The European catfish (Silurus glanis) in large peri-alpine lakes: trophic ecology and impacts for resident species | Le silure glane (Silurus glanis) dans les grands lacs périalpins : Ecologie trophique et impacts sur les espèces résidentes

anglais. Invasive species represent a growing threat to biodiversity and ecosystems worldwide and predicting their impacts on invaded ecosystems represents one of the major current challenges, particularly in the context of global change, promoting displacement of species out of their native range. The European catfish (Silurus glanis), the largest European freshwater fish, native from Asia and Eastern Europe, has extensively been proliferating across the continent since the 20th century. Indeed, its wide physiological, trophic and behavioral plasticity represents a major asset for establishing a sustainable presence in various ecosystems. S. glanis recently invaded large peri-Alpine lakes (Lake Geneva and Lake Bourget) raising concerns about its impacts on resident species in these ecosystems. This PhD thesis falls within this context and consisted in investigating (i) the trophic ecology of the European catfish in peri-Alpine lakes and (ii) its impacts on food webs and on resident species at both species and multispecies levels. This work is part of the SILAC research program founded by the Region Auvergne-Rhône-Alpes.The study of the European catfish diet in peri-Alpine lakes highlighted its high reliance on littoral prey (e.g., speeny-cheek crayfish Orconectes limosus and roach Rutilus rutilus) but also on prey from habitats inherent to peri-Alpine lakes such as deep benthic (e.g., burbot Lota lota) and pelagic prey (e.g., whitefish Coregonus lavaretus).An allometric niche model (aNM), supporting the reconstruction of trophic interactions in peri-Alpine lakes, was then elaborated and applied to a body size gradient representing the European catfish ontogeny to infer its trophic interactions both as predator and prey toward resident species. This step underlined its apex position in the food web reached as soon as individuals measured 60 cm. In addition, the consideration of another exotic species (Hemimysis anomala) indicated their potential additive impacts in the ecosystem. Trophic interactions inferred by the aNM were then coupled to a multispecies dynamic model to simulate the consequences of the European catfish (according to different body sizes) on the resident species abundances. The results indicated major negative impacts on the abundances of large invertebrates and meso-predators caused by S. glanis predation, but also a set of indirect positive and negative impacts on a large number of species characterizing top-down trophic cascades. Finally, the investigation of the vulnerability of the European whitefish (a Salmonidae with a high economic value) toward S. glanis allowed to identify a higher predation risk for the young-of-the year whitefish than for other whitefish life stages, due to their optimal body size for being predated by the European catfish as well as their high depth overlapping, particularly between the end of the spring and the end of the summer when the catfish energy demand is the highest.These results obtained on a period of recent colonization of the European catfish (< 10 years) constitute a robust referential for future investigations on the evolution of the population characteristics and its impacts in peri-Alpine lakes in longer term. The different methodologies developed during this PhD thesis contribute to the toolbox for a better assessment of invasive species impacts in aquatic ecosystems.

français. Les espèces invasives représentent une menace majeure pour la biodiversité et les écosystèmes à travers le monde. L’étude de leur écologie et de leurs impacts dans les milieux envahis représente un des défis majeurs du XXIème siècle, particulièrement dans le contexte du changement global, accélérant l’introduction d’espèces hors de leur aire de répartition native. Le silure glane (Silurus glanis), plus grand poisson dulcicole en Europe, est un exemple d’espèce introduite à large dispersion. Il est originaire d’Asie et d’Europe de l’Est mais son aire de répartition s’est étendue à toute l’Europe depuis le XXème siècle jusqu’à aujourd’hui. En effet, sa grande plasticité physiologique, trophique et comportementale représente un atout majeur pour son établissement au sein d’écosystèmes variés. Depuis une dizaine d’années, la colonisation du silure dans les grands lacs périalpins (Lac du Bourget et Léman) inquiète quant à son impact sur les espèces résidentes au sein de ces milieux. Ce travail de thèse, intégré au programme de recherche SILAC (financement région Auvergne-Rhône-Alpes), a été centré sur (i) l’écologie trophique du silure et (ii) ses répercussions au sein des réseaux trophiques des lacs périalpins et sur les espèces résidentes à l’échelle spécifique et multi-spécifique.L’étude de l’écologie trophique du silure a mis en évidence une forte prédation sur des proies littorales (ex. écrevisses Orconectes limosus, gardons Rutilus rutilus) mais également une consommation non-négligeable des ressources exploitant l’habitat benthique profond (ex. lottes Lota lota) et l’habitat pélagique (ex. lavarets Coregonus lavaretus).Un modèle de niche allométrique (aNM) a ensuite été élaboré pour reconstituer les interactions trophiques dans les lacs périalpins. L’aNM a permis d’inférer des interactions pour plusieurs tailles de silure, en tant que prédateur et proie pour les espèces résidentes, permettant de souligner la position apicale des silures à partir d’une taille de 60 cm et plus. De plus, la considération d'une autre espèce exotique (Hemimysis anomala) a mis en évidence leurs potentiels impacts additifs dans l’écosystème. L’aNM a par la suite été couplé à un modèle de dynamique de populations pour évaluer les répercussions de la présence de silures de différentes tailles sur les abondances des populations résidentes, des producteurs primaires au prédateur apical. Des diminutions d’abondance des grands invertébrés et des poissons méso-prédateurs causées par la prédation directe des silures ont été mises en évidence. Une succession d’effets positifs et négatifs sur les abondances, caractéristiques de cascades trophiques « top-down », ont également été soulignés. Pour finir, l’étude de la vulnérabilité du lavaret (Salmonidae à fort intérêt économique) a suggéré un risque de prédation plus accru pour les jeunes de l’année que pour les autres stades de vie dû à leur taille consommable par la majorité des silures et à un fort chevauchement des profondeurs occupées par les deux espèces, de la fin du printemps jusqu’à la fin de l’été, période correspondant à une forte demande énergétique des silures.Ce travail de recherche réalisé sur une période de colonisation récente des silures (< 10 ans) constitue un référentiel pour de futures études de l’évolution des populations et de leurs impacts à long terme dans les lacs périalpins. L’ensemble des méthodologies développées contribuent à une meilleure estimation de l’impact des espèces invasives dans les écosystèmes aquatiques.