiser à l'échelle mondiale des extraits lipidiques de krill Antarctique. Le krill Antarctique est pêché commercialement depuis 1973. Cette pêche en eau internationale est gérée par – Commission for the Conservation of Antarctic Marine Living Resources (CCAMLR) sous l'égide de 26 pays membres. C'est une gestion dite écosystémique. Le quota de pêche total du krill Antarctique (8,695 Mt) est révisé par un comité scientifique. Ce quota équivaut à 5 % de la biomasse minimale évaluée à 170 Mt. La pêche est suspendue lorsqu'un quota spécifique alloué à une sous-zone de pêche est atteint. Les captures atteignirent 285 Kt en 2013/2014. Pour 2014/2015, treize navires avec licences de cinq pays membres de CCAMLR participeront à la pêche au krill Antarctique. Depuis 2012, Neptune s'est engagée avec ses protocoles d'analyses à compléter la caractérisation biochimique du krill du système St-Laurent et à mesurer les teneurs en contaminants de cette biomasse.

Malgré plusieurs décennies de recherche, le rôle écologique et la variabilité naturelle des stocks de krill de l'estuaire et du golfe de Saint-Laurent (EGSL) restent mal compris. Cette étude a pour objectif de développer des modèles bio-physiques spécifiques intégrant à la fois les paramètres physiques du milieu et les paramètres biologiques des deux principales espèces de krill de l'EGSL (Thysanoessa raschii et Meganyctiphanes norvegica) afin de mieux comprendre les processus de production et de transport de ces populations. L'élaboration de modèles bio-physiques va permettre d'étudier les effets de la variabilité environnementale sur la reproduction, la croissance et la distribution de ces deux espèces, en se focalisant en particulier sur deux problématiques : (1) quels sont les mécanismes bio-physiques responsables de la génération et de la pérennité des zones de fortes agrégations de T.raschii et de M. norvegica dans l'EGSL et (2) quels sont les impacts de la variabilité environnementale à différentes échelles spatio-temporelles sur la croissance et la reproduction de chaque espèces. Je présenterai ici seulement mon projet de doctorat, car aucun résultats ne sera disponible à cette date.

Le golfe du Saint-Laurent (GSL) est un lieu d'alimentation important pour plusieurs espèces de rorquals de l'Atlantique Nord. Il leur fournit une abondante ressource en krill durant leur présence saisonnière. Des agrégations de krill se retrouvent le long de la topographie abrupte formée par les chenaux profonds, mais la dynamique de ces agrégations n'a pas encore été caractérisée à l'échelle de golfe au complet. Nous avons combinés des observations acoustiques extensives à des simulations numériques Lagrangiennes pour identifier les zones d'agrégation estivales récurrentes ainsi que quelques uns des processus bio-physiques responsables de leur formation. Les forçages exercés par la topographie et la circulation de surface apparaissent essentiels dans la formation de zones de convergence dans lesquelles les concentrations de krill observées sont systématiquement plus élevées que la moyenne et les bancs les plus denses sont également observés. Cette approche peut aider à définir la dynamique des conditions trophiques de l'habitat des rorquals du GSL, en particulier de la grande baleine bleue et du rorqual commun dont la diète est essentiellement composée de krill.