Littérature scientifique sur le sujet « Communautés phytoplanctoniques »

Quatre bioessais in vitro ont été réalisés pour évaluer la réponse des communautés phytoplanctoniques naturelles à différentes concentrations de zinc (2,5; 10; 20 - 25 et 40 - 50 mg.l-1). Les essais réalisés au cours des quatre saisons , ont été menés en conditions contrôlées pendant un mois avec des échantillonnages tous les 2-3 jours. La réponse algale fut variable selon la saison et dépendante des concentrations en Zinc, des espèces algales, de la densité de l' inoculum et de la température. 2,5 et 10 mg Zinc.l-1 dans le milieu de culture ont stimulé la croissance de certaines diatomées; à une concentration de Zinc de 20-25 mg.l-1Chlorella vulgaris (Chlorophyceae) s'est particulièrement développée, et, dans des systèmes contenant 40-50 mg Zinc.l-1 une mortalité importante a été généralement trouvée, à l'exception de Chlorella vulgaris et de quelques espèces de diatomées qui se sont montrées tolérantes au zinc: Cyclotella meneghiniana, Gomphonema parvulum, Navicula sp., Nitzschia palea, Nitzschia sp., Pinnularia biceps, Synedra acus et Synedra ulna var. amphirrhynchus. Les Cyanophyceae, les Euglenophyceae, les Tribophyceae, les Chrysophyceae, les Zygophyceae et les Dinophyceae ont été particulièrement sensibles. En présence d' inoculums abondants, la sensibilité au Zinc a été observée à partir de 25 mg.l-1 (automne-20°C, printemps-20°C et été-25°C); par contre, en présence d'inoculums peu denses, elle est apparue dès 10 mg.l-1 (hiver-15°C). De manière générale, à mesure que la concentration de Zinc augmentait, Chlorella vulgaris Biej. est devenue graduellement, le taxon dominant; ce qui a eu pour conséquence une diminution de la diversité du système algal testé. Des communautés plus simples se sont alors développées, dominées presque toutes par des espèces tolérantes au Zinc.

L'abondance des communautés bactériennes et phytoplanctoniques et l'activité bactérivore des phytoflagellés ont été mesurées à différentes profondeurs de mars à décembre 1998, dans une retenue de barrage (Allal El Fassi, Maroc). L'abondance des communautés bactériennes, essentiellement constituées de cellules libres de forme sphérique, a fluctué de 1,0 à 9,8·106 cellules·mL-1. À toutes les profondeurs, les plus fortes valeurs ont été mesurées au printemps, avec la mise en place de la stratification thermique et le développement de la diatomée centrique Cyclotella oceallata. Le nombre de bactéries baisse de manière notable en été et augmente légèrement au cours de l'automne, alors que deux Chrysophycées (Dinobryon sertularia et D. cylindricum) dominaient la communauté algale, accompagnées de deux Dinophycées (Peridinium cinctum et Ceratium hirundinella) et d'une Cryptophycée (Cryptomonas ovata). À l'aide d'expériences de broutage utilisant un traceur bactérien, nous avons pu mesurer une activité bactérivore chez les cinq espèces d'algues citées. L'impact de la prédation de l'ensemble de cette communauté de phytoflagellés mixotrophes a varié de 1,2 à 357·104·bactéries·L-1 ·h-1, 81 % de cet impact étant lié à l'activité des deux Chrysophycées, contre seulement 12 % pour les deux Dinophycées et 7 % pour la Cryptophycée. L'ensemble des résultats acquis au cours de cette étude laissent donc supposer que le rôle des phytoflagellés mixotrophes est essentiel dans le fonctionnement du réseau trophique microbien du réservoir Allal El Fassi, notamment dans la régulation des peuplements bactériens se développant en automne.

Nous présentons une revue bibliographique à propos des effets des herbicides inhibiteurs du Photosystème II (PS II) sur les communautés algales. Ces herbicides sont abondamment utilisés dans les pratiques phytosanitaires. Ils sont susceptibles de contaminer les milieux aquatiques et, étant donné leur mode d'action inhibitrice de la photosynthèse, ils peuvent agir directement sur les algues. De nombreuses études ont été réalisées afin d'évaluer l'impact des contaminations par ces herbicides sur les microphytes, en particulier leur effet sur la croissance et la physiologie de certaines algues (monocultures en laboratoire). D'autres études expérimentales et quelques rares in situ, ont porté sur l'impact des herbicides inhibiteurs de la photosynthèse sur la structure des peuplements algaux. Certaines tendances ont pu être ainsi dégagées quant à la sensibilité et la résistance aux herbicides des différentes espèces étudiées soit isolément, soit au sein des peuplements. Les herbicides inhibiteurs du PS II perturbent effectivement la structure des peuplements phytoplanctoniques de façon plus ou moins marquée. L'impact des herbicides sur les algues est variable selon la structure des peuplements (liée aux successions) et les paramètres environnementaux, notamment liés à la saison. Nous devons donc développer nos connaissances à propos des interactions entre toxiques et facteurs environnementaux sur des pas de temps correspondant non seulement aux rythmes des contaminations mais aussi aux rythmes des succesions alagles, car ces interactions sont susceptibles de réduire ou d'amplifier les conséquences d'une pollution par ces toxiques dans les milieux aquatiques.

Le plancton végétal et animal a été analysé dans différents bassins de la saline de Sfax (Tunisie), entre le mois d'août 1999 et le mois de mai 2000. Des communautés diversifiées de phyto- et de zooplancton ont été observées. Quelle que soit la saison considérée, la structure des peuplements phytoplanctoniques se caractérise par la dominance de diatomées dans les bassins primaires de la saline (salinité < 200 ‰), suivie d'une dominance de dinoflagellés dans les bassins intermédiaires (salinité 200-300 ‰), et d'un développement quasi-monospécifique de la chlorophycée Dunaliella salina dans les bassins terminaux où cristallise et se dépose la production saline (salinité > 300 ‰). En ce qui concerne le zooplancton (> 20 µm), les crustacés (copépodes) et les rotifères dominent en été et en automne dans les bassins primaires, suivis des protozoaires ciliés en hiver dans les bassins intermédiaires, et du phyllopode Artemia qui représente l'essentiel du zooplancton dans les bassins terminaux et atteint une abondance maximale au printemps. Les résultats de cette étude permettent de penser que la salinité, dont les effets sont accentués dans les zones arides, représente, probablement en conjonction avec les ressources, un paramètre déterminant et sélectif pour la diversité et la dynamique des peuplements planctoniques dans la saline de Sfax et les marais salants en général.

Au Sénégal, les Aires Marines Protégées (AMP) ont été mises en place pour une meilleure gestion des ressources halieutiques. Aujourd’hui, ces AMP sont confrontées à divers problèmes dont la pollution qui impacte négativement sur leur état de santé. Cette étude a pour objectif de mettre en place une situation de référence de la diversité phytoplanctonique dans l’AMP de Sangomar pour une meilleure gestion de conservation. Des prélèvements d’échantillons de phytoplanctons accompagnés par des mesures de paramètres hydrologiques (température, salinité, oxygène dissous, pH et la transparence), ont été faits dans différentes stations de l’AMP entre Novembre 2021 et Novembre 2022. La diversité et l’abondance du phytoplancton ont été suivies. L’analyse des résultats a montré que la salinité, le pH et l’oxygène dissous sont significativement influencés par la saison tandis que ces variations ne sont pas significatives entre les stations. L’exploitation des prélèvements de phytoplancton a permis de recenser 241 espèces, pour toutes stations et saisons confondues. Ces espèces sont dominées par les Bacillariophytes (189 espèces) et les Dinophytes (37 espèces). La richesse spécifique contrairement à l’abondance du phytoplancton a été plus importante durant la saison sèche avec 207 espèces contre 161 durant la saison des pluies. Les résultats obtenus des indices de diversité de Shannon et de Piélou traduisent une faible diversité et une répartition non équitable des individus au sein des communautés phytoplanctoniques. English title: Characterization of phytoplankton diversity and abundance in the Sangomar/Senegal Marine Protected Area In Senegal, Marine Protected Areas (MPAs) have been set up to improve the management of fishery resources. Today, these MPAs are faced with various problems, including pollution, which has a negative impact on their state of health. The aim of this study is to establish a baseline of phytoplankton diversity in the Sangomar MPA for better conservation management. Phytoplankton sampling, accompanied by measurements of hydrological parameters (temperature, salinity, dissolved oxygen, pH and transparency), were carried out at various MPA stations between November 2021 and November 2022. Phytoplankton diversity and abundance were also monitored. Analysis of the results showed that salinity, pH and dissolved oxygen were significantly influenced by the season, while these variations were not significant between stations. Phytoplankton sampling revealed 241 species for all stations and seasons combined. These species are dominated by Bacillariophytes (189 species) and Dinophytes (37 species). Specific richness, as opposed to phytoplankton abundance, was higher during the dry season, with 207 species compared with 161 during the rainy season. The results obtained from the Shannon and Piélou diversity indices reflect low diversity and a non-equitable distribution of individuals within phytoplankton communities.

Résumé Le suivi environnemental d’une communauté phytoplanctonique lors de l’imposition d’un stress toxique requiert l’utilisation d’indices écotoxicologiques à la fois rapides et sensibles. Dans ce contexte, une série d’expériences en laboratoire et en mésocosmes de 3,5 m3 a été réalisée afin d’établir l’intérêt de deux indices: (!) la fluorescence algale, avant et après empoisonnement avec le DCMU, et (ii) les variations de pH comme indicateurs de toxicité en présence de pétrole dispersé. Ces deux indices se sont révélés capables de suivre l’évolution de l’activité algale sous des conditions expérimentales reflétant l’hiver et le printemps dans les eaux du fleuve Saint-Laurent et des concentrations de pétrole variables. L’indice de fluorescence utilisé, reflet du potentiel photosynthétique, augmente en présence d’une forte croissance algale mais diminue à de très faibles valeurs dans les réservoirs fortement intoxiqués. Le pH subit aussi une augmentation lorsque la croissance phytoplanctonique, ou plus exactement le bilan net photosynthèse-respiration est positif, alors que la toxicité des produits pétroliers est reflétée par une diminution ou une stabilisation du pH. Les effets d’une contamination pétrolière ainsi que les possibilités d’application de ces méthodes sur le terrain et en laboratoire sont discutés.

Le Lac Saint-Jean est un réservoir hydroélectrique ayant une superficie de 1 053 km2 et une profondeur moyenne de 6 m. Ses eaux se renouvellent de quatre à cinq fois par année, dont deux fois durant la saison printanière. Entre juin et octobre, l'épaisseur de la couche photique du lac est environ de 4 m et la thermocline est presque toujours plus profonde que 20 m avec une température moyenne saisonnière de 16°C. Les éléments nutritifs (phosphates et nitrates) demeurent à un niveau très bas durant toute la saison. Le taux moyen de chlorophylle a est de 1,3 mg m-3 avec des valeurs maximales de 3 à 4 mg m-3. Le coefficient de corrélation entre la chl. a et la température, pour l'ensemble des données du lac, est de 0,56 (p<0,01). La communauté phytoplanctonique (>20 µm) compte environ vingt espèces mais la dominance est assurée seulement par les Diatomées Asterionella formosa et Tabellaria flocculosa. Ces deux espèces représentent plus de 90 % de tous les organismes entre juin et octobre. D'autres espèces comme Melosira (Aulacoseira) distans, M. islandica et M. ambigua ne sont importantes qu'au début de juin tandis qu'Anabaena flos-aquae ne l'est qu'à la mi-juillet. La communauté zooplanctonique regroupe 17 espèces réparties en 4 catégories : Copépodes, Cladocères, Rotifères et Protozoaires. À partir de la mi-juillet, le zooplancton est surtout dominé par le Rotifère Polyarthra vulgaris et par le Protozoaire Codonella cratera. Ayant des cycles vitaux relativement courts, ces deux espèces forment à elles seules entre 65 et 82% de tous les individus. Dans les 5 premiers mètres de la colonne d'eau, le coefficient de corrélation entre la densité de ces deux espèces est de 0,55, (p<0,01). La variabilité spatio-temporelle des biomasses et la distribution des organismes planctoniques du lac sont influencées par l'hydrodynamique de l'écosystème, particulièrement par les variations saisonnières du débit qui influent sur les nutriments, la température et également par le brassage intense qui maintient la thermocline à un niveau au-dessous de 20 m.

L’étude portait sur l’évaluation de la qualité de l’eau du lac Ahémé au moyen des communautés planctoniques. Cette étude a été initiée suite aux travaux d’assainissements du plan d’eau menés par l’Agence pour le Développement intégré de la zone Economique du Lac Ahémé et de ses Chenaux (ADELAC). Les échantillonnages se sont déroulés en juillet 2020 sur quatre points définis sur le lac. L’inventaire et l’évaluation de la biomasse ont été réalisés grâce aux observations microscopiques et clés d’identification des taxons. L’inventaire des espèces a révélé 22 espèces de phytoplancton appartenant à 04 classes et 13 espèces de zooplancton réparties en 03 groupes. Il ressort de l’évaluation de la biomasse phytoplanctonique que les Diatomophycées présentent la plus forte densité (862 individus/L) et les Chlorophycées la plus faible (3 individus/L). Quant au zooplancton, les Copépodes sont plus abondants (118 individus/L) et les Cladocères les moins (3 individus/L). L’indice planctonique (3 – 15.25) a montré que le lac est oligotrophe au niveau des quatre sites échantillonnés. Selon la grille de qualité des eaux, l’oligotrophie traduit une bonne qualité de l’eau du lac. Par comparaison aux études antérieures, la qualité de l’eau s’est améliorée suite à l’assainissement opéré. Cette avancée doit être préservée à travers des actions de gestion durable du lac. The study concerns the evaluation of the water quality of Lake Ahémé by plankton communities and was initiated following the sanitation works carried out by the Agency for the Integrated Development of the Economic Zone of Lake Ahémé and its Channels (ADELAC). The work was done in July 2020 on four defined points on the lake. The inventory and the evaluation of the biomass were carried out thanks to microscopic observations and identification of taxa’s keys. The species inventory revealed 22 phytoplankton species belonging to 04 classes and 13 zooplankton species divided into 03 groups. The evaluation of the phytoplankton biomass shows that Diatomophyceae have the highest density (862 individuals/L) and Chlorophyceae the lowest (3 individuals/L). As for the zooplankton, Copepods are the most abundant (118 individuals/L) and Cladocerans the least (3 individuals/L). The planktonic index (3 - 15.25) showed that the lake is oligotrophic at the four sampled sites. According to the water quality grid, oligotrophy reflects good water quality. Compared to previous studies, the water quality has improved following the sanitation operation. This progress must be preserved through actions to protect the lake.

L’océan Arctique subit actuellement des modifications majeures et abruptes dans ces compartiments atmosphériques et océaniques reliées au changement climatique. Les premières conséquences écologiques à la perte de la glace de mer sont indéniables, telles qu’une augmentation globale de la production primaire (PP) annuelle à travers l’Arctique. Cependant, dans certaines régions, des études suggèrent plutôt une perte de productivité en réponse à une intensification locale de la stratification verticale. La réponse des communautés arctiques phytoplanctoniques au changement climatique reste toujours une question d’actualité complexe et incertaine, ayant de potentiels impacts sur l’ensemble des niveaux trophiques des écosystèmes marins. L’objectif premier de cette thèse se concentre sur cette problématique, avec une emphase particulière sur la biogéographie, la phénologie (c.-à-d., l’étude des cycles biologiques récurrents annuels) et la productivité des communautés phytoplanctoniques arctiques. Plus spécifiquement, cette étude s’appuie sur deux approches de recherche complémentaires : (1) la compilation et l’analyse de bases de données historiques traitant de la répartition verticale et spatiale, de la productivité et de l’écologie du phytoplancton arctique, et de (2) l’utilisation de la télédétection pour décrire la biogéographie, la phénologie et les changements en cours au niveau des communautés phytoplanctoniques arctiques. Basée sur une compilation inédite de profils verticaux de chlorophylle a (chl a; c.-à-d., 5206 stations), nous avons documenté la variabilité spatio-temporelle de la répartition verticale du phytoplancton et des différents régimes de productivité (de régions oligotrophes à eutrophes) pour l’ensemble de l’océan Arctique. Un modèle empirique a également pu être développé prédisant la répartition verticale de la chl a basée sur les valeurs de chl a de surface en fonction des saisons et des provinces biogéographiques de l’océan Arctique. Ce modèle nous a permis d’améliorer les estimations satellitales de la PP, mais aussi de mieux comprendre l’écologie et la phénologie des communautés phytoplanctoniques. Un intérêt particulier s’est porté sur les mécanismes de formation et de maintien des maxima de chlorophylle de subsurface (MCS) et de leur contribution à la PP annuelle. Par leur position verticale dictée par les profondeurs combinées de la nitracline et des masses d’eaux atlantiques (dans l’Arctique de l’Est) et pacifiques (dans l’Arctique de l’Ouest), ces MCSs contribuent significativement à la PP principalement dans les régions oligotrophes et lors des périodes de post-floraison. Dans un second temps, l’utilisation de la télédétection nous a révélé une conséquence inattendue du recul de la glace de mer en Arctique au niveau de la phénologie du phytoplancton arctique. Les régions qui avaient une seule floraison annuelle il y a seulement une dizaine d’années, développent maintenant une deuxième floraison à l’automne. Cette nouvelle floraison, qui coïncide avec le retard de la prise des glaces et à l’exposition accrue de la surface de l’océan aux vents automnaux, implique que l’océan Arctique pourrait passer d’un mode polaire à un mode boréal. Des scénarios biogéographiques du devenir de la PP annuelle, étroitement liés à la phénologie, peuvent ainsi être définis en réponse au retrait du couvert de glace de mer. Ces prédictions nous aideront à mieux appréhender de possibles changements au niveau des communautés phytoplanctoniques, pouvant engendrer par la suite des répercussions sur le cycle du carbone et les écosystèmes marins arctiques.
The Arctic Ocean is currently experiencing major and abrupt changes in its atmospheric and oceanic compartments due to climate change. The first emerging ecological consequences to the loss of sea ice are undeniable, such as increasing annual primary production (PP) globally in the Arctic Ocean. However, in some areas, studies suggest a decrease in productivity in response to a local intensification of the vertical stratification of the upper water column. The response of phytoplankton communities to climate change remains complex and difficult to predict, with potential dramatic impacts extending through all trophic levels of marine ecosystems. The primary objective of this thesis explores this fundamental question, with a particular emphasis on biogeography, phenology (i.e., the study of annual recurring biological cycles) and productivity of Arctic phytoplankton communities. More specifically, this study is based on two complementary research approaches: (1) the compilation and analysis of historical databases covering the vertical and spatial distribution, productivity and ecology of Arctic phytoplankton, and (2) the use of remote sensing data describing the biogeography, phenology and ongoing changes in Arctic phytoplankton communities. Based on a unique compilation of vertical profiles of chlorophyll a (chl a; i.e., 5206 stations), we documented the spatio-temporal variability of the vertical distribution of phytoplankton and the range of productivity regimes (from oligotrophic to eutrophic regions) across the Arctic Ocean. An empirical model has also been developed to predict the vertical distribution of chl a based on surface chl a values depending on season and the province of the Arctic Ocean. The benefits of this model allow us to improve satellite-derived PP estimates and improve our understanding of the ecology and phenology of phytoplankton communities. Particular attention has been focused on the mechanisms of formation and maintenance of subsurface chlorophyll maximum (SCM) and their contribution to annual PP. On account of their vertical position, dictated by the depths of both the nitracline and Atlantic (in the Eastern Arctic) and Pacific (in the Western Arctic) waters, these SCMs appear important to PP, particularly in oligotrophic regions and during post-bloom periods. In a second step, the use of remote sensing could reveal an unexpected consequence of Arctic ice loss on Arctic phytoplankton. Regions that experienced a single annual bloom only a decade ago now develop a second bloom in the fall. This new bloom, which coincides with delayed freeze-up and increasing exposure of the sea surface to winds in the fall, implies that the Arctic Ocean may be shifting from a polar to a temperate mode. Biogeographic scenarios for the future of the annual PP, which is closely related to phenology, can thus be defined in response to the current receding sea-ice cover. These predictions will allow us to better anticipate the possible changes in phytoplankton productivity and community structure and the potential cascading repercussions on the carbon cycle and marine Arctic ecosystems.

La concentration en chlorophylle a, habituellement utilisée dans les modèles écosystèmiques marins pour l’estimation de la production primaire (PP), ne donne qu’une image figée du compartiment phytoplanctonique. Or, tous les niveaux trophiques pris en compte au sein des modèles reposent sur la PP. Ainsi, une bonne modélisation des réseaux trophiques en Manche nécessite une estimation fiable de la PP sur l’ensemble de l’écosystème. Afin de suivre la dynamique de la PP à haute échelle spatio-temporelle, des campagnes en mer ont été effectuées à bord de ferries (Brittany Ferries), en Manche centrale sur la ligne Ouistreham (Fr)/Porstmouth (GB), et en Manche occidentale sur la ligne Roscoff (Fr)/Plymouth (GB). Afin de mesurer à haute fréquence les paramètres photosynthétiques, des mesures de PAM ont été réalisées. Ces mesures ont été couplées à celles des paramètres physico-chimiques, afin de définir les paramètres contrôlant la PP en Manche. D’autre part, les espèces pico, nano et microphytoplanctoniques ont été identifiées dans le but d’étudier le lien entre variabilité de la communauté, diversité et niveau de production et de productivité. Sur le transect Ouistreham/Portsmouth, ces mesures ont été couplées à des mesures d’incorporation de carbone (13C) à basse fréquence. La combinaison des données PAM aux données 13C a permis de créer un modèle multi-paramétrique, transformant les données PAM en données d’incorporation de carbone, en fonction de paramètres physico-chimiques et biologiques. Cette approche a également été menée en laboratoire sur des espèces phytoplanctoniques
The chlorophyll a concentration, usually used in marine ecosystemic models for the estimation of primary production (PP), merely gives a fixed image of the phytoplankton compartment. Yet, all trophic levels taken into account within the models depend on the PP. Thus, a good modelisation of food webs in the English Channel requires a reliable estimation of PP on the whole ecosystem. In order to follow the PP dynamics at a high spatio-temporal scale, surveys have been conducted onboard ferry boats (Britanny Ferries), in the central English Channel on the Ouistreham (Fr)/Portsmouth (GB) transect, and in the occidental English Channel on the Roscoff (Fr)/Portsmouth (GB) transect. In order to measure the photosynthetic parameters at a high frequency, PAM measurements have been carried out. On the one hand, these measurements have been associated to the measurements of physicochemical parameters, with a view to define which parameters controlled the PP in the English Channel. On the other hand, pico, nano and microphytoplankton species have been identified in order to study the link between the variability of the community, the diversity, and the production and productivity levels. On the Ouistreham/Portsmouth transect, these measurements have been coupled with carbon incorporation measurements (13C) at low frequency. The coupling of PAM data with those of 13C has made it possible to create a multi-parametric model, thereby transforming the PAM data into carbon incorporation data, depending on physicochemical and biological data. This approach was also performed in laboratory on phytoplankton species

Les lagunes côtières présentent une forte importance écologique, économique et sociale. Toutefois, elles sont particulièrement vulnérables face aux pressions anthropiques et aux changements climatiques, notamment en région méditerranéenne. La conservation des lagunes est donc fondamentale pour la protection des systèmes littoraux et le bien-être des populations humaines. Cette thèse vise à apporter un soutien aux politiques publiques pour la restauration et la conservation des lagunes côtières, mais également à rechercher de potentielles valorisations des ressources. Les travaux ambitionnent d’approfondir les connaissances sur les trajectoires d’évolution des communautés phytoplanctoniques et des lagunes côtières du littoral corse, (i) en questionnant l’évolution des variations saisonnières face aux paramètres abiotiques, mais également l’impact des variations de salinité, notamment dans le cadre du changement climatique, sur de grandes et/ou de petites lagunes et (ii) en testant différentes approches intégrées avec la prise en compte de l’impact de l’homme, du bassin versant jusqu’à la mer.Les communautés phytoplanctoniques de six lagunes du littoral corse (Diana, Urbino, Biguglia, Arasu, Santa Giulia, Balistra) sont étudiées dans ce cadre. Les analyses sur le long terme grâce aux données historiques disponibles, les suivis in situ et les expérimentations réalisées ont permis d’identifier des dynamiques saisonnières marquées des communautés phytoplanctoniques et des éléments centraux pour la gestion des milieux lagunaires. La tendance vers une dominance des dinoflagellés, l’émergence d’espèces tolérant le stress (e.g. salinités extrêmes), parfois potentiellement toxiques, l’augmentation des blooms phytoplanctoniques ainsi que des modifications des cycles saisonniers ont été mis en évidence sur des lagunes de grandes et de petites tailles. Ces phénomènes sont liés principalement à des impacts d’origine anthropique (pollution, rejets urbains, usage de l’eau, tourisme…), des altérations hydrologiques engendrées par des interventions humaines, et le changement climatique.L’étude d’autres compartiments biotiques et abiotiques de l’écosystème, comme l’invasion biologique, la production halieutique ou le fonctionnement hydrogéologique, a confirmé la nécessité d’appliquer une approche écosystémique, du bassin versant jusqu’à la mer, pour comprendre le fonctionnement global du système. La prise en compte de l’Homme dans l’étude des trajectoires écologiques a été aussi mise en évidence, soulignant que les lagunes doivent être considérées comme des socio-écosystèmes. Cette vision holistique est fondamentale pour envisager une gestion optimale intégrée de la complexité du système.Cette thèse apporte de plus un regard nouveau sur les lagunes de petites surfaces à l’échelle du littoral méditerranéen qui sont très réactives aux changements et qui peuvent être considérées comme des sentinelles de l’évolution climatique.Parallèlement, l‘étude d’une souche de diatomée issue de l’étang de Diana a démontré des caractéristiques écophysiologiques et chimiques prometteuse pour de potentielles applications biotechnologiques dans le domaine de l’aquaculture, en raison de son origine lagunaire.L’ensemble de ces résultats sur les trajectoires d’évolution passées et futures a permis de marquer la complexité et la vulnérabilité des lagunes côtières (et celles de petites surfaces en particulier) face aux menaces croissantes et des interrogations sur leur avenir. Ce travail fournit donc des éléments d’appui pour la gestion des lagunes et de valorisation des ressources liées à ces milieux, en proposant une gestion intégrée et interdisciplinaire pour une conservation durable de ces écosystèmes et des services fournis, notamment dans le cadre du changement climatique
Coastal lagoons are of high ecological, economic and social importance. Nevertheless, they are particularly vulnerable to anthropogenic pressure and climate change, especially in the Mediterranean region. Lagoons’ conservation is hence fundamental for the protection of littoral systems and the well-being of human populations. This thesis aims to provide support for public policies for the restoration and conservation of coastal lagoons, but also to look for potential resources’ valorisation. The works aim to deepen knowledge on the evolution trajectories of phytoplankton communities and coastal lagoons of the Corsican coast, (i) by questioning the evolutions of seasonal variations linked to abiotic factors, but also the impact of salinity variations, particularly in the context of climate change, on large and/or small lagoons, and (ii) by testing different integrated approaches taking into account the human impact, from the watershed to the sea.Phytoplankton communities of six Corsican lagoons (Diana, Urbino, Biguglia, Arasu, Santa Giulia, Balistra) are studied in this framework. Analysis of long term historical datasets available, in situ monitoring and experimental essays performed allowed the identification of marked seasonal dynamics of phytoplankton communities and central elements for coastal lagoons’ management. The trend towards the dominance of dinoflagellates, the emergence of stress-tolerant (e.g. extreme salinities), sometimes potentially toxic, the increase in phytoplankton blooms as well as changes in the seasonal cycles have been highlighted in large and small sized lagoons. These phenomena are mainly linked to anthropogenic impacts (pollution, urban wastewater, water use, tourism…), hydrogeological alterations caused by human interventions, and climate change.The study of other biotic and abiotic compartments of the ecosystem, like biological invasion, fish production or hydrogeological functioning, has confirmed the need to apply an ecosystem-based approach, from the watershed to the sea, in order to understand the overall functioning of the system. The consideration of Humans in the study of ecological trajectories has also been highlighted, emphasizing that lagoons should be considered as social-ecological systems. This holistic vision is fundamental to consider an optimal integrated management of the complexity of the system.Moreover, this thesis provides a new perspective on small surfaced lagoons on the Mediterranean coast scale, which are very reactive to change and can thus be considered as sentinels of climate change.At the same time, the study of a diatom strain from the Diana lagoon has demonstrated promising ecophysiological and chemical characteristics for potential biotechnological applications in the aquaculture domain, due to its lagoon origin.The overall results on the past and future evolution trajectories have highlighted the complexity and vulnerability of coastal lagoons (and those of small surface areas in particular) in the face of growing threats and some questions about their future. This work provides hence some supporting elements for the lagoon management and the valorisation of resources linked to these environments, by proposing an integrated and interdisciplinary management for the sustainable conservation of these ecosystems and of the services provided, particularly in the climate change context

A l’interface entre les milieux marins et continentaux, les lagunes côtières sont des écosystèmes très diversifiés et figurent parmi les milieux les plus productifs. Leur confinement les rend particulièrement vulnérables aux apports nutritifs qu’elles tendent à concentrer. En Languedoc-Roussillon, les lagunes ont été profondément dégradées par les pressions anthropiques, en particulier le complexe des étangs palavasiens qui a souffert d’un enrichissement nutritif intensif provenant des effluents de la station de traitement des eaux de l’agglomération montpelliéraine. Cet enrichissement a engendré un gradient d’eutrophisation dans ces huit lagunes, de la méso- à l’hypertrophie, altérant profondément la structure des producteurs primaires vers une dominance du compartiment phytoplanctonique.Le phytoplancton témoigne d’une réponse rapide à la variabilité environnementale, et son importante diversité spécifique et fonctionnelle reflète une grande diversité de processus écologiques et de fonctionnement écosystémiques. Grâce à ces caractéristiques, ce compartiment a été largement utilisé comme un indicateur du fonctionnement des écosystèmes aquatiques.Depuis décembre 2005, les effluents responsables de l’eutrophisation des lagunes palavasiennes ont été déviés en mer Méditerranée. Cette mesure a réduit de 70 à 83 % les apports en phosphore et azote inorganiques aux lagunes, initiant un processus de restauration écologique. Cette thèse vise à mieux comprendre les processus de restauration des lagunes méditerranéennes au travers de l’étude des trajectoires d’évolution des communautés phytoplanctoniques.L’analyse de 14 ans de données de 2000 à 2013 a permis de montrer que la restauration des lagunes a entrainé une amélioration de la qualité de l’eau principalement liée à la réduction drastique de la biomasse phytoplanctonique. Cette réduction a illustré la chute des abondances de Diatomées (3-5 µm), qui étaient particulièrement favorisées par les apports nutritifs diffus provenant des effluents. L’analyse des trajectoires des communautés phytoplanctoniques depuis la réduction des apports a mis en évidence une modification de leur composition exprimée par une hausse des abondances des Algues vertes et des Dinophytes. Cette modification reflète le changement de l’origine et de la forme des nutriments disponibles induit par la re-oligotrophisation. Elle traduit l’importance des flux d’ammonium et de phosphates sédimentaires dans les lagunes en voie de restauration, pour lesquels les Algues vertes sont très compétitives, et l’importance des stocks de matière organique favorisant les espèces mixotrophes. Le picophytoplancton qui dominait exclusivement les communautés est aujourd’hui transitoirement remplacé par le nano- et le microphytoplancton au cours des efflorescences saisonnières. La variabilité saisonnière de la diversité taxonomique et fonctionnelle (taille cellulaire, régime trophique, croissance) des communautés phytoplanctoniques de deux lagunes du complexe des étangs palavasiens aux niveaux trophiques contrastés a été approfondie, et comparée à celle d’une lagune oligotrophe. Cette analyse a mis en évidence des particularités des communautés, témoignant de fonctionnements écologiques distincts principalement liés à la dégradation des lagunes par l’eutrophisation. Les résultats de cette thèse indiquent que les processus de restauration restent inachevés. La biomasse phytoplanctonique tend à ré-augmenter depuis 2012 en réponse à des conditions climatiques favorables. Le phytoplancton des lagunes palavasiennes réponds toujours fortement à un pulse nutritif, illustrant la vulnérabilité de ces lagunes vis-à-vis de l’enrichissement d’origine anthropique
Located at the interface between marine and continental systems, coastal lagoons are among the most diverse and productive ecosystems. These semi-enclosed ecosystems are very vulnerable to nutrient enrichment. In the Languedoc-Roussillon region, anthropogenic pressures have profoundly damaged the coastal lagoons, especially those belonging to the Palavasian complex close to Montpellier. The latter lagoons have been affected by high nutrient loadings from the sewage treatment plant of the Montpellier agglomeration. This resulted in a trophic gradient among the eight lagoons in the complex, from mesotrophy to hypertrophy, with altered primary producer communities by favoring the predominance of the phytoplankton compartment.The phytoplankton responds very fast to environmental variability. The high specific and functional diversity of the phytoplankton carries information regarding the different ecological processes and ecosystem functioning. Hence, phytoplankton has been widely used as an efficient indicator of aquatic ecosystems functioning.In December 2005, the effluents responsible of the eutrophication of the Palavasian lagoons were diverted into the Mediterranean Sea. This measure resulted in a reduction of the inorganic phosphorous and nitrogen loadings to the lagoons from 70 to 83 %, respectively, and initiated a process of ecological restoration. This thesis aimed to improve the understanding of the restoration process of Mediterranean coastal lagoons by studying phytoplankton communities’ trajectories.The analysis of a database comprising fourteen years of observations from 2000 to 2013 established that the restoration of coastal lagoons gave rise to an improvement of the water quality, linked to a drastic reduction of phytoplankton biomass. The time series showed a sharp drop of the Diatoms (3-5 µm), which before the diversion had been particularly enhanced by the nutrient inputs from the effluents. The analysis of phytoplankton trajectories since the nutrient inputs reduction showed a modification of phytoplankton community composition characterized by an increase of the abundances of Green algae and Dinophytes. This modification reflects the change of the origin and the form of available nutrients caused by the re-oligotrophication. It especially emphasizes the importance of benthic fluxes of phosphate and ammonium, for which Green algae are the most competitive. In addition, the benthic stocks of organic matter may represent a resource for mixotrophic species. Picophytoplankton, which was exclusively dominant in the Palavasian lagoons before the diversion, is now temporarily replaced by nano- and microphytoplankton during seasonal blooms. This is related to their specific strategies to acquire and use nutrients. The seasonal variability of taxonomic and functional phytoplankton diversity (cell size, trophic regime, growth) of two lagoons from the Palavasian complex with contrasted trophic status was studied in more detail, and compared to that of an oligotrophic lagoon. This study showed some particularities of the phytoplankton communities to fit to distinct ecosystem functioning, which can be linked to the degradation caused by eutrophication. The restoration is still unfinished today. The phytoplankton biomass increases since 2012 in response to suitable climatic conditions. The phytoplankton of the Palavasian lagoons still quickly responds to a nutrient pulse, highlighting the lagoon vulnerability to an anthropogenic nutrient input

Les facteurs environnementaux (physiques, chimiques et biologiques) influencent la composition des communautés de phytoplancton marin. D'autre part, le transport dynamique peut lui aussi impacter l'abondance relative des organismes au sein de ces communautés. Par conséquent, les biomasses phytoplanctoniques, ainsi que la nature des organismes qui les composent, présentent une importante variabilité à la fois sur le plan spatial (biorégionalisation) et sur le plan temporel (successions). Les régions côtières sont des zones particulièrement contrastées dans lesquelles les gradients environnementaux sont généralement marqués. Ainsi, la mer d'Iroise se caractérise par la présence d'un front de marée saisonnier (front d'Ouessant), particulièrement productif, qui sépare deux régimes distincts. A l'Est du front, les eaux du plateau continental sont régulièrement rendues homogènes par la présence de forts courants de marée alors que la zone du large est soumise à un cycle saisonnier marqué par une stratification verticale estivale. Il s'agit donc d'une région propice à l'étude plus générale des mécanismes d'interaction entre les structures frontales et la diversité phytoplanctonique.L'objet plus spécifique de cette thèse est de caractériser, à l'aide de la modélisation 3D, la nature et la diversité du phytoplancton en mer d'Iroise, à la fois en termes de groupes fonctionnels puis de diversité phénotypique, au cours d'un cycle saisonnier en général et plus particulièrement lors de la période estivale au niveau de la zone frontale.Les premiers résultats obtenus ont montré que la composition en groupes fonctionnels du phytoplancton présente un cycle saisonnier marqué, principalement influencé par la profondeur de la couche de mélange. Durant l'hiver, le picoplancton domine partout dans la zone d'étude. La stratification, qui s'installe à partir du mois d'Avril entraîne par la suite un bloom phytoplanctonique dominé par le microphytoplancton (principalement des diatomées). La période estivale correspond ensuite à la mise en place d'une bio-régionalisation des conditions environnementales en mer d'Iroise avec (i) la zone côtière mélangée qui reste fortement productive et dominée par les diatomées et (ii) la zone offshore, dans laquelle la croissance autotrophe est limitée par les nutriments en surface, ce qui favorise la coexistence entre microphytoplancton et picophytoplancton.Une seconde étude a porté sur la composition de la communauté phytoplanctonique en termes de diversité phénotypique pendant le mois de septembre. Les résultats mettent en évidence une zone de forte diversité en surface, légèrement décalée vers l'Ouest par rapport à la zone frontale (dans laquelle la biomasse est maximale). Au niveau de ce maximum de diversité, l'importance des échanges verticaux (upwelling et mélange) du côté chaud (stratifié) du front a été mise en évidence. Ainsi, un mélange entre des phénotypes ubiquistes présents dans la zone mélangée à l'Est du front et du picoplancton, issu à la fois du maximum de chlorophylle de subsurface et de la surface oligotrophe à l'ouest, est observé dans le maximum de diversité.Finalement, une dernière étude portant sur l'effet du cycle de marée vives eaux/ mortes eauxa permis de comprendre, et ce pour la première fois, les processus qui expliquent l'impact de ce cycle sur la modification de la biomasse phytoplanctonique et sur la composition de la communautéen terme de diversité phénotypique dans le système côtier homogène. Les résultats montrent une augmentation de la biomasse totale ainsi que de la proportion de diatomées et une diminution de la diversité lors des périodes de stratification associées aux mortes eaux
Phytoplankton diversity depends on physical, chemical and biological local conditions. Moreover, physical transport could also impact the distribution of autotrophic organisms/species within phytoplankton communities. Therefore, phytoplanktonic assemblages exhibit significant spatial (bioregionalization) and temporal (successions) variability in terms of species diversity as well as productivity. Coastal regions are particularly contrasted area with sharp environmental gradients underlying strong heterogeneity in phytoplankton communities' composition. In this context, the Iroise Sea presents a seasonal, highly productive, tidal front, which separates two distinctregimes. Eastside, continental shelf waters are regularly mixed by tidal currents while offshore waters remain stratified throughout the whole summer period.Thus, the Iroise Sea may be an opportune region to study the processes linking the frontal structure dynamic and its impact on phytoplanktonic diversity.This thesis aims, more specifically, at characterizing phytoplankton communities in the Iroise Sea interms of both functional and phenotypic diversity over a seasonal cycle in general and during the summer at the frontal interface in particular. This work is based on a 3D numerical modeling approach using a physical/biogeochemical coupled model. As a first part of this thesis, the implementation of a regional configuration for the Iroise Sea has been conducted, including the technical coupling between the hydrodynamical model (ROMS-AGRIF) and the phytoplankton diversity model (DARWIN). This work was the first necessary step to simulate and study the Iroise sea phytoplanktonic diversity.Our results show a pronounced seasonal cycle of the phytoplankton functional composition, driven by the surface mixed layer depth that influenced light and nutrients' availabilty. Indeed, during winter, the biomass is dominated by picoplankton in the Iroise Sea. Then, as water column becomes stratified offshore, in April, a characteristic phytoplankton bloom occurs with a larger contribution of microphytoplancton (mainly diatoms). During summer, the nutrient-replete coastal well-mixed area remains highly productive and dominated by diatoms while surface stratified offshore waters (where phytoplankton growth is nutrient-limited) show higher coexistence between phytoplankton functional types.We also examined the phytoplankton phenotypic diversity simulated within the frontal region in relation with the surrounding areas in September (summer conditions). The results highlight a diversity maximum located at the surface slightly westward from the biomass maximum of the front. This diversity maximum is suggested to be the result of the upward transport of typical phenotypes from the offshore Deep Chlorophyll Maximum (DCM) toward the Surface at the west warm side of the front. Indeed, picoplanktonic phenotypes growing in the DCM coexist, in this diversity maximum, with those from the surface oligotrophic waters and ubiquitous ones growing in the eastside mixed coastal waters.Finally, the effect of tidal spring/neap tide cycle has been investigated and shows, for the first time, how this cycle impacts the phytoplankton biomass and the phenotypic community composition within the coastal well-mixed, homogeneous system. Indeed, the neap-tide conditions of reduced vertical mixing and stabilization lead to an increase in total phytoplankton biomass associated with the rapid development of fast-growing, opportunistic, diatoms species and a decrease in phenotypic diversity

Les écosystèmes côtiers contribuent de manière importante à la production primaire des océans. De par leur position géographique, ils sont particulièrement sensibles à l’eutrophisation. Le compartiment phytoplanctonique y joue un rôle prépondérant au regard de sa position dans la chaîne tropique, mais également en termes de diversité. Il est également capable d’intégrer et/ou de refléter les changements environnementaux qui s’opèrent à court, moyen et long terme. (. . . /. . . )
Coastal ecosystems contibute in a significant way to oceans’ primary production. By their geographical position, they are particulary sensitive to eutrophication. Phytoplanktonic compartment plays a predominant role with regards its position as primary producer, but also in terms of diversity. It is also able of integrating and/or reflecting the environmental changes that take place in the short , medium and long term. (. . . /. . . )

Les reponses du phytoplancton de la rade de brest (france) aux conditions physiques et chimiques de l'environnement sont analysees sur des donnees acquises depuis 1975 et sur le cycle annuel 1993-1994. Une attention particuliere a ete portee en 1993-1994 a l'evolution de la structure des communautes phytoplanctoniques (composition specifique et fractionnement par tailles de la biomasse et de la production primaire). La diminution des rapports si/n de 2,00 en 1975 a 0,33 en 1993 temoignent de l'exces de nitrates par rapport a l'acide silicique pour la croissance des diatomees. En 1993, aucune augmentation de la productivite et aucune sous-saturation importante en oxygene n'ont ete observees. En mai 1993, le declin de la floraison printaniere de diatomees est explique par une limitation en silicium. Cependant, differentes floraisons de diatomees sont observees jusqu'en aout. Seule, la derniere efflorescence de septembre est dominee par des cryptophycees inferieures a 10 micrometres. Cette dominance de diatomees est liee au decouplage des cycles de l'azote et du silicium qui attenue le role limitant du si dans cet ecosysteme homogene. L'azote rapidement regenere dans la colonne d'eau en ete est evacue vers les eaux oceaniques voisines par l'action des marees, et devient potentiellement limitant en septembre. Inversement, la dissolution de la silice biogenique deposee a l'interface eau-sediment peu profond apres la floraison printaniere permet de nouveaux developpements de diatomees en ete. Les echanges rapides avec les eaux oceaniques voisines faiblement enrichies en nutriments, le melange vertical intense et la limitation par la lumiere en hiver limitent les phenomenes d'eutrophisation. Cependant, des abondances croissantes de dinoflagelles et de petits flagelles durant l'ete, et l'apparition d'especes indesirables temoignent d'une perturbation de cet ecosysteme cotier. Pour la premiere fois, des cinetiques d'incorporation du silicium ont ete menees en 1994 en utilisant le traceur radioactif#3#2si. Les trois populations naturelles echantillonnees dans la rade au printemps et en ete ont montre une limitation par le si, en particulier celles d'ete suggerant une limitation de la croissance

L’objectif majeur de cette thèse réside dans l’étude de la structure des communautés phytoplanctoniques et de leurs propriétés photophysiologiques dans l’océan mondial, en vue d’applications satellitales. Dans un premier temps, nous avons étudié les relations entre le contenu en chlorophylle a de surface, [Chla]surf, tel qu’il peut être estimé via la couleur de l’océan et (i) la biomasse phytoplanctonique, (ii) sa distribution verticale et (iii) sa composition taxinomique, en terme de groupes phytoplanctoniques (micro-, nano- et picophytoplancton). Pour ce faire, nous avons analysé plus de 21 000 données pigmentaires, collectées dans des régions très variées de l’océan mondial. Confirmant les tendances générales connues (e. G. Le microphytoplancton se trouve préférentiellement dans les zones eutrophes, tandis que les petites cellules sont majoritaires dans les régions oligotrophes), cette analyse a conduit à l’élaboration d’une relation empirique globale, permettant de quantifier la biomasse, ainsi que la distribution verticale, de chacun des trois groupes phytoplanctoniques, à partir de la [Chla]surf. Dans un second temps, nous avons étudié la variabilité des propriétés photophysiologiques du phytoplancton en fonction (i) du statut trophique et (ii) de la composition des communautés phytoplanctoniques. Cette étude, basée sur l’analyse de 994 mesures de paramètres de courbes P vs E, a mis en évidence une alternative possible aux paramétrisations actuelles des propriétés photophysiologiques, généralement basées sur un (ou plusieurs) facteur environnemental. Nous avons également extrait des propriétés photophysiologiques spécifiques de chacun des groupes phytoplanctoniques, a priori représentatives de l’océan mondial. Finalement, les outils développés dans ce travail ont été utilisés en conjonction avec un modèle bio-optique de production primaire, couplé à des données de couleur de l’océan, nous permettant ainsi de proposer de premières estimations de la production primaire spécifique des trois groupes de phytoplancton
The main objective of this thesis focuses on the structure of phytoplankton communities and their photophysiological properties in the world ocean, in view of satellite applications. In the first part, we studied the relationships between near-surface chlorophyll content, [Chla]surf, as it can be assessed from ocean color and (i) the phytoplankton biomass, (ii) its vertical distribution and (iii) its taxonomic composition in terms of phytoplankton groups (micro-, nano- and picophytoplankton). In this objective, we analyzed more than 21 000 pigment measurements, collected in various regions of the world ocean. Corroborating well known general trends (e. G. Microphytoplankton are mostly found in eutrophic zones, while small cells predominate in oligotrophic regions), this study lead to a global empirical relationship, allowing the quantification of the biomass, as well as the vertical distribution, of each of the three phytoplankton groups, from the [Chla]surf. In the second part, we studied the variability of the phytoplankton photophysiological properties as a function of (i) the trophic status and (ii) the composition of phytoplankton communities. Based on the analysis of 994 measurements of P vs E curves parameters, this study points to a possible alternative to present parameterizations of photophysiological properties, which usually rely on one (or more) environmental factor. This also allowed us to extract photophysiological properties specific to each of the phytoplankton groups, a priori representative of the world ocean. Finally, the tools developed here were used in conjunction with a bio-optical primary production model, coupled with ocean color data, in order to estimate, for the first time, the primary production specific to the three phytoplankton groups

Les zones côtières contribuent de manière importante à la production primaire des océans. Le compartiment phytoplanctonique y joue un rôle prépondérant de par sa position de producteur primaire à la base des réseaux trophiques, mais également en terme de diversité, étant capable d’intégrer et/ou de refléter les changements environnementaux qui s’opèrent à court, moyen et long terme. Le but de ce travail a été de caractériser la dynamique phytoplanctonique en eaux côtières, en utilisant une technique traditionnelle (la microscopie) et une technique d’analyse automatisée des propriétés optiques individuelles des cellules, la cytométrie en flux. L’écosystème de la Manche orientale a été choisi comme site atelier, se caractérisant par un important hydrodynamisme et des efflorescences massives de Phaeocystis globosa. Le principal objectif a consisté en l’étude de la variabilité temporelle des communautés phytoplanctoniques allant du long au court terme, à l’aide de résolutions temporelles différentes, dans le but d’appréhender leur relation avec les facteurs responsables de la variabilité observée. Une première échelle interannuelle sur le long-terme (1992-2007) a permis d’appréhender les principaux changements saisonniers ainsi que les tendances majeures de variabilité des espèces les plus représentées. Une seconde échelle saisonnière sur le moyen terme a permis d’étudier le compartiment phytoplanctonique au cours de la période productive printanière de trois années consécutives (2005-2007), afin de mieux comprendre certains mécanismes régissant les efflorescences micro-algales. Une troisième échelle réalisée au cours de quatre moments différents du bloom printanier en 2007 a permis de suivre la dynamique à plus court terme de groupes cellulaires. Au cours de ces différentes études, des assemblages d’espèces indicatrices ont été identifiés en fonction de leur occurrence et de leur diversité morphologique visant à définir des groupes fonctionnels. En particulier, les morphotypes de Phaeocystis globosa dont la diversité des formes de vie conditionne son succès dans le milieu, ont été analysés dans ce sens. Une fréquence d’échantillonnage appropriée à chaque échelle d’observation a été utilisée, allant de prélèvements mensuels à des prélèvements journaliers. L’abondance, la biomasse et la diversité phytoplanctoniques ont été dans un premier temps estimées par microscopie. Cependant, dans le cadre de l’étude à court terme, il s’est avéré utile d’appliquer une méthodologie alternative à la microscopie. La cytométrie en flux est une technique développée pour l’énumération des cellules individuelles, identifiées à partir de l’analyse de leurs propriétés optiques (diffusion et fluorescence). L’analyse des cellules phytoplanctoniques y est alors facilitée par l’autofluorescence des pigments photosynthétiques. L’appareil utilisé (CytoSense Benchtop CytoBuoy©) est spécialement adapté à la détection et l’énumération des cellules phytoplanctoniques entre 1 µm et 800µm. Cette méthode a nécessité une mise au point et a permis d’effectuer des mesures reproductibles de durée inférieure à 10 min. Des groupes d’espèces voire des espèces ou stades de vie ont été identifiés à la fois manuellement et en système semi-automatisé, sur la base de leurs propriétés optiques similaires
The coastal areas contribute in an important way to the primary production of the oceans. The compartment phytoplanctonic plays there a paramount role from its position of primary producer at the base of the trophic networks, but also in term of diversity. The goal of this work was to characterize phytoplanctonic coastal water dynamics, by using a technique of traditionel analysis (microscopy) and a technique of automated analysis (the cytometry in flow). The coastal area of the Eastern English Channel was selected like site workshop characterizing by the recurrence of massive blooms of Phaeocystis globosa. During the work of thesis, a sampling rate appropriate to the scale of observation was used, from monthly samples to daily. The primary goal consisted to the study of the temporal variability of the phytoplanctonic communities to long term (1992-2007) and medium term (2005-2007), with different temporal resolutions, with an aim of apprehending their relationship to the environmental factors. The second objective aimed at determining the structure of the communities during these various scales. Within a short term study, it proved to be useful to apply an alternative methodology to microscopy. The cytometry in flow is a technique developed for the enumeration of the individual cells, identified from the analysis of their optical properties (diffusion and fluorescence). A cytometer in flow of “scanning” (CytoSense Benshtop-CytoBuoy) was used, especially adapted to the detection and the enumeration of the phytoplanctonic cells between 1µm and 800µm

Les fronts océaniques sont des zones de transition entre des masses d’eaux aux propriétés physico-chimiques différentes qui sont associés à une circulation horizontale et verticale très dynamique. Des observations empiriques et des études de modélisation ont permis de montrer que l’apport vertical de nutriments par la circulation cross-frontale stimule la production primaire et provoque l’augmentation de la biomasse d’un groupe de phytoplancton opportuniste, les diatomées, au niveau des fronts. Cependant les conséquences de cet apport de nutriments sur le reste de la communauté planctonique sont encore mal connues. Dans cette thèse, j’utilise à la fois des données empiriques et des simulations numériques pour caractériser l’effet des fronts sur l’ensemble de la communauté planctonique, incluant les autres groupes de phytoplancton (comme les cyanobactéries, les coccolithophores et les dinoflagellés) et le zooplancton. Le modèle est une représentation simplifiée à haute résolution d’un courant de bord ouest (comme le Gulf Stream ou le Kuroshio) couplé au modèle d’écosystème DARWIN, qui inclut 30 types de phytoplancton répartis dans quatre groupes fonctionnels et 16 types de zooplancton. Les données empiriques ont été collectées dans la région de l’upwelling de Californie lors de transects à travers des fronts, et sont constituées de 24 groupes de plancton incluant des bactéries hétérotrophes, du phytoplancton et du zooplancton. Je montre que la structure taxonomique et spatiale des communautés planctoniques frontales est extrêmement complexe, et qu’elle ne peut pas être expliquée uniquement par une augmentation de la croissance en réponse à l’apport de nutriments. A l’aide des simulations numériques, je montre que deux types d’interactions biotiques provoquent une diminution de la biomasse de certains groupes de phytoplancton dans les fronts : l’auto-ombrage, qui est une forme de compétition pour la lumière, et la prédation partagée, qui est une forme de compétition indirecte entre deux proies partageant un prédateur commun. A l’aide des données in-situ, je mets en évidence deux caractéristiques des fronts qui étaient absentes des simulations numériques. Premièrement, l’échelle spatiale de l’organisation des communautés planctoniques à travers les fronts est beaucoup plus fine qu’on ne le pensait : les pics de biomasse des divers groupes de plancton sont très étroits et sont décalés de quelques kilomètres les uns par rapport aux autres. Ce résultat suggère que la structure des communautés planctoniques frontales est fortement influencée par des interactions biotiques et par le transport. Le rôle du transport sera exploré grâce à une collaboration sur les trajectoires Lagrangiennes des masses d'eau. Deuxièmement, les fronts ont un effet spectaculaire sur certains organismes zooplanctoniques filtreurs qui ne sont pas représentés dans les modèles de plancton traditionnels, ce qui suggère que ces modèles devront être complexifiés afin de simuler correctement l'effet des fronts. Ainsi, les résultats que j’ai obtenus pendant cette thèse viennent compléter et complexifier le modèle mécanistique établi lors de ces deux dernières décennies : loin d’être limités à la production de bloom de diatomées, les fronts sont le théâtre de couplages biophysiques complexes entre les interactions biotiques top-down et bottom-up et le transport par les courants qui génèrent des communautés planctoniques à la structure taxonomique et spatiale originale. La modification de la structure des communautés planctoniques dans les fronts océaniques pourrait avoir des conséquences importantes sur les niveaux trophiques supérieurs et sur les flux biogéochimiques qui devront être précisées à l'avenir
Oceanic fronts are transition zones between water masses with different physico-chemical properties that are associated with a very dynamic horizontal and vertical circulation. Empirical observations and modeling studies have shown that the vertical input of nutrients by the cross-frontal circulation stimulates primary production and causes an increase in the biomass of a group of opportunistic phytoplankton, the diatoms, at the fronts. However, the consequences of this nutrient input on the rest of the planktonic community are still poorly understood. In this thesis, I use both empirical data and numerical simulations to characterize the effect of fronts on the entire planktonic community, including other phytoplankton groups (such as cyanobacteria, coccolithophores and dinoflagellates) and zooplankton. The model is a simplified high-resolution representation of a Western Boundary Current (such as the Gulf Stream or the Kuroshio) coupled with the DARWIN ecosystem model, which includes 30 phytoplankton types in four functional groups and 16 zooplankton types. The empirical data was collected in the California upwelling region during transects across fronts, and consist of 24 plankton groups including heterotrophic bacteria, phytoplankton and zooplankton. I show that the taxonomic and spatial structure of planktonic frontal communities is extremely complex, and cannot be explained solely by increased growth in response to nutrient supply. Using numerical simulations, I show that two types of biotic interactions cause a decrease in the biomass of certain phytoplankton groups in fronts: self-shading, which is a form of competition for light, and shared predation, which is a form of indirect competition between two prey sharing a common predator. Using the in-situ data, I highlight two characteristics of the fronts that were absent from the numerical simulations. First, the spatial scale of planktonic community organization across fronts is much finer than previously thought: the biomass peaks of the various plankton groups are very narrow and are offset by a few kilometers from each other. This result suggests that the structure of the frontal plankton communities is strongly influenced by biotic interactions and transport. The role of transport will be explored through a collaboration on the Lagrangian trajectories of water masses. Second, fronts have a dramatic effect on some filter-feeding zooplankton organisms that are not represented in traditional plankton models, suggesting that these models will need to be made more complex in order to properly simulate the effect of fronts. Thus, the results I obtained during this thesis complement and complicate the mechanistic model established during the last two decades: far from being limited to the production of diatom blooms, fronts are the scene of complex biophysical couplings between top-down and bottom-up biotic interactions and transport by currents that generate planktonic communities with an original taxonomic and spatial structure. The modification of the structure of planktonic communities at ocean fronts could have important consequences on the upper trophic levels and on biogeochemical fluxes that will have to be clarified in the future