Arches de récifs coralliens: un mésocosme in situ et une boîte à outils pour rassembler des communautés de récifs coralliens

Partout dans le monde, les écosystèmes des récifs coralliens subissent des transitions de communautés benthiques à haute biodiversité et dominées par les coraux à des communautés moins diversifiées dominées par les macroalgues gazonnées et charnues ^1,2,3. Des décennies de progrès dans la caractérisation des mécanismes de dégradation des récifs coralliens ont révélé comment les liens entre les communautés microbiennes et macro-organismes améliorent le rythme et la gravité de ces transitions. Par exemple, la surpêche des récifs par les populations humaines initie une cascade trophique dans laquelle l’excès de sucres dérivés photosynthétiquement d’algues non pâturées déplace l’énergie dans les communautés microbiennes des récifs, entraînant ainsi la pathogenèse et provoquant le déclin des coraux ^4,5,6. Ce déclassement trophique est renforcé par la perte de biodiversité sur les récifs qui résulte de la dégradation de la qualité de l’eau ^7,8. Les expériences au niveau du mésocosme peuvent être utilisées pour mieux comprendre et atténuer le déclassement trophique des communautés de récifs coralliens en améliorant la biodiversité et la qualité de l’eau, mais les défis logistiques rendent ces études difficiles à mettre en œuvre in situ.

Une conséquence du déclassement trophique des récifs est la perte généralisée de biodiversité cryptique, dont une grande partie reste non caractérisée ^7,9. Les coraux dépendent d’une suite diversifiée d’organismes récifaux cryptiques (« cryptobiote ») qui soutiennent leur santé en jouant un rôle essentiel dans la défense des prédateurs 10, le nettoyage¹¹, le pâturage des algues concurrentes 12,13 et la régulation de la chimie de l’eau des récifs ^14,15. Jusqu’à récemment et en raison des limites méthodologiques des relevés visuels, le cryptobiote récifal était sous-représenté et mal compris dans le contexte de l’écologie des récifs, et il est donc rarement pris en compte dans les efforts de restauration ou de reconstruction des récifs. Au cours de la dernière décennie, l’utilisation d’unités de peuplement standardisées appelées structures autonomes de surveillance des récifs (ARMS) combinée à des approches de séquençage à haut débit a permis de mieux collecter et caractériser le cryptobiote récifal^16,17. ARMS recrute passivement des représentants de presque toute la biodiversité connue des récifs coralliens et a contribué à révéler de nombreux rôles fonctionnels des organismes cryptiques dans les processus à l’échelle des récifs 9,18,19,20,21,22,23. Ces unités de peuplement fournissent donc un mécanisme pour déplacer le biote cryptique des récifs aux côtés des coraux afin d’assembler des communautés de récifs plus intactes avec des mécanismes à médiation biologique, tels que le pâturage, la défense et l’amélioration de la qualité de l’eau locale, qui sont essentiels au maintien de la structure trophique.

Les récifs dominés par les coraux prospèrent dans des environnements très lumineux, pauvres en nutriments et bien oxygénés. Les activités humaines telles que l’urbanisation, l’agriculture et la surpêche ont réduit la qualité de l’eau sur de nombreux récifs coralliens en augmentant les sédiments, les nutriments, les métaux et autres composés dans le ruissellement ^24,25 et en modifiant le cycle biogéochimique²⁶. À leur tour, ces activités dégradent les communautés récifales par étouffement, épuisement de l’énergie, livraison de polluants associés à la sédimentation^27,28, améliorant la croissance des macroalgues qui concurrencent les coraux ²⁹, augmentant l’abondance des agents pathogènes microbiens^6,30,31 et créant des zones hypoxiques qui tuent les invertébrés cryptiques^32,33 . Ces « impacts locaux » et d’autres sont aggravés par les changements régionaux et mondiaux des conditions océaniques, y compris l’augmentation des températures et la diminution du pH, aggravant encore les conditions pour les coraux et autres organismes récifaux^34,35. À l’interface benthique-eau, en particulier, la dynamique respiratoire et photosynthétique des communautés benthiques provoque des fluctuations du pH et de l’oxygène dissous, qui deviennent plus prononcées sur les récifs fortement dégradés, créant ainsi des conditions que les invertébrés benthiques ne peuvent tolérer^32,36,37,38 . Fournir des conditions de qualité de l’eau appropriées est donc essentiel pour rassembler des communautés récifales fonctionnelles, mais cela reste difficile car un nombre croissant de récifs sont piégés dans divers états de dégradation.

Bon nombre des défis auxquels sont confrontés les coraux et les taxons cryptiques fondamentaux sur le benthos peuvent être surmontés par la relocalisation vers le milieu de l’eau, définie ici comme la mise en place de la colonne d’eau entre la surface de l’océan et le fond marin. Dans l’environnement médiotique, la qualité de l’eau est améliorée^39,40, la sédimentation est réduite et la distance du fond marin atténue les fluctuations des paramètres associés au métabolisme benthique. Ces caractéristiques sont encore améliorées en se déplaçant vers l’large, où les impacts anthropiques terrestres, tels que le ruissellement d’origine terrestre, se diluent de plus en plus avec la distance de la côte. Ici, nous introduisons et fournissons des protocoles pour construire, déployer et surveiller les arches de récifs coralliens, une approche qui tire parti de l’amélioration des conditions de qualité de l’eau dans les eaux moyennes et intègre une biodiversité cryptique sur des structures ancrées et à flottabilité positive pour l’assemblage des communautés de récifs coralliens.

Les systèmes d’arches de récifs coralliens, ou « arches », sont composés de deux composants principaux: (1) une plate-forme géodésique rigide suspendue élevée au-dessus du benthos et (2) des ARMS recouverts d’organismes ou « ensemencés » qui transplacent le cryptobiote récifal des zones benthiques voisines, complétant ainsi les processus de recrutement naturels pour fournir aux coraux transloqués une communauté de récifs plus diversifiée et fonctionnelle. Une structure géodésique a été choisie pour maximiser la résistance et minimiser le matériau de construction (et, par conséquent, le poids), ainsi que pour créer un environnement d’écoulement turbulent interne analogue à la matrice récifale.

Deux modèles d’arches ont été installés avec succès sur deux sites de terrain des Caraïbes et sont actuellement utilisés pour la recherche sur l’établissement de communautés récifales et la succession écologique (Figure 1). Les structures de Coral Arks sont destinées à être des plates-formes de recherche à long terme et, en tant que telles, l’un des principaux objectifs de ce manuscrit est de décrire les protocoles permettant de siter, d’installer, de surveiller et d’entretenir ces structures afin de maximiser leur stabilité et leur longévité dans l’environnement médio-marin. Une combinaison de modélisation et d’essais dans l’eau a été utilisée pour évaluer les caractéristiques de traînée des structures et ajuster la conception pour résister aux forces hydrodynamiques prévues. Après l’installation, des communautés récifales ont été établies sur les Arks et sur les sites de contrôle benthiques voisins à la même profondeur grâce à une combinaison de translocation active (coraux et unités ARMS ensemencées) et de recrutement naturel. Les conditions de qualité de l’eau, la dynamique des communautés microbiennes et la survie des coraux sur les Arks ont été documentées à plusieurs moments au cours de la première période de succession et comparées aux sites de contrôle benthiques. À ce jour, les conditions associées à l’environnement des arches de corail médio-marines ont toujours été plus favorables pour les coraux et leurs consortiums cryptiques associés par rapport aux sites de contrôle benthiques voisins aux mêmes profondeurs. Les méthodes ci-dessous décrivent les étapes requises pour reproduire l’approche des arches de corail, y compris la sélection des sites et la conception et le déploiement des structures des arches de corail. Les approches suggérées pour la surveillance des arches de corail sont incluses dans le dossier supplémentaire 1.

REMARQUE : Des informations détaillées concernant la fabrication, le déploiement et la surveillance des structures ARMS et Coral Arks, y compris des dessins techniques, des diagrammes et des photos, sont fournies dans le dossier supplémentaire 1. Il est recommandé que les sections du protocole impliquant des travaux sous-marins, y compris l’installation d’arches et de structures ARMS, soient menées par une équipe de trois plongeurs (en plongée sous-marine) et de deux membres du personnel de soutien de surface.

1. Assemblage et déploiement d’ARMS

REMARQUE: Les bras sont des structures d’environ 1 pi 3 (30 cm³) faites de matériaux de base en PVC ou en calcaire qui imitent la complexité tridimensionnelle des substrats de fond dur de récif. Le tableau 1 traite de deux conceptions d’ARMS compte tenu des différentes considérations du projet. Il est recommandé de déployer les ARMS pendant 1 à 2 ans avant d’être transférés aux Arches afin de maximiser la colonisation par le biote cryptique.

1. BRAS EN PVC
   NOTA : Les composants standard mentionnés dans le présent protocole (et énumérés dans le tableau des matières) sont décrits à l’aide d’unités impériales. Les matériaux fabriqués sont décrits à l’aide d’unités métriques. Des instructions de fabrication détaillées, y compris des dessins techniques pour la fabrication des composants, sont fournies à la section 1 du dossier supplémentaire 1.
   1. Assemblée
      1. Insérez quatre boulons à tête hexagonale de 1/4 po de 20 po de 8 po de long à travers les trous centraux d’une plaque de base en PVC de 1/2 po d’épaisseur; Ensuite, inversez-le de telle sorte que les boulons soient orientés verticalement.
      2. Ajoutez une entretoise en nylon à chaque boulon, puis ajoutez une plaque de PVC de 1/4 po d’épaisseur de 9 po x 9 po. Cela crée une couche ouverte entre la plaque de base et la première plaque d’empilage.
      3. Ajoutez une intercalaire transversale longue sur deux boulons dans les coins opposés, puis ajoutez deux entretoises transversales courtes sur les boulons restants de sorte qu’un « X » soit formé. Ajoutez une autre plaque d’empilage en PVC pour créer une couche fermée.
      4. Répéter les étapes 1.1.1.2 et 1.1.1.3, en alternant entre les couches ouvertes et fermées, jusqu’à ce que sept à neuf couches de plaques aient été ajoutées aux boulons (dossier supplémentaire 1-figure S5).
      5. Ajoutez une rondelle, un écrou hexagonal et un écrou de verrouillage en nylon au sommet de chaque boulon et serrez solidement.
   2. Pour le déploiement, transporter les ARMS en PVC assemblés vers le site de déploiement cible, en recouvrant l’ARMS d’un maillage de 100 μm pendant le transfert pour retenir les petits invertébrés mobiles (dossier supplémentaire 1-figure S6). Localisez une parcelle de substrat de fond dur de récif à proximité de communautés de récifs coralliens en bonne santé.
      REMARQUE : Les sites de déploiement spécifiques doivent être choisis en tenant compte des réglementations locales et des dispositions relatives aux permis, comme éviter les habitats critiques pour les espèces inscrites sur la liste de la Loi sur les espèces en voie de disparition dans les eaux américaines.
      1. À l’aide de 3 longueurs de 1/2 po de barres d’armature et d’un maillet, fixer les bras au benthos aux quatre coins en martelant les barres d’armature, légèrement inclinées vers l’extérieur, dans le calcaire de base de telle sorte que les barres d’armature génèrent une tension contre le bord de la plaque de base (figure 2A, B).
      2. Vous pouvez également connecter les chaînes de l’ARMS à l’aide de serre-câbles robustes et ancrer les extrémités des chaînes avec des sacs en béton durci (Figure 2C et dossier supplémentaire 1-Figure S6).
2. Calcaire ARMS
   1. Pour l’assemblage, commencez par des carreaux de calcaire ou de travertin non finis de 12 po x 12 (figure 2). Identifier la complexité souhaitée de l’intérieur ARMS en calcaire.
      NOTE: Il est recommandé d’utiliser des cubes de 2 cm³ . D’autres conceptions et considérations sont présentées à la section 2 du dossier supplémentaire 1.
      1. À l’aide d’une scie à carreaux humide, coupez plusieurs carreaux non finis dans des entretoises carrées de 2 cm 2 (~250).
      2. Coupez les carreaux de travertin à la forme souhaitée pour les couches ARMS. Semblable aux ARMS en PVC, utilisez des carrés de 12 po x 12 po et superposez-les avec des entretoises pour former des cubes de 1 pi³ (fichier supplémentaire 1-figure S8).
      3. À l’aide d’un époxy de qualité marine non toxique en deux parties, collez les plus petits morceaux de travertin sur une plaque de stratification de travertin plus grande le long d’un motif de grille prédessiné.
      4. Préparez plusieurs couches qui, lorsqu’elles sont empilées, atteignent la hauteur ARMS souhaitée. Laissez l’époxy durcir en fonction des recommandations du fabricant.
      5. Assemblez les plaques d’empilage ARMS à l’aide d’époxy pour coller chaque couche à celle qui se trouve au-dessus.
         REMARQUE: La hauteur ARMS varie en fonction du poids souhaité et de la complexité interne. Une taille finale d’environ 1 pi³ est recommandée.
      6. Laissez l’époxy durcir à l’abri de la lumière directe du soleil pendant 24 heures avant le déploiement.
   2. Pour le déploiement, transportez le Limestone ARMS assemblé vers le site de déploiement cible. Localisez une parcelle de substrat de fond dur de récif à proximité de communautés de récifs coralliens en bonne santé.
      REMARQUE : Les sites de déploiement spécifiques doivent être choisis en tenant compte des réglementations locales et des dispositions relatives aux permis, telles que l’évitement des habitats critiques des espèces inscrites sur la liste de la Loi sur les espèces en voie de disparition dans les eaux américaines.
      1. Transportez l’ARMS au benthos à l’aide d’une caisse à lait et d’un sac de levage. Caler les ARMS calcaires dans la matrice récifale morte (roche vivante). Évitez les habitats de fond sableux et ceux fortement colonisés par des algues de gazon ou des tapis de cyanobactéries benthiques.
      2. Placez les ARMS calcaires à côté des surplombs rocheux et des affleurements pour les protéger de l’action des vagues et des ondes de tempête.

2. Assemblage et déploiement des arches de corail

REMARQUE : Le tableau 2 traite des considérations relatives à la conception des arches de corail compte tenu des différents paramètres du projet. Les dimensions des sous-éléments (entretoises, moyeux, plates-formes, composants d’amarrage et flottabilité positive) peuvent être modifiées en fonction de la taille et du poids souhaités des structures finales de l’arche de corail.

1. Installation du système d’ancrage
   REMARQUE : Sélectionnez le système d’ancrage en fonction de considérations propres au site et au projet, telles que la conception de l’arche, la fréquence des tempêtes, le type de fond, l’exposition du site, la durée du projet et les forces prévues dues à la traînée, aux courants et à la flottabilité. Voir PADI⁴¹ pour obtenir des informations sur la sélection du système d’amarrage.
   1. Utilisez des vis de sable dans les habitats de fond sablonneux et de gravats meubles.
      1. Transportez les vis à sable au benthos. Tenez la vis de sable à la verticale, tordez et enterrez la vis de sable jusqu’à ce que le premier disque ait été recouvert de sable ou de gravats meubles.
      2. Placez une barre de rotation métallique de 5 pieds de long à travers l’œil de l’ancre de sorte que la majorité de la barre de rotation dépasse d’un côté de l’œil.
      3. En marchant ou en nageant en rond sur le benthos, vissez la vis à sable dans le substrat jusqu’à ce que seul l’œil reste hors du benthos (dossier supplémentaire 1-Figure S20).
      4. Installez trois vis à sable triangulaires, reliées par une bride de chaîne, pour augmenter la puissance de maintien (dossier supplémentaire 1-figure S20).
   2. Utilisez les ancres Halas dans les habitats de roches de base à fond dur et carbonatées.
      1. Transporter 9-12 dans des boulons à œil et une perceuse submersible (électrique ou pneumatique) jusqu’au site d’ancrage.
      2. Utilisez la perceuse submersible et une scie à trou de maçonnerie de 1 po de diamètre pour percer un trou de 9 po de profondeur et 1 trou de large dans la roche de base. Nettoyez périodiquement l’excès de substrat du trou à l’aide d’une baster de dinde.
      3. Remplissez le trou avec du ciment Portland ou de l’époxy de qualité marine. Poussez l’arbre du boulon dans le trou et remplissez les espaces restants avec du ciment ou de l’époxy.
      4. Laissez le ciment/époxy durcir pendant 5 jours.
      5. Pour augmenter la puissance de maintien, installez trois ancrages Halas dans un motif triangulaire, reliés par une bride de chaîne.
   3. Utilisez un amarrage de type bloc sur les sites avec des blocs d’amarrage existants ou des éléments de débris lourds.
      REMARQUE : L’installation d’un nouveau bloc d’amarrage nécessite un équipement d’installation de qualité commerciale tel qu’une grue montée sur une barge et n’est pas recommandée pour les projets de portée réduite.
      1. Fixez le système d’amarrage aux éléments de débris lourds existants (navires coulés, blocs moteurs) ou aux yeux de blocs d’amarrage existants via du matériel et du palanage.
      2. Assurez-vous que les composants d’amarrage métalliques sont fabriqués à partir de métaux similaires et protégés contre la corrosion galvanique à l’aide d’anodes sacrificielles.
2. La structure de fréquence 1V (Two Platform)
   REMARQUE : Des instructions de fabrication détaillées, y compris des dessins techniques pour la fabrication des composants, sont fournies dans le Chapitre 4 de Fichier supplémentaire 1. Les composants standard mentionnés dans le présent protocole (et énumérés dans le Tableau des matériaux) sont décrits à l’aide d’unités impériales.
   1. Assemblage du cadre géodésique 1V
      1. Vissez un écrou hexagonal en acier inoxydable 1/4-20 sur un boulon en acier inoxydable 1/4-20 2,5 pouces 3/4 du chemin vers le haut du boulon. Insérez le boulon dans l’un des trous orientés vers l’intérieur de la jambe de force.
      2. Fixez un écrou de verrouillage de l’autre côté de la vis, en le serrant jusqu’à ce qu’il s’accouple solidement avec le PVC pour empêcher le moyeu de glisser le long de la jambe de force.
      3. Répétez l’opération pour le côté opposé de la jambe de force et pour les 29 entretoises restantes.
      4. Poussez l’extrémité de chaque jambe de force à travers l’un des trous dans les moyeux et fixez un autre boulon à travers le trou extérieur de la jambe de force, en terminant par un écrou de verrouillage pour empêcher la jambe de force de glisser hors du moyeu (dossier supplémentaire 1-Figure S24).
      5. Répétez l’opération pour les cinq entretoises d’un moyeu, puis continuez à ajouter des moyeux et des entretoises jusqu’à ce que la sphère géodésique soit assemblée (fichier supplémentaire 1-figure S24).
      6. Débobinez le câble métallique 1/8 en acier inoxydable et commencez à l’enfiler à travers les entretoises. Créez 12 boucles, de la taille d’un dollar en argent, à partir de serre-câbles en nylon, une pour chaque moyeu. Lorsque le câble métallique est enfilé à travers les entretoises, passez la corde à travers la boucle d’attache à glissière au niveau du moyeu, puis continuez jusqu’à la jambe de force suivante.
         REMARQUE: Certaines entretoises seront répétées.
      7. Continuez à fileter jusqu’à ce que le câble métallique ait été enfilé à travers toutes les entretoises, relié au milieu de chaque sommet par la boucle d’attache à glissière.
      8. Renouez le câble jusqu’au point de départ. À l’aide d’une pince, tirez les boucles de fermeture éclair pour les réduire à la plus petite taille possible, en rapprochant les longueurs du câble métallique. Installez une pince de câble en acier inoxydable 1/2 po sur toutes les longueurs de câble métallique et serrez solidement.
      9. Répétez l’opération pour tous les sommets de la structure.
      10. Fixez la longueur initiale du câble métallique avec la longueur d’extrémité et serrez-les ensemble à l’aide de trois pinces de câble 1/2 po.
          REMARQUE : Le câble métallique (résistance à la rupture : 2 000 lb) devrait maintenant supporter la majeure partie de la charge placée sur la structure, la renforçant considérablement.
      11. Ajouter le système de gréement, qui est composé de deux longueurs de câble en acier inoxydable 3/8 en acier inoxydable balayé hydrauliquement sur un œil à chaque extrémité. Placez les embouts en PVC entre les eaux usées de manière à ce que le câble traverse toute la longueur de l’arche, avec des yeux en haut et en bas pour les attaches de ligne d’amarrage / bouée. Un système de tendeur au milieu relie les deux longueurs de câble inoxydable.
      12. Passez les extrémités inférieures du câble à travers le haut et le bas de l’arche, en ajustant les embouts sur les moyeux supérieur et inférieur à l’aide d’un maillet. Vissez les boulons dans le tendeur et serrez-les jusqu’à ce qu’il y ait une tension suffisante sur la structure pour rendre le système rigide (dossier supplémentaire 1-Figure S24).
      13. Ajoutez chaque grille en fibre de verre moulée, coupée en deux demi-pentagones, à l’intérieur de l’Arche à l’aide de fermetures éclair robustes de 250 lb pour ancrer les côtés de la plate-forme aux entretoises de l’Arche (dossier supplémentaire 1-Figure S24).
      14. Sous la structure, placez une longueur de poutre en I en fibre de verre de manière à ce qu’elle joigne les deux moitiés de la plate-forme en fibre de verre. Fixez le dessous de la plate-forme à l’aide de deux boulons en U en acier inoxydable 1/4 po 20.
      15. Répétez l’opération pour les quatre autres poutres en I, en les répartissant également sur toute la longueur de la plate-forme. Cela rejoint et soutient les deux moitiés de la plate-forme, créant un pentagone complet.
      16. Serrez les attaches à glissière robustes sur les bords de la plate-forme et coupez l’excédent. A l’issue de cette étape, la plateforme interne est solidement intégrée dans la structure de l’Arche (Dossier supplémentaire 1-Figure S24).
      17. Utilisez du fil de souris en acier inoxydable pour taupier les extrémités du tendeur et toutes les chaînes. À la fin de cette étape, l’Ark disposera de deux plates-formes intégrées, de fixations supérieure et inférieure pour la fixation matérielle, et d’un câble central qui supporte la majeure partie de la force de tension placée sur les structures via l’ancrage et la flottabilité positive.
   2. Fixation de la ligne d’amarrage au cadre géodésique
      NOTA: Les systèmes d’amarrage doivent être conçus de manière à ce que la résistance à la rupture de tous les composants d’amarrage individuels dépasse la charge maximale prévue en raison des conditions ambiantes et environnementales extrêmes. Voir les résultats représentatifs pour une description de l’utilisation de la modélisation hydrodynamique dans la conception des systèmes d’amarrage. Il est recommandé de répartir la charge sur plusieurs points de fixation sur l’arche et sur le système d’ancrage du fond marin, car cela ajoute de la redondance au système en cas de défaillance d’éléments individuels.
      1. Concevez les lignes d’amarrage et le matériel pour assurer des connexions sécurisées entre la base de l’Arche et le système d’ancrage (voir la figure 1 pour un exemple).
         NOTE: Il est recommandé de concevoir le système d’amarrage de manière à ce que la ligne médiane de la structure de l’arche soit positionnée à une profondeur de 30 m.
      2. Connectez le haut d’une ligne à double épissage à l’œil de base de l’arche avec une chaîne. Connectez une manille pivotante en acier inoxydable à haute résistance à la base de cette ligne (Figure 1 et Fichier supplémentaire 1-Figure S25).
      3. Connectez le haut d’une ligne à double épissage à la base de la manille pivotante. Le bas de cette ligne se connectera au système d’ancrage (Figure 1 et Fichier supplémentaire 1-Figure S25).
   3. Transport de l’Arche vers le site de déploiement
      1. Transporter l’Arche via un camion à plate-forme jusqu’à une plage adjacente au site de déploiement (déploiement nearshore avec entrée de sable) ou vers un site de mise à l’eau (déploiement de navires).
      2. Fixez un sac de levage de 220 lb à l’œil en acier inoxydable supérieur de l’arche à l’aide d’une manille de 1/2 po.
      3. Attachez une ligne d’amarrage, y compris le matériel de fixation à l’ancre du fond marin, à la base de l’arche.
      4. Pour le déploiement à partir d’un navire dépourvu d’un châssis en A ou d’un bossoir, chargez l’Arche sur le navire de manière à ce qu’il puisse être facilement roulé hors du bateau et dans l’eau (en évitant les proue avec des canons hauts ou les poupes avec des moteurs hors-bord).
      5. Pour le déploiement à partir du rivage, rouler l’arche dans l’eau jusqu’à une profondeur suffisante pour que le sac de levage puisse être rempli d’air (figure 3).
      6. Nager, remorquer ou transporter l’arche jusqu’au site d’ancrage à la surface (Figure 3).
   4. Fixation des arches au système d’amarrage
      REMARQUE: À ce stade, le système Ark flotte à la surface au-dessus du site d’ancrage avec un sac de levage. Les tâches suivantes sont effectuées sous l’eau sur SCUBA et nécessitent une équipe d’au moins trois plongeurs.
      1. En évacuant lentement l’air du sac de levage, effectuez une descente contrôlée vers le système d’ancrage.
      2. Fixez le matériel d’amarrage à la base de l’Arche au système d’ancrage.
      3. Augmentez la flottabilité positive du système Arks en remplissant le sac de levage avec de l’air et inspectez les composants de surveillance pour l’intégrité structurelle. Assurez-vous que les manilles sont bien assises et que les ancrages sont bien en place. Utilisez un fil de souris pour taper la souris sur toutes les chaînes.
      4. Connectez l’œil d’une courte longueur de ligne à double épissage à l’œil supérieur du système Arks avec une chaîne. Connectez une bouée d’amarrage gonflable polyforme à l’autre extrémité de cette ligne à l’aide d’une manille (dossier supplémentaire 1-Figure S25).
      5. Remplissez la bouée d’amarrage avec de l’air à l’aide d’un adaptateur de buse d’air basse pression standard fixé à une bouteille d’air comprimé jusqu’à ce qu’elle soit remplie d’air à environ 75 %.
      6. Évacuez lentement l’air du sac de levage et retirez-le du système.
      7. Ajouter des bouées d’amarrage plus grandes ou plus nombreuses pour les systèmes Arks utilisant des ARMS calcaires ou pour compenser l’accumulation de masse biologique.
   5. Attachement des ARMES aux Arches
      1. Récupérez l’ARMS du lieu d’ensemencement et placez-le dans des caisses à lait tapissées de mailles de 100 μm pour éviter la perte de petits invertébrés mobiles vivant dans l’ARMS.
      2. Transférez l’ARMS sur les sites des Arches dans des bacs d’eau de mer ombragée et fraîche.
      3. Placez les ARMS sur la plate-forme supérieure ou inférieure des arches, en répartissant uniformément le poids sur la plate-forme.
      4. Passez les attaches de câble robustes à travers la plate-forme en fibre de verre moulée et la base de l’ARMS en PVC ou en calcaire et serrez pour fixer l’ARMS au cadre de l’arche (dossier supplémentaire 1-Figure S25).
3. La structure de fréquence 2V (Shell)
   REMARQUE : Des instructions de fabrication détaillées, y compris des dessins techniques pour la fabrication des composants, sont fournies dans le Chapitre 3 de Fichier supplémentaire 1.
   1. Assemblage du cadre géodésique 2V
      1. Assemblez le cadre de montage de l’Arche conformément au guide fourni par VikingDome (fichier supplémentaire 1-Figure S11).
      2. Ajouter une rondelle à un boulon inoxydable 10/32 de 2,5 po de long. Insérez le boulon à travers l’un des deux trous à l’extrémité d’une jambe de force, en ajoutant un connecteur STAR à la face intérieure (trou spécifique aux jambes de force S1 ou S2) et fixez-le avec un écrou de verrouillage.
      3. Répétez l’opération pour le deuxième trou de boulon. Continuer sans serrer les écrous jusqu’à ce que la structure soit complètement assemblée (dossier supplémentaire 1-figure S12).
      4. Serrez le cadre de montage de l’Arche. À la fin de l’étape 2.3.1.1, les connexions strut-STAR seront desserrées et malléables. Commencez à serrer les écrous de verrouillage à l’aide d’une clé à douille (douille de 10 mm ou 3/8 po) et d’un tournevis à tête Philips.
      5. Continuez dans toute la structure jusqu’à ce que tous les écrous de verrouillage aient été serrés, l’insert en nylon de l’écrou de verrouillage étant complètement engagé sur les filetages des boulons.
      6. Ajouter des yeux de coussinet pour la fixation de la bride d’amarrage. Ajoutez un œil de tampon à la jambe de force S1 en acier inoxydable à la base de l’Ark et fixez avec quatre boulons en acier inoxydable à tête de plateau de 3 pouces.
      7. Ajouter 1/4 sur 20 écrous de verrouillage et serrer. Répéter l’opération pour un total de cinq points de raccordement d’amarrage (dossier supplémentaire 1-figure S17).
      8. Montez 10 plaques de base ARMS sur les connecteurs N2 STAR orientés vers le milieu. Placez un boulon de tête de plateau de 3 pouces à travers le trou central de la plaque de base ARMS. Ajoutez une entremontée en PVC gris à l’arbre de boulon et placez-la à travers le trou central du connecteur N2 STAR, avec la plaque de base à l’intérieur de la structure. Ajouter une laveuse et un écrou de verrouillage et serrer.
      9. Ajoutez deux supports et utilisez quatre boulons et écrous de verrouillage hexagonaux de 3 1/4 po pour fixer la plaque de base ARMS aux entretoises. Serrez tous les écrous de verrouillage. Conserver la même orientation pour toutes les plaques de base ARMS (dossier supplémentaire 1-Figure S15).
      10. Montez 20 plaques de base de plaques de corail sur les entretoises orientées vers le haut. Placez quatre boulons de tête hexagonale de 3 pouces à travers les trous de la plaque de base de la plaque de corail et fixez-les à la jambe de force à l’aide d’un support et d’un écrou de verrouillage. Répétez pour l’autre côté. Serrez les écrous de verrouillage pour les fixer (dossier supplémentaire 1-Figure S15).
      11. Ajoutez une canne centrale et un flotteur de chalut à la colonne vertébrale centrale de l’arche. Insérez une tige de fibre de verre non filetée de 8 pieds de long dans les connecteurs STAR modifiés avec un segment de tuyau soudé à la base de l’arche. Ajoutez une rondelle de 1 po et un flotteur de chalut non modifié sur la tige de fibre de verre non filetée à l’intérieur de la structure. Terminez l’insertion de la tige à travers le connecteur STAR supérieur de l’Ark.
      12. Placez les boulons à travers le tube métallique sur les connecteurs STAR modifiés et les écrous de verrouillage à la tige de verrouillage à l’intérieur de l’arche. Ajoutez une pince de tube verte bien ajustée sous le flotteur du chalut (haut de l’arche) et serrez.
      13. Montez des flotteurs de chalut modifiés à l’intérieur des connecteurs N2 et N1 STAR orientés vers le haut modifiés avec un trou central de 1 po. Ajoutez une rondelle en fibre de verre à l’extrémité la plus longue de la tige de fibre de verre filetée exposée.
      14. Fixez à travers le trou de connecteur STAR modifié de sorte que le chalut fasse face à l’intérieur de la structure. Ajoutez une autre rondelle en fibre de verre et un écrou hexagonal en fibre de verre. Serrez à l’aide d’une clé et en tordant les flotteurs (dossier supplémentaire 1-Figure S16).
   2. Fixation du système d’amarrage au cadre géodésique
      1. Concevoir les lignes d’amarrage et le matériel pour assurer des connexions sécurisées entre la base de l’Arche et le système d’ancrage (voir la figure 1 par exemple).
         NOTE: Il est recommandé de concevoir le système d’amarrage de manière à ce que la ligne médiane de la structure de l’arche soit positionnée à une profondeur de 10 m.
      2. Connectez chaque œil de tampon à la base de la structure de l’arche à l’œil épissé à la fin d’une longueur à double épissage d’une raie spectrale de 3/4 po avec une manille en acier inoxydable à haute résistance de 7/16 po (dossier supplémentaire 1-figure S17).
      3. À l’aide d’une manille à goupille à vis de 1/2 po, connectez l’autre extrémité de chaque raie spectrale à l’un des deux Masterlinks en acier inoxydable, de sorte que chaque maillon ait deux ou trois connexions.
      4. Fixez la manille pivotante 3/4 in au bas du Masterlink et l’œil d’une ligne de nylon 1 in épissée avec un dé à coudre en acier inoxydable.
      5. Attachez un 3/4 de manille à l’œil et dé à coudre à l’autre extrémité de la ligne de nylon. Cette manille se connectera au système d’ancrage (fichier supplémentaire 1-Figure S17).
   3. Transport de l’arche 2V vers le site de déploiement
      REMARQUE: Le déploiement de l’arche de coquille nécessite un navire avec une poupe plate et des moteurs in-bord, de sorte que l’arche peut être roulée hors du pont du bateau et dans l’eau, ou un navire avec un grand bosset ou un cadre en A.
      1. Transportez l’Arche via un camion à plate-forme jusqu’au quai ou à la marina.
      2. Chargez l’arche sur le navire à l’aide d’un chariot élévateur de taille appropriée (dossier supplémentaire 1-figure S21).
      3. Attacher les lignes d’amarrage et le matériel, y compris les lignes descendantes et le matériel de fixation au système d’ancrage du fond marin, à la base de l’arche.
      4. Transporter l’arche jusqu’au site d’ancrage (Figure 3). Préparez une ligne approximativement de la même longueur que la profondeur du système d’ancrage avec une manille à une extrémité et une bouée à l’autre extrémité.
      5. Fixez l’extrémité manille de la ligne au système d’ancrage, l’extrémité de la bouée flottant à la surface.
      6. Faites rouler l’Arche en toute sécurité du pont arrière dans l’eau ou déployez l’Arche dans l’eau avec un bossoir ou un cadre en A. Fixer l’extrémité de la bouée de la ligne à l’arche à flottabilité positive de telle sorte que la structure flotte au-dessus du système d’ancrage.
   4. Fixation de l’arche au système d’amarrage
      REMARQUE : À ce stade, la structure de l’Arche flotte à la surface au-dessus du site d’ancrage avec les éléments de flottabilité intégrés (flotteurs) assurant la flottaison. Les tâches suivantes sont effectuées sous l’eau sur SCUBA et nécessitent une équipe d’au moins trois plongeurs et deux membres du personnel de soutien de surface.
      1. Fixez le bloc supérieur d’un bloc et d’un système de poulies à un point de fixation sécurisé à la base de l’arche, en débobinant la poulie tout en descendant vers le fond marin, puis fixez le bloc inférieur au système d’ancrage (dossier supplémentaire 1-Figure S19).
      2. Tirez la ligne à travers le bloc inférieur pour engager la poulie, tirant l’arche en profondeur. La ligne doit être verrouillée dans le taquet à chaque traction (dossier supplémentaire 1-Figure S19).
         REMARQUE: Pour les systèmes Arks avec une flottabilité positive initiale élevée, utilisez un système de bloc et d’attaque 6: 1 pour un achat maximal. Des poids peuvent également être temporairement attachés au système Arks pour réduire la force de flottabilité nécessaire pour couler la structure.
      3. Continuez à tirer l’arche en profondeur jusqu’à ce que le matériel de fixation de la ligne descendante et de l’amarrage puisse être connecté au système d’ancrage. Utilisez du fil pour taupier toutes les chaînes.
      4. Inspectez tous les composants d’amarrage pour en vérifier l’intégrité. Assurez-vous que les manilles sont bien insérées et que les ancrages sont bien en place.
      5. Transférez lentement la tension du bloc et de l’attaque au système d’amarrage. Retirez le bloc et le palan, les poids et la ligne de bouée.
   5. Attachement des ARMES aux Arches
      1. Récupérez l’ARMS du lieu d’ensemencement et placez-le dans des caisses à lait tapissées de mailles de 100 μm pour éviter la perte de petits invertébrés mobiles vivant dans l’ARMS. Transférez l’ARMS sur les sites des Arches dans des bacs d’eau de mer ombragée et fraîche.
      2. Manœuvrez les ARMS à travers l’une des plus grandes ouvertures triangulaires près de la ligne médiane de l’Arche de sorte que l’ARMS soit à l’intérieur de la structure. Tenez fermement les ARMS à l’une des plaques de base blanches montées à l’intérieur du cadre de l’arche.
      3. Fixez un boulon hexagonal en acier inoxydable de 1/2 po de 13 po de long, de 1,75 po, à travers un trou d’angle ouvert de la plaque de base ARMS et la plaque de base HDPE sous-jacente blanche sous-jacente, fixez un écrou de verrouillage en acier inoxydable au boulon dépassant de l’autre côté et serrez-le jusqu’à ce qu’il soit bien ajusté. Répéter l’opération pour les trois autres côtés (figure 2D).
      4. Poussez l’ARMS d’avant en arrière pour assurer une fixation ferme.
   6. Attachement des coraux aux Arches
      1. Fixez les plaques de corail contenant des coraux époxydés à la tuile de calcaire aux plaques de base HDPE de la plaque de corail à l’extérieur de l’arche en utilisant 2 pouces de long, 1/4 in-20, boulons de tête hexagonaux en acier inoxydable, une rondelle et un écrou de verrouillage aux quatre coins.
      2. Serrez les écrous de verrouillage à l’aide d’une clé à douille pour fixer la plaque de corail en place.

3. Surveillance et maintenance des arches de corail

REMARQUE : Des instructions de fabrication détaillées, y compris des dessins techniques pour la fabrication des composants, sont fournies à la section 7 du dossier supplémentaire 1.

1. Mesure du poids dans l’eau des arches
   1. Fixer le capteur de pesage submersible à un système de poulies de bloc et d’attaque pour transférer temporairement la tension sur la ligne d’amarrage au système de jauge de contrainte.
   2. Fixez la base du bloc et l’équipement à un endroit sûr sur le système d’amarrage de l’Arche, tel qu’un point de manille intermédiaire ou à l’ancre du fond marin. Fixez le haut du capteur de pesage à un emplacement sûr sur le cadre de montage de l’Ark (fichier supplémentaire 1-Figure S33).
   3. Sans enlever ou modifier les composants d’amarrage de l’Arche, tirer la ligne à travers le bloc et s’attaquer au système de poulies de manière à ce que la tension soit transférée du système d’amarrage de l’Arche au système de poulie, en fermant la ligne à chaque traction (dossier supplémentaire 1-Figure S33).
   4. Assurez-vous que la ligne d’amarrage est complètement relâchée pour permettre à la jauge de contrainte de recueillir des mesures de tension (dossier supplémentaire 1-Figure S33).
   5. Transférez lentement la tension du système de poulies de bloc et d’attelage à la ligne d’amarrage de l’Arche, en vérifiant que les manilles et autres composants d’amarrage sont correctement installés et sécurisés.
   6. Pour la collecte de données à long terme, intégrez un capteur de pesage dans le système d’amarrage en tant que composant « en ligne ». Changez périodiquement les centrales de mesure pour récupérer les données.
2. Maintenance à long terme des Arches
   1. Effectuer des inspections de routine du système d’amarrage des Arches et effectuer des travaux d’entretien au besoin.
      REMARQUE : reportez-vous à la figure S18 de fichier supplémentaire pour obtenir un exemple de liste de contrôle de maintenance. Un entretien semestriel est recommandé.
   2. Assurez-vous que les ancrages continuent de fournir une puissance de maintien maximale (c.-à-d. qu’ils ne reculent pas hors du substrat).
   3. Nettoyez les lignes d’amarrage des organismes salissants qui peuvent envahir et compromettre l’intégrité des lignes.
   4. Remplacez les composants dégradants, tels que les anodes sacrificielles, les manilles et les lignes d’amarrage, au besoin (Supplemental File-Figure S18).
   5. Ajouter une flottabilité supplémentaire au besoin en ajoutant des flotteurs fixes ou de l’air aux bouées d’amarrage existantes pour compenser l’accumulation de masse biologique.

Les méthodes ci-dessus fournissent des instructions d’assemblage et d’installation pour deux conceptions de systèmes Coral Arks. Les prototypes de chaque conception ont été assemblés et testés sur le terrain à San Diego, aux États-Unis, avant le déploiement à long terme afin d’évaluer les caractéristiques de traînée et d’optimiser l’intégrité structurelle en fonction des valeurs de résistance modélisées et empiriques. Les efforts de modélisation qui ont joué un rôle déterminant dans la sélection et le perfectionnement des deux géométries des Arks présentées ici, y compris les résultats des essais en soufflerie, des simulations hydrodynamiques et de la validation dans l’eau des valeurs modélisées à l’aide de structures prototypes, sont décrits en détail à la section 6 du dossier supplémentaire 1. Les résultats de la modélisation et des tests dans l’eau de la conception des arches « Shell » sont présentés ici. Deux structures de chaque conception ont ensuite été déployées sur des sites de terrain des Caraïbes à Porto Rico et à Curaçao (quatre structures Arks au total installées), et les coraux ont été transférés vers les structures. La qualité de l’eau, la communauté microbienne et les mesures de survie des coraux associées à la conception des arches « Shell » et à deux sites de contrôle du fond marin ont été recueillies à plusieurs moments sur une période de 6 mois pour caractériser et déterminer les changements dans les paramètres environnementaux et la santé des coraux associés aux structures des arches à la suite du recrutement naturel et de l’ajout d’ARMS ensemencés.

Caractéristiques de traînée des arches de corail
Il est important de comprendre les caractéristiques de traînée des arches de corail afin de concevoir une structure et un amarrage qui survivront à l’environnement cible. D’un point de vue structurel, la traînée hydrodynamique, combinée à la flottabilité nette, impose des charges à l’intérieur de l’ouvrage, notamment sur l’amarrage et son système d’ancrage. Nous avons effectué des mesures de modélisation et expérimentales pour estimer les caractéristiques de traînée des structures des Arches. Les résultats de ces tests pour la conception « Shell » des structures Arks sont détaillés ci-dessous. La modélisation a été réalisée en estimant la traînée des éléments individuels de la structure, en les additionnant, puis en combinant le résultat en un coefficient de traînée effectif comme indiqué dans l’équation (1) et l’équation (2):

(1)

(2)

où D total est la traînée totale de la structure estimée à partir de la somme des traînées de l’élément D i, CD est le coefficient de traînée global de la structure, est la densité du fluide, U est la vitesse d’écoulement de l’objet par rapport au fluide et A est la surface frontale de la structure. Dans ces calculs, les éléments étaient tous supposés être des cylindres, leur orientation par rapport à l’écoulement étant dictée par la géométrie verticale de la structure de l’Arche. La modélisation a été réalisée pour le même prototype de système « Shell » (une sphère géodésique de 2 V) qui a été utilisé pour les essais de remorquage (décrits ci-dessous) avant la construction des systèmes de terrain finaux. Le prototype avait une surface frontale totale d’environ 2,10 m2, et les résultats de la modélisation indiquaient un coefficient de traînée effectif pour l’ensemble de la structure d’environ 0,12. La traînée prédite par le modèle de la structure en fonction de la vitesse est représentée à la figure 4.

Des estimations expérimentales de la force de traînée de la structure qui serait subie sous différentes vitesses d’écoulement ont été obtenues en remorquant la structure de l’arche derrière un navire avec un capteur de pesage épissé en ligne avec la ligne de remorquage et un capteur d’inclinaison pour enregistrer les changements d’orientation de l’arche par rapport à l’axe vertical à une gamme de vitesses de remorquage. Avant le remorquage, le poids dans l’eau de la structure a été déterminé et suffisamment de poids supplémentaire a été ajouté à la structure pour simuler une flottabilité nette d’environ 200 kg (une cible initiale pour le système). Sur la base de la tension dans le câble de remorquage et de l’angle d’inclinaison de l’arche, la traînée (remorquage D) à chaque vitesse a été déterminée à l’aide de l’équation (3):

(3)

où T est la tension mesurée à partir du capteur de charge et est l’angle d’inclinaison par rapport à l’axe vertical. La relation traînée en fonction de la vitesse qui en résulte est illustrée à la figure 4. Une courbe de traînée la mieux ajustée (de la forme D α U2; voir figure 4), combinée à des estimations de la surface frontale et de la densité de l’eau, a ensuite été utilisée pour déterminer le coefficient de traînée empirique de 0,13.

Le nombre de Reynolds lors de l’essai de remorquage (et la plage utilisée pour la modélisation) était compris entre 105 et 106, généralement dans les régimes d’écoulement turbulents. Les valeurs typiques du coefficient de traînée pour une sphère dans cette plage de nombres de Reynolds sont comprises entre 0,2 et 0,4. À des fins de comparaison, un graphique de la courbe de traînée pour une sphère avec un coefficient de traînée de 0,3 est représenté à la figure 4. Ainsi, les estimations modélisées et expérimentales du coefficient de traînée sont de l’ordre de deux à trois fois plus petites que pour une sphère, ce qui est cohérent avec le caractère plus ouvert de la structure.

Pour valider ces résultats modélisés, nous avons également effectué des mesures sur le terrain de la réponse de deux structures d’arches « Shell » à l’écoulement. Pour ce faire, le même capteur de pesage a été installé temporairement en ligne avec la ligne d’amarrage principale de l’Arche, un capteur d’inclinaison a été installé sur l’Arche et un compteur de courant a été installé sur le site pour surveiller simultanément la vitesse de l’eau. Les composantes de flottabilité et de traînée de la tension ont ensuite été calculées à partir de l’angle d’inclinaison et des mesures de la cellule de charge (figure 5). Les vitesses actuelles au cours de la période de mesure étaient relativement stables, à environ 20 cm/s, et l’ensemble de données était relativement court; Par conséquent, la moyenne des données a été calculée sur la période et utilisée pour comparer la réponse de la traînée et de la vitesse au champ aux estimations modélisées et expérimentales du remorquage. Ces résultats montrent que dans les conditions prévues sur le site de déploiement (vitesses d’écoulement allant jusqu’à 1,3 m/s lors d’une tempête typique), la force de traînée sur le système devrait être inférieure à 300 kg.

Les deux structures « Shell » à Vieques, Porto Rico, ont survécu à un impact direct de l’ouragan Fiona de catégorie 1 en septembre 2022 sans dommage apparent aux structures, à l’amarrage ou au système d’ancrage, fournissant un test in situ qui soutient la conception. Une bouée voisine (CARICOOS) a enregistré des vitesses de courant de 1,05 m/s à une profondeur de 10 m sur le site de déploiement, correspondant à une force de traînée d’environ 160 kg sur les systèmes d’amarrage. Les systèmes ont été conçus pour résister à une force de 1 600 kg (compte tenu de la capacité d’ancrage et de la résistance à la rupture des composants) et, par conséquent, ne devraient pas tomber en panne dans des conditions ambiantes ou de tempête typiques.

Surveillance de la flottabilité nette des arches de corail
La même approche décrite pour valider les caractéristiques de traînée des structures de l’Arche a également été utilisée pour développer une méthode de surveillance de la flottabilité nette des Arches. Tant que la structure physique de l’arche reste constante, la flottabilité nette fournit une approximation approximative pour surveiller la calcification globale de la communauté et, par conséquent, la croissance des coraux, ainsi qu’une mesure d’entretien pour déterminer si le système a une flottabilité positive suffisante pour compenser la croissance biologique au fil du temps. La composante de flottabilité (B) de la tension d’amarrage a été calculée à l’aide des données du capteur de jauge de contrainte et d’inclinaison de l’équation (4):

(4)

où T est la tension mesurée à partir du capteur de charge et est l’angle d’inclinaison. La série chronologique résultante de la flottabilité nette est illustrée à la figure 5. Dans les conditions actuelles relativement stables présentes lors des événements de surveillance sur le terrain, nous avons constaté que les deux structures « Shell » Arks déployées à Vieques, Porto Rico, avaient des flottabilités nettes similaires de 82,7 kg ± 1,0 kg (Ark 1) et 83,0 kg ± 0,9 kg (Ark 2) en moyenne sur la période de surveillance (± un écart-type) après que tous les coraux et les unités ARMS ensemencées aient été transférés vers les structures 6 mois après le déploiement initial de la structure. Les résultats montrent qu’une surveillance à court terme pendant des périodes relativement stables d’écoulement de l’eau peut être utilisée pour déterminer la flottabilité nette dans le champ à ~1 kg près, ce qui devrait s’avérer utile à long terme pour surveiller les changements dans la biomasse.

Qualité de l’eau et dynamique des communautés microbiennes
Les paramètres associés à la qualité de l’eau et aux communautés microbiennes associées à la colonne d’eau ont été mesurés sur deux arches « coquilles » au milieu de l’eau, qui étaient ancrées dans 55 pieds d’eau avec le sommet des arches à une profondeur de 25 pieds, au large d’Isla Vieques, Porto Rico (figure 6C). Les paramètres de la qualité de l’eau, les abondances microbiennes et virales et la taille moyenne des microbes de deux arches ont été comparés aux mêmes paramètres de deux sites de « contrôle » du fond marin à proximité, qui étaient également à une profondeur de 25 pieds, mais beaucoup plus près du rivage (figure 6D). Les mesures montrées ont été recueillies immédiatement après l’installation des Arches avec un premier lot de coraux transloqués (novembre 2021) et 6 mois plus tard après le transfert d’un deuxième lot de coraux et d’ARMES ensemencés vers les Arches (mai 2022) ; ils ont ensuite été moyennés sur les deux sites (Arks et sites témoins) à des fins de comparaison. Comme les ARMS ensemencés ont été transférés aux Arks 6 mois après le déploiement, l’accumulation de communautés biologiques sur les structures au cours des 6 premiers mois a été associée à l’encrassement biologique et au recrutement naturel.

L’environnement des Arks présentait des intensités lumineuses diurnes moyennes plus élevées (figure 6A), des vitesses d’écoulement moyennes plus élevées (figure 6C), des concentrations de carbone organique dissous plus faibles (figure 6F) et des fluctuations plus faibles des concentrations d’oxygène dissous (figure 6G) que les sites témoins benthiques. Les Arches présentaient également des communautés microbiennes avec des ratios virus/microbes plus élevés que les sites témoins (Figure 7A), en raison d’une plus grande abondance de virus libres (Figure 7C) et d’une abondance plus faible de microbes (Figure 7B) dans l’environnement médian des Arches. Les communautés microbiennes sur les Arks étaient composées, en moyenne, de cellules physiquement plus petites que les communautés microbiennes sur les sites du fond marin (Figure 7D). Les différences de température entre les arches et les sites témoins n’étaient pas significatives (figure 6E). Toutes les tendances ci-dessus sont compatibles avec une meilleure qualité de l’eau et des communautés microbiennes plus saines sur les Arks que sur les sites témoins. Ces conditions ont persisté pendant les 6 premiers mois du déploiement, au cours desquels une communauté biologique naissante s’est développée sur les Arches à la fois par la translocation des nubbins coralliens et le recrutement naturel de la colonne d’eau et a connu des changements de succession, ainsi que par l’ajout d’ARMS ensemencés sur les structures au mois 6.

Survie des coraux
Une cohorte de coraux comprenant huit espèces et diverses morphologies a été distribuée aux Arches et aux sites témoins benthiques à la fois après l’installation des Arches (mois 0) et après l’ajout des ARMS ensemencés au mois 6. Les colonies parentes originales de chaque espèce de corail ont été fragmentées en nubbins (2-8 cm dans une dimension donnée) et attachés à des plaques de corail calcaire (quatre à cinq nubbins par plaque de 20 cm2) qui ont été réparties également dans les arches et les sites témoins, garantissant que les mêmes espèces et génotypes étaient représentés à la fois sur les sites des arches médiumiques et sur les sites témoins. La survie de ces coraux transloqués a été évaluée tous les 3 mois sur les Arks et les sites témoins. Neuf mois après la translocation de la première cohorte de coraux, plus de coraux étaient encore vivants sur les Arches (80%, Figure 8) par rapport aux sites témoins (42%, Figure 8).

Figure 1 : Schéma montrant les composants structurels de deux structures de l’Arche de Corail entièrement installées. À gauche, les structures des arches de corail « Shell » et « Two-Platform » (à droite) sont montrées, ainsi que deux méthodes pour fournir une flottabilité positive et deux méthodes d’ancrage. Abréviation : ARMS = Autonomous Reef Monitoring Structures. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 2 : Conception, déploiement et transfert des unités ARMS. (A-D) PVC ARMS et (E-H) Limestone ARMS des sites d’ensemencement du fond marin aux arches de corail. (A) Crédit photo : Michael Berumen. (B) Crédit photo : David Littschwager. Abréviations : PVC = chlorure de polyvinyle; ARMS = Structures autonomes de surveillance des récifs. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 3 : Images représentant les étapes de déploiement de Coral Arks, y compris le transport vers le site et l’installation complète. (A-C) Systèmes de type Shell et (D-F) Systèmes de type Two-Platform. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 4 : Caractéristiques de traînée des structures de l’arche « Shell » basées sur la modélisation, les essais expérimentaux de remorquage et la validation sur le terrain par rapport à la traînée d’une sphère de la même échelle approximative. « ARK1 » et « ARK2 » sont des structures identiques « Shell » Ark installées sur le même site à Vieques, Porto Rico. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 5 : Valeurs de flottabilité nette mesurées pour deux arches « coquilles » à Vieques (Porto Rico). La vitesse de l’eau (axe de droite, couleurs moyennes), la flottabilité nette (axe de gauche, couleurs claires) et la traînée/tension calculée sur la ligne d’amarrage (axe gauche, couleurs sombres) pour l’arche 1 « Shell » (bleu) et l’arche 2 « Shell » (vert). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 6 : Mesures de la qualité de l’eau associées aux arches « Shell » et aux sites de contrôle des fonds marins à Vieques, Porto Rico, immédiatement après l’installation et 6 mois après. (A) intensité lumineuse diurne, (B) vitesse du courant, (C, D) photos prises 6 mois après l’installation, (E) température, (F) carbone organique dissous, (G) changements dans les niveaux d’oxygène dissous dans les arches par rapport aux sites témoins sur 6 mois. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 7 : Mesures associées aux communautés microbiennes associées à la colonne d’eau sur les arches « Shell » et les sites de contrôle des fonds marins à Vieques, Porto Rico, immédiatement après l’installation et 6 mois après. (A) Rapport virus/microbes, (B) abondance des cellules bactériennes, (C) abondance du virus libre et (D) taille moyenne des cellules bactériennes. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Figure 8 : Proportion de coraux survivants sur les arches « Shell » et les sites de contrôle des fonds marins à Vieques, Porto Rico au cours des 9 premiers mois suivant la translocation. Les images représentent l’état d’une seule plaque corallienne sur les Arches (en haut) et sur les sites de contrôle benthiques (en bas) immédiatement après la translocation (à gauche) et 6 mois après la translocation (à droite). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

Tableau 1 : Considérations relatives à la construction et à la conception d’ARMS. Abréviations : ARMS = Autonomous Reef Monitoring Structures (Structures autonomes de surveillance des récifs); PVC = chlorure de polyvinyle. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Tableau 2 : Considérations relatives à la conception des arches de corail. Abréviations : PVC = chlorure de polyvinyle; ARMS = Structures autonomes de surveillance des récifs; PEHD = polyéthylène haute densité. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce tableau.

Fichier supplémentaire. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier. 

Les auteurs n’ont pas d’intérêts financiers concurrents ou d’autres conflits d’intérêts.