École Doctorale de l'École Pratique des Hautes Études Mention Systèmes Intégrés Environnement et Biodiversité Thèse de Doctorat Spécialité Analyse et modélisation des systèmes biologiques

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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8

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École Doctorale de l'École Pratique des Hautes Études Mention Systèmes Intégrés, Environnement et Biodiversité Thèse de Doctorat Spécialité : Analyse et modélisation des systèmes biologiques Présenté par Chirine HUSSEIN Modélisation de l'impact de la pêche et de la protection sur une ressource exploitée : le sar commun, Diplodus sargus sargus (L., 1758) autour de la réserve naturelle marine de Cerbère -Banyuls. Sous la direction de Philippe LENFANT () Et co-encadrée par Marion VERDOIT-JARRAYA () UMR 5244 CNRS-EPHE-UPVD Biologie et Ecologie tropicale et méditerranéenne CBETM, Université de Perpignan 52, avenue Paul Alduy 66860 Perpignan Cedex, France Soutenue publiquement le 14 janvier 2011. Devant un jury composé de : Philippe LENFANT Directeur de thèse Marion VERDOIT-JARRAYA Co-directrice de thèse Jocelyne FERRARIS Rapporteur Jean-Marc GUARINI Rapporteur José Garcia CHARTON Examinateur Dominique PELLETIER Examinatrice Mahmoud TAYOUB Examinateur

  • viable exploitation

  • costs per

  • paramétrisation de l'outil de modélisation isis-fish

  • diplodus sargus

  • analyse de sensibilité du modèle de population


Publié le : samedi 1 janvier 2011
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École Doctorale de l’École Pratique des Hautes Études Mention Systèmes Intégrés, Environnement et Biodiversité Thèse de Doctorat Spécialité : Analyse et modélisation des systèmes biologiques    
Présenté par Chirine HUSSEIN 
Modélisation de l’impact de la pêche et de la protection sur une ressource exploitée : le sar commun,Diplodus sargus sargus(L., 1758) autour de la réserve naturelle marine de Cerbère -Banyuls. 
 Sous la direction de Philippe LENFANT (lenfant@univ-perp.fr) Et co-encadrée par Marion VERDOIT-JARRAYA (marion.jarraya@univ-perp.fr)  UMR 5244 CNRS-EPHE-UPVD Biologie et Ecologie tropicale et méditerranéenne CBETM, Université de Perpignan 52, avenue Paul Alduy 66860 Perpignan Cedex, France  Soutenue publiquement le 14 janvier 2011.  Devant un jury composé de :  Philippe LENFANT Directeur de thèse Marion VERDOIT-JARRAYA Co-directrice de thèse Jocelyne FERRARIS Rapporteur Jean-Marc GUARINI Rapporteur José Garcia CHARTON Examinateur Dominique PELLETIER Examinatrice Mahmoud TAYOUB  Examinateur   
RÉSUMÉ
 Face au déclin des ressources halieutiques, l’instauration de mesures de gestion appropriées s’avère nécessaire. L’objectif de cette étude est d’élaborer un modèle décrivant la dynamique d’une population exploitée et visant à améliorer sa gestion en simulant différentes mesures. Après une introduction générale (chapitre I) introduisant le contexte de l’étude, vient la présentation du site d’étude et du modèle biologique, le sar communDiplodus sargus sargus (chapitre II), suivi d’une synthèse bibliographique des modèles spatialisés de dynamique des populations et des méthodes d’analyse de sensibilité utilisées (chapitre III). Le chapitre IV est dédié à la paramétrisation de l’outil de modélisation ISIS-Fish afin d’évaluer l’impact de la pêche artisanale et récréative et de la protection sur la population de sar commun. L’analyse de sensibilité du modèle de population et l’évaluation de divers scénarios de gestion alternatifs en vue d’améliorer la situation actuelle du stock dans la région sont présentées dans le chapitre V. Dans le chapitre VI, nous avons analysé les conséquences bio-économiques de l’implémentation de certaines mesures de gestion sur la pêche artisanale afin de comparer leur habilité à assurer une exploitation viable. Nous avons également testé l’évaluation de certaines mesures de gestion en tenant compte des incertitudes sur deux paramètres biologiques identifiés comme étant parmi les plus influants sur les résultats du modèle. Une analyse de sensibilité des paramètres économiques du modèle a été finalement réalisée. Pour finir, le dernier chapitre est consacré à la discussion générale et aux perspectives de cette étude.  Mots clés:Modèle bio-économique, Simulation, Aire marine protégée, Pêcheries récréative et artisanale, Analyse de sensibilité, Mesure de gestion.   
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ABSTRACT
 Modelling the impact of fishing and protection on an exploited resource: the white seabream,Diplodus sargus sargus(L., 1758) around the natural marine reserve of Cerbère-Banyuls.  Face to the decline of fisheries resources, it is necessary to implement some appropriate management measures. The aim of this study is to implement a model describing the dynamics of an exploited population and aiming at improving the management practices by simulating various measures. After a general introduction (chapter I) introducing the context of the study, the study site and the biological model, the white seabreamDiplodus sargus sargus, are presented (chapter II), followed by a literature review of spatial models of population dynamics and the methods of sensitivity analysis used (chapter III). Chapter IV is devoted to the parameterization of the modelling tool ISIS-Fish to assess the impact of artisanal and recreational fishing and protection on the population of white seabream. The sensitivity analysis of the population model and the evaluation of various alternative management scenarios are presented in chapter V in order to improve the current situation of the stock in the region. In chapter VI, we analyzed the bio-economic consequences of the implementation of certain management measures on artisanal fisheries in order to compare their ability to ensure a viable exploitation. We also tested the evaluation of some management measures taking into account the uncertainties on two biological parameters identified as being among the most influential on model results. A sensitivity analysis of the economic parameters of the model was finally performed. Finally, the last chapter is devoted to a general discussion and to the perspectives of this study.  Key words: Bio-economic model, Simulation, Marine protected area, Recreational and artisanal fisheries, Sensitivity analysis, Management measures.   
 
TABLE DES MATIÈRES
Liste des abréviations............................................................................................................... 4 
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Les ressources halieutiques, problèmes et solutions ...................................................... 6 Les Aires Marines Protégées (AMP) ............................................................................. 7 La Méditerranée ............................................................................................................. 9 Évaluation de stock ...................................................................................................... 11 La modélisation ............................................................................................................ 13 Cas d’étude : la pêcherie de sar commun de la côte catalane française ....................... 14 Objectifs de l’étude et plan du mémoire ...................................................................... 15
Liste des abréviations  Les différentes abréviations utilisées dans cette thèse sont :  A1 Abondance de la dernière année de simulation. ACP Analyse en Composante Principale. AMPs Aires Marines Protégées. B1 Biomasses de la dernière année de simulation. C1 Capture (en poids) de la dernière année de simulation. C5 Les captures cumulées sur les 5 dernières années. Ca Catchability coefficient. CPUE Capture Par l’Unité d’Effort. csr Crew share rate per métier. D. sargus Diplodus sargus sargus. E Effort nominal cumulé (E) au cours des 20 ans de simulation. 0.3EffA 30% artisanal effort reduction during the simulation period. 0.5EffA 50% artisanal effort reduction during the simulation period. 0.3EffR 30% recreational effort reduction during the simulation period. 0.5EffR 50% recreational effort reduction during the simulation period. F Fishing mortality rate. FAO Food and Agriculture Organization. FAST Fourier Amplitude Sensitivity Test. Fe Fecundity coefficient. fc Fixed costs per year. fcs Fixed crew salary per métier. Fstd1 Gillnet standardisation factor. Fstd2 Shore line standardisation factor. Fstd3 Boat line standardisation factor. fuelc Unit fuel cost of travel. G70 Increases the mesh size from 60 to 70 mm. G80 Increases the mesh size from 60 to 80 mm. GAIUS Gouvernance des AIres marines protégées pour la gestion durable de la biodiversité et des USages côtiers. ISIS-Fish Integration of Spatial Information and Simulation for Fisheries. JS Juvenile areas in the Sandy sites. JR Juvenile areas in the Rocky sites outside PMR. JRpmr Juvenile areas inside PMR. L Lagoon. lc Landing costs per métier. mgc Maintenance gear cost per métier. MigA Migration to reproduction sites. MigB Migration from the lagoon to sandy site. MLS Minimum Légal Size. ML Maximum length. MpaJT1 MPAs in the juvenile zones for all gears, during the 3th quarter (T1) (Jul.-Sep.). MpaJT2 MPAs in the juvenile zones for all gears, during the 4th quarter (T2) (Oct.-Dec.).
 
            
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MpaSS1 MpaSS2 MR NbInactDays NMA NMJ OAT orc p PAMPA PMR PNEC pop PS PCA PR RNMCB Sel1 Sel2 Sel3 Sl SRpmr SS SR str Ta TAC uc
 
MPAs in the spawning zones for all gears, during the first semester (S1) (Jan.-Jun.). MPAs in the spawning zones for all gears, during the second half year (S2) (Jul.-Dec.). Marine Reserve. Number of inactive days. Adult natural mortality. Juvenile natural mortality. One factor At Time. Other running costs per métier. Price per kilo. Performance d’Aires Marines Protégées pour la gestion des écosystèmes côtiers, des ressources et de leurs usAges. Partial Marine Reserve. Programme National Environnement Côtier. Population. Presence areas in the Sandy sites. Principal component analysis. Presence areas in the Rocky sites outside PMR. Réserve Naturelle Marine de Cerbère-Banyuls. Gillnet selectivity. Shore line selectivity. Boat line selectivity. Length at stage. Spawning areas inside PMR. Spawning areas in the Sandy sites. Spawning areas in the Rocky sites outside PMR. Strategy. Target factors. Total Allowable Catch. Unit cost of fishing per métier.
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Introduction générale
 1. Les ressources halieutiques, problèmes et solutions  Depuis presque un demi-siècle, les ressources halieutiques ne sont plus considérées comme inépuisables. Actuellement plus de la moitié des stocks halieutiques sont pleinement exploités à surexploités (FAO, 2009). Au niveau mondial, la surpêche est considérée comme la menace la plus importante pour l’environnement marin.  Parmi les 437 types de stocks dont l'état était connu par la FAO (Food and Agriculture Organization) en 2004 (Fig.1), 3% étaient considérés comme sous-exploités, 20% modérément exploités, 52% pleinement exploités, 17% surexploités, 7% épuisés et 1% en reprise. A l’heure actuelle, on considère que 8% des stocks de poissons sont épuisés, 19% sont surexploités, et 52% sont pleinement exploités (FAO, 2009) ; ce qui pourrait justifier une intensification de la pêche. On note une augmentation du nombre de stocks qui sont surexploités.
 Fig.1.La situation du stock mondial en 2004 (FAO, 2005).  Cette situation met en évidence que les mesures traditionnelles de gestion (quotas, limitation de l’effort de pêche, tailles minimales de capture) ne semblent pas assurer la pérennité des pêcheries (Pauly et al., 2002). Cet échec, au moins relatif, a des causes diverses et complexes. Pour partie, il peut être imputé au manque de cohérence entre les objectifs de gestion et les stratégies politiques mises en œuvre. Les échecs de la gestion proviennent également pour partie d’un décalage entre les effets attendus d’une mesure de gestion et les
 
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effets réellement obtenus, même lorsque la mesure décidée est parfaitement appliquée. Une autre partie peut s’expliquer par un manque de contrôle de l’implémentation des mesures, tout comme par la description trop simplifiée des ressources dans les modèles d’évaluation des stocks. Par exemple, l’approche mono-spécifique qui ignore les dépendances entre les espèces induites par des rapports trophiques et par des interactions techniques dans les pêcheries mixtes (Botsford et al., 1997 ; Sumaila et al., 2000) ; ou encore le manque de considération des hétérogénéités spatiales et saisonnières dans les modèles de dynamique de populations et d’activité de pêche (Pet et al., 1996 ; Maury et Gascuel, 1999 ; Holland, 2000). Les pêcheurs adaptent en conséquence la répartition spatiale de leur effort de pêche en fonction de la distribution de l’espèce ciblée, tout en tenant compte des mesures de gestion et des conditions économiques.  Pour prévenir à long terme les problèmes de surexploitation des stocks, des mesures de gestion plus appropriées consistent par exemple, à rediriger l’effort de pêche selon les saisons et les compartiments spatiaux comme par exemple des fermetures de zones par saison (Giske et al., 1998). Marines Protégées (AMPs) sont de plus enD’une manière générale, les Aires plus plébiscitées comme outils de protection des ressources génétiques et de protection des divers stades démographiques des populations et/ou des habitats et des réseaux trophiques, de maintien durable et de gestion des pêcheries (; Holland, 2000 ; Roberts etBotsford et al., 1997 al., 2001 ; Pauly et al., 2005 ; Doyen et al., 2007 ; Pitchford et al., 2007 ; Bell, 2008 ; Cullis-Suzuki et Pauly, 2010).  2. Les Aires Marines Protégées (AMP)  Les Aires Marines Protégées (AMPs) sont définies par l’IUCN comme «tout espace intertidal ou infratidal ainsi que ses eaux sous-jacentes, sa flore, sa faune et ses ressources historiques et culturelles que la loi ou d'autres moyens efficaces ont mis en réserve pour protéger en tout ou en partie le milieu ainsi délimité» (IUCN, 1988). Du point de vue halieutique, cet outil d’aménagement se rattache à la famille des mesures de conservation. Cependant, l’instauration d’une AMP s’accompagne fréquemment de mesures de régulation de l’accès à des zones où la pêche fait l’objet de restrictions spécifiques. Actuellement moins de 1% des surfaces océaniques sont protégées alors que les résultats de nombreuses études suggèrent une couverture en zones protégées d’au moins 20% pour être vraiment efficace en termes de protection des ressources (Russ et Zeller, 2003). Aujourd’hui, diverses
 
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organisations internationales ont appelé à l’extension de leur couverture, à partir de moins de 1% jusqu’à 10-30% des surfaces totales océaniques (Cullis-Suzuki et Pauly, 2010).  L’efficacité des AMPs dépend des règles de fermetures comme par exemple : la localisation, la taille et la durée (Sumaila et al., 2000 ; Jamieson et Levings, 2001 ; Pelletier et Mahévas, 2005) mais aussi des interactions avec d’autres mesures de gestion (Francour et al., 2001; Holland, 2003). La création d’AMP nécessite une connaissance approfondie de la biologie des espèces dont on veut gérer les stocks, notamment leurs "habitats critiques" (Guénette et al., 1998). Les migrations ontogéniques spatiales et saisonnières associées doivent être considérées (entre autres processus démographiques) lors de la création d’une AMP. L’évaluation de l’impact des AMPs est primordiale pour une gestion efficace de la pêche (1983 ; Hilborn et Walters, 1992Gulland, ).  Les avantages des AMPs pour la pêche dépendent du niveau de protection des AMPs sur les stocks. La protection contre la pêche permet aux espèces exploitées de vivre plus longtemps, mais aussi de grandir plus vite et surtout d’arriver à l’âge de maturité sexuelle et d’augmenter les effectifs. Les réserves fournissent des refuges pour les espèces qui ne peuvent pas persister dans les secteurs qui continuent à être exploités. En effet, beaucoup d'études montrent que les AMPs favorisent une augmentation de la densité de poissons à l'intérieur de réserves marines. Celle ci augmente par rapport à des zones non protégées où les espèces pêchées ont bénéficié de la création de réserves, en particulier par des augmentations de taille moyenne et d’abondance, par exemple (Roberts et Polunin, 1991 ; Russ, 2002 ; Halpern, 2003 ; Pelletier et al., 2005 ; Claudet et al., 2008). La zone d’étude comprend la Réserve Naturelle Marine de Cerbère-Banyuls (RNMCB), crée il y a plus de 35 ans. Plusieurs études ont révélées un effet réserve par exemple,Bell (1983)a observé plus d’espèces dans la RNMCB et leur densité était toujours plus élevée. Il a aussi montré que les espèces de grande taille ont de plus fortes densités.Dufour et al. (1995) en comparant leurs résultats avec ceux deBell (1983), ont montré que seule la densité des grands individus des espèces pêchées était significativement plus grande dans la réserve. Une étude plus récente deLenfant (2003) a montré que la structure démographique et la distribution du sexe en fonction de l’âge chez Diplodus sargus affectées par la protection offerte par la réserve. Ces changements sont démographiques ont pour conséquences, d’une part, une augmentation de l’âge à la maturité sexuelle dans la réserve et, d’autre part, une augmentation de l’exportation (adultes et/ou progénitures vers l’extérieur de la réserve).
 
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 La question des AMPs n’est pas tant de savoir si elles sont plus utiles que d’autres mesures de gestion. Au lieu de cela, il faut se demander comment il est possible de combiner ces outils de gestion pour un plus grand effet. La gestion d’un grand nombre d’espèces serait améliorée en incorporant les AMPs comme outils de gestion des populations. Il est important de rappeler qu’un des intérêts des AMPs est leur potentialité à protéger plusieurs espèces simultanément.  Le succès de la création d’une AMP dépend non seulement de l’analyse des ressources écologiques et économiques mais aussi de leur suivi pour évaluer si elles satisfont aux attentes des gestionnaires (Claudet et Pelletier, 2004). Il doit également tenir compte de la gestion des activités humaines existantes et de celles qui pourraient potentiellement se développer à l’avenir (Francour et al., 2001).  3. La Méditerranée  La mer Méditerranée est un environnement riche et diversifié, qui abrite de nombreuses espèces uniques et des écosystèmes importants. Bien qu'elle représente seulement0.82%du volume des eaux marinesterrestres (Bianchi et Morri, 2000), elle compte 18% des espèces marines mondiales, soit environ 12 000 espèces (Boudouresque, 2004). La pêche méditerranéenne représente environ 2% de la pêche mondiale. Le littoral méditerranéen français s’étend sur 700 km et le littoral du Golfe du Lion est, quant à lui, long de 240 km (Guillou et al., 2002). Son activité halieutique représente plus de 90% des quantités débarquées en Méditerranée et 7% de la production nationale, soit une estimation de 40 000 tonnes par an, concentrée à 90% dans le golfe du Lion (Farrugio, 2005). De plus, cette région est la principale aire de production halieutique et aquacole de Méditerranée française (Duclerc et Bertrand, 1993). La majorité des stocks de poissons commerciaux de Méditerranée sont surexploités (Farrugio et al., 1993 ; FAO, 2006). La surexploitation implique un changement de la structure des populations, avec une prédominance des petites tailles, une perte de la biomasse et une diminution de la fécondité et du recrutement (Murawski, 2000 ; Abdulla et al., 2008).  Il est considéré qu’à l’heure actuelle, 94 AMPs existent en Méditerranée (Fig. 2) couvrant 97 410 km², soit environ 4% de la Méditerranée (Abdulla et al., 2008).
 
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Fig. 2.Distribution des AMPs méditerranéennes. La dimension relative de chaque AMP est indiquée par différentes classes de taille. Les pays sont représentés par différentes couleurs (extrait deAbdulla et al., 2008).  En Méditerranée, les premières AMPs ont été établies pour offrir une protection des écosystèmes et des habitats. Au début des années soixante, une augmentation de l’effort de pêche a provoqué une chute très rapide des stocks de poissons et une diminution de la pêche artisanale le long des côtes catalanes (Planes et al., 2003). Pour faire face à ce problème, la Réserve Naturelle Marine de Cerbère-Banyuls (RNMCB) fut créé en 1974. C’était alors la première réserve marine d’Europe. Aujourd’hui la réserve comprend deux niveaux de protection, la réserve intégrale et la réserve partielle. La réserve intégrale est une zone de « non prélèvement» de 65 hectares. Seules les activités scientifiques y sont autorisées. La plongée, la pêche récréative ou professionnelle ainsi que la chasse sous marine et le mouillage des bateaux y sont interdits. La Réserve Partielle se trouve en bordure extérieure de la réserve intégrale, la pêche artisanale des petits métiers, la pêche récréative mais aussi la plongée y sont réglementées.  En Méditerranée, la flottille des « petits métiers », ou pêche artisanale, qui travaille exclusivement dans la zone côtière (zone des 3 miles), se définit par restriction, car elle
 
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