Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Pompe marine biologique“

Le delta du Rhône, comme tous les deltas du monde, est sur la ligne de front des changements climatiques. À la suite de son endiguement consécutif à des inondations majeures à la fin de XIX e siècle, cette vaste plaine deltaïque a été le siège d’un extraordinaire récit de conquête et de maîtrise : digues, pompes et réseaux hydrauliques ont permis de dompter ce pays rétif, de s’affranchir des principales contraintes – inondations, sel, submersions marines – pour enfin « mettre en valeur » ce territoire, y développer une agriculture productive, sécuriser ses habitants. Pourtant cette période de stabilité touche probablement à son terme. Sous les effets puissants du changement climatique, ce territoire rappelle aux humains que la richesse d’un delta vient précisément de sa dynamique, des flux qui le traversent. Flux d’eau douce et de sédiments, flux d’eau salée, flux biologiques, flux humains… Il nous rappelle sa nature profonde : un territoire mouvant, mobile par essence, siège de l’impermanence des choses. Et si la Camargue était un parfait laboratoire pour inventer un nouveau récit, celui de l’adaptation et de la résilience ?

Albert Calmette, médecin de la Marine puis des Colonies, fonde, en 1891, l’institut bactériologique de Saïgon, la première filiale hors métropole de l’Institut Pasteur. Il y prépare les vaccins antivariolique et antirabique pour toute l’Union indo-chinoise et débute des recherches fondamentales sur les venins de serpents qui le conduisent, après son retour en France, à proposer un sérum antivenimeux pour traiter les envenimations consécutives aux morsures d’ophidiens. En 1895, âgé seulement de 32 ans, il établit à Lille un Institut Pasteur dont il assurera la direction pendant 24 ans. À l’époque, la tuberculose est un fléau sanitaire et Calmette crée dans la ville du Nord le premier préventorium au monde pour lutter contre la propagation de la maladie. Il entreprend, à l’Institut Pasteur de Lille et en collaboration avec Camille Guérin, l’étude des mécanismes de l’infection par le bacille de Koch et la réponse immunitaire de l’homme et des animaux contre le microorganisme afin d’élaborer un vaccin. Le repiquage tous les 20-25 jours du bacille de la tuberculose bovine sur pomme de terre bilié aboutit, après 250 subcultures, à un bacille devenu stablement avirulent et capable d’induire une immunité protectrice : le bacille bilié Calmette-Guérin ou BCG. Sollicité au lendemain de la Première Guerre mondiale par Émile Roux pour le seconder dans la direction de l’Institut Pasteur, Calmette rejoint la maison-mère en 1919. En supplément de sa fonction de sous-directeur qu’il exercera jusqu’à sa mort en 1933, il y crée le laboratoire de la tuberculose où son équipe réalise, outre la poursuite de travaux sur la biologie du BCG et l’immunité antituberculeuse, la production du vaccin à grande échelle.

L'objectif de cette thèse a été d'évaluer l'effet biogéochimique de deux forçages : l'acidification de l'océan et les dépôts de poussières sahariennes. Dans un premier temps, nous avons montré que dans une région dite Low Nutrient Low Chlorophyll (LNLC) l'effet de l'acidification de l'océan sur les cycles marins de l'azote (N), du phosphore (P) et du fer (Fe) sera surement négligeable. L'acidification des eaux de surface appauvries en N et P n'affecterait pas la spéciation de ces éléments, et la composition de la communauté planctonique, n'étant pas significativement modifiée, n'induirait pas de changement dans la dynamique des nutriments inorganiques. Dans un deuxième temps, les expériences menées pendant cette thèse nous ont permis de mieux paramétriser les processus post-dépôts des nutriments atmosphériques à la surface de l'eau de mer lors d'un évènement saharien. Les échanges dissous/particulaire ont lieu sur une courte échelle de temps. Ils sont à la fois contrôlés par la dynamique verticale des particules et la nature de la matière organique dissoute (DOM) pouvant s'agréger sur les particules lithogéniques. Dans des conditions d'acidification de l'océan, alors que la dissolution des éléments anthropiques adsorbés sur les poussières sahariennes, tels que l'azote inorganique, ne sera pas affectée, celle des éléments d'origine crustale (P et Fe) pourrait être accrue ou accélérée selon les agrégats organique-minéral formés. Le rôle majeur du processus d'agrégation dans la mise à disposition des nutriments atmosphériques a été mis en évidence par une rapide et importante formation abiotique de particules exopolymériques transparentes juste après le dépôt de poussières
The objective of this thesis was to assess the biogeochemical effect of two forcings: the ocean acidification and the dust deposition. Firstly, we showed that in the Low Nutrient Low Chlorophyll (LNLC) area the effect of the ocean acidification on the marine cycle of nitrogen (N), phosphorus (P) and iron (Fe) will be likely negligible. The pH decrease of the surface waters depleted in N and P would not affect the speciation of these elements, and the absence of effect on the composition of the plankton community would not lead to a shift in the dynamic of inorganic nutrients. Secondly, the experiments performed during this thesis allowed a better parametrization of the post-depositional processes of atmospheric nutrients in the surface seawater after a Saharan event. The exchanges dissolved/particulate occurred in the short timescale. They were controlled by both the particles dynamic and the nature of the dissolved organic matter (DOM) that can aggregate with the lithogenic particles. Under ocean acidification conditions, while the dissolution of anthropogenic elements adsorbed onto dust, such as the inorganic nitrogen, will not be affected, the dissolution of the crustal elements (P and Fe) could be higher and faster according the formation of organic-dust aggregates. The major role of the aggregation process on the availability of atmospheric nutrients was highlighted by the rapid and large abiotic formation of transparent exopolymeric particles (TEP) following the dust deposition to the surface waters

L'objectif de cette thèse a été d'évaluer l'effet biogéochimique de deux forçages : l'acidification de l'océan et les dépôts de poussières sahariennes. Dans un premier temps, nous avons montré que dans une région dite Low Nutrient Low Chlorophyll (LNLC) l'effet de l'acidification de l'océan sur les cycles marins de l'azote (N), du phosphore (P) et du fer (Fe) sera surement négligeable. L'acidification des eaux de surface appauvries en N et P n'affecterait pas la spéciation de ces éléments, et la composition de la communauté planctonique, n'étant pas significativement modifiée, n'induirait pas de changement dans la dynamique des nutriments inorganiques. Dans un deuxième temps, les expériences menées pendant cette thèse nous ont permis de mieux paramétriser les processus post-dépôts des nutriments atmosphériques à la surface de l'eau de mer lors d'un évènement saharien. Les échanges dissous/particulaire ont lieu sur une courte échelle de temps. Ils sont à la fois contrôlés par la dynamique verticale des particules et la nature de la matière organique dissoute (DOM) pouvant s'agréger sur les particules lithogéniques. Dans des conditions d'acidification de l'océan, alors que la dissolution des éléments anthropiques adsorbés sur les poussières sahariennes, tels que l'azote inorganique, ne sera pas affectée, celle des éléments d'origine crustale (P et Fe) pourrait être accrue ou accélérée selon les agrégats organique-minéral formés. Le rôle majeur du processus d'agrégation dans la mise à disposition des nutriments atmosphériques a été mis en évidence par une rapide et importante formation abiotique de particules exopolymériques transparentes juste après le dépôt de poussières
The objective of this thesis was to assess the biogeochemical effect of two forcings: the ocean acidification and the dust deposition. Firstly, we showed that in the Low Nutrient Low Chlorophyll (LNLC) area the effect of the ocean acidification on the marine cycle of nitrogen (N), phosphorus (P) and iron (Fe) will be likely negligible. The pH decrease of the surface waters depleted in N and P would not affect the speciation of these elements, and the absence of effect on the composition of the plankton community would not lead to a shift in the dynamic of inorganic nutrients. Secondly, the experiments performed during this thesis allowed a better parametrization of the post-depositional processes of atmospheric nutrients in the surface seawater after a Saharan event. The exchanges dissolved/particulate occurred in the short timescale. They were controlled by both the particles dynamic and the nature of the dissolved organic matter (DOM) that can aggregate with the lithogenic particles. Under ocean acidification conditions, while the dissolution of anthropogenic elements adsorbed onto dust, such as the inorganic nitrogen, will not be affected, the dissolution of the crustal elements (P and Fe) could be higher and faster according the formation of organic-dust aggregates. The major role of the aggregation process on the availability of atmospheric nutrients was highlighted by the rapid and large abiotic formation of transparent exopolymeric particles (TEP) following the dust deposition to the surface waters

La pompe biologique de l’Océan Austral (PBOA) constitue un élément fondamental d’un réseau trophique extrêmement sensible et en pleine mutation. Elle représente aussi un moyen très efficace pour séquestrer le CO2 anthropique et a joué un rôle majeur sur l’évolution des concentrations en CO2 atmosphérique au cours des derniers cycles climatiques. Malgré cette importance, l’évolution future de la PBOA reste encore incertaine au vu des divergences entre les différentes simulations pour le prochain siècle. Ceci s'explique principalement par le manque de données disponibles avant la période instrumentale, qui ne couvre que les dernières décennies autour de l'Antarctique, ainsi que par l'absence d'études dans le passé portant sur les communautés phytoplanctoniques dépourvues de test (non fossilisables). Il apparaît donc nécessaire d’étudier les archives climatiques du passé pour mieux comprendre l’évolution de la PBOA et sa relation avec les conditions océaniques, atmosphériques et du couvert de glace au cours des derniers millénaires. Les séquences d’ADN ancien (sedaDNA) couplées aux résultats de biomarqueurs lipidiques mettent en perspective pour la première fois la répartition et l’évolution des communautés phytoplanctoniques au regard des conditions environnementales dans la région de la Péninsule Antarctique au cours de l’Holocène. Les organismes phytoplanctoniques dépourvus de test identifiés sont principalement associés aux divisions des Stramenopiles, Cryptophytes et Chlorophytes avec des différences temporelles et régionales. Du début à la moitié de l’Holocène (8000 à 4000 ans BP), les conditions étaient globalement plus chaudes conduisant à des zones océaniques ouvertes où la production primaire était dominée par les diatomées (85-95% de la proportion totale des phytoplanctons), avec une proportion relativement importante de Cryptophytes parmi les organismes mous (~50%). Au cours des 4000 dernières années BP, les conditions océaniques ont montré un refroidissement et un allongement de la saison de banquise. La productivité primaire a augmenté, essentiellement par une plus forte productivité siliceuse avec des abondances en diatomées dépassant 95% de la proportion phytoplanctonique totale, et donc une plus faible contribution en phytoplancton mou mais qui étaient néanmoins plus diversifiés avec une apparition des Chlorophytes en plus des Cryptophytes. Enfin, l’étude du dernier millénaire a permis de caractériser en détail le passage des conditions naturelles vers un environnement modifié par les changements climatiques actuels. Les derniers 1000 ans BP étaient relativement froids avec de fortes conditions de glace de mer. La productivité primaire a décliné, accompagnée par une réduction de la contribution des diatomées et une augmentation de la contribution des organismes mous à l’exportation de carbone dans les sédiments. Enfin, depuis 1850 CE (période post-industrielle), le réchauffement des températures de subsurface (de 0.3 ± 0.6 °C) et la diminution de la couverture de glace de mer hivernale a entraîné une forte augmentation de la proportion des Cryptophytes (+10%) au détriment de celle des diatomées. Dans ce contexte, la composition des communautés phytoplanctoniques a déjà commencé à changer et tendent à ressembler à celles observées durant l'Holocène moyen. Si cette tendance se poursuit, les diatomées pourraient être progressivement remplacées par des organismes à tissus mous, moins efficaces pour exporter le carbone organique vers les sédiments, ce qui réduirait donc la capacité de séquestration à long terme du CO2 atmosphérique de la PBOA de la Péninsule Antarctique
The biological pump of the Southern Ocean (BPSO) is a key component of a highly sensitive and rapidly changing food web. It also serves as an efficient mechanism for sequestering anthropogenic CO₂. Over past climate cycles, it has played a critical role in regulating atmospheric CO₂ concentrations. Despite its importance, the future of the BPSO remains uncertain, given the discrepancies between various projections for the coming century. This uncertainty largely stems from the limited data available beyond the instrumental record, which for the Antarctic region only spans the last few decades and the lack of previous studies on soft-tissue phytoplankton communities (non-fossilizable) in past environmental contexts. It is therefore essential to study past climate archives to better understand the evolution of the BPSO and its relationship with oceanic, atmospheric, and sea-ice conditions over the past millennia. For the first time, ancient sedimentary DNA (sedaDNA) sequences combined with lipid biomarker data offer insight into the distribution and evolution of phytoplankton communities in relation to environmental conditions in the Antarctic Peninsula (AP) region during the Holocene. The soft-tissue phytoplankton identified primarily belong to the divisions Stramenopiles, Cryptophytes, and Chlorophytes, with regional and temporal variations. From the early to mid-Holocene (8,000 to 4,000 years BP), conditions were generally warmer, leading to open ocean zones where primary production was dominated by diatoms (85-95% of the total phytoplankton), with a significant proportion of Cryptophytes (~50%) among the soft-bodied organisms. Over the past 4,000 years BP, ocean conditions showed cooling and an extension of the sea-ice season. Primary productivity increased, primarily driven by higher siliceous productivity, with diatom abundances exceeding 95% of total phytoplankton, while the contribution of soft-tissue phytoplankton decreased but became more diverse with the emergence of Chlorophytes alongside Cryptophytes. The study of the last millennium revealed a transition from natural conditions to an environment altered by current climate changes. The last 1,000 years BP were relatively cold, often associated with strong sea-ice conditions. Primary productivity declined, accompanied by a reduction in diatom contributions and an increase in soft-tissue organisms' role in carbon export to sediments. Finally, since 1850 CE (the post-industrial period), warming sea subsurface temperatures (by 0.3 ± 0.6°C) and reduced winter sea-ice cover have led to a sharp increase in the proportion of Cryptophytes (+10%) at the expense of diatoms. In this context, phytoplankton community compositions have already begun to change and now resemble those observed during the mid-Holocene. If this trend continues, diatoms could be progressively replaced by soft-tissue organisms, which are less efficient at exporting organic carbon to sediments, thereby reducing the long-term CO₂ sequestration capacity of the BPSO in the Antarctic Peninsula region

La pompe biologique de carbone transfère le CO2 de l’atmosphère vers l’océan profond sous forme de matière organique particulaire. En formant des agrégats, les diatomées contribuent fortement au flux de particules. Les copépodes, en terme d’abondance et de diversité, dominent le zooplancton, sont les principaux consommateurs des diatomées et jouent un rôle important dans l’export de carbone via l’émission de pelotes fécales. Les limitations en sels nutritifs surviennent majoritairement en fin d’efflorescence phytoplanctonique, mais sont également une conséquence attendue du réchauffement global. L’objectif de la thèse vise à évaluer le rôle des interactions copépodes/diatomées sur l’export de carbone, dans un contexte de changement climatique. Les résultats obtenus démontrent que les limitations en affectant la composition biochimique des diatomées, influencent l’activité alimentaire des copépodes, ainsi que l’efficacité d’export par les pelotes fécales. J’ai également démontré que les traits fonctionnels des copépodes peuvent influencer à la fois la formation d’agrégats et leurs dynamiques. Enfin, via l’utilisation de données d’une campagne océanographique réalisée au cours de l’efflorescence printanière phytoplanctonique en Arctique, j’ai observé que la limitation en silicium après le retrait de la glace de mer contribue à la formation d’agrégats. Les copépodes en fin d’efflorescence migrent sous la couche de mélange là où les agrégats sont les plus abondants, ce qui peut suggérer que les agrégats soient utilisés comme source de nourriture
The biological carbon pump transfers CO2 from the atmosphere to the deep ocean as particulate organic matter. By forming aggregates, diatoms contribute strongly to the particle flux.Copepods, in terms of abundance and diversity, dominate zooplankton assemblages, are the main consumers of diatoms and play and key role in the carbon export via faecal pellets egestion. Nutrient limitations mainly occur at the end of phytoplankton blooms, but are also an expected consequence of global warming. The aim of the thesis is to evaluate the role of copepod/diatom interactions on carbon export in a context of climate change.The results obtained show that nutrient limitations affecting diatoms biochemical composition, that influences copepods feeding activity and the export efficiency of faecal pellets. I have also shown that the functional traits of copepods can influence both the aggregates formation and their dynamics. Finally, using data from an oceanographic campaign carried out during the Arctic phytoplankton spring bloom, I observed that silicon limitation after sea ice retreat contributes to the aggregates formation. Copepods, at the end of the bloom migrate under the mixing layer where the aggregates are most abundant, which may suggest that the aggregates could be used as a food

La pompe à carbone biologique (PCB) joue un rôle central dans le cycle global du carbone océanique, en transportant le carbone de la surface vers les profondeurs et en le séquestrant pendant de longues périodes. Ce travail vise à analyser deux acteurs clés de la PCB : le zooplancton et les particules. Pour cela, nous utilisons les données d'imagerie in situ de l'Underwater Vision Profiler (UVP5) pour étudier deux axes principaux : 1) la distribution globale de la biomasse du zooplancton et 2) l'exportation de carbone dans le contexte d'une efflorescence printanière dans l'Atlantique Nord. À l'aide de l'UVP5 et de l'apprentissage automatique par le biais de modèles d'habitat utilisant des arbres de régression boostés, nous étudions la distribution mondiale de la biomasse du zooplancton et ses implications écologiques. Les résultats montrent des valeurs maximales de biomasse autour de 60°N et 55°S et des valeurs minimales au niveau des gyres océaniques, avec une biomasse globale dominée par les crustacés et les rhizaires. En utilisant des techniques d'apprentissage automatique sur des données globalement homogènes, cette étude fournit des informations sur la distribution de 19 grands groupes de zooplancton (1-50 mm de diamètre sphérique équivalent). Ce premier protocole permet d'estimer la biomasse du zooplancton et la composition de la communauté à l'échelle globale à partir d'observations d'imagerie in situ d'organismes individuels. Dans le contexte unique de la campagne EXPORTS 2021, nous analysons les données UVP5 obtenues par le déploiement de trois instruments dans un tourbillon à forte rétention. Après avoir regroupé les 1 720 914 images à l'aide de Morphocluster, un logiciel de classification semi-autonome, nous nous intéressons aux caractéristiques des particules marines, en étudiant leur morphologie à travers un cadre oblique qui suit un panache de particules entre la surface et 800 m. Les résultats montrent que, contrairement aux attentes, les agrégats deviennent de manière inattendue plus grands, plus denses, plus circulaires et plus complexes avec la profondeur. En revanche, l'évolution des pelottes fécales est plus hétérogène et façonnée par l'activité du zooplancton. Ces résultats remettent en question les attentes antérieures et appellent à une réévaluation de notre vision des agrégats et des pelottes fécales. Nous avons également étudié la dynamique des concentrations et des flux de carbone à l'aide d'un cadre 1D plus traditionnel dans lequel nous explorons les trois éléments clés de l'estimation des flux à partir d'imagerie in situ en comparant les estimations de l'UVP5 et des pièges à sédiments: la gamme de tailles couvertes, la vitesse de sédimentation et le contenu en carbone. Selon la littérature, les pièges à sédiments à flottabilité neutre (NBST) et les pièges attachés à la surface (STT) couvrent généralement une gamme de tailles allant de 10 µm à environ 2 mm. Dans notre étude, nous avons constaté qu'en élargissant la gamme de tailles de l'UVP5 à 10 µm et en la limitant à 2 mm, une comparaison plus consistante peut être faite entre le flux issu de l'UVP5 et celui des pièges à sédiments (obtenus par des collègues). Toutefois, il reste une contribution importante du flux au-dessus de ce seuil de taille qui nécessite une étude plus approfondie de ses implications par l'utilisation d'approches complémentaires telles que des pièges à sédiments avec des ouvertures plus grandes. Ce manuscrit ne fait pas seulement progresser nos connaissances, mais il aborde également des défis critiques dans l'estimation de la biomasse du zooplancton et de la dynamique des particules pendant les événements d'export. Les résultats de cette étude ouvrent de nouvelles voies pour la recherche future sur la PCB et approfondissent notre compréhension des écosystèmes marins
The biological carbon pump (BCP) plays a central role in the global ocean carbon cycle, transporting carbon from the surface to the deep ocean and sequestering it for long periods. This work aims to analyse two key players of the BCP: zooplankton and particles. To this end, we use in situ imaging data from the Underwater Vision Profiler (UVP5) to investigate two primary axes: 1) the global distribution of zooplankton biomass and 2) carbon export in the context of a North Atlantic spring bloom. Our objectives includes a quantification of global zooplankton biomass, enhancing our comprehension of the BCP via morphological analysis of particles, and assessing and comparing the gravitational flux of detrital particles during a the North Atlantic spring bloom using high-resolution UVP5 data. With the help of UVP5 imagery and machine learning through habitat models using boosted regression trees, we investigate the global distribution of zooplankton biomass and its ecological implications. The results show maximum zooplankton biomass values around 60°N and 55°S and minimum values within the oceanic gyres, with a global biomass dominated by crustaceans and rhizarians. By employing machine learning techniques on globally homogeneous data, this study provides taxonomical insights into the distribution of 19 large zooplankton groups (1-50 mm equivalent spherical diameter). This first protocol estimates global, spatially resolved zooplankton biomass and community composition from in situ imaging observations of individual organisms. In addition, within the unique context of the EXPORTS 2021 campaign, we analyse UVP5 data obtained by deploying three instruments in a highly retentive eddy. After clustering the 1,720,914 images using Morphocluster, a semi-autonomous classification software, we delve into the characteristics of the marine particles, studying their morphology through an oblique framework that follows a plume of detrital particles between the surface and 800 m depth. The results of the plume following approach show that, contrary to expectations, aggregates become unexpectedly larger, denser, more circular and more complex with depth. In contrast, the evolution of fecal pellets is more heterogeneous and shaped by zooplankton activity. Such results challenge previous expectations and may require a reassessment of our view of sinking aggregates and fecal pellets. We also studied concentration and carbon flux dynamics using a more traditional 1D framework where we explore the three key elements in flux estimation from in situ imaging data by comparing UVP5 and sediment trap flux estimates: size range covered, sinking rate and carbon content. According to the current literature, neutrally buoyant sediment traps (NBST) and surface-tethered traps (STT) usually cover a size range from 10 µm to approximately 2 mm. In our study, we have found that by expanding the UVP size range to 10 µm and limiting it to 2 mm, a more consistent comparison can be made between UVP5-generated flux and sediment trap fluxes (obtained by colleagues). However, it is worth noting that there remains a large flux contribution above this size threshold, necessitating further investigation of its implications through the use of complementary approaches such as the use of sediment traps with larger openings. This manuscript not only advances our knowledge, but also addresses critical challenges in estimating zooplankton biomass and particle dynamics during export events. The findings of this study open up new avenues for future research on the biological carbon pump and deepen our understanding of marine ecosystems

La pompe à carbone biologique comprend la production primaire de matière organique dans la zone euphotique, son export vers les profondeurs et sa reminéralisation. Les acteurs les plus fréquemment cités sont les diatomées en raison de leur contribution à la production primaire et à l’export de carbone et les copépodes pour la production de pelotes fécales. Cependant, la pompe biologique est le résultat d'interactions complexes entre organismes plutôt que de leurs actions indépendantes. En outre, bien qu'il ait été montré que la distribution de taille et la composition minérale du phytoplancton en surface ont une influence significative sur l'intensité de l'export de carbone, on ne sait pas si les données méta-omiques peuvent prédire efficacement les processus de la pompe à carbone biologique. Dans cette thèse, je propose d’abord de revisiter l’étude de la pompe à carbone biologique dans l’océan oligotrophe en définissant des états biogéochimiques de l’océan sur la base de la contribution relative de la production primaire, de l’export de carbone et de l’atténuation du flux dans les stations d’échantillonnage Tara Océans. L'analyse des états en termes de composition et d'interactions microbiennes inférées à partir de données de métabarcoding a révélé que les associations plutôt que la composition microbienne semblent caractériser les états de la pompe à carbone biologique. Ensuite, en utilisant les données méta-omiques et environnementales des expéditions Tara Oceans, je propose pour la première fois de prédire ces états biogéochimiques à partir d'abondances biologiques dérivées d'ADN environnemental, dans l'objectif de fournir une liste de biomarqueurs
The biological carbon pump encompasses a series of processes including the primary production of organic matter in the surface ocean, its export to deeper waters and its remineralization. The common highlighted actors are diatoms because of their contribution to primary production and carbon export and copepods for their production of fecal pellets. However, the biological pump is the result of complex interactions among organisms rather than their independent actions. Besides, although size distribution and mineral composition of phytoplankton in surface was shown to significantly influence the strength of carbon export, it is unknown whether meta-omic data can efficiently predict the processes of the biological carbon pump. In this thesis, I first propose to revisit the study of the biological carbon pump in the oligotrophic ocean by defining biogeochemical states of the ocean based on the relative contribution of primary production, carbon export and flux attenuation in Tara Oceans sampling stations. The analysis of the states in terms of microbial composition and interactions inferred from metabarcoding data revealed that variation in associations rather than lineages presence seems to drive the states of the biological carbon pump. Then, by using meta-omics and environmental parameters from the Tara Oceans expeditions, I propose the first study trying to predict biogeochemical states from biological abundances derived from environmental DNA, with the goal of providing a list of biomarkers

Les foraminifères planctoniques vivants (LPF) contribuent à la pompe biologique du carbone océanique en générant des flux de Corg (cytoplasme) et de Cinorg (test calcaire). Dans cette étude, la morphométrie des tests, les abondances et les compositions spécifiques des assemblages de LPF dans l'océan Indien Sud (30°S-60°S, 50°E-80°E), ont été caractérisées à partir de la collecte par filet à plancton stratifié (Multinet) sur 19 stations échantillonnées pendant trois étés consécutifs (2012- 2014). En démontrant l'efficacité d'échantillonnage du Continuous Plankton Recorder pour spatialiser les données observées en 19 stations, l’étude de la dynamique de population des LPF montre l'effet de la position des fronts sur la production des LPF. Pour mieux contraindre l'impact des LPF dans la pompe biologique du carbone des hautes latitudes, la biomasse protéique et la masse calcique de plus de 2000 foraminifères ont été mesurées. Les différences de biomasse protéique et de poids normalisé par la taille entre années, espèces et masses d'eau suggèrent que les paramètres environnementaux affectent la production de Corg et de Cinorg des LPF. Le rôle des LPF sur la pompe biologique de carbone marin dépend des conditions hydrologiques et trophiques du milieu. Le rapport Corg/Cinorg est très différent selon les espèces considérées. L'applicabilité des tests de foraminifères planctoniques comme proxy de paléopompe du carbone dans les hautes latitudes dépendrait donc de l'effet exercé par les variations des conditions écologiques, et de la composition de l’assemblage. Cette étude propose une première estimation des budgets Corg et Cinorg produits par les LPF dans l’Océan Indien Austral
Planktonic foraminifera contribute to the marine biological carbon pump by generating organic (cytoplasm) and inorganic (shell) carbon fluxes. In this study, we characterized LPF total abundances, assemblages and test morphometry (minimum diameter) along 19 stations sampled by stratified plankton net (Multinet), during three consecutive austral summers (2012-2014) in the Southern Indian Ocean (30°S-60°S, 50°E-80°E). By demonstrating the efficiency of CPR for LPF sampling, we analysed population dynamic between 19 multinet sampling stations, showing the effect of frontal position on LPF production. To better constrain the impact of those organisms in the biological carbon pump at high latitudes, we have quantified the individual protein-biomass and test calcite mass of more than 2000 LPF. Differences in size-normalized protein-biomass and in size-normalized weight between years, species, and water bodies suggest that environmental parameters affect the production of planktonic foraminifera organic and inorganic carbon to varying degrees. Consequently, planktonic foraminifera are assumed to affect the biological carbon pump, depending on ecological conditions and biological prerequisites. The applicability of planktonic foraminifera tests as proxy of the past biological carbon pump in high latitudes would hence critically depend on the effect exerted by changing in ecological conditions, and the presence of different species. This study proposes a first estimation of planktonic foraminifera Corg and Cinorg standing stock and fluxes in the Southern Indian Ocean

L'Océan est un acteur majeur du climat en échangeant avec l'atmosphère de grandes quantités de carbone. Le carbone atmosphérique est fixé à la surface de l’océan par le phytoplancton qui le transforme en carbone biogène, dont une partie est transportée vers l’océan profond par des mécanismes physiques et biologiques; il s’agit de la Pompe Biologique de Carbone (BCP). Une infime partie de ce carbone biogène atteindra des profondeurs suffisantes pour être séquestré durant plusieurs siècles avant qu'il ne retourne dans l'atmosphère, régulant les concentrations atmosphériques de CO2. Aujourd'hui, nous en savons assez sur la BCP pour reconnaitre son importance dans le climat, mais nos connaissances sur son fonctionnement sont limitées en raison d’un échantillonnage insuffisant des flux de carbone biogène. Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé les flotteurs BioGéoChimique-Argo, plateformes d’observations conçues pour résoudre le problème du sous-échantillonnage, afin d’explorer un mécanisme majeur de la BCP qui est la pompe gravitationnelle. La pompe gravitationnelle est le transport du carbone biogène sous la forme de particules organiques (POC) qui sédimentent de la surface vers l’océan profond. Notre étude de la pompe gravitationnelle se divise en trois axes. Le premier axe consiste au développement d’une méthode pour détecter les floraisons de coccolithophoridés, groupe phytoplanctonique majeur qui a potentiellement un contrôle important sur le transport du POC en profondeur. Le deuxième axe est centré sur la variabilité saisonnière et régionale des flux de POC dans l’Océan Austral, qui est une zone sous-échantillonnée mais dans laquelle plusieurs flotteurs ont été déployés avec une trappe optique à sédiments (OST). Seuls une dizaine de flotteurs sont équipés d’OST, ce qui est faible en comparaison avec l’ensemble de la flotte BGC-Argo (i.e. plusieurs centaines de flotteurs). C’est pourquoi nous avons développé, dans le troisième axe, une méthode pour estimer le flux de POC avec les capteurs standards du programme BGC-Argo. Cette méthode a ensuite été appliquée à une centaine de flotteurs pour décrire la variabilité saisonnière du flux de POC dans de nombreuses régions océaniques. Dans ce travail de thèse, nous mettons également en évidence le lien entre la variabilité des flux et la nature des particules en surface. Par exemple, nous avons calculé des relations entre la composition de la communauté phytoplanctonique et les flux de POC à 1000m. En utilisant ces relations, nous avons ensuite utilisé les observations satellites pour extrapoler les flux de POC à de larges échelles spatiales, comme à l’ensemble de l’Océan Austral et de l’océan global
The ocean plays a key role in the climate by exchanging large quantities of carbon with the atmosphere. Atmospheric carbon is fixed at the ocean surface by phytoplankton that transforms it into biogenic carbon, part of which is transported to the deep ocean by physical and biological mechanisms; this is the Biological Carbon Pump (BCP). A tiny fraction of this biogenic carbon reaches sufficient depths to be sequestered for several centuries before it returns to the atmosphere, thus regulating concentrations of atmospheric CO2. Today, we know enough about the BCP to recognize its importance in climate, but our knowledge of its functioning is limited due to insufficient sampling of biogenic carbon fluxes. Here, we used BioGeoChimical-Argo floats, observational platforms designed to solve the undersampling problem, to explore a major mechanism of the BCP called the gravitational pump. The gravitational pump is the transport of biogenic carbon in the form of organic particles (POC) that sink from the surface into the deep ocean. Our study of the gravitational pump is divided into three axes. The first axis consisted of developing a method to detect blooms of coccolithophores, a major phytoplankton group that potentially has an important control on the transport of POC at depth. The second axis focused on the seasonal and regional variability of POC fluxes in the Southern Ocean, an undersampled area in which several floats have been deployed with an optical sediment trap (OST). Only ten floats were equipped with an OST, which is low compared to the whole BGC-Argo fleet (i.e. several hundred floats). Therefore, in the third axis, we developed a method to estimate the POC flux with the standard sensors of BGC-Argo floats. This method was then applied to hundreds of floats to describe the seasonal variability of the POC flux in many regions. In this study, we also highlighted the link between the POC flux and the nature of surface particles. For example, we calculated relationships between phytoplankton community composition and POC flux at 1000m. Using these relationships, we then used satellite observations to extrapolate POC flux to large spatial scales, such as the entire Southern Ocean and the global ocean