L'impact du bruit du trafic maritime sur la dynamique et le recrutement précoce des invertébrés benthiques dans un environnement côtier de haute latitude

Byrro Gauthier, Nathalia (2025). L'impact du bruit du trafic maritime sur la dynamique et le recrutement précoce des invertébrés benthiques dans un environnement côtier de haute latitude. Thèse. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 199 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Les sons d’origine anthropique, tels que le bruit généré par navires, sont de plus en plus fréquents dans les milieux côtiers et sont désormais reconnus comme un facteur de stress émergent pour les écosystèmes marins. Les navires produisent du bruit principalement par leurs hélices, leurs moteurs et leurs génératrices. Le mouvement des hélices entraîne la formation des bulles qui éclatent et génèrent des sons intenses. A l’intérieur du moteur, la combustion du carburant provoque de petites explosions dans les cylindres, produisant un bruit continu, tandis que d’autres composantes mécaniques qui transmettent la puissance. Bien que les effets de ces bruits sur le comportement et la condition physiologique des invertébrés benthiques aient été démontrés en conditions contrôlées, leurs répercussions écologiques in situ demeurent peu documentées. Des processus clés, tels que la colonisation et la métamorphose - qui déterminent la dynamique des populations et contribuent au maintien de la biodiversité - peuvent être perturbés par l'exposition au bruit, puisque ces organismes utilisent les signaux acoustiques pour repérer un substrat approprié. De plus, le bruit des navires peut se propager sur de longues distances et chevaucher les plages auditives de nombreux taxons, y compris les mollusques. Cette thèse a étudié les effets écologiques du bruit des navires sur les premiers stades de vie et la dynamique des populations d'invertébrés benthiques, en mettant l'accent sur la colonisation, la métamorphose et la structure des communautés. Cette thèse est composée de trois articles de recherche, correspondant à deux expériences in situ : une étude à court terme (chapitre I) et une étude à long terme (chapitres II et III). La zone étudiée comprenait deux sites subarctiques, Saint-Pierre et Miquelon, caractérisés par des niveaux de trafic maritime distincts. Dans la première étude, l'essai a été mené à Miquelon, un site vierge où le trafic maritime est très limité. Des collecteurs artificiels ont été déployés sur un site bruyant, où ils ont été exposés à deux intensités de bruit des navires : élevée et modérée (128 dB et 116 dB à 25 m et 175 m). Un site témoin avec un bruit ambiant (106 dB) a également été inclus. Le déploiement a suivi un cycle de trois jours, répété pendant trois semaines. Les conditions environnementales et la caractérisation acoustique ont été surveillées quotidiennement ou hebdomadairement. Par la suite, une étude de terrain de quatre mois (chapitres II et III) a été menée à la fois à Miquelon et à Saint-Pierre, cette dernière étant considérée comme un site anthropique situé près d'un port industriel. Des collecteurs ont été déployés le long d'un gradient de bruit des navires (SPL) : élevé (137 dB à 25 m), modéré (120 dB à 175 m) et bruit ambiant (106 dB à 890 m). Les variables environnementales et les conditions acoustiques ont été surveillées quotidiennement ou mensuellement. Une approche expérimentale intégrative a été mise en œuvre, combinant des méthodologies traditionnelles et de pointe : la manipulation du bruit des navires à l'aide d'un haut-parleur sous-marin, l’identification taxonomique et indices de diversité pour évaluer l'abondance, la composition, la diversité et l'uniformité des espèces, la morphométrie des coquilles afin de mesurer la taille des pedivéligères et des métamorphes comme indicateurs de croissance et de retards de développement, et la mesure de la longueur totale pour détecter les dériveurs issus de migrations secondaires et analyser la répartition des populations, des techniques biochimiques, telles que le profilage des acides gras par chromatographie en phase gazeuse, et l'abondance des classes de taille cellulaire par cytométrie en flux, pour caractériser l'environnement trophique, et le déploiement de capteurs environnementaux tels que la température, les courants et les marées. La première étude (chapitre I) a évalué dans quelle mesure le bruit des navires, à des intensités allant de modérées à élevées, influence la colonisation et la métamorphose de Mytilus edulis à court terme. Nous avons émis l'hypothèse que les collecteurs situés plus près de la source de lecture (intensité élevée) présenteraient des taux de colonisation élevés, conformément aux modèles antérieurs obtenus en laboratoire. Cependant, aucune différence significative n'a été observée entre les sites témoins et les sites bruyants en termes de taux de colonisation, probablement en raison d'une mauvaise saison de recrutement. Néanmoins, l'abondance post-larvaire et le succès de la métamorphose ont été considérablement réduits sur le site bruyant, ce qui confirme l'hypothèse selon laquelle le bruit anthropique perturbe l'établissement des organismes au cours des premiers stades critiques de leur vie. Bien que nous ayons observé une augmentation du nombre de post-colonisateurs sur les deux sites, l’augmentation du nombre de individus dérivants était plus marquée en présence de bruit des navires. Dans la deuxième étude (chapitre II), nous avons évalué les effets de la diffusion de bruit de navire sur le développement larvaire (taille à la métamorphose, longueur totale) et la structure des cohortes de Mytilus spp. le long d'un gradient pendant 4 mois. Nous avons testé deux hypothèses : (1) que la distribution des classes de taille des larves et la structure des cohortes diffèrent selon l'intensité du bruit (SPL, élevé 137 dB, modéré 120 dB et bruit ambiant 106 dB) ; et (2) que les larves exposées à des SPL élevés à modérés retardent leur métamorphose, ce qui entraîne une augmentation de la longueur de la prodissoconche II. Les larves de moules issues du deuxième essai in situ ont été analysées à l'aide de la morphométrie des coquilles (taille à la métamorphose, longueur totale et composition des cohortes), du modèle de mélange gaussien et de la distance Earth Mover (EMD) afin d'évaluer l'influence de l'exposition sonore sur la taille des larves et la distribution des cohortes. Les résultats ont montré que, si la fixation primaire et la métamorphose n'étaient pas affectées par les niveaux sonores (106 à 153 dB), la fixation secondaire, qui est un indicateur de la dérive post-métamorphique, augmentait en présence d'un bruit modéré. Les recrues de plus de 2 mm étaient plus fréquentes en présence d'un bruit modéré provenant des navires et de l'environnement, tandis qu'un bruit élevé, tant sur les sites vierges que sur les sites anthropisés, réduisait le nombre de cohortes et l'établissement des recrues. Enfin, dans la troisième étude (chapitre III), nous avons examiné les effets des gradients de bruit des navires sur la structure des communautés et le recrutement précoce dans cinq modèles biologiques dominants, notamment les gastéropodes et les bivalves, sur une période de quatre mois. Nous avons émis l'hypothèse que la diversité des invertébrés et le recrutement précoce diminuent à mesure que les collecteurs de peuplement se rapprochent de la source de bruit. Alors que les variables physiques et trophiques sont restées homogènes d'un site à l'autre, les profils sonores ont considérablement varié : le site vierge n'était exposé qu'au bruit des navires (SPL < 140 dB re 1 µ Pa, SEL < 140 dB re 1 µ Pa2.s), tandis que le site anthropisé était exposé à la fois au bruit des navires et au bruit des battages de pieux (SPL > 140 dB re 1 µ Pa et SEL > 140 dB re 1 µ Pa2.s). Comme prévu, le site vierge et les sites anthropisés ont montré des variations dans la diversité et l'uniformité des espèces selon les distances et les mois, avec un effet négatif clair aux stations proches du bruit. Les modèles de recrutement précoce spécifiques à chaque espèce ont démontré que les niveaux sonores (< et > 140 dB) modifiaient les paramètres démographiques et changeaient la composition des espèces, ce qui implique que cette perturbation acoustique peut entraîner une restructuration écologique. Collectivement, ces études fournissent des preuves sur le terrain que le bruit anthropique modifie les communautés d'invertébrés benthiques en perturbant les processus de recrutement précoce et en modifiant la structure des cohortes. Ces résultats soulignent les risques écologiques de la pollution sonore dans les habitats côtiers subarctiques et mettent en évidence la vulnérabilité des invertébrés marins au stress induit par le bruit. Les changements observés dans la composition des espèces, le développement larvaire et le comportement de colonisation secondaire exigent une attention urgente en matière de réglementation du bruit. Bien qu'il s'agisse d'une première étude in situ avec une réplication limitée, nous recommandons que les seuils d'exposition sonore ne dépassent pas 140 dB re 1 Pa2.s afin de protéger le couplage bentho-pélagique et de préserver la diversité des communautés bentho-pélagiques. Ce seuil doit être considéré comme préliminaire et servir de point de départ pour de futurs essais expérimentaux. Des travaux supplémentaires devraient viser à valider ces niveaux dans des conditions contrôlées et pour différentes espèces et différents stades de vie. Des études parallèles pourraient examiner les effets du bruit sur les migrations secondaires et déterminer si le bruit peut déclencher un stress métabolique comme chez les post-larves. Il serait intéressant de coupler plusieurs facteurs de stress environnementaux afin de contextualiser ce que les organismes subissent in situ. -- Mot(s) clé(s) en français : bruit anthropique, invertébrés marins, recrutement précoce, moule bleue, comportement d'établissement, bruit des navires, impacts écologiques, dérive larvaire. --
ABSTRACT : Anthropogenic sounds, such as vessel noise, are increasingly common in coastal environments and are recognized as an emerging marine stressor. Vessels generate noise through their propellers, motors and generators. The movement of propellers creates bubbles that burst, producing loud sounds. Inside the motor, fuel combustion causes small explosions in the cylinders, generating steady noise, while additional noises arise from turning gears and other mechanical parts that transfer power. Although the effects of such noise on the behaviour and fitness of benthic invertebrates have been demonstrated in controlled settings, their ecological impacts in the field remain underexplored. Key processes like settlement and metamorphosis, which drive population dynamics and support biodiversity, may be disrupted by noise exposure as these organisms use sounds to detect a substrate. Moreover, vessel noise can propagate over long distances and overlaps with the hearing ranges of many taxa, including mollusks. This thesis investigated the ecological effects of vessel noise on early life stages and population dynamics of benthic invertebrates, with a focus on settlement, metamorphosis and community structure. This thesis is composed of three research papers, corresponding to two in situ experiments: a short-term study (Chapter I) and a long-term study (Chapter II and III). The studied area included two subarctic sites, Saint-Pierre and Miquelon, characterized by distinct levels of maritime traffic. In the first study, trial was conducted in Miquelon, a pristine site with very limited maritime traffic. Artificial collectors were deployed at a noisy site, where they exposed to two vessel noise intensities: high and moderate (128 dB and at 116 dB at 25m and 175m). A control site with ambient noise (106 dB) was also included. Deployment followed a 3-day cycle, repeated over 3 weeks. Environmental conditions and acoustic characterization were monitored daily or weekly. Subsequently, a four-month field study (studies 2 and 3) was conducted at both Miquelon and Saint-Pierre, the latter being considered an anthropic site situated near an industrial harbor. Collectors were deployed along a vessel noise gradient (SPLs): high (137dB at 25m), moderate (120 dB at 175m), and ambient noise (106 dB at 890m). Environmental variables and acoustic conditions were monitored daily or monthly. An integrative experimental approach combined with traditional and cutting-edge methodologies: the manipulation of vessel noise using an underwater speaker, taxonomic identification and diversity indices to evaluate species abundance, composition, diversity and evenness, shell morphometry to measure veliger and metamorphosis sizes as indicators of growth and developmental delays, and total length to detect drifters from secondary migrations and analyse population distribution, biochemical techniques, such fatty acid profiling via gas chromatography, and cell size-class abundance through flow cytometry, to characterize the trophic environment, and deployment of environmental sensors such as temperature, current and tides. The first study (Chapter I) evaluated how vessel noise at high-moderate intensities influences settlement and metamorphosis of Mytilus edulis in the short term. We proposed that collectors nearer the playback source (high intensity) would exhibit high settlement rates, consistent with earlier patterns under laboratory conditions. However, no significant differences in settlement rates were found between control and noisy sites, likely due to a poor recruitment season. Nevertheless, post-larval abundance and successful metamorphosis were significantly reduced in the noisy site, supporting the view that anthropogenic noise disrupts establishment during critical early life stages. Despite observing an increase in post-settlers at both sites, we determined that a higher increase of drifters in the presence of vessel noise. In the second study (Chapter II), we assessed the effects of vessel noise playback on Mytilus spp. larval development (size at metamorphosis, total length) and cohorts’ structure along a gradient for 4 months. We tested two hypotheses: (1) that larval size-class distribution and cohort structure differ across noise intensities (SPLs, high 137 dB, moderate 120 dB and ambient noise 106 dB); and (2) that larvae exposed to high-moderate SPLs delay metamorphosis, resulting in increased prodissoconch II length. Mussel larvae from the second in situ trial were analyzed using shell morphometrics (size at metamorphosis, total length and cohort composition), Gaussian Mixture Model and Earth Mover Distance (EMD) to evaluate influence of sound exposure on larval size and cohort distribution. Results showed that while primary attachment and metamorphosis were unaffected across SPLs (106 – 153 dB), secondary attachment - a proxy for post-metamorphic drift - increased under moderate noise. Recruits > 2mm were more prevalent under these moderate vessel and ambient noise, whereas high noise in both pristine and anthropized sites reduced cohort numbers and recruit establishment. Finally, in the third study (Chapter III), we examined the effects of vessel noise gradients on community structure and early recruitment in five dominant biological models, including gastropods and bivalves over 4 months. We hypothesized that invertebrate diversity and early recruitment decline with proximity of settlement collectors close to the noise source. While physical-trophic variables remained homogeneous across sites, sound profiles differed substantially: the pristine site experienced only vessel noise (SPLs < 140 dB re 1 µ Pa, SELs < 140 dB re 1 µ Pa2.s), while the anthropized was exposed to both vessel and pile driving noise (SPLs > 140 dB re 1 µ Pa and SELs > 140 dB re 1 µ Pa2.s). As hypothesized, the pristine site and anthropized sites showed variation on species diversity and evenness across distances and months, with a clear negative effect at stations near the noise. Species-specific early recruitment patterns demonstrated that sound levels (< and > 140 dB) altered population metrics and shifted species compositions, implying that this acoustic disturbance can lead to ecological restructuring. Collectively, these studies offer field-based evidence that anthropogenic noise alters benthic invertebrate communities by disrupting early recruitment processes and modifying cohort structure. These findings underscore the ecological risks of noise pollution in subarctic coastal habitats and highlight the vulnerability of marine invertebrates to noise-induced stress. Observed changes in species composition, larval development, and secondary settlement behaviour call for urgent attention to noise regulation. Despite being a first study in situ with limited replication, we recommend that sound exposure thresholds not exceed 140 dB re 1 Pa2.s to protect bentho-pelagic coupling and preserve diversity of bentho-pelagic communities. This threshold should be considered preliminary, providing a start point for future experimental trials. Further work should aim to validate these levels under controlled conditions and across different species and life stages. Parallel studies could examine the effects of noise on secondary migrations and if noise might trigger a metabolic stress as in post-larvae. It would be interesting to couple multiple environmental stressors to contextualize what organisms experience in situ. -- Mot(s) clé(s) en anglais : anthropogenic noise, marine invertebrates, early recruitment, blue mussel, settlement behaviour, vessel noise, ecological impacts, larval drift.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Thèse)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Winkler, Gesche
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Tremblay, Réjean et Meziane, Tarik
Information complémentaire :	Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en océanographie en vue de l'obtention du grade de Philosophie Doctor (Ph. D.).
Mots-clés :	Navires - Bruits - Aspect de l'environnement; Êtres humains - Influence sur la nature; Moule bleue - Effets du bruit sur; Mytilus - Larves - Effets du bruit sur; Invertébrés marins - Effets du bruit sur; Mytilus edulis.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Date de dépôt :	10 févr. 2026 16:02
Dernière modification :	10 févr. 2026 16:02
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/3458