Impacts of pelagic habitat modifications on the behavior and physiological condition of tropical tuna

Tropical tunas, as many pelagic fish species are known to associate with floating objects (FOBs). If this associative behavior has been known for almost 2 millennia, the reasons underlying it are still largely unknown. Fishers exploit this associative behavior to facilitate the search and catch of fish. In particular, in the 1980s, industrial fishers began to build and deploy their own man-made floating objects, drifting fish aggregating devices (DFADs). Since then, the deployment of DFADs has increased massively, which has several ecological impacts, on the environment and directly on marine species. This thesis focuses on DFADs ecological impacts on tropical tuna. DFADs impact tropical tuna directly by increasing purse seine fleets’ efficiency, yield and by expanding their fishing grounds. They also change species catch composition and increase the catch of small yellowfin (Thunnus albacares) and bigeye (Thunnus obesus) tunas. Besides these direct impacts (related with fishing mortality), DFADs could impact tropical tunas indirectly by their sole presence in the ocean. This thesis aims at (1) reviewing the indirect impacts of DFADs in tropical tuna, (2) quantifying the modifications induced by DFADs and other anthropic activities on tropical tuna surface habitat, and (3) characterizing the direct and indirect impacts of these modifications, considering tropical tuna behavior and condition. Based on a literature review, Chapter 2 outlines that DFADs do modify tropical tuna habitat, but quantitative characterizations are missing. There is a lack of clear converging scientific evidences on the indirect impacts of DFADs on the behavior and biology of tropical tuna. In the Western Indian Ocean, DFADs strongly increased FOB density, representing around 85 % of the encountered FOBs by observers onboard purse seine vessels (Chapter 3). Other human activities, like deforestation or climate change, did not induce any clear variation of natural floating objects density, suggesting that DFADs are the main driver of tropical tuna surface habitat modifications in the Indian Ocean (Chapter 4). The increase of DFAD density impacts the associative behavior of tropical tuna. A model of tuna behavior shows that this change strongly increased the percentage of time individual tuna spend associated with FOBs, from 20 % to 68 % in the Western Indian Ocean (Chapter 5). DFADs also impact the associative behavior of tuna aggregations, which is also driven by biophysical characteristics of the environment (Chapter 6). Hence DFADs have a direct impact, through an increase of the time tropical tuna spend associated with FOBS, and consequently their catchability. The analysis of a 20-year dataset on size and weight of yellowfin tuna shows that the increase of FOB density induced by DFADs does not translate into a long-term impact on their condition in the Western Indian Ocean (Chapter 7). This calls for further investigation into the causal link between tuna association with DFADs and their low condition, which can be tested using the mathematical framework developed in Chapter 8. Finally, the work developed in this thesis allowed to improve our understanding of the impacts of DFADs on tropical tuna, which has several implications in terms of management. Further experimental and field work are needed to explore these potential impacts and long-term time series of indicators should be monitored to assess them. As DFADs indirect impacts can act as worsening factors on tuna populations, characterizing them is urgent. Also, this thesis brings new evidence on the reasons underlying tuna associative behavior with FOBs and on the resulting impacts of DFADs. In the Indian Ocean, the situation of tropical tuna stock is alarming, with both yellowfin and bigeye tunas being overexploited. The results of this thesis can help to better determine the impacts of DFADs on tropical tuna and thus contribute to improving the management of this common resource.

Les thons tropicaux, comme d’autres poissons pélagiques, s’associent aux objets flottants. Si ce comportement associatif est connu depuis près de deux millénaires, les raisons sous-jacentes sont encore méconnues. Les pêcheurs exploitent ce comportement associatif pour faciliter la recherche et la capture de poissons. Dans les années 1980, les pêcheurs industriels ont commencé à construire et à déployer leurs propres objets flottants artificiels, les dispositifs de concentration de poissons dérivants (DCPd). Depuis, le déploiement de DCPd a augmenté drastiquement, ce qui a plusieurs impacts écologiques sur les thons tropicaux. Les DCPd ont de nombreux impacts directs (liés à la mortalité par pêche) : ils augmentent l’efficacité des senneurs, modifient la composition spécifique des captures et augmentent les captures de petits albacores (Thunnus albacares) et thons obèses (Thunnus obesus). Outre ces impacts directs, les DCPd pourraient avoir des impacts indirects sur les thons tropicaux de par leur seule présence. Cette thèse vise à (1) faire le point sur les impacts indirects des DCPd, (2) quantifier les modifications induites par les DCPd et d’autres activités anthropiques sur l’habitat, et (3) caractériser les impacts directs et indirects de ces modifications en considérant le comportement et la condition physiologique des thons tropicaux. Une revue de littérature a permis de montrer que les DCPd modifient l’habitat des thons tropicaux, mais que les quantifications manquent. Il n’existe pas de résultats scientifiques convergeants concernant les impacts indirects des DCPd sur le comportement et la biologie des thons tropicaux (Chapitre 2). Dans l’ouest de l’océan Indien, les DCPd représentent 85 % des objets flottants, augmentant ainsi fortement leur densité (Chapitre 3). Les autres activités humaines (e.g. déforestation, changement climatique) n’ont pas induit de variations claires de la densité d’objets flottants naturels, suggèrant que les DCPd sont le principal moteur des modifications de l’habitat des thons tropicaux (Chapitre 4). Grâce à un modèle de comportement de thons, nous avons pu estimer que l’augmentation de la densité de DCPd a fortement augmenté le pourcentage de temps que les individus passent associés aux DCPd, de 20 % à 68 % dans l’ouest de l’océan Indien (Chapitre 5). Elle a aussi un impact sur le comportement associatif des agrégations de thons (Chapitre 6). Les DCPd ont donc un impact direct, en augmentant le temps que les thons passent associés et ainsi leur capturabilité par les thoniers senneurs. Une analyse de données taille poids d’albacores sur plus de vingt ans montre que l’augmentation de la densité d’objets flottants induite par les DCPd ne se traduit pas par un impact à long terme sur leur condition dans l’océan Indien (Chapitre 7). Il faut donc poursuivre les recherches sur le lien de causalité entre l’association des thons avec les DCPd et leur faible condition, qui peut être testé à l’aide du modèle développé au Chapitre 8. Le travail développé dans cette thèse a permis d’améliorer notre compréhension des impacts des DCPd sur les thons tropicaux, ce qui a plusieurs implications en termes de gestion. D’autres travaux expérimentaux et de terrain sont nécessaires pour explorer ces impacts potentiels et des séries temporelles d’indicateurs à long terme devraient être récoltées pour les évaluer. Comme les impacts indirects des DCPd peuvent agir comme facteurs aggravants sur les populations de thons, il est urgent de les caractériser. En outre, cette thèse apporte de nouveaux élements sur les raisons sous-jacentes au comportement associatif des thons et sur les impacts des DCPd qui en résultent. Dans l’Océan Indien, la situation des populations de thons est alarmante, l’albacore et le thon obèse étant surexploités. Les résultats de cette thèse peuvent aider à un meilleur diagnostic de l’impact des DCPd sur les thons tropicaux et ainsi contribuer à une meilleure gestion de cette resource commune.