Mussels in deep water with climate change: Spatial distribution of mussel (Mytilus galloprovincialis) growth offshore in the French Mediterranean with respect to climate change scenario RCP 8.5 Long Term and Integrated Multi-Trophic Aquaculture (IMTA) using Dynamic Energy Budget (DEB) modelling

English. Victoria Persson Abstract Mussel cultivation is a sustainable type of food production that may help mitigate the nutritional needs of a future world population of 10-12 billion in 2100. The demand for mussels on the French market is increasing but the production is saturated due to a lack of space for expanding the cultivation close to shore. This study looked at offshore possibilities for cultivating Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis to increase production. The Dynamic Energy Budget (DEB) theory was used in a Geographical Information System (GIS) to map out areas deeper than 30 m in the Mediterranean French Exclusive Economic Zone where temperature and food availability are suitable for mussel farming. The impact of future climate change scenario RCP 8.5 was investigated to estimate the sustainability of an offshore mussel farming operation in the French Mediterranean until the end of the 21st century. Since much of the Mediterranean is oligotrophic and food availability was suspected to be a limiting factor for growth, it was investigated whether waste from open pen fish farms would constitute enough mussel feed to sustain close-by mussel cultivation. The results indicated that the Gulf of Lion (GoL) was suitable for mussel farming every year 2011 - 2020 since the mean growth rate per mussel there ≥ 0.028 g / day, which is the estimated lower limit for mussel farming. The results also indicated that the eastern half of the GoL will experience less than optimal Sea Surface Temperatures (SSTs) in climate change scenario RCP 8.5 Long Term, leaving the western part of the GoL as the remaining sustainable option for mussel cultivation. Finally, the results indicated that incorporating mussel cultivation in an Integrated Multi-Tropic Aquaculture (IMTA) is a viable option in otherwise nutrient poor areas and will continue to be a viable option until at least the end of the 21st century, even in the event of climate change scenario RCP 8.5. The study is a first to use DEB-theory and GIS to map growth in the Mediterranean and for the Mediterranean mussel. It illustrates that DEB-modelling of growth over large areas is possible, which has major implications for aquaculture in general. It also emphasises the need of more research, notably regarding i) definition and calibration of DEB parameters for M. galloprovincialis in various environmental conditions and ii) acquirement of DEB parameter proxies to better adapt the DEB method to a GIS environment. Résumé La mytiliculture, ou la culture de moules, est un type de production de nourriture durable, et constitue un moyen de répondre aux besoins alimentaires d’une future population mondiale, qui devrait atteindre entre 10 et 12 milliards de personnes à la fin du siècle. La demande de moules sur le marché français augmente mais la production est saturée à cause d’un manque d’endroits près de la côte permettant d’étendre cette production. Cette étude considère les possibilités de cultiver la moule Méditerranéenne (Mytilus galloprovincialis) au large afin d’augmenter la production de moules en France. La théorie de Dynamic Energy Budget (DEB) est utilisée dans un Système d’Information Géographique (SIG) pour cartographier les régions de la zone économique exclusive (ZEE) de la France en Méditerranée, où les profondeurs excèdent 30 mètres et où la température ainsi que la disponibilité de la nourriture sont suffisantes pour soutenir l’élevage de moules. L’impact du changement climatique, selon le scénario RCP 8.5, est étudié pour estimer la durabilité d’une mytiliculture Méditerranéenne jusqu’à l’année 2100. Comme une grande partie de la Méditerranée est oligotrophe, nous faisons l’hypothèse que la substance alimentaire est un facteur limitant pour la croissance des moules. Une enquête est ensuite réalisée pour élucider la capacité d’une pisciculture, c’est-à-dire une culture de poissons, à produire un apport de nutriments assez élevé pour soutenir une mytiliculture en sa proximité. Les résultats indiquent que le Golfe du Lion (GoL) est propice à la culture des moules pour chaque année sur la période 2011 - 2020. C’est-à-dire que la croissance moyenne par moule au GoL était ≥ 0,028 g / jour, ce qui est le minimum nécessaire estimé pour la culture des moules. Les résultats indiquent aussi que la moitié Est du GoL aura à partir de 2081 des températures de surface trop élevées pour être considérées optimales pour la culture des moules. A l’inverse, sur la moitié Ouest du GoL les températures de surface restent optimales jusqu’en 2100, ce qui en fait une zone géographique optimale et durable pour la culture des moules. Pour terminer, les résultats indiquent que cultiver des moules à proximité d’une pisciculture est une option viable. Dès à présent et jusqu’à la fin du 21ème siècle, qu’il sera selon les résultats possible de faire accroitre des moules dans des eaux qui ont sinon un taux en nutriments trop faible pour soutenir une croissance moyenne de 0,028 g / jour. Cette étude est la première à utiliser la théorie DEB dans un environnement SIG pour cartographier la croissance de la moule Méditerranéenne en Méditerranée. Elle montre qu’il est possible d’utiliser la théorie DEB pour modéliser la croissance des organismes sur des grands espaces, ce qui a des implications majeures pour l’aquaculture en générale. Des recherches complémentaires seraient bénéfiques, notamment concernant i) l’évaluation et la calibration des paramètres du modèle DEB pour M. galloprovincialis pour différentes conditions environnementales et ii) l’acquisition de proxys pour des paramètres du modèle DEB afin d’adapter la méthode à un environnement SIG.

English. Mussels are not only good to eat, but they also help keep our seas clean by eating algae in the water. Farming of mussels is one of the most environmentally friendly ways to produce animal protein. That may be part of the reason why the demand for mussels is increasing, not least in the food-loving and mussel producing country of France. In general, when the demand for a product is increasing, so does the supply. But when it comes to mussels, there is a big problem: the mussel farms have no more space to grow close to shore and mussel farming further away from shore is new territory. Luckily, there are ways of estimating if its worth it to try to get mussels to grow offshore. By using satellite images, it is possible to see what the sea surface temperature has been like in past and how much mussel food, or chlorophyll a, that has been available in the water. Then that information can be added into something called a Dynamic Energy Budget equation to calculate how fast the mussels are likely to grow in different areas of the sea. If they grow fast enough, chances are that one can farm mussels there. The study that was undertaken to do just that found that mussel farming should be possible in deep waters in the south of France. The bay called Gulf of Lion has enough food for the mussels to eat and temperatures that mussels can thrive in. Unfortunately, with clime change about half of the bay may have temperatures that the mussels like less by the end of this century. It is possible that some mussels can adapt to the new temperatures, but they may need more time than a few decades to do it.