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Soutenance de Mme Anne Karen DA SILVA JUSTINO – Laboratoire MIO

Le Bureau des Études Doctorales a le plaisir de vous informer que

Madame Anne Karen DA SILVA JUSTINO

Doctorante en cotutelle au laboratoire MIO rattaché à l’École Doctorale 548 « Mer & Sciences » (France)

Et à

L’Universidade Federal Rural de Pernambuco (Brésil)

 soutiendra sa thèse en vue de l’obtention du Grade de Docteur

 sous la direction de

Mme Flávia LUCENA-FRÉDOU, Full Professor, UFRPE (Brésil), Co-directrice de thèse

&

Mme Véronique LENOBLE*, Maître de conférences, UTLN (France), Directrice de thèse

* Dérogation pour diriger une thèse obtenue le 11 mars 2021 en CORe à l’UTLN

Discipline : Sciences de l’Univers

Spécialité : Géosciences de l’environnement

sur le thème

De l’estuaire à la haute mer : Contamination microplastique des poissons de l’Atlantique tropical sud-ouest

Jeudi 15 septembre 2022 à 14h00

En visioconférence et à l’Universidade Federal Rural de Pernambuco – Recife – (Brésil)

devant un jury composé de

M. François LE LOC’H, Directeur de Recherche, Université de Bretagne Occidentale (France), Rapporteur

M. Alexander TURRA, Professeur des Universités, Université de Sao Paulo (Brésil), Rapporteur

M. João FRIAS, Chercheur Sénior, Université de Galway (Irlande), Examinateur

M. William SEVERI, Professeur des Universités, Université Fédérale de Pernambuco (Brésil), Examinateur

Mme Cassiana MONTAGNER, Maitre de Conférences, Université Fédérale de Campinas (Brésil), Examinatrice

Mme Ika PAUL-PONT, Chargée de recherche CNRS, Université de Bretagne Occidentale (France), Examinatrice

Mme Flávia LUCENA-FRÉDOU, Professeur des Universités, Université Fédérale de Pernambuco (Brésil), Co-directrice de thèse

Mme Véronique LENOBLE*, Maître de conférences, Université de Toulon (France), Directrice de thèse
* Dérogation pour diriger une thèse obtenue le 11 mars 2021 en CORe à l’UTLN

Résumé :

Les microplastiques (MPs ; 5 < mm) ont été identifiés dans la plupart des écosystèmes et organismes marins, ce qui suscite la préoccupation des scientifiques quant à leur impact sur la biodiversité et les écosystèmes. Cependant, certaines régions ne sont pas encore suffisamment documentées en ce qui concerne la caractérisation de la contamination par les MPs, comme la région de l’Atlantique tropical sud-ouest (ATSO). Afin de remplir ces lacunes, l’objectif général de cette thèse est de fournir une compréhension générale de la distribution et des modèles de contamination par les MPs dans l’ichtyofaune de la région ATSO le long du gradient estuarien-océanique. Dans ce contexte, un protocole d’extraction rapide, efficace et d’un faible coût opérationnel, des MPs a été adapté aux organismes marins, tout en garantissant une probabilité minime de la contamination aéroportée dans les échantillons. La thèse est structurée en quatre chapitres sous forme d’articles, et une conclusion générale. Dans le premier chapitre, nous avons exploré une chaîne trophique estuarienne comprenant un poisson prédateur commercialement important et deux de ses principales proies. Ces espèces ont des stratégies alimentaires différentes, ce qui se retrouve dans la fréquence d’ingestion des MPs. Dans le deuxième chapitre, quatre espèces de poissons démersaux côtiers ont été étudiées pour caractériser l’ingestion de MPs chez les poissons de récif de la région ATSO. Aucune différence n’a été observée entre le taux d’ingestion de MPs par les espèces côtières, mais un large éventail de polymères a été identifié. L’écosystème océanique est abordé dans les deux derniers chapitres de la thèse, en se concentrant sur les espèces océaniques pélagiques et mésopélagiques. Le troisième chapitre caractérise la contamination de deux familles de poissons mésopélagiques abondantes dans l’ATSO, et aborde l’influence de ces espèces sur le transport des MPs dans l’océan profond. Ainsi, la contamination par les MPs des poissons d’eau profonde de la région a été identifiée pour la première fois et les zones d’accumulation probable de ces particules ont été discutées. Enfin, dans le quatrième chapitre, des prédateurs pélagiques importants pour la pêche industrielle et artisanale ont été étudiés. Outre la présence de MPs, le transfert trophique des MPs des proies aux prédateurs a été mis en exergue. Ce chapitre traite également de l’ingestion de macroplastiques (> 5 mm) provenant de l’intense activité de pêche et de tourisme dans l’Archipel de Fernando de Noronha. De façon générale, il a été possible, au travers de ce travail de thèse, de confirmer la contamination par les MPs des poissons de la région ATSO. Les comportements écologiques, tels que les stratégies d’alimentation et le niveau trophique, ont un impact sur la contamination. De plus, l’influence du comportement des espèces dans la colonne d’eau sur les zones d’accumulation des MPs a été mise en évidence. Il a également été possible d’observer qu’en général, la forme la plus fréquente de MP ingérés par les poissons sont les fibres. Cependant, les grands prédateurs pélagiques océaniques (thons) ont tendance à ingérer des pellets et des mousses, ce qui a également été observé chez leurs proies principales, indiquant un transfert trophique. En outre, les polymères les plus fréquemment retrouvés dépendent également des comportements écologiques des espèces ainsi que, dans les cas des thons, de la pression intense de la part des pêcheries (par exemple, filets de pêche et peinture des bateaux) et la forte activité touristique. Les informations disponibles ici peuvent servir de support pour discuter et développer des mesures visant à atténuer les impacts causés par la contamination par les MPs et la pollution plastique dans la région ATSO, contribuant ainsi à la conservation de la biodiversité et des écosystèmes marins.

Mots clés : Pollution plastique, Transfert trophique, Océan Atlantique, Ressources halieutiques, Écologie des poissons, Estuaires, Ecosystème mésopélagique, Thon.

From the estuary to the deep sea: Microplastic contamination of fishes from Southwestern Tropical Atlantic

Abstract 

Worldwide, microplastics (MPs; 5 < mm) have been identified in most marine ecosystems and organisms. The large availability of this contaminant has raised the concern of scientists about the impacts on biodiversity and ecosystems. However, despite being frequently reported, some regions still lack studies on the characterisation of MPs contamination. This is the case in the Southwestern Tropical Atlantic (SWTA) region. To fill this gap, this thesis aims to provide a general understanding of the distribution and patterns of MP contamination in the ichthyofauna inhabiting the SWTA region along the estuarine-oceanic gradient. Thus, a protocol for extraction of MPs for marine organisms was adapted to diminish the probability of airborne contamination in the samples, which would be practical and of low operational cost. The thesis is structured in four chapters presented as articles and a general conclusion. The first chapter explored an estuarine trophic chain, comprising a commercially important top predatory fish and two of its main prey. Both species have different feeding habits, which was also observed in the frequency of MP ingestion, which varied with feeding strategies. In the second chapter, four coastal demersal fish species were used to characterise the ingestion of MPs in reef fishes from the SWTA region. No differences were observed between the ingestion rate of MPs by coastal species; however, a wide range of polymers was identified. The ocean ecosystem is discussed in the last two chapters of the thesis, focusing on pelagic and mesopelagic oceanic species. The third chapter characterises the contamination of two abundant mesopelagic fish families in the SWTA and addresses the influence of these species on the transport of MPs in the deep ocean. In this chapter, MP contamination in deep-sea fishes in the region was identified for the first time and areas of possible accumulation of particles were discussed. Finally, in the fourth chapter, pelagic predators important for industrial and artisanal fisheries were evaluated for the presence of MPs. In addition to the characterisation of contamination, evidence of trophic transfer of MPs from prey to predators was observed. Furthermore, this chapter discusses the ingestion of larger particles (macroplastics > 5 mm) derived from the intense ocean fishing and tourism activity in the Fernando de Noronha Archipelago (FNA). Overall, it was possible through this thesis to confirm the contamination by MPs in fish from the SWTA region. The ecological patterns, such as feeding strategies and trophic level, increased MP contamination probability. Furthermore, the influence of the species’ behaviour in the water column in areas with an accumulation of MPs. In addition, it was also possible to observe that, in general, the most frequent shape of MPs ingested by fishes are fibres. However, large oceanic pelagic predators (tunas) tended to ingest pellets and foams, which was also observed in their primary prey, indicating trophic transfer. Moreover, a variety of polymers were identified, but the most frequent polymers in the coastal region were PE, Alkyd Varnish and SBR; for the mesopelagic fishes in the oceanic region were PA and PE. However, the most frequent polymers for tuna and prey were SBR, PA, and PET. The availability of these polymers in the SWTA region indicates intense pressure from fisheries (e.g., fishing nets and ship paint) and high tourist activity. The information available here can serve as a baseline to discuss and develop measures to mitigate the impacts caused by MPs contamination and plastic pollution in the SWTA region, thus contributing to the conservation of biodiversity and marine ecosystems.

Keywords: Plastic pollution, Trophic transfer, Atlantic Ocean, Fisheries resources, Fish ecology, Estuaries, Mesopelagic ecosystem, Tuna.