Modélisation des interactions trophiques impliquant des transferts de contaminants biologiques et chimiques. Application à *Echinococcus multilocularis* et aux éléments traces métalliques.

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Directeur
Dr Francis Raoul (MCF, HDR) - Université Bourgogne Franche-Comté
Co-encadrants
Dr Antoine Perasso MCF, Université Bourgogne Franche-Comté
Dr Clémentine Fritsch CR, CNRS , Université Bourgogne Franche-Comté

Laboratoire | UMR 6249 CNRS Chrono-environnement Besançon (France)

Ecole doctorale | ED 554 Environnements-Santé

Université | UBFC - Université Bourgogne Franche-Comté

Modeling of food web interactions involving transfer of biological and chemical contaminants. Application to Echinococcus multilocularis and trace elements.

Résumé

Les interactions trophiques régulent de nombreux transferts de biomasse et de contaminants dans les écosystèmes. Les objectifs de la thèse sont (i) de développer des modèles caractérisant les dynamiques des maladies infectieuses et des pollutions, et (ii) d’explorer les réponses des réseaux trophiques soumis à ces contaminations. Les modèles d’interactions trophiques multi-proies (MSFR) ajustés à des données de prédation sur des communautés de micrommamifères ont permis d’analyser les changements des préférences alimentaires et d’identifier les compromis entre quantité et accessibilité des proies disponibles. En intégrant les MSFR à la modélisation des dynamiques éco-épidémiologiques du parasite Echinococcus multilocularis, transmis par voie trophique entre des micromammifères et le renard, nous avons identifié les variations du risque épidémique en fonction de la biodiversité des proies. Les propriétés des MSFR ont ensuite été appliquées à un modèle couplant la dynamique d’une chaîne trophique (micromammifères - rapace) à la dynamique de transfert du cadmium (Cd) dans ces populations. Ce modèle a permis de caractériser les zones de bistabilité propices aux basculements soudains des densités de populations. À l’issue de ces travaux, l’utilisation de la théorie des matrices aléatoires a permis d’établir des mesures de risques d’émergence de parasites dans une métacommunauté soumise à des pollutions. Ainsi, dans un contexte d’augmentation des pressions anthropiques sur les écosystèmes, cette thèse de modélisation a apporté des outils et des concepts permettant d’analyser quantitativement et qualitativement les transferts et les impacts des contaminants sur les écosystèmes.

Mots clés

réseaux trophiques ; contaminants ; parasitisme ; pollution ; réponses fonctionnelles multi-espèces ; dynamique des populations ; équilibre et stabilité ; métacommunautés

Abstract (<1700 characters including spaces)

Food webs interactions regulate a large part of the transfer of biomass and contaminants in ecosystems. The aim of the PhD thesis is (i) to develop models describing the dynamics of infectious diseases and chemical pollutions, and also (ii) to explore the response of trophic networks subject to those contaminations. The modeling of multi-prey interactions (MSFR) in the context of predation on populations of small-mammals allowed the characterization of changes in prey preferences and the identification of trade-off between the amount and the accessibility of available preys. By integrating MSFR in eco-epidemiological models of the dynamics of the trophically transmitted parasit, Echinococcus multilocularis, between a definitive host (red fox) and intermediates hosts (voles), we characterized the mechanism of dilution of the risk of disease outbreaks as a function of the biodiversity of intermediate hosts. MSFR properties have then been applied in a model coupling food chain dynamics (small mammals – bird of prey) with the dynamic of transfer of cadmium (Cd) in those food chain populations. This modelling approach was suitable to explore regime shifts in population densities. Following those works, the use of random matrix theory allowed to introduce new criteria of disease outbreak in spatially connected communities with variable pollution pressure. In this way, in a context of planetary increase of anthropogenic pressures on ecosystems, this PhD thesis in modeling provides a set of tools and conceptual developments suitable to analyze quantitatively and qualitatively the transfers and impacts of contaminants in ecosystems.

Keywords:

food webs ; contaminants ; parasitism ; pollution ; multi-species functional responses ; population dynamics ; equilibrium and stability ; metacommunities

Citation in bibtex

@PhdThesis{Baudrot2016_PhD_Thesis,
  Title                    = {Modélisation des interactions trophiques impliquant des transferts de contaminants biologiques et chimiques. Application à \emph{Echinococcus multilocularis} et aux éléments traces métalliques.},
  Author                   = {Virgile Baudrot},
  School                   = {Université Bourgogne Franche-Comté},
  Year                     = {2016}
}

Schématisation de la démarche scientifique de thèse

methodologie_these