Le réchauffement en cours du lac Michigan augmente sa sensibilité à la carpe asiatique, en partie en réduisant la capacité des moules quagga à agir comme une barrière écologique contre le vorace poisson mangeur d’algues, selon une nouvelle étude dirigée par l’Université du Michigan.
La carpe asiatique et les trillions de moules quagga qui tapissent le fond du lac Michigan seraient en concurrence pour la même nourriture – des algues et d’autres types de plancton. Certains chercheurs des Grands Lacs ont suggéré que les mollusques de la taille d’un ongle pourraient aider à empêcher le poisson invasif de prendre pied.
N’y comptez pas, concluent les auteurs de la nouvelle étude de modélisation informatique. Même dans le meilleur des cas, la capacité des moules à aider à repousser la carpe asiatique serait limitée dans le temps et dans l’espace, et tant le réchauffement climatique que la pollution par les nutriments pourraient amoindrir tout rôle protecteur que les moules pourraient jouer, ont déterminé les chercheurs.
La nouvelle étude a été dirigée par des chercheurs du Cooperative Institute for Great Lakes Research de l’U-M et du Great Lakes Environmental Research Laboratory de la National Oceanic and Atmospheric Administration et devrait être publiée le 7 juillet dans la revue Biological Invasions. Il se concentre sur les deux espèces de carpes asiatiques, la carpe à grosse tête et la carpe argentée, les plus préoccupantes pour les Grands Lacs.
Le nouveau document s’appuie sur celui que la même équipe a publié l’année dernière dans Freshwater Biology, qui a constaté que la carpe à grosse tête et la carpe argentée seraient capables de trouver suffisamment de nourriture dans le lac Michigan et qu’elles présentent un risque élevé de s’y établir.
Peter Alsip
« Notre nouvelle recherche démontre que la présence d’un concurrent alimentaire déjà bien implanté – les moules – a une capacité limitée à agir comme une barrière à une invasion de carpes à grosse tête et de carpes argentées, et que le réchauffement climatique et l’enrichissement en nutriments pourraient encore diminuer la capacité des moules à affecter l’habitat de la carpe asiatique », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Peter Alsip, du Cooperative Institute for Great Lakes Research.
Alsip, qui était également le premier auteur de l’article Freshwater Biology de l’année dernière, a mené les recherches sur la carpe asiatique dans le cadre de sa thèse de maîtrise à la School for Environment and Sustainability de l’U-M.
La nouvelle étude examine comment trois facteurs – le changement climatique, la gestion des nutriments et l’arrivée des moules zébrées et quagga – ont affecté la vulnérabilité du lac Michigan à la carpe à grosse tête et à la carpe argentée, qui résident actuellement dans les bassins versants adjacents mais pas dans le lac lui-même.
Les quatre cartes montrent comment les niveaux de phosphore nutritif et la présence ou l’absence de moules quagga dans le lac Michigan affectent le changement de poids annuel de la carpe à grosse tête et de la carpe argentée. Les cartes comparent les conditions du lac dans les années 1970 et 1980 – lorsque les moules quagga ne s’étaient pas encore établies et avant que les efforts pour réduire les niveaux de phosphore, un nutriment, ne soient mis en œuvre et donc beaucoup plus élevés qu’aujourd’hui – aux conditions de 2010. Crédit image : Peter Alsip. De Alsip et al. dans Biological Invasions, juillet 2020,
https://doi.org/10.1007/s10530-020-02296-4.
Les simulations de l’équipe sur les conditions historiques ont montré que le lac Michigan aurait été plus hospitalier pour la carpe asiatique dans les années 1970 et 1980, lorsque les niveaux de phosphore nutritif étaient beaucoup plus élevés et que les moules zébrées et quaggas n’étaient pas encore établies. Les simulations montrent que la carpe à grosse tête se serait développée environ deux à cinq fois plus vite dans les années 1980, par rapport aux conditions actuelles, les niveaux de phosphore plus élevés ayant plus d’influence que l’absence des moules.
Lorsque les chercheurs ont simulé les niveaux de réchauffement climatique attendus dans les prochaines décennies, l’habitat de la carpe asiatique s’est amélioré de deux façons fondamentales.
Les poissons se sont nourris plus activement dans les eaux plus chaudes au printemps, et la « période de stratification » estivale annuelle – lorsque les eaux du lac se séparent en trois couches distinctes en raison des différences de température et de densité – a commencé plus tôt et a duré plus longtemps, ce qui a limité le temps pendant lequel la carpe asiatique qui se nourrit en haut et les moules qui vivent au fond se disputent la nourriture dans les parties supérieures de la colonne d’eau.
Les températures de surface des Grands Lacs se réchauffent déjà plus rapidement que l’augmentation moyenne mondiale, les eaux de surface du lac Michigan se réchauffant au rythme d’environ un demi-degré Fahrenheit par décennie. La durée et l’étendue de la couverture de glace hivernale dans l’ensemble des Grands Lacs diminuent également, et les modèles climatiques suggèrent que la période de stratification estivale dans le lac Michigan et d’autres lacs tempérés du nord va s’allonger et commencer plus tôt dans les années à venir.
Une stratification plus précoce serait bénéfique pour la carpe asiatique en bloquant l’accès des moules à la nourriture dans les eaux de surface et ouvrirait également un habitat offshore auparavant inadapté à ce poisson plus tôt dans l’année, selon la nouvelle étude de modélisation. Dans les simulations de l’équipe dirigée par l’U-M, les années chaudes ont à peu près doublé le volume de l’habitat approprié disponible pour la carpe à grosse tête au printemps et augmenté de près d’un tiers le volume de l’habitat printanier approprié pour la carpe argentée.
L’une de nos principales conclusions est que le printemps est la saison la plus touchée, et c’est à ce moment-là que la plupart des espèces de poissons du lac Michigan ont leurs stades larvaires mangeurs de plancton
« L’une de nos principales conclusions est que le printemps est la saison la plus touchée, et c’est à ce moment-là que la plupart des espèces de poissons du lac Michigan ont leurs stades larvaires mangeurs de plancton », a déclaré le coauteur de l’étude, Hongyan Zhang, un écologiste aquatique à Eureka Aquatic Research à Ann Arbor.
« Ainsi, les changements climatiques et les niveaux de nutriments qui favorisent l’établissement de la carpe asiatique peuvent également renforcer les effets négatifs de cette dernière sur d’autres espèces de poissons », a-t-elle ajouté. Zhang, anciennement de l’U-M’s School for Environment and Sustainability et du Cooperative Institute for Great Lakes Research, était le conseiller de thèse d’Alsip.
Les niveaux de phosphore sont apparus comme le plus influent des trois facteurs analysés dans la nouvelle étude sur l’adéquation de l’habitat de la carpe asiatique à travers le lac Michigan. Les scénarios « High P » de l’étude ont donné lieu aux saisons de croissance les plus longues pour la carpe asiatique, à la plus grande quantité d’habitat approprié et aux poids finaux des poissons les plus élevés.
Les scénarios à forte teneur en phosphore sont basés sur les charges de phosphore du lac Michigan dans les années 1970 et 1980, lorsque les efforts ont commencé à réduire les niveaux du nutriment favorisant les algues dans l’ensemble des Grands Lacs. La quantité de phosphore pénétrant dans le lac Michigan à partir de ses affluents a fortement diminué depuis lors et s’est maintenue à un niveau stable depuis les années 1990.
Mais des recherches antérieures suggèrent que les changements dans l’utilisation des terres et l’hydrologie des rivières résultant de l’expansion urbaine et agricole et du changement climatique pourraient augmenter les niveaux de phosphore du lac Michigan au cours des prochaines décennies. La région des Grands Lacs connaît déjà des tempêtes de pluie printanières intenses plus fréquentes qui peuvent laver le phosphore des surfaces terrestres et le déverser dans les ruisseaux et les rivières.
Chaque carte montre les changements simulés dans le nombre de jours de croissance de la carpe à grosse tête dans le lac Michigan en comparant deux climats différents. La carte de gauche compare une année chaude (1998, dont les températures de l’eau se situaient dans la fourchette des valeurs attendues pour la période 2030-2090, selon les modèles climatiques) à une année fraîche (1997, une année dont la période hiver-printemps était plus froide que la moyenne, a été utilisée dans les simulations). La carte du milieu compare une année chaude simulée aux conditions actuelles du lac Michigan (aux fins de la présente étude, l’année 2010 représente les conditions actuelles). La carte de droite compare les conditions actuelles à une année fraîche. Crédit image : Peter Alsip. De Alsip et al. dans Biological Invasions, juillet 2020,
https://doi.org/10.1007/s10530-020-02296-4.
Toute augmentation future des niveaux de phosphore du lac Michigan « ne ferait que créer un environnement plus hospitalier » pour la carpe asiatique, conclut la nouvelle étude.
« L’aspect le plus intéressant de cette étude, pour moi, est que des trois facteurs de stress que nous avons pris en compte, la réduction des nutriments dans le lac – mandatée par l’Accord sur la qualité de l’eau dans les Grands Lacs – a diminué le plus l’adéquation de l’habitat pour la carpe à grosse tête et la carpe argentée envahissantes », a déclaré le coauteur de l’étude, Ed Rutherford, un biologiste de la pêche de recherche au Laboratoire de recherche environnementale des Grands Lacs de la NOAA.
L’impact de la carpe asiatique sur des écosystèmes déjà envahis, ainsi que la proximité du front d’invasion avec le lac Michigan, ont élevé les inquiétudes quant à l’invasion potentielle des Grands Lacs via le Chicago Area Waterway System, la connexion artificielle entre la rivière Illinois et le lac Michigan. Une énorme inquiétude est que la carpe asiatique puisse supplanter les poissons des Grands Lacs mangeurs de plancton – qui comprennent les stades larvaires de la plupart des espèces de poissons – et dévaster l’industrie de la pêche de la région, qui représente 7 milliards de dollars.
L’année dernière, le Corps des ingénieurs de l’armée américaine a envoyé au Congrès un plan pour installer des défenses contre les carpes à l’écluse et au barrage de Brandon Road près de Joliet, dans l’Illinois, à environ 40 miles du lac Michigan. Les huit gouverneurs américains de la région et les deux premiers ministres canadiens ont approuvé le plan. Mais le projet, qui pourrait coûter plus de 800 millions de dollars, attend l’approbation du Congrès.
Les autres coauteurs du document sur les invasions biologiques sont Mark Rowe et Doran Mason du Great Lakes Environmental Research Laboratory de la NOAA, Catherine Riseng de l’U-M School for Environment and Sustainability et Zhenming Su de l’Institute for Fisheries Research, une unité coopérative du Michigan Department of Natural Resources et de l’Université du Michigan.
L’étude a été financée par le Michigan Sea Grant Graduate Research Fellowship, et l’Institute for Fisheries Research a fourni des fonds correspondants. Un soutien supplémentaire a été fourni par Michigan Sea Grant, l’Institut de recherche sur les pêches, l’Institut coopératif de recherche sur les Grands Lacs et le Laboratoire de recherche environnementale sur les Grands Lacs de la NOAA.