Résumé
Depuis l’avènement de l’Anthropocène, les changements environnementaux se sont intensifiés de façon spectaculaire sous l’effet des activités humaines, menaçant la stabilité des écosystèmes mondiaux. Parmi ces derniers, les herbiers marins jouent un rôle crucial dans la lutte contre le changement climatique en stockant d’importantes quantités de « carbone bleu ». Cependant, ces écosystèmes subissent des pressions croissantes telles que les dommages mécaniques, l’eutrophisation et le réchauffement climatique. Le contraste entre l’évolution rapide des conditions environnementales, la dynamique relativement rapide des herbiers et la lenteur des processus de stockage du carbone dans les sédiments souligne le besoin de mieux comprendre les réponses transitoires de ces écosystèmes. De plus, l’existence de boucles de rétroaction entre les compartiments écologiques et biogéochimiques soulève des interrogations sur le risque de points de basculement écologiques et leurs conséquences pour le carbone. Dans cette thèse, je développe et applique un modèle mécaniste stœchiométrique paramétré pour Posidonia oceanica afin d’étudier les interactions complexes entre les processus écologiques et biogéochimiques dans les écosystèmes d’herbiers marins soumis aux pressions environnementales. Le chapitre 1 passe en revue les processus gouvernant le stockage du carbone dans les herbiers marins et les principaux stress auxquels ces écosystèmes sont exposés. Puis, à l’aide d’un modèle minimal, il explore la possibilité de réponses par point de basculement induites par les pressions anthropiques. Il montre que la perte des herbiers peut entraîner des effets en cascade dans la dynamique du carbone, transformant ces milieux de puits à sources de carbone. Le chapitre 2 développe et applique le modèle stœchiométrique entièrement paramétré pour Posidonia oceanica afin d’explorer les dynamiques écologiques et biogéochimiques couplées en réponse aux dommages mécaniques, à l’eutrophisation et au réchauffement climatique. Par le biais d’analyses de bifurcation, il montre que le mécanisme de rétroaction positive entre les herbiers et l’hydrodynamique joue un rôle déterminant dans l’apparition de points de basculement écologiques se propagent aux dynamiques biogéochimiques, entraînant des pertes brutales de carbone stocké. La nature de cette réponse varie selon le stress étudié, chacun générant des dynamiques plante‑carbone distinctes. Le chapitre 3 examine les dynamiques transitoires sous l’effet de stress uniques ou combinés appliqués à des taux de changement variables. Le couplage lent entre la biomasse des herbiers et le stockage du carbone dans les sédiments engendre de longues dynamiques transitoires souvent divergentes par rapport aux prédictions d’équilibre, avec des décalages temporels entre la dynamique des herbiers et celle du carbone qui dépendent fortement du taux auquel évoluent les stress. Ce décalage temporel peut donner l’illusion d’un puits de carbone stable et résilient alors qu’en réalité, le système suit une trajectoire lente menant à la perte du carbone à long terme. Le chapitre 4 explore les dynamiques de restauration des écosystèmes d’herbiers marins dégradés selon différents rythmes d’accumulation des stress et d’interventions de restauration. Les résultats montrent que la réussite des opérations de restauration dépend étroitement de la combinaison de la rapidité d’intensification des stress antérieurs et du rythme de restauration à venir. Cette thèse souligne l’importance d’intégrer, dans les cadres prédictifs et les pratiques de gestion, les mécanismes de rétroaction écologiques et biogéochimiques, les potentiels points de basculement, les dynamiques transitoires, les trajectoires spécifiques à chaque stress ainsi que le couplage entre phases de stress et de restauration, afin de préserver les écosystèmes d’herbiers marins et leurs importantes capacités de stockage de carbone bleu face aux changements environnementaux globaux.