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In: Vulgarisation

Une étude publiée dans la revue ECOLOGICAL INDICATORS en 2021 suggère que l’utilisation de petits traceurs GPS par les pêcheurs artisans peut aider à mieux évaluer l’intensité de la pêche côtière et sa distribution à très fine échelle.

Ce suivi volontaire, basé sur une collaboration avec les pêcheurs, génère une grande quantité d’informations, qu’il faut stocker puis analyser. L’article propose ainsi un outil capable d’analyser automatiquement les trajectoires GPS de pirogues à Madagascar pour identifier leur position au moment de l’activité de pêche, ouvrant la voie à l’utilisation de ce type de dispositif dans d’autres contextes de petites pêcheries.

Contexte

Les pêcheries artisanales (ou petites pêcheries) sont globalement moins bien suivies par les scientifiques que les activités de pêche industrielle. Les difficultés tiennent en partie au manque d’équipement électronique et aux contraintes pratiques du travail à bord des embarcations, notamment les plus petites, dans les pays les moins développés. La mise sur le marché de petits traceurs GPS bon marché (environ 100 €) depuis une dizaine d’années représente une réelle opportunité pour localiser les activités de pêche artisanale. Via l’implication des communautés locales et une coopération avec les petits pêcheurs à Madagascar, où l’étude a été conduite, les auteurs ont pu collecter une quantité importante de données sur leurs déplacements dans les écosystèmes coralliens et développer une méthode efficace pour quantifier et cartographier l’intensité de pêche.

Un analyse à fine échelle de l’activité des bateaux artisanaux

Dans la baie de Toliara dans le sud-ouest de Madagascar, les chercheurs ont équipé de GPS des embarcations de pêche côtière traditionnelles et non motorisées, sélectionnées pour représenter le mieux possible les pêcheries locales. Les embarcations retenues regroupaient cinq pratiques de pêche différentes : la senne de plage, le filet maillant, la ligne à main et le fusil-harpon, qui ciblent une énorme diversité de poissons (plusieurs centaines d’espèces !).

Analysées grâce à des méthodes d’estimation automatique basées sur du machine learning (ou, apprentissage automatique) les positions GPS permettent pour un bateau suivi de localiser les zones fréquentées, déterminer les activités réalisées (pêche ou autre) tout au long d’une sortie en mer, et ainsi quantifier précisément le temps effectif passé à pêcher. La haute résolution spatiale (de l’ordre de quelques dizaines de mètres) et temporelle (quelques minutes) de ces enregistrements est adaptée à l’échelle des pratiques de pêche dans la zone.

A l’échelle de l’ensemble des embarcations suivies, cette approche permet de caractériser l’utilisation de l’espace propres à chacun de ces 5 engins en termes d’éloignement des zones de pêche vis-à-vis du site de débarquement, d’étendue de celles-ci ou encore de concentration de l’intensité de pêche dans le temps et l’espace. Ainsi, les pêcheurs parcourent généralement une distance de plusieurs km en fonction des vents sud-ouest dominants et de l’habitat marin ciblé (fonds meubles, herbiers ou récifs), et exploitent la quasi-totalité de la baie (157 km²).

Lors d’une sortie, la trajectoire est typiquement composée de positions GPS où les pêcheurs pêchent (points rouges sur les cartes) et font route ou ne sont pas actifs (points noirs). Chaque point représente la position des pirogues à chaque minute, ce qui permet de reconstituer précisément les activités de « pêche » et « non pêche ». Dans ce cas d’étude, seule la moitié du temps passé en mer était ainsi consacrée à la pêche.
  • Une méthode validée sur le terrain : les activités et temps de pêche estimés par machine learning s’avèrent proches des diagnostiques réalisés par des observateurs embarqués pour plusieurs engins de pêche.
  • Vers un suivi en continue dans le temps et dans l’espace des pêcheries artisanales. L’analyse des données de trajectoire permise par cette nouvelle approche permet un gain de temps considérable comparé aux études habituellement menées localement et ponctuellement par des observateurs embarqués. Ceci rend à long terme envisageable un suivi des pêcheries artisanales des pêcheries à Madagascar par cette méthode.
  • Des défis technologiques, financiers et sociologiques à relever : Le coût de ces suivis ne doit cependant pas être sous-estimé, tant dans le dispositif de collecte de données lui-même que dans la bancarisation. L’analyse de ces données requiert également des compétences d’analyse spécifiques. Enfin, la communication (objectifs de l’étude, restitution des résultats etc) auprès des pêcheurs demeure essentielle dans cette approche puisque celle-ci repose sur l‘engagement de ces derniers pour participer à l’échantillonnage.

Une méthode innovante pour identifier l’activité de pêche : le « machine learning »

La méthode d’estimation des activités de pêche dans l’espace et le temps repose sur la détection de patrons particuliers dans les trajectoires. L’espacement entre les points GPS, leur alignement et leur distance au village varie au cours de la sortie en mer. La distance entre les points reflète la vitesse du bateau et le type d’activité. Par ailleurs, les trajectoires des pirogues ont une forme géométrique caractéristique de l’engin de pêche utilisé.

Le trajet typique d’une sortie de pêche – analyse de patrons spatio-temporels de trajectoire. Le nombre de points GPS ici n’est pas représentatif d’une sortie de pêche réelle (ici un point équivaut à environ 20 positions enregistrées, soit une dizaine de minutes).

La méthode de machine learning repose sur 3 étapes clefs :

1️⃣ Apprentissage

Le modèle doit être calibré pour chaque engin utilisé, ce qui demande de coupler le suivi par GPS avec des observations des activités à bord pendant quelques sorties (une dizaine dans la présente étude). La méthode d’apprentissage automatique utilise un ensemble de méthodes statistiques pour identifier des patrons de trajectoires spécifiques et les relier aux activités observées sur le terrain.

2️⃣ Estimation

Estimation : Une fois calibré, l’outil est capable d’utiliser les informations recueillies pendant la phase d’apprentissage pour identifier les activités de pêche réalisées par les embarcations à partir de leurs seules positions GPS.

3️⃣ Validation

Un nombre restreint de sorties en mer pour lesquelles sont disponibles des trajectoires GPS et des observations de terrain sont utilisées pour tester la performance du modèle. Les trajectoires GPS sont analysées par le modèle et les activités prédites sont comparées à celles observées pour estimer la marge d’erreur de la prédiction.

Implications

Le suivi des navires de pêche artisanaux par GPS permet de mieux estimer la pression de pêche exercée sur les ressources exploitées dans ces petites pêcheries. Elle peut jeter les bases d’une gestion spatialisée et collaborative de ces pêcheries, par exemple pour évaluer l’effet de réserves marines ou localiser des zones côtières sensibles (utilisées par d’autres usagers ou par les espèces exploitées à certains moments de leur cycle de vie).

Un dispositif pilote est expérimenté avec succès depuis 2018 dans le sud-ouest de Madagascar auprès d’une centaine de pêcheurs.

L’auteur principal : Faustinato Behivoke. Docteur en halieutique, Faustinato a réalisé cette étude dans le cadre de sa thèse à l’Institut Halieutique et des Sciences Marines de l’Université de Toliara, à Madagascar. Il est actuellement consultant.

Le membre de l’AFH, coauteur : Marc Leopold. Marc est ingénieur de recherche à l’IRD et au sein de l’UMR ENTROPIE. Co-encadrant de ce projet, il étudie la gestion et la gouvernance des petites pêcheries dans les pays du Sud.

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L’AFH vulgarise des articles scientifiques sur proposition de leurs auteurs, également membres de l’Association, et après sélection sur la base de la portée scientifique internationale des résultats et de leur intérêt dans l’optique d’une approche écosystémique de la gestion des ressources. L’AFH n’est pas responsable des travaux dont ces résultats sont issus. Pour plus de questions, contacter directement l’auteur de la publication par mail, à marc.leopold@ird.fr.

Cette vulgAFH n°3 est le fruit d’un travail de vulgarisation des auteurs cités dans cet article sur la base d’un format proposé par la cellule de vulgarisation de l’AFH. La cellule vulgarisation, composée de Hubert Du Pontavice et Pierre-Yves Hernvann, s’assure du niveau de vulgarisation de la vulgAFH et la met en forme.

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Une étude publiée dans la revue Science of the Total Environment en décembre 2020 étudie l’évolution des températures et des débits dans plusieurs grands cours d’eau français depuis une trentaine d’années.

Si le changement climatique entraîne d’ores et déjà un réchauffement et, combiné aux autres perturbations humaines, des étiages (baisse périodique du niveau des cours d’eau) plus intenses et persistants, l’étude souligne des différences entre les rivières françaises et les saisons. Cette étude révèle également que température et débit peuvent se désynchroniser, au risque que, par exemple, quand l’eau coule suffisamment, celle-ci ne soit plus à la bonne température pour les poissons.

Contexte

La migration et la reproduction de nombreuses espèces animales sont synchronisées avec des paramètres environnementaux, leur permettant ainsi d’optimiser leurs conditions de croissance et de survie, ou celles de leur descendance. En rivière, température et débit sont fréquemment impliqués dans le déclenchement de la reproduction ou de la migration des poissons migrateurs amphihalins (espèces qui, comme le saumon ou l’anguille, partagent leur vie entre mer et rivière).

Or, le changement climatique induit un réchauffement de l’eau et des modifications du débit (en perturbant le régime de précipitations), ces dernières étant variables selon les régions et les saisons. Pour compliquer le tout, le débit est aussi modifié par d’autres pressions anthropiques : prélèvements d’eau, barrages, stockage, etc.

Ainsi, en étudiant 30 ans de chroniques journalières de température et de débit sur 6 grandes rivières françaises, les auteurs analysent l’évolution conjointe de la température et du débit et discutent de son impact potentiel sur les populations de poissons migrateurs.

Changements de température et débit des rivières au cours des 30 dernières années

Pour chacune des grandes rivières françaises étudiées et pour chaque saison, l’évolution conjointe de la température et du débit est résumée sous la forme de diagrammes saisonniers. Pour chaque cours d’eau, on peut ensuite regarder quelles espèces sont susceptibles d’être affectées par les modifications environnementales, à l’instar ici (sur la figure ci-dessous) de la Garonne et de la Dordogne.

Au printemps, la fréquence des épisodes de bas débits et fortes températures augmente dans la Garonne. À l’automne dans la Dordogne, on perd des journées à forts débits (zone rouge foncé en haut du graphique), conditions en général favorables aux poissons migrateurs. Les changements printaniers sont potentiellement impactant puisque de nombreuses espèces y accomplissent leur reproduction (rectangles du bas, pictogrammes du haut), leurs migrations vers l’amont (pictogrammes du milieu) ou vers la mer (pictogrammes du bas).


🌡️ Oui, températures et débits ont changé sous l’effet du changement global (réchauffement de l’eau, modification des précipitations, prélèvements, stockage, etc.), mais de façon asynchrone : certaines associations deviennent plus fréquentes, d’autres plus rares (notamment les périodes de forts débits associés à des températures modérées).

🏞️ Des changements propres à chaque rivière… Si dans de nombreux cours d’eau, la fréquence des épisodes de bas débit et fortes températures (les fameux étiages) augmente, ce n’est pas le cas partout. Pour le Rhin, les changements ont même été très limités.

🍂 Et qui dépendent aussi des saisons ! Si les associations température-débit ont peu évolué en hiver, de forts changements sont observés en été, au printemps (Garonne, Rhône, Loire), et à l’automne (Dordogne, Rhône, Garonne).

🐟 Et le poisson dans tout ça ? Des changements marqués ont lieu pendant des saisons clés pour la migration et la reproduction de nombreuses espèces amphihalines. Cela a pu participer à la perturbation du déclenchement de ces processus écologiques chez les migrateurs amphihalins.

Une méthode innovante pour quantifier l’évolution conjointe de variables environnementales

Dans le cadre de cette étude, les auteurs ont développé une toute nouvelle méthode pour identifier les changements du débit et de la température des cours d’eau.

1️⃣ Carte de fréquence par année

Pour chaque année, une carte est créée. Elle traduit l’existence de l’ensemble des associations température (axe horizontal) – débit (axe vertical) observées au cours de l’année : plus un point est foncé, plus l’association a été fréquente au cours de l’année. Ces observations proviennent essentiellement de mesures réalisées quotidiennement aux abords de barrages hydroélectriques ou de centrales nucléaires.

2️⃣ Comparaison des cartes

Les cartes annuelles sont « empilées ». Chaque point devient plus ou moins foncé au fil du temps. La tendance dans la fréquence d’observation au cours de la période de 30 ans est révélée par une analyse statistique générant un indicateur synthétique. Cet indicateur est positif si l’association température-débit est devenue de plus fréquente, et négatif si elle s’est raréfiée.

3️⃣ Carte bilan

Les indicateurs calculés à partir des cartes empilées permettent de dresser une carte synthétique. Un point est colorié en rouge si la tendance dans la fréquence d’observation au cours de la période est négative et en bleu si elle est positive. Les zones les plus foncées indiquent que l’évolution est suffisamment nette pour ne pas pouvoir s’expliquer que par le hasard.

Implications

Les effets du changement global sont d’ores et déjà visibles sur la température et le débit des rivières. Ces évolutions peuvent induire des désynchronisations entre signaux environnementaux et la raréfaction de certaines conditions environnementales nécessaires au cycle de vie des poissons migrateurs. Elles interviennent ici sur des espèces qui ont été longtemps intensément exploitées et dont certaines sont aujourd’hui en danger. Cela plaide pour une gestion intégrée des cours d’eau : la conservation de ces espèces ne peut se concevoir sans la préservation de leur environnement.

Pour les poissons migrateurs, si l’étude n’a pas directement mesuré les effets des changements environnementaux sur les espèces, la situation est inquiétante et ils devront s’adapter aux nouvelles conditions. Cette question sera l’objet de la prochaine étape de cette étude.

L’auteur principal : Elorri Arevalo.

Après une thèse transfrontalière entre l’Université de Pau et l’Universitad de País Vasco sur l’impact du changement du climatique sur les jeunes stades de salmonidés au sein de l’UMR Ecobiop à Saint-Pée-sur-Nivelle (INRA), Elorri Arevalo a rejoint l’unité EABX de l’INRAE dans le cadre d’un projet commun INRAE-EDF. A la suite de ce post-doctorat d’un an et demi, Elorri est à la recherche d’une nouvelle opportunité. @Elorri_A

Le membre de l’AFH, coauteur : Hilaire Drouineau

Ingénieur de recherche au sein de l’unité EABX de l’INRAE et co-encadrant de ce projet, Hilaire Drouineau étudie le fonctionnement et la viabilité des populations des poissons migrateurs amphihalins dans un contexte de changement global. @DrouineauH

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L’AFH vulgarise des articles scientifiques sur proposition de leurs auteurs, également membres de l’Association, et après sélection sur la base de la portée scientifique internationale des résultats et de leur intérêt dans l’optique d’une approche écosystémique de la gestion des ressources. L’AFH n’est pas responsable des travaux dont ces résultats sont issus. Pour plus de questions, contacter directement l’auteur de la publication par mail, à hilaire.drouineau@inrae.fr.

Cette vulgAFH n°2 est le fruit d’un travail de vulgarisation des auteurs cités dans cet article sur la base d’un format proposé par la cellule de vulgarisation de l’AFH. La cellule vulgarisation, composée de Louise Day, Hubert Du Pontavice et Pierre-Yves Hernvann, s’assure du niveau de vulgarisation de la vulgAFH et la met en forme.

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Une étude publiée dans la revue Frontiers in Marine Sciences en juin 2019 révèle que selon un scénario de changement climatique dit de « laisser-faire » la biomasse et les captures de poissons pourraient respectivement augmenter de 22% et 7% d’ici la fin du siècle.

Ces résultats, a priori positifs, masquent néanmoins de grandes disparités spatiales (une diminution globale des captures à l’Ouest et de possibles augmentations à l’Est) et un important remaniement de la structure et du fonctionnement des écosystèmes de Méditerranée.

Contexte

Les océans font face aux dérèglements climatiques et les changements à venir affecteront l’ensemble des écosystèmes depuis la base de la chaîne alimentaire (e.g. plancton) jusqu’aux prédateurs supérieurs (e.g. poissons, céphalopodes).

La Méditerranée est un « hotspot » (point chaud) de la biodiversité mais compte également parmi les régions les plus affectées par le changement climatique. Elle se réchauffe en moyenne 25% plus vite que la moyenne de l’océan mondial. Elle est par ailleurs la zone la plus surpêchée au monde.

Les changements potentiels pour la fin du 21ème siècle

Carte des Captures 🎣

Diminution possible des captures à l’ouest et augmentation à l’est. Les zones géométriques correspondent aux unités de gestion des pêches.

Carte des Biomasses 🐟

Dans le sud-est de la Méditerranée : forte augmentation de la biomasse et des captures par la pêche

✅ Gagnants : les espèces exotiques et à affinité pour les eaux chaudes et les espèces de plus faibles niveaux trophiques (plus bas dans la chaîne alimentaire), qui sont généralement de petite taille.

🚫 Perdants : les espèces démersales (vivant proche du fond), les grands poissons pélagiques (vivant dans la colonne d’eau), généralement de taille importante et de niveaux trophiques supérieurs.

❓ Et le pêcheur dans tout ça ? Le potentiel de capture des pêcheurs à l’Est augmenterait dans le futur mais la composition des espèces capturées serait significativement modifiée. Les implications de tels changements sont difficiles à quantifier car ils impliqueraient de nouvelles espèces jusque-là pas ou peu exploitées et nécessiteraient donc de trouver de nouveaux marchés. Les pêcheurs à l’Ouest de la Méditerranée seraient globalement perdants avec une diminution des captures.

❓ L’augmentation de la part des petites espèces pélagiques dans l’écosystème est un facteur de risque supplémentaire dans le futur : En effet, celles-ci étant particulièrement sensibles aux variations environnementales, ceci conduirait potentiellement à un écosystème moins stable et de plus grandes fluctuations inter-annuelles des pêcheries qu’il supporte.

Trois modèles pour étudier l’impact du changement climatique et de la pêche sur l’écosystème méditerranéen

Les prédictions présentées dans cette étude sont réalisées grâce au couplage de trois modèles alliant considérations physiques, chimiques, biologiques et écologiques.

1️⃣ Modèle Climatique

Ce modèle reproduit les propriétés physiques (e.g. courant, température) et chimiques (e.g. salinité) de la Méditerranée. Les changements de ces propriétés ont été projetés selon le scénario d’émissions de gaz à effet de serre le plus pessimiste, dit de laisser faire (RCP 8.5)

2️⃣ Modèle Plancton

Ce modèle reproduit la dynamique et la production dans le temps et l’espace du plancton en Méditerranée, en considérant différentes classes de phytoplancton (production primaire) et de zooplancton. Ce modèle « plancton » est lié au modèle climatique, permettant ainsi de représenter l’impact de l’environnement sur leur dynamique

3️⃣ Modèle chaîne alimentaire

Ce modèle décrit les chaînes alimentaires reliant les espèces de Méditerranée et représente ainsi les dynamiques entre proies et prédateurs (du plancton aux requins). Il prend également en compte le cycle de vie et la distribution spatiale des espèces. Il est étroitement lié au modèle climatique et au modèle plancton.

Le couplage de ces différents modèles permet de représenter l’influence de processus à différentes échelles biologiques les uns sur les autres.

Schéma présentant la structure du modèle écosystémique de la mer Méditerranée utilisée dans l’étude de Moullec et al. (2019)

Implications

Une gestion adaptative des pêches permettrait de mieux se préparer aux conséquences du changement climatique.

Une gestion spatialisée et collaborative de l’ensemble des états du bassin méditerranéen permettrait de limiter les effets du changement climatique et d’offrir de nouvelles opportunités pour les pêcheries.

Fabien Moullec, docteur en biologie marine, a réalisé cette étude dans le cadre de sa thèse à l’Université de Montpellier et en collaboration avec l’IRD (Institut de Recherche et Développement). Il est actuellement chercheur en postdoctorat à l’Université de Hambourg en Allemagne. @MoullecFabien

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L’AFH vulgarise des articles scientifiques sur proposition de leurs auteurs, également membres de l’Association, et après sélection sur la base de la portée scientifique internationale des résultats et de leur intérêt dans l’optique d’une approche écosystémique de la gestion des ressources. L’AFH n’est pas responsable des travaux dont ces résultats sont issus. Pour plus de questions, contacter directement l’auteur de la publication par mail, à fabien.moullec [at] uni-hamburg [dot] de.