Contexte du recrutement et définition de poste :

SUJET DE THESE DE DOCTORAT

Déterminants de la dynamique spatio-temporelle de quelques espèces de poissons dans un paysage fluvial restauré

Contexte et enjeux scientifiques

Comme la plupart des grands fleuves à l’échelle mondiale, le Rhône a été fortement anthropisé, essentiellement au cours du 20ème siècle. Les aménagements visant à le rendre navigable, produire de l’hydroélectricité, assurer l’irrigation ou protéger les populations contre les inondations ont fortement altéré sa morphologie et son hydrologie naturelles. Cela s’est traduit par une perte de connectivité longitudinale et latérale, et une fragmentation progressive des habitats. La croissance démographique et l’industrialisation ont entraîné une dégradation de la qualité de l’eau. Le changement climatique ajoute à ces pressions une augmentation graduelle des températures, davantage d’événements extrêmes (par ex., des vagues de chaleur de plus en plus intenses et fréquentes), et une altération progressive du régime hydrologique (étiages estivaux et automnaux plus sévères, débits printaniers plus abondants). Enfin, de nouvelles espèces, dont certaines invasives, se sont intégrées aux communautés et se sont développées avec plus ou moins de succès. Ce contexte de pressions multiples impacte les communautés aquatiques, qui ont significativement évolué au cours des dernières décennies (Olivier et al. 2024).

La restauration écologique des cours d’eau est un enjeu capital à l’échelle mondiale en termes de préservation de la biodiversité aquatique et des services rendus par ces écosystèmes (Ward, 1998 ; Langhammer et al. 2024). Néanmoins, les effets des actions de restauration doivent pouvoir être évalués afin de vérifier que les mesures prises sont efficaces, ou d’envisager des actions correctives ou complémentaires (Haase et al. 2025). Les suivis biologiques et leurs analyses font partie des approches « classiques » pour décrire l’évolution des communautés à la suite des modifications physiques de l’environnement (Rogosch et al. 2024), mais aussi pour modéliser leurs trajectoires futures. Sur le Rhône, un vaste programme de restauration éco-hydraulique a été entrepris dans les années 1990, avec comme actions principales 1) le rétablissement de la connectivité longitudinale, 2) l’augmentation des débits réservés dans les tronçons court-circuités, et 3) la diversification des habitats de la plaine alluviale par reconnexion ou recreusement de chenaux latéraux, appelés lônes. Très rapidement, un suivi scientifique des effets de la restauration (dénommé RhônEco[1] ; Lamouroux et al. 2015, 2025) a été mis en place sur 9 secteurs, et dure depuis maintenant > 25 ans (Olivier et al. 2024). Les poissons, les macroinvertébrés benthiques des lônes et du chenal et les macrophytes sont les principaux groupes taxonomiques suivis. Notamment, la diversité taxonomique, la structure des communautés, et les abondances des principales espèces sont analysées dans une perspective à la fois spatiale (par exemple, comparaison entre secteurs restaurés) et temporelle (évolution pré- vs post-restauration).

Pour les poissons, les effets de la restauration ont été analysés à l’échelle de la communauté, en considérant des guildes écologiques. Ce sont essentiellement des tendances d’évolutions générales qui ont été analysées (les abondances à l’échelle du secteur ont-elles augmenté, diminué ou sont-elles restées stables au cours du temps ?). Une augmentation d’abondance de la guilde des espèces d’eau courante a été observée sur plusieurs secteurs en réponse à l’augmentation des débits réservés, mais 1) l’amplitude de cette réponse diffère selon le secteur, 2) les espèces qui « tirent » cette augmentation ne sont pas les mêmes sur tous les secteurs, et 3) l’augmentation d’abondance attendue pour certains taxons n’est pas vérifiée sur certains secteurs. Au-delà de l’amplitude d’augmentation du débit réservé, qui peut expliquer des différences de réponse entre secteurs, d’autres facteurs locaux ou plus globaux (pression toxique, température, diversité des habitats…) exercent des contraintes spécifiques et peuvent expliquer des réponses différentielles à la restauration. L’identification et la quantification du rôle de ces facteurs sont nécessaires pour une meilleure compréhension des réponses spécifiques à la restauration. L’analyse des effets de la réhabilitation écologique des lônes a montré que la diversification des habitats de la plaine alluviale était favorable à la biodiversité piscicole : selon leurs caractéristiques environnementales et notamment hydrauliques, les lônes peuvent être catégorisées en types d’habitats distincts abritant chacun un assemblage piscicole particulier (Bouloy et al. 2024). Chaque taxon (espèce x classe de taille) utilise de manière préférentielle un type d’habitat (par ex., lône lentique, lotique, ou chenal), qui lui assure une ou plusieurs fonctions particulières (reproduction, nurserie, croissance, refuge) à un moment déterminé de son cycle de vie. Ceci suggère une complémentarité entre ces types d’habitat, nécessaire à la réalisation des cycles biologiques et au maintien de la biodiversité (Manfrin et al. 2020, Stoffels et al. 2022). A l’échelle du secteur restauré, la présence de différents habitats, leur quantité, et la façon dont ils sont connectés entre eux, peuvent être plus ou moins favorables à chaque taxon en fonction de ses traits de vie et exigences écologiques, et ainsi expliquer partiellement leur dynamique (Foubert et al. 2019, Hansen et al. 2023, Lelièvre et al. 2026). Cependant, le lien entre la dynamique spatio-temporelle des habitats, incluant leur connectivité fonctionnelle, et les processus démographiques qui sous-tendent la dynamique des populations des différentes espèces n’a pas été abordé (mais voir par ex. Farò et al. 2021, Farò and Wolter 2024).

Globalement, ces résultats suggèrent qu’une compréhension plus fine des effets de la restauration doit s’appuyer sur une meilleure connaissance des dynamiques spatio-temporelles des différentes espèces et classes d’âge, et des facteurs qui les gouvernent (Stoffers et al. 2025).

Objectifs de la thèse

Dans cette perspective, les objectifs visés par cette thèse sont :

• De mieux comprendre les déterminants biotiques et abiotiques de la variabilité temporelle des abondances entre les différents habitats de la plaine alluviale. En s’appuyant sur les travaux de Bouloy et al. (2024) et Olivier et al. (2024), il s’agira ici de caractériser le plus finement possible, pour les différents types d’habitat, les variations environnementales potentiellement importantes pour les différents taxons sélectionnés, selon leurs traits de vie et exigences écologiques, et identifier les déterminants clés expliquant les variations interannuelles d’abondances. Les secteurs restaurés se situant au niveau d’aménagements hydroélectriques, leur dynamique est fortement dépendante de la gestion des débits (par ex., saisonnalité du débit réservé) mais également des déversements dans les tronçons court-circuités, assimilables à des événements stochastiques. Par ailleurs, il a été montré une forte hétérogénéité thermique entre des lônes d’un même secteur restauré, qui sera un élément important à considérer.
• D’évaluer les connectivités structurelle et fonctionnelle entre différents habitats clés pour une sélection d’espèces. Les changements ontogéniques d’habitats nécessitent une accessibilité de ces habitats par les individus, sans quoi un goulot d’étranglement peut survenir. La distribution spatiale des habitats et les variations hydrologiques permettent d’évaluer la connectivité structurelle, mais la connectivité fonctionnelle requiert que les individus puissent effectivement se déplacer d’un habitat à l’autre. Afin d’évaluer cette dernière, des expérimentations complémentaires visant à mesurer in situ la connectivité pourront être envisagées, par exemple en suivant ou en retraçant les déplacements d’individus (après avoir analysé leur faisabilité : méthodes de télémétrie, p. ex. Droll et al. 2026 ; microchimie des otolithes, p. ex. Bounket et al. 2021).
• De développer un modèle de dynamique de population spatialisé, prenant en compte la fonctionnalité des différents habitats nécessaires au cycle de vie ainsi que les principaux déterminants identifiés aux points précédents.

Pour cela, le-la candidat-e pourra s’appuyer sur un jeu de données « poissons » conséquent et acquis selon une méthode standardisée. Néanmoins, il faudra composer avec les incertitudes liées à l’échantillonnage dans de tels milieux (Vaudor et al. 2015), qui pourront limiter les choix d’espèces et exercices de modélisation. De nombreuses données environnementales sont, ou seront disponibles (notamment débit, température), tandis que d’autres pourront être estimées (fréquences et durées de connexion, par ex.) voire mesurées in situ si besoin ([O2] par ex.).

Contexte opérationnel

Cette thèse s’inscrit dans le programme de suivi scientifique de la restauration du Rhône (RhônEco), porté par 6 unités de recherche (3 laboratoires d’INRAE – RiverLy Lyon, LESSEM Grenoble, et RECOVER Aix-Marseille ; Univ. de Saint-Etienne – EVS ; Univ. de Lyon – LEHNA ; HEPIA Genève). Une trentaine de chercheurs permanents, auxquels s’ajoutent de nombreux thésard-e-s, stagiaires et technicien-ne-s, mènent des travaux de recherche organisés en 5 axes principaux (cf. 1) avec comme cadre commun l’analyse des effets de la restauration du fleuve sur les communautés biologiques et les habitats dans un cadre de changement global. Le-la candidat-e s’intégrera dans cet écosystème, dans lequel il-elle bénéficiera d’échanges stimulants, pourra développer ses travaux en collaboration avec d’autres membres du programme, et trouvera des ressources et compétences variées.

Encadrement

Directeur de thèse : Franck CATTANEO, Prof., HEPIA Genève, Suisse

Co-directeur de thèse : Nicolas LAMOUROUX, DR, INRAE Riverly, Villeurbanne

Ecole doctorale : Evolution Ecosystèmes Microbiologie Modélisation (E2M2, Uni. Lyon)

Structure d’accueil

Université des sciences appliquées et arts de Suisse occidentale – HES-SO

Haute Ecole du Paysage, d’Ingénierie et d’Architecture de Genève – HEPIA

Institut Terre Nature Paysage

Route de Presinge, 150

CH - 1204 Jussy

Suisse

Date limite de candidature : 08/11/2026

Date souhaitée de début de contrat : 15/01/2027, ou date à convenir

Durée : 36 mois

Contact : Franck CATTANEO

E-mail: franck.cattaneo@hesge.ch

Tél. : +41 (0)22 558 56 83

Références citées :

Bouloy, A., Olivier, J. M., Riquier, J., Castella, E., Marle, P., & Lamouroux, N. (2024). Spatio-temporal dynamics of habitat use by fish in a restored alluvial floodplain over two decades. Science of the Total Environment, 906, 167540.

Bounket, B., Tabouret, H., Gibert, P., Bareille, G., Pecheyran, C., Carrel, G. et al. (2021). Spawning areas and migration patterns in the early life history of Squalius cephalus (Linnaeus, 1758): Use of otolith microchemistry for conservation and sustainable management. Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems, 31(10), 2772–2787.

Droll, J., Nagel, C., Pander, J., & Geist, J. (2026). Evaluation of the stocking efficiency of a rheophilic cyprinid in a large river system using spatio-temporal PIT tag detections and survival analysis. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 83, 1-17.

Farò, D., & Wolter, C. (2024). Linking functional habitat and fish population dynamics modeling to improve river rehabilitation planning and assessment. Journal of Environmental Management, 370, 122331.

Farò, D., Zolezzi, G., & Wolter, C. (2021). How much habitat does a river need? A spatially-explicit population dynamics model to assess ratios of ontogenetical habitat needs. Journal of environmental management, 286, 112100.

Foubert, A., Le Pichon, C., Mingelbier, M., Farrell, J. M., Morin, J., & Lecomte, F. (2019). Modeling the effective spawning and nursery habitats of northern pike within a large spatiotemporally variable river landscape (St. Lawrence River, Canada). Limnology and oceanography, 64(2), 803-819.

Haase, P., Cortés-Guzmán, D., He, F., Jupke, J. F., Mangadze, T., Pelicice, F. M., ... & Sinclair, J. S. (2025). Successes and failures of conservation actions to halt global river biodiversity loss. Nature Reviews Biodiversity, 1(2), 104-118.

Hansen, H. H., Schneider, M., & Hägele, T. (2023). A habitat connectivity reality check for fish physical habitat model results and decision-making for river restoration. Ecol. Solut. Evid. 4 (4).

Lamouroux, N., Olivier, J. M., Castella, E., Cattanéo, F., Colas, F., Eme, D., ... & Riquier, J. (2025). Un synopsis du programme RhônEco: observatoire écologique long-terme de la restauration du Rhône. IS Rivers 2025, 2025.

Lamouroux, N., Gore, J. A., Lepori, F., & Statzner, B. (2015). The ecological restoration of large rivers needs science‐based, predictive tools meeting public expectations: an overview of the R hône project. Freshwater Biology, 60(6), 1069-1084.

Langhammer, P. F., Bull, J. W., Bicknell, J. E., Oakley, J. L., Brown, M. H., Bruford, M. W., ... & Brooks, T. M. (2024). The positive impact of conservation action. Science, 384(6694), 453-458.

Lelièvre, Y., Gaigné, E., Grenouillet, G., Mortreux, G., Moreau, J., Couasné, J. P., ... & Bollache, L. (2026). Effects of Lateral Hydrological Connectivity on the Taxonomic and Functional Structure of Fish Communities in Saône River Floodplains (France): Implications for Non‐Native Species Distribution. Freshwater Biology, 71(1), e70175.

Manfrin, A., Bunzel-Drüke, M., Lorenz, A. W., Maire, A., Scharf, M., Zimball, O., & Stoll, S. (2020). The effect of lateral connectedness on the taxonomic and functional structure of fish communities in a lowland river floodplain. Science of the Total Environment, 719, 137169.

Olivier J.-M., Lamouroux N., Castella E., Forcellini M., Lebrun C. et al., 2024. Rapport scientifique du programme RhônEco (1998–2023). Université Lyon 1, CNRS, INRAE, Université de Genève, 325 p.

Rogosch, J. S., Boehm, H. I., Tingley III, R. W., Wright, K. D., Webb, E. B., & Paukert, C. P. (2024). Evaluating effectiveness of restoration to address current stressors to riverine fish. Freshwater Biology, 69(5), 607-622.

Stoffels, R. J., Humphries, P., Bond, N. R., & Price, A. E. (2022). Fragmentation of lateral connectivity and fish population dynamics in large rivers. Fish and Fisheries, 23(3), 680-696.

Stoffers, T., Buijse, A. D., Poos, J. J., Verreth, J. A., & Nagelkerke, L. A. (2025). Ontogenetic shifts by juvenile fishes highlight the need for habitat heterogeneity and connectivity in river restoration. Limnology and Oceanography, 70(3), 732-748.

Vaudor, L., Lamouroux, N., Olivier, J. M., & Forcellini, M. (2015). How sampling influences the statistical power to detect changes in abundance: an application to river restoration. Freshwater Biology, 60(6), 1192-1207.

Ward, J. (1998). Riverine landscapes: biodiversity patterns, disturbance regimes, and aquatic conservation. Biological conservation, 83(3), 269-278.

[1] https://www.rhoneco.fr

Profil recherché :

• Étudiant.e avec Master 2 (ou équivalent) en Ecologie, Biostatistique / Modélisation, Hydrobiologie
• Goût pour l’analyse de données et la modélisation
• Bonne maîtrise de R
• Intérêt marqué pour l’écologie des poissons d’eau douce

• Rigueur, curiosité scientifique, autonomie, qualités interpersonnelles