Academic literature on the topic 'Phanérogames marins – Arcachon, Bassin d' (France)'

Les phanérogames marines sont un compartiment biologique fondamental au bon maintien des environnements côtiers grâce aux nombreux services écosystémiques qu’elles fournissent. Au cours des dernières décennies, leur surface a été considérablement réduite à l’échelle mondiale, entraînant la perte de leurs fonctions régulatrices, notamment des conditions hydrodynamiques et des flux sédimentaires. Dans ce contexte, cette thèse s’attache à mieux comprendre la réponse des processus hydro-sédimentaires des lagunes côtières peu profondes au déclin d’espèces intertidales, à travers l’étude régionale de l’effet de la régression des herbiers de zostères (Zostera noltei et Zostera marina) du Bassin d’Arcachon. Cette analyse a été menée grâce à de la modélisation numérique, qui a nécessité de développer et mettre en place une plateforme de modélisation bio-hydro-sédimentaire, constituée de quatre modèles couplés (modèle hydrodynamique, modèle de vagues, modèle de transport sédimentaire et modèle de croissance des zostères), prenant tous en compte l’influence de la végétation. Une attention particulière a été portée à l’implémentation de la végétation dans le modèle de vague et le modèle de transport, en utilisant des approches combinant expériences en laboratoire, de terrain et de la modélisation numérique. Dans un premier temps, l’influence de la régression des herbiers de zostères a été étudiée sur les conditions hydrodynamiques et a révélé d’importantes modifications de l’hydrodynamique tidale et des conditions de vagues, notamment l’intensification des vitesses sur le fond de l’ordre de 100 % et de la hauteur de vagues de 50 % sur les estrans où les herbiers ont le plus décliné. Ensuite, la contribution de la régression des herbiers sur la modification de l’hydrodynamique tidale a été comparée à celle induite par la reconfiguration des Passes, montrant que le déclin des herbiers a été le principal responsable de la modification des vitesses sur les estrans et chenaux à l’intérieur du Bassin. En réponse au déclin de Zostera spp., ainsi qu’à l’intensification des conditions hydrodynamiques qui en a résulté, cet environnement a subi d’importantes modifications de la dynamique sédimentaire. Les flux d’érosion et de dépôt ont été particulièrement impactés par le déclin, générant des concentrations en matières en suspension de 2 à 6 fois plus importantes. La régression des herbiers a également perturbé les échanges sédimentaires entre la lagune et l’océan ouvert, ainsi qu’entre les différentes zones du Bassin, donnant lieu à une redistribution des différentes classes sédimentaires et à la modification de la composition du sédiment superficiel. Les estrans situés le long des côtes ont eu tendance à s’accréter et à s’envaser, alors que les estrans plus centraux ont eu tendance à s’éroder et devenir plus sableux. En particulier, nous avons montré que la régression des herbiers est le principal responsable des évolutions bathymétriques observées à l’intérieur du Bassin. Enfin, l’évolution potentielle des herbiers de zostères a été étudiée à travers différentes conséquences du changement climatique que sont la hausse du niveau marin et l’évolution des températures de l’air et de l’eau. Une attention particulière a été portée à la génération de forçages environnementaux futurs, reproduisant les éventuelles températures et le niveau marin à l’horizon 2050. La biomasse des herbiers a témoigné de réponses contrastées à ces deux processus, très dépendantes de plusieurs facteurs environnementaux (profondeur, exposition à l’hydrodynamique, temps de renouvellement). Nous avons également montré que, plus que l’augmentation des températures moyennes, c’est l’augmentation de la fréquence et de l’intensité des événements extrêmes de température qui devrait être le principal facteur de contrôle des évolutions de biomasse dans le Bassin d’Arcachon
Seagrass meadows provide numerous ecosystem services and constitute a fundamental biological component for the sustainability of coastal environments. Over the past decades, the surface colonized by seagrasses has drastically declined globally, reducing their capacity to regulate hydrodynamic conditions and sediment fluxes. In this context, this work aims to better understand the response of hydro-sedimentary processes to the decline of intertidal seagrass in a shallow coastal lagoon. For this purpose, the Arcachon lagoon (France), extensively colonized by seagrass meadows (Zostera noltei and Zostera marina), was used as a study area. This analysis was conducted through a numerical modeling approach that required the preliminary development and implementation of a hydro-bio-sedimentary modeling platform, consisting of four coupled models (flow model, wave model, sediment transport model, and seagrass growth model), all accounting for the effect of vegetation. Specific attention was paid to the implementation of vegetation in the wave and sediment models, utilizing combined numerical, field, and laboratory experiments. The impact of seagrass decline was first studied on hydrodynamics, revealing significant changes in tidal hydrodynamics and the wave regime, especially an intensification in bottom current velocities by 100% and wave height by 50% on the tidal flats. Further investigation into the relative influence of seagrass decline and morphological evolutions of the inlet on tidal hydrodynamics showed that vegetation loss was the main factor influencing the modification of current velocities inside the lagoon. In response to the decline of Zostera spp. and the subsequent intensification of hydrodynamic conditions, this environment underwent significant changes in sediment dynamics. Modification of erosion and deposition fluxes resulted in suspended sediment concentrations 3 to 6 times higher in the areas where vegetation decreased the most. Seagrass decline also impacted sediment transport between the lagoon and the open ocean, as well as among different areas of the lagoon, leading to the redistribution of the different sediment classes and altering the composition of the seabed sediment. The tidal flats located along the coastlines accreted and became siltier, while those in the center of the lagoon eroded and became sandier. In particular, our results demonstrated that seagrass decline was the primary contributor to the observed bathymetric changes in the lagoon. Finally, potential evolutions of marine phanerogams were investigated, considering various consequences of climate change such as sea level rise and increase of temperature. For this analysis, special consideration was given to generating environmental forcing that reproduces potential temperature and water level conditions by 2050. Seagrass biomass exhibited contrasting responses to these processes, clearly dependent on multiple environmental factors (depth, hydrodynamic exposure, renewal time). We also showed that, beyond global warming, it is the increase in frequency and intensity of extreme temperature events that are expected to induce the most significant changes in seagrass biomass

Les phanérogames marines constituent un compartiment biologique fondamental et fournissent de nombreux services écosystémiques. Comprendre leur évolution et les interactions avec leur environnement physique est un enjeu scientifique majeur à l’échelle mondiale. Dans le bassin d’Arcachon, des herbiers de Zostera noltei (le plus grand d’Europe) et de Zostera marina ont vu leur surfaces régresser fortement ces deux dernières décennies. La régression s’est accompagnée d’une augmentation des concentrations en sédiments en suspension et de modifications morphologiques significatives. Dans ce contexte, et à travers cet exemple régional, les objectifs de la thèse sont de mieux comprendre les causes physiques de la régression des herbiers de zostères et de démêler et de quantifier les conséquences physiques de la régression et les effets de rétrocontrôle.Un monitoring exhaustif des herbiers (suivi des paramètres biologiques, chimiques et physiques sur neuf sites durant une année) a montré d’une part l’extrême variabilité des conditions environnementales auxquelles sont soumis les herbiers de zostères naines du Bassin et d’autre part d’importantes différences démographiques, morphologiques et biochimiques entre les plantes des différents sites. Certaines de ces différences reflètent leur capacité d’adaptation à l’intensité d’un forçage. Un modèle logistique croissance a montré qu’outre la lumière, les paramètres principaux qui contrôlent le développement de Z. noltei à l’échelle du Bassin sont les forçages hydrodynamiques. Toutefois à l’échelle locale, d’autres facteurs tels que la teneur en matière organique ou la microtopographie s’avèrent prépondérants.Dans un second temps, une analyse associant des données historiques et des scénarios de modélisation hydrodynamique a montré que la profondeur maximale colonisée par les deux espèces de zostères avait fortement diminué entre 1989 et 2016, suggérant un effet du manque de lumière sur l’évolution de la distribution des deux espèces. Par ailleurs, il s’est avéré que la régression des zostères naines avait débuté au niveau des zones les plus pentues des estrans, qui correspondent aux rebords des chenaux et sont donc soumises aux courants les plus intenses, suggérant là encore un effet de l’intensité des courants sur la distribution de Z. noltei.Les résultats des simulations numériques ont montré que la régression des deux espèces induit une augmentation importante de l’énergie hydrodynamique, non seulement localement dans les zones où les herbiers ont régressé, mais également à distance, au niveau des chenaux principaux et jusqu’à près de l’embouchure.De plus, les effets hydrodynamiques induits par la régression initiale de Z. marina (1989-2007) ont contribué à la première phase du déclin des herbiers de Z. noltei. Ces résultats confirment en partie l’hypothèse que des processus de rétrocontrôle entre hydrodynamique et régression des herbiers de zostères sont intervenus au cours de la première phase du déclin des zostères. Par ailleurs, les conséquences hydrodynamiques directes de la première phase de régression des deux espèces (1989-2007) expliquent plus de 75 % de la seconde phase de régression de Z. noltei (2007-2012). Ces résultats confirment pleinement l’existence des processus de rétrocontrôle et met en évidence leur rôle prépondérant sur la dynamique des herbiers de Z. noltei.En ce qui concerne Z. marina, il apparaît enfin que les conditions actuelles ne permettent pas sa reconquête des zones d’où elle a disparu. Au contraire, du fait de sa position intertidale la rendant moins sensible aux fortes turbidités, Z. noltei pourrait recoloniser un certain nombre d’estrans qui leur sont favorables sur le plan hydrodynamique. Ce processus de recolonisation, conduisant à une réduction de l’énergie hydrodynamique et à l’amélioration locale des conditions lumineuses, pourrait s’auto-amplifier de proche en proche et favoriser la reprise de Z. marina dans les chenaux
Seagrass meadows are a fundamental biological component and provide many ecosystem services in coastal areas. Understanding their evolution and interactions with their physical environment is a major scientific issue. In Arcachon Bay, seagrass meadows of Zostera notlei (the largest in Europe) and Zostera marina have sharply regressed over the last two decades. In the meantime, an increase in suspended sediment concentrations and significant morphological changes were observed. Based on this regional case study, the objectives of this thesis are to better underestand the physical causes of seagrass bed regression, and also to quantify the physical consequences of the egression and possible feedback processes.An extensive monitoring of biological, chemical and physical parameters at nine sites during one year showed the extreme variability of the environmental conditions to which the Z. noltei beds are subject in Arcachon Bay, the important demographic, morphological and biochemical differences between plants of different sites. Some of these differences reflect their ability to adapt to the intensity of a forcing. A logistic growth model has shown that in addition to light, the main parameters that control the development of Z. noltei at the scale of the bay are hydrodynamic forcing. However, at the local scale, other factors such as organic matter content or microtopography may be predominant.In a second step, an analysis combining historical data and hydrodynamic modelling scenarios showed that the maximum depth colonized by the two species of seagrass strongly declined between 1989 and 2016. This analysis suggests that lack of light had an effect on the evolution of the distribution of the two species. In addition, it was found that the regression of Z. noltei began on the steepest areas of the tidal flat, which correspond to the edges of the channels and were therefore subject to the most intense currents, suggesting again an effect of intensity of currents on the distribution of Z. noltei.The results of numerical simulations showed that the regression of both species induces a significant increase in hydrodynamic energy, not only locally in areas where the seagrass have declined, but also remotely, at the level of main channels and up to near the mouth.In addition, the hydrodynamic effects induced by the initial regression of Z. Marina (1989-2007) contributed to the first phase of the decline of Z. noltei meadows. These results partially confirm the hypothesis that feedback processes between hydrodynamics and regression of seagrass beds occurred during the first stage of seagrass decline. Furthermore, the direct hydrodynamic consequences of the first regression phase of the two species (1989-2007) accounted for more than 75% of the second regression phase of Z. noltei (2007-2012). These results fully confirm the existence of feedback processes and highlight their predominant role in the dynamics of Z. noltei meadows.As far as Z. marina is concerned, it finally appears that the current conditions do not allow colonization of the areas from which it disappeared. On the contrary, due to its intertidal position making it less susceptible to high turbidity, Z. noltei could recolonize some tidal flats that present favourable hydrodynamic conditions. This process of recolonization, leading to a reduction of the hydrodynamic energy and to the local improvement of the light conditions, could self-amplify by adjaceting to each other and then promote the recovery of Z. marina in the channels

Cette thèse visait l’étude des micro-environnements géochimiques créés par la présence de l’herbier de Zostera noltei et de son réseau racinaire dans le Bassin d’Arcachon ainsi que ses effets 1) sur l’écologie des foraminifères benthiques, un groupe d’organismes présent en grand nombre dans les sédiments et dont l’influence sur les cycles biogéochimiques reste mal connue et 2) sur les espèces chimiques et les flux benthiques associés. Pour y répondre, une stratégie multidisciplinaire a été mise en place. L’étude écologique des foraminifères benthiques à l’échelle centimétrique, conduite dans des sédiments avec et sans végétation en février et juillet 2011, a montré la présence de trois espèces majeures aux métabolismes spécifiques. L’herbier de Zostera noltei semble influencer la densité et la profondeur de vie des espèces calcaires hétérotrophe (Ammonia tepida) et mixotrophe (Haynesina germanica), présentes près de la surface des sédiments. La troisième espèce (Eggerella scabra), au métabolisme anaérobie encore inconnu, est retrouvée sur au moins 7 cm de sédiment et semble préférer le carbone organique issu de la dégradation de l’herbier. En surface, la contribution des foraminifères à la reminéralisation aérobie a été évaluée à 7 % soit 5 fois plus que lors des études précédentes dans d’autres environnements marins. La présence de l’herbier influence également la géochimie du sédiment où des structures enrichies en fer dissous et appauvries en sulfure sont observables en 2D grâce aux gels DET-DGT développés ici. Le phosphate dissous semble dépendre de la demande des zostères et est observé à forte concentration uniquement sous forme de spots. Une tranche de sédiment, prélevée en vis-à-vis du gel DET-DGT visait la réalisation de cartes de la phase solide et de la densité des foraminifères. Bien que ce travail reste inachevé, des méthodes comme la micro-fluorescence et la micro-tomographie aux rayons X donnent des perspectives prometteuses. De nouvelles voies de recherches ont ainsi été ouvertes grâce à des méthodologies innovantes combinant physiologie, écologie et géochimie
This thesis aimed to study the geochemical microenvironments created by Zostera noltei meadows and its root system in Arcachon Basin and to evaluate the effect of these microenvironments 1) on living benthic foraminifera ecology, a group of organisms present in large densities in sediment which impact on marine biogeochemical cycles remain poorly known and 2) on the chemical species and associated benthic fluxes. To fulfill these objectives, a multidisciplinary strategy was developed. The study of benthic foraminiferal ecology at centimeter scale, conducted in sediments with or without vegetation in February and July 2011, has shown the presence of three major species with specific metabolisms. Zostera noltei meadows seem to influence the densities and the living depth of heterotrophic (Ammonia tepida) and mixotrophic (Haynesina germanica) calcareous species, present in the sediment surface. The third species (Eggerella Scabra), which anaerobic metabolism is still to discover, is found throughout the sedimentary column and seems to prefer the organic matter coming from the degradation of the seagrass. In surface sediment, the contribution of these three species to aerobic remineralization was estimated at 7%, i.e. 5 times more than the maximum rates previously recorded in marine environments. The presence of the seagrass also influences geochemistry where enriched iron and depleted sulfide structures are observable in 2D thanks to DET-DGT gels developed here. Dissolved phosphorus depended on seagrass uptake and was highly concentrated only as scattered spots. A slice of sediment, taken face to face with the DET-DGT gel, was also conducted during this study aiming to map the solid phase and foraminiferal density. Despite this work is still in progress, methods such as X-ray microfluorescence and microtomography showed promising perspectives. New research pathways have been opened through technological developments and innovative approaches combining physiology, ecology, and geochemistry

Le plastique est un matériel peu cher, léger et résistant, ce qui l’a rendu rapidement indispensable dans tous types de secteurs tel que celui de l’emballage alimentaire, du médicale ou encore de l’automobile et du bâtiment. Néanmoins, ces extraordinaires propriétés ont aussi contribué à son actuelle omniprésence dans l’environnement marin, de manière parfois insidieuse. En effet, une fraction souvent invisible à l’œil nu, nommée microplastique (MP) est aujourd’hui étudiée avec intérêt. Les MP sont principalement définis par une taille inférieure à 5 mm, bien que la limite inférieure soit encore discutée au sein de la communauté. Dans le même temps, d’autres types de particules manufacturées par l’homme sont de plus en plus fréquemment décrites, tel que des fragments caoutchouteux noirs ou des fibres. Ces particules anthropiques (AP), MP inclus, ont été détectées dans l’ensemble des compartiments aquatiques (e.g. eau de surface et colonne d’eau) et le compartiment sédimentaire (e.g. plages, sédiments subtidaux et intertidaux) et dans un grand nombre d’espèces dans toutes les régions océaniques. Cependant, leur présence n’est pas anodine car les MP peuvent modifier certains cycles géochimiques, mais aussi biologiques. Par exemple, du fait de leur petite taille, ils peuvent interagir avec une très large gamme d’espèces aquatiques allant du zooplancton aux cétacés. Hors, dans le Bassin d’Arcachon, une pression anthropique importante découle de l’attractivité et de la richesse de cette lagune (e.g. pêche, conchyliculture et tourisme). Par ailleurs, ce système lagunaire est complexe de par sa morphologie (e.g. chenaux et zones intertidales) et son fonctionnement hydrodynamique est marqué principalement par les marées. Ainsi, ce projet de recherche doctoral a permis d’établir un état des lieux de la contamination par les MP et autres particules anthropiques au sein du Bassin d’Arcachon (notamment des fibres). Plus particulièrement, nous avons 1) quantifié et caractérisé les AP et MP présents dans différents compartiments de cette lagune (eau de surface, colonne d’eau, sédiment intertidaux, laisse de mer, organismes aquatiques), 2) déterminé leur distribution spatiale (depuis la zone océanique jusqu’aux limites continentales du bassin) et exploré la dynamique de leur transport entre les compartiments, 3) caractérisé l’évolution temporelle de la contamination au sein de ces compartiments
As a cheap, light and resistant material, plastic rapidly became unavoidable in many sectors such as packaging, medical, automobile or building ones. However, theses extraordinary properties contribute to its ubiquity in marine environments, and sometime in an insidious way. Indeed, there is a fraction invisible to the naked eyes, named microplastic (MP), that draw researchers’ attention. They are commonly described by an upper limit size of 5 mm, yet the lower size limit is still under discussion. Meantime, other types of manufactured particles are more and more described, such as black rubbery fragments and fibers. These anthropogenic particles (AP) were already detected in marine compartments of all regions, from sea surface to bottom sediments by the way of beach, water column and living organisms. Nevertheless, MP contamination could be associated to impairment of geochemical cycles and biologic ones. Actually, because they are small-sized, MP can be ingested by a wide range of marine organisms (from zooplankton to cetacean). Additionally, the Arcachon Bay area supports important and diverse anthropogenic activities such as fishing, shellfish farming and mass tourism. Additionally, the lagoon have a complex morphology (e.g. intertidal areas and passes) and its hydrodynamic is mainly driven by tide. Thus, this project describes AP and MP contaminations in the Arcachon Bay, such as the one caused by fibers. Specifically, we were able to 1) quantify and characterize AP and MP contamination in nine compartments of this lagoon (sea surface, water column, wastewater effluent, intertidal sediment, high tide line, marine species), 2) describe their spatial distribution (from the oceanic zone to the inner-bay part) and explore transport dynamic between compartments, 3) characterize temporal evolution of the contamination within the studied compartments

Les processus biogéochimiques benthiques liés à la dégradation de la matière organique sont étudiés depuis 30 ans. Beaucoup de travaux ont mesuré soit un grand nombre de paramètres sur quelques carottes, soit un nombre restreint de paramètres sur de nombreuses carottes. Dans le Golfe de Gascogne, 29 paramètres diagénétiques sont étudiés à de multiples stations depuis 1997 et dans le Bassin d’Arcachon depuis 2005. Ainsi la banque de données biogéochimiques benthiques constituée est actuellement la plus importante à notre connaissance. Les similarités et divergences entre l’environnement côtier de la lagune mésotidale d’Arcachon et la marge continentale du Golfe de Gascogne ont pu être discutées. Une étude de l’hétérogénéité spatiale à l’échelle de l’échantillonnage a permis de préciser la méthodologie d’échantillonnage dans le Bassin d’Arcachon et de discuter de la représentativité saisonnière des données de la banque de données du Golfe de Gascogne. Les carottes de la banque de données ne peuvent pas être réellement interprétées en terme de variabilité saisonnière, alors qu’une saisonnalité des apports a bien été mise en évidence par l’étude des particules en suspension dans la colonne d’eau. L’oxygène dissous est très sensible à la variabilité de ces apports et l’étude de sa distribution à l’aide de la banque de données du Golfe de Gascogne, ainsi que des teneurs en carbone organique particulaire (COP) montre que les flux de matière organique labile représentent la plus grande partie du carbone exporté au fond et que, pour une zone géographique peu étendue comme le Golfe de Gascogne, l’efficacité d’enfouissement du COP varie de 50% à 10%. La banque de données a également permis l’étude de la géochimie benthique du manganèse, ce qui a donné l’occasion de proposer une méthode de calcul du taux d’accumulation sédimentaire basée sur la géochimie de cet élément à l’état stationnaire. Enfin, des carottes longues réalisées dans les deux environnements ont permis de caractériser les processus diagénétiques anoxiques profonds dans un environnement à l’état stationnaire (le Golfe de Gascogne) et un autre à l’état transitoire (le Bassin d’Arcachon)
Benthic biogeochemical processes due to organic matter degradation have been studied for 30 years. Many works have investigated either multiple parameters on a few cores, or a couple of parameters on numerous cores. In the Bay of Biscay, 29 diagenetic parameters have been investigated at numerous stations since 1997, and in Arcachon Bay since 2005. Thereby, our benthic biogeochemical database is currently the most important to our knowledge. Similarities and differences between the coastal mesotidal lagoon of the Arcachon Bay and the continental margin of the Bay of Biscay have been discussed. Study of sampling-scale spatial heterogeneity has clarified the sampling methodology in the Arcachon Bay and allowed to consider the question of data seasonal signal in the Bay of Biscay database. The cores of the database cannot really be interpreted in terms of seasonal variability, while a seasonal signal has been demonstrated by the study of suspended particles in the water column. Dissolved oxygen is very sensitive to the variability of these inputs. Oxygen distributions and particulate organic carbon (POC) contents from Bay of Biscay database shows that labile organic matter flux represents most of the carbon exported to the bottom. The burial efficiency of POC varies from 50% to 10% for a narrow geographical area like the Bay of Biscay. The database has also allowed the study of benthic geochemistry of manganese, which has provided a method for the determination of mass accumulation rate based on the steady state. Finally, piston cores have been used to characterize the deep anoxic diagenetic processes in a steady state (Bay of Biscay) and a transition state (Arcachon Bay) environment