Camille Vernier

The development of wind farms is a keystone of the energy transition, but poses threats to biodiversity. Long‐lived and slow reproductive species, such as seabirds, whose population dynamics are highly sensitive to changes in adult survival, are particularly at risk to suffer demographic impact from collisions. Different modelling approaches have been used to estimate collision demographic consequences. However, some ecological processes remain poorly documented, leading to uncertainty on a number of parameters needed for the development of population models. In particular, dispersal is costly to estimate, but essential when studying local impacts. Moreover, most studies have focused on single wind farms, largely ignoring the cumulative impact of multiple wind farms. A specific predictive modelling framework addressing these issues has been lacking. To fill this major gap, we developed a modelling framework to quantify the cumulative impacts of offshore wind farms on seabird population dynamics, at both local and national scales, that forecast the local demography of connected subpopulations. We quantified the species‐specific relative demographic impact of wind farms using a counterfactual approach, as this is more robust to uncertainty and better suited when investigating the consequences of a single additional mortality source. We applied this novel framework to 18 seabird species nesting on the Atlantic coast of metropolitan France and exposed to seven built or planned wind farms. Our results point to potentially significant impacts of wind farms at the national scale for several species, such as Larus canus , Fratercula arctica and Alca torda , while subpopulations of other species may be threatened at a local scale. Synthesis and applications . Our new general workflow to study the cumulative impacts of multiple wind farms on seabird populations is applicable to any species and wind farms. It is flexible, operational and represents a valuable component of a methodological tool kit that is urgently needed in the context of rapidly developing renewable energy infrastructure.

Le polyphénisme de phase est une forme extrême de plasticité phénotypique densité-dépendante exprimée par une vingtaine d’espèces de criquets de la famille des Acrididae, nommées locustes. Les locustes présentent deux phénotypes extrêmes : la "phase solitaire" et la "phase grégaire", possédant des caractéristiques très différentes. Les deux phases se distinguent notamment par leur mode de vie : les locustes solitaires vont adopter un comportement sédentaire et cryptique, tandis que les grégaires vont se rassembler et se déplacer de manière coordonnée sur de longues distances, sous forme de bandes de larves ou d’essaims d’imagos dévastateurs. Dans cette thèse, nous nous intéressons à cet aspect particulier du polyphénisme de phase : les mouvements collectifs des individus grégaires, que nous étudierons sous différentes échelles spatio-temporelles.Une première partie de ces travaux de thèse vise à explorer l'impact de la variabilité spatiale de la ressource sur la recherche collective de nourriture à une échelle spatio-temporelle courte, correspondant à la distance parcourue par une bande larvaire grégaire en quelques heures de marche (< 100 m). Pour cela, nous avons développé un modèle à base d'agents, permettant de représenter les interactions locales entre individus et avec la végétation, à une échelle temporelle de l'ordre de 10s. Sur une grande variété de paysages, nous avons étudié sous quelles conditions le groupe sera avantagé par rapport à des larves solitaires en terme de recherche de nourriture. Nos résultats soulignent l'importance de l'alignement au sein du groupe pour optimiser la recherche de nourriture, et montrent que certains paysages où la ressource est agrégée et peu abondante (occupant moins de 40% de l'espace) avantagent les grégaires.Une seconde partie explore l'hypothèse d'un effet attractif des fèces sur les locustes grégaires, qui pourrait notamment permettre aux larves grégaires s'étant perdues de retrouver facilement la trace du groupe. Un tel effet pourrait assurer une meilleure cohésion du groupe sur une échelle spatio-temporelle plus grande (de l'ordre de la journée, pour une distance supérieure à 100m). Pour cela, nous avons réalisé des tests olfactifs comportementaux en laboratoire sur des larves au stade L3 du criquet pèlerin, Schistocerca gregaria, en présence de fèces de plusieurs classes d'âge (1h ou 24h). Nous avons également effectué des analyses chimiques (GC-MS) afin d'explorer quels composés organiques volatils étaient émis par les fèces de larves de locustes. Nos résultats montrent un effet attractif des fèces de 1h et de 24h sur les larves, suggérant que l'effet pourrait durer au moins sur une journée et ainsi permettre à des individus retardataires de retrouver la trace du groupe.Nous discutons enfin des implications possibles de ces résultats dans le contexte de l'émergence du polyphénisme de phase des locustes et des perspectives pour de futures études sur le sujet. Au vu de nos résultats de modélisation, et sachant qu'un environnement variable favorise l'apparition de plasticité phénotypique, la variabilité de la ressource pourrait être un des facteurs favorisant l'émergence du polyphénisme de phase. Des modèles d'optimum évolutif pourraient démontrer l'intérêt du polyphénisme, permettant de vivre isolé ou en groupe en fonction de la variabilité de la ressources. Des modèles à base d'agent démogénétique permettraient d'étudier l'influence de la variabilité spatiale et temporelle de la ressource sur l'émergence et l'évolution du polyphénisme de phase, au travers du seuil de grégarisation des locustes. La prise en compte de l'effet attractif des fèces, assurant une meilleure cohésion du groupe, pourrait avoir des implications sur les résultats d'un tel modèle. Ces futurs travaux permettraient de vérifier si l'évolution du polyphénisme de phase résulte d'interactions à des échelles spatio-temporelles variables.

The study of eco‐evolutionary dynamics, that is of the intertwinning between ecological and evolutionary processes when they occur at comparable time scales, is of growing interest in the current context of global change. However, many eco‐evolutionary studies overlook the role of interindividual interactions, which are hard to predict and yet central to selective values. Here, we aimed at putting forward models that simulate interindividual interactions in an eco‐evolutionary framework: the demo‐genetic agent‐based models (DG‐ABMs). Being demo‐genetic, DG‐ABMs consider the feedback loop between ecological and evolutionary processes. Being agent‐based, DG‐ABMs follow populations of interacting individuals with sets of traits that vary among the individuals. We argue that the ability of DG‐ABMs to take into account the genetic heterogeneity—that affects individual decisions/traits related to local and instantaneous conditions—differentiates them from analytical models, another type of model largely used by evolutionary biologists to investigate eco‐evolutionary feedback loops. Based on the review of studies employing DG‐ABMs and explicitly or implicitly accounting for competitive, cooperative or reproductive interactions, we illustrate that DG‐ABMs are particularly relevant for the exploration of fundamental, yet pressing, questions in evolutionary ecology across various levels of organization. By jointly modelling the effects of management practices and other eco‐evolutionary processes on interindividual interactions and population dynamics, DG‐ABMs are also effective prospective and decision support tools to evaluate the short‐ and long‐term evolutionary costs and benefits of management strategies and to assess potential trade‐offs. Finally, we provide a list of the recent practical advances of the ABM community that should facilitate the development of DG‐ABMs.