Letteratura scientifica selezionata sul tema "Imagerie du plancton"

One of the major challenges in the understanding of the crater lakes dynamics and their connection with magmatic/hydrothermal processes is the continuous tracking of the physical behavior of lakes, especially in cases of remote and poorly accessible volcanoes. Peteroa volcano (Chile–Argentina border) is part of the Planchón–Peteroa–Azufre Volcanic Complex, one of the three volcanoes in the Southern Volcanic Zone of the Andes with crater lakes. Peteroa volcano is formed by a ∼5 km diameter caldera-type crater, which hosts four crater lakes and several fumarolic fields. Peteroa volcano has a large history of eruptive activity including phreatic-and-phreatomagmatic explosions and several episodes of strong degassing from its crater lakes. Here, we used TIR and SWIR bands from Landsat TM, ETM+, and OLI images available from October 1984 to December 2020 to obtain thermal parameters such as thermal radiance, brightness temperature, and heat fluxes, and Planet Labs Inc. images (RapidEye and PlanetScope) available between May 2009 and December 2020 to obtain physical parameters such as area, color, and state (liquid or frozen) of the crater lakes. We reviewed the historical eruptive activity and compared it with thermal and physical data obtained from satellite images. We determined the occurrence of two eruptive/thermal cycles: 1) Cycle 1 includes the formation of a new fumarolic field and two active craters during a short eruptive period, which includes thermal activity in three of the four crater lakes, and a strong degassing process between October 1998 and February 2001, coincident with a peak of volcanic heat flux (Qvolc) in two craters. The cycle finished with an eruptive episode (September 2010–July 2011). 2) Cycle 2 is represented by the thermal reactivation of two crater lakes, formation and detection of thermal activity in a new nested crater, and occurrence of a new eruptive episode (October 2018–April 2019). We observed a migration of the thermal and eruptive activity between the crater lakes and the interconnection of the pathways that feed the lakes, in both cases, partially related to the presence of two deep magma bodies. The Qvolc in Peteroa volcano crater lakes is primarily controlled by volcanic activity, and seasonal effects affect it at short-term, whilst at long-term, seasonal effects do not show clear influences in the volcanic heat fluxes. The maximum Qvolc measured between all crater lakes during quiescent periods was 59 MW, whereas during unrest episodes Qvolc in single crater lakes varied from 7.1 to 38 MW, with Peteroa volcano being classified as a low volcanic heat flux system. The detection of new thermal activity and increase of Qvolc in Peteroa volcano previous to explosive unrest can be considered as a good example of how thermal information from satellite images can be used to detect possible precursors to eruptive activity in volcanoes which host crater lakes.

En tant que base des réseaux trophiques océaniques et élément clé de la pompe à carbone biologique, les organismes planctoniques jouent un rôle majeur dans les océans. Cependant, leur distribution à petite échelle, régie par les interactions biotiques entre organismes et les interactions avec les propriétés physico-chimiques des masses d'eau de leur environnement immédiat, est mal décrite in situ, en raison du manque d'outils d'observation adaptés. De nouveaux instruments d'imagerie in situ à haute résolution, combinés à des algorithmes d'apprentissage automatique pour traiter la grande quantité de données collectées, nous permettent aujourd'hui d'aborder ces échelles. La première partie de ce travail se concentre sur le développement méthodologique de deux pipelines automatisés basés sur l'intelligence artificielle. Ces pipelines ont permis de détecter efficacement les organismes planctoniques au sein des images brutes, et de les classer en catégories taxonomiques ou morphologiques. Dans une deuxième partie, des outils d'écologie numérique ont été appliqués pour étudier la distribution du plancton à différentes échelles, en utilisant trois jeux de données d'imagerie in situ. Tout d'abord, nous avons mis en évidence un lien entre les communautés planctoniques et les conditions environnementales à l'échelle globale. Ensuite, nous avons décrit la distribution du plancton et des particules à travers un front de méso-échelle, et mis en évidence des périodes contrastées pendant le bloom de printemps. Enfin, grâce aux données d'imagerie in situ à haute fréquence, nous avons étudié la distribution à fine échelle et la position préférentielle d’organismes appartement au groupe des Rhizaria, des protistes fragiles et peu étudiés, dont certains sont mixotrophes. Dans l’ensemble, ce travail démontre l'efficacité de l'imagerie in situ combinée à des approches d’intelligence artificielle pour comprendre les interactions biophysiques dans le plancton et les conséquences sur sa distribution à petite échelle
As the basis of oceanic food webs and a key component of the biological carbon pump, planktonic organisms play major roles in the oceans. However, their small-scale distribution − governed by biotic interactions between organisms and interactions with the physico-chemical properties of the water masses in their immediate environment − are poorly described in situ due to the lack of suitable observation tools. New instruments performing high resolution imaging in situ in combination with machine learning algorithms to process the large amount of collected data now allows us to address these scales. The first part of this work focuses on the methodological development of two automated pipelines based on artificial intelligence. These pipelines allowed to efficiently detect planktonic organisms within raw images, and classify them into taxonomical or morphological categories. Then, in a second part, numerical ecology tools have been applied to study plankton distribution at different scales, using three different in situ imaging datasets. First, we investigated the link between plankton community and environmental conditions at the global scale. Then, we resolved plankton and particle distribution across a mesoscale front, and highlighted contrasted periods during the spring bloom. Finally, leveraging high frequency in situ imaging data, we investigated the fine-scale distribution and preferential position of Rhizaria, a group of understudied, fragile protists, some of which are mixotrophic. Overall, these studies demonstrate the effectiveness of in situ imaging combined with artificial intelligence to understand biophysical interactions in plankton and distribution patterns at small-scale

Les organismes planctoniques, acteurs clés des écosystèmes, soutiennent les réseaux trophiques et ont un rôle majeur dans les cycles biogéochimiques et la régulation du climat. Tandis que la répartition spatio-temporelle de la diversité planctonique peut être étudiée à plusieurs niveaux, du gène jusqu’à l’écosystème, comprendre les mécanismes qui sous-tendent cette organisation est un défi. En effet, la structure de la diversité résulte de différents processus évolutifs et écologiques qui peuvent agir simultanément sur le vivant. Depuis le début du XXIème siècle, le milieu océanique fait l'objet d’une surveillance croissante. De nombreuses plateformes d’observation ont été déployées permettant l’acquisition de très nombreuses données couvrant de multiples caractéristiques environnementales. En parallèle, les technologies d’étude du vivant se sont développées, conduisant à un échantillonnage sans précédent des organismes planctoniques. En particulier, les données à haut débit de séquençage et d’imagerie permettent de fournir des informations moléculaires, taxonomiques et fonctionnelles à l’échelle des communautés. L’objectif de cette thèse était d’explorer la structure des écosystèmes planctoniques à l’aide des données à haut débit de séquençage et d’imagerie. Le couplage avec les données environnementales pourrait contribuer à une meilleure compréhension de la répartition spatiale de la diversité planctonique, des espèces jusqu’au communautés. Dans une première partie, la diversité génétique de protistes a été étudiée à l’échelle de l’espèce. L’hypothèse était que les données métagénomiques pourraient permettre d’accéder à l’organisation de cette diversité mal caractérisée pour les protistes, ainsi qu’aux mécanismes qui la sous-tendent. Dans une deuxième partie, le lien entre diversité génétique et diversité fonctionnelle a été exploré. La transparence a été ciblée. Ce trait fonctionnel est peu exploré à l’échelle des communautés et les bases moléculaires sont mal identifiées. Une approche permettant de faire émerger ce trait des données d’imagerie a été utilisée, ayant conduit à l’exploration de sa biogéographie et ses bases moléculaires. Dans la dernière partie, le haut potentiel de complémentarité entre jeux de données de séquençage, d’imagerie et environnementaux a été exploré, afin de mettre en lumière la structure multi-échelle de l’écosystème planctonique et d’identifier sa structure globale. Enfin, l’ensemble des résultats a été discuté pour mettre en évidence les apports que peuvent fournir ces données à la compréhension des écosystèmes planctoniques, ainsi que les limites auxquelles elles peuvent faire face
Planktonic organisms are key actors in oceanic ecosystems, which support trophic networks and play a major role in biogeochemical cycles and climate regulation. While the spatio-temporal distribution of planktonic diversity can be investigated at several levels, from the gene to the ecosystem, identifying the underlying mechanisms is challenging. Indeed, the structure of diversity results from different evolutionary and ecological processes that can act simultaneously. Since the beginning of the 21st century, the oceanic environment has been increasingly monitored. Numerous observation platforms have been deployed, leading to the acquisition of a large amount of data for multiple environmental characteristics. At the same time, technologies for studying living organisms have been developed. Thus, an unprecedented sampling of planktonic organisms has taken place. In particular, high-throughput sequencing and imaging data provide molecular, taxonomic and functional information at several biological levels. The objective of this thesis was to explore the structure of planktonic ecosystems using high-throughput sequencing and imaging data. Coupling with environmental data could contribute to a better understanding of the spatial distribution of planktonic diversity, from species to communities. In the first part, the genetic diversity of protists was studied at the species level. The hypothesis was that metagenomics could provide access to the poorly characterized spatial organization of the intraspecific protist genetic diversity, as well as to the mechanisms underlying it. In a second part, the link between genetic diversity and functional diversity was explored. Transparency was targeted. This functional trait is little explored at the community level and its molecular basis is poorly identified. A data-driven approach allowed this trait to emerge from imaging data, leading to the exploration of its biogeography and molecular basis. In the last part, the high potential of complementarity between sequencing, imaging and environmental datasets was explored, in order to highlight the multi-scale structure of the planktonic ecosystem and to identify its global structure. Finally, all the results were discussed to highlight the contributions that these data can provide to the understanding of planktonic ecosystems, as well as the limitations they can face

Mon travail de thèse se consacre à l'étude des interactions entre les prédateurs marins et leur environnement marin physique à la meso-echelle (10-100 km, semaines-mois). Comme les réseaux trophiques marins sont des systèmes complexes j'ai travaillé à partir de différents types de données : données satellitaires et in situ pour les propriétés physiques de l'océan, des échantillons biologiques, des données de biologging des animaux et de la modélisation
Marine top predators play a fundamental role in maintaining the structure and functioning of healthy marine ecosystems. In the last decades the development of bio-Iogging (i. E. Deployment of autonomous recording tags on free-living animals) has radically changed the study of top predators and their interactions with their environment. Combinations of sensors measuring position (Argos and GPS), environmental properties (water temperature, light) and proxies for foraging behavior (accelerometers) have enabled relating migrations of large fish, marine mammals, sea turtles and seabirds to basin scale patterns of ocean currents, temperature, and productivity. However, what influences marine predators' movement at smaller spatial and temporal scales, such as the ones they experience during their foraging trips, is still largely unknown. This project analyses the interaction between marine top predators (elephant seals and macaroni penguins) and sub-mesoscale (few days-months, 10-100 km) ocean dynamics. This is achieved by combining in-situ observations, bio-logging data, remote-sensing, ecological modelling and a Lagrangian approach (i. E. Based on the tracking of water parcels). The study is conducted in the sub-Antarctic region around the Kerguelen Plateau (Indian Sector of the Southern Ocean)

Le plancton constitue l’essentiel de la biomasse pélagique et est un acteur majeur des cycles biogéochimiques globaux qui régulent le système Terre. Il comprend l'ensemble des organismes portés par les courants, des bactéries aux méduses géantes. La communauté n'est que très rarement étudiée dans son ensemble mais plutôt par fraction. L’expédition Tara Oceans constitue le premier effort de collecte simultané de toutes les classes de taille de plancton à l’échelle de l’océan global. Pour démontrer la faisabilité de cette approche à grande échelle, des échantillons hebdomadaires de plancton, depuis les bactéries jusqu’au macroplancton gélatineux, ont d’abord été analysés en combinant plusieurs instruments d’imagerie sur une période de 10 mois, en un site de référence (point B) dans la rade de Villefranche sur mer. L’imagerie nous a permis de comparer 1) l’information fonctionnelle définie comme l’agrégation de taxons en 18 Groupes Ecologiques de Plancton (GEP), et 2) la structure en taille des communautés échantillonnées sur un intervalle de taille de 6 ordres de grandeur (0.1 µm à 10000 µm). La communauté planctonique au point B évolue en une succession écologique complexe impliquant tous les groupes planctoniques, depuis les bactéries jusqu’aux prédateurs gélatineux du macroplancton. Des évènements impulsifs, tels que des coups de vent, déclenchent des réorganisations de la communauté par un jeu d’interactions entre des contrôles « bottom-up » et « top-down ». Toutefois, le biovolume planctonique total ne varie que d’un seul ordre de grandeur au cours de la période échantillonnée. De même, la structure en taille des communautés planctoniques totales ne varie pas significativement au cours du temps. La stabilité du biovolume total et de la structure en taille suggère que des mécanismes structurant et de compensation forts maintiennent les communautés planctoniques dans un intervalle de biomasse restreint. Le couplage entre données de taille et de taxonomie révèle une réorganisation du réseau trophique entre l’été et l’hiver. En hiver, Le réseau trophique microplancton-zooplancton est dominé par la fonction de broutage. En été, le réseau trophique microplancton-zooplancton est dominé par la fonction de prédation (chaetognathes et gélatineux carnivores). En été, ce réseau trophique s’organise en deux chaines trophiques parallèles et distinctes discriminées par des relations de taille entre proies et prédateurs. Cette réorganisation souligne le rôle clef du zooplancton et de la prédation dans la structuration des communautés planctoniques. Parallèlement à cette analyse temporelle en un point fixe, nous avons montré l’existence de types caractéristiques de communautés zooplanctoniques, associés à des conditions environnementales distinctes, à partir des échantillons de l’expédition Tara Oceans, à l’échelle globale. En utilisant la même méthodologie que pour l’analyse de la dynamique temporelle, nous avons identifié trois types de communautés mésozooplanctoniques à l’échelle globale selon le type d’environement: 1) des communautés associées aux environnements productifs (upwellings côtiers et équatoriaux), 2) des communautés associées aux zones de minimum d’oxygène (OMZs, « Oxygen Minimum Zones »), et 3) des communautés associées aux gyres océaniques oligotrophes. Ce travail constitue une première typologie des communautés zooplanctoniques, structurées en taille et GEP, à l’échelle globale. Il sera complété dans le futur par l’intégration de données issus des autres compartiments planctoniques, et de données d’export vertical de matière organique particulaire pour affiner les estimations des relations qui existent entre phytoplancton, zooplancton et flux biogéochimiques
Plankton constitutes the bulk of pelagic biomass and plays a major role in the global biogeochemical cycles that regulate the earth system. It encompasses all the organisms that drift with the water masses movements, from bacteria to giant medusae. Studies of the entire community are scarce, and plankton has been traditionally studied by fractions. The Tara Oceans expedition is the first attempt to simultaneously collect plankton in every size classes at the global scale. To demonstrate the feasibility of this approach, samples of plankton from bacteria to gelatinous macroplankton were collected weekly over ten months at a reference site (point B), in Villefranche Bay, northwestern Mediterranean, and analyzed using imaging techniques. Imaging enabled us to compare 1) the functional taxonomic information as derived from the analysis of 18 Plankton Ecological Groups (PEGs), and 2) the size structure of the same planktonic community over 6 orders of magnitude in size. The plankton dynamics at point B are driven by a complex succession process involving all plankton groups, from bacteria to macroplanktonic gelatinous predators. Environmental impulsive events such as wind events trigger sharp community level reorganizations via interplay of bottom-up controls followed by top-down controls. However, the total biovolume of the planktonic community varies within only one order of magnitude over the period studied. In addition, the size structure of the entire community does not vary significantly over time. The total biovolume and size structure stability suggest that strong and compensative mechanisms drive community dynamics within a narrow range of biomass variation. The use of both taxonomic and size structured data reveals a reorganization of the food web between winter and summer. In winter and spring the microplanktoniczooplanktonic food web is shaped by the grazing function. In summer, it is shaped by the predation function (chaetognaths and gelatinous predators). In summer, the food web self organizes in two distinct food chains discriminated by size relations between predators and preys. This reorganization underlines the key role of zooplankton and predation in structuring planktonic communities. In parallel to this temporal dynamics study, we used the Tara Oceans expedition samples to study the global scale distribution of mesozooplankton. We showed that characteristic mesozooplanktonic communities were associated with distinct environmental conditions, at the global scale. Using a similar methodology as for the temporal study we found that three different mesozooplanktonic communities were associated with 1) productive environments (e.g. upwellings), 2) Oxygen Minimum Zones, and 3) Oligotrophic oceanic gyres. This work is the first typology of mesozooplanktonic communities at the global scale. It will be further developed in the future by the integration of other planktonic compartments and particulate organic matter fluxes data, to improve our knowledge on the relations between phytoplankton, zooplankton and particulate organic matter fluxes

Le mésozooplancton désigne l'ensemble des animaux aquatiques compris entre 200 µm et 2000 µm, qui ne peuvent pas s’affranchir des courants. La variabilité du mésozooplancton joue un rôle majeur dans le cycle du carbone et les changements globaux à travers des effets directs et indirects. Il se distribue sur toute la colonne d’eau depuis la surface jusqu’aux abysses. La zone mésopélagique (entre 200 et 1000 m de profondeur) constitue une couche d’eau critique en raison des processus physiques et biologiques affectant les flux de carbone qui s’y déroulent. Toutefois, le mésozooplancton mésopélagique est rarement étudié, en raison des contraintes d'échantillonnage et de la méconnaissance taxonomique d’une communauté encore peu étudiée. La collection d’échantillons de l'expédition Tara Océans analysée par imagerie au Laboratoire d'Océanographie de Villefranche sur Mer a permis de générer une base de données de mésozooplancton d’emprise globale, de la surface jusqu’à la limite inférieure de la zone mésopélagique (1000 m). La combinaison des données taxonomiques et morphométriques générées par l’imagerie permet: i) de décrire la structure faunistique du mésozooplancton ; ii) d'étudier sa structure en taille; et iii) de calculer les taux physiologiques des crustacés pour estimer leur contribution au budget de carbone dans l'océan global, de la surface jusqu’à 1000 m. Ces données ont été augmentées des données de la campagne Malaspina, des récentes campagnes Geomar et des données d’imagerie in-situ de profils verticaux de particules (profileur de vision sous-marine, UVP) de Tara Océans. Cette thèse est une première étape vers l'analyse des variables descriptrices et la distribution des communautés de mésozooplancton dans la zone mésopélagique à l’échelle globale, en relation avec les flux verticaux de particules et les variables hydrologiques et biogéochimiques. Nos résultats montrent que la structure des communautés mésozooplanctoniques épipélagiques à l'échelle globale dépend essentiellement de la température, de la composition du phytoplancton, et de la matière organique particulaire produite en surface. Dans la couche mésopélagique, les principaux facteurs structurant le mésozooplancton sont la composition du phytoplancton de surface, la concentration en particules, la température et la concentration en oxygène dissous. La structure en taille du mésozooplancton a été étudiée à travers l’analyse des pentes et des formes des spectres de taille en biomasse normalisée ou en biovolume normalisé (NBSS). Nos résultats montrent que la position dans la colonne d’eau (profondeur) est un facteur plus important que l’effet de la latitude pour expliquer les différences entre communautés de mésozooplancton (abondances relatives des taxons, biomasse, NBSS). Les NBSS observés dans les régions tropicales sont le reflet d’une diminution drastique de l'abondance du mésozooplancton, s’accompagnant d’une diminution de leurs pentes spectrales (plus pentues), tandis que leurs formes changent peu. Les NBSS du grand mésozooplancton et des particules > 500 µm ESD obtenus à partir de deux méthodes différentes (collecte au filet et imagerie par ZooScan, et imagerie in situ, UVP, respectivement) ont permis de comparer et intercalibrer directement leurs NBSS, des systèmes oligotrophes aux systèmes eutrophes. Les résultats montrent que les filets sous-échantillonnent significativement les organismes fragiles tels que les rhizaires et que l’UVP sous-échantillonne les copépodes, avec une forte variabilité en fonction de la latitude et de la profondeur. Les NBSS du mésozooplancton estimés par les deux instruments concordent aux endroits où les copépodes dominent, dans les océans tempérés et polaires [...]
Mesozooplankton refers to all aquatic animals between 200 µm and 2000 µm that drift with the currents. The variability of mesozooplankton plays a major role in the carbon cycle and global changes through direct and indirect effects. It is distributed throughout the water column from the surface to the abyss. The mesopelagic zone (between 200 and 1000 m depth) is a critical water layer because of the physical and biological processes affecting carbon fluxes that take place there. However, mesopelagic mesozooplankton is rarely studied, due to sampling constraints and the lack of taxonomic knowledge of a community that is still poorly studied. The collection of samples from the Tara Oceans expedition analyzed by imaging at the Laboratoire d'Océanographie de Villefranche sur Mer has allowed the generation of a global mesozooplankton database, from the surface to the lower limit of the mesopelagic zone (1000 m). The combination of taxonomic and morphometric data generated by the imaging technique allows: i) to describe the faunal structure of the mesozooplankton; ii) to study its size structure; and iii) to calculate the physiological rates of crustaceans to estimate their contribution to the carbon budget in the global ocean, from the surface to 1000 m. These data have been augmented with data from the Malaspina cruise, recent Geomar cruises and in-situ imaging data of vertical particles profiles (underwater vision profiler, UVP) from Tara Oceans. This thesis is a first step towards the analysis of descriptor variables and the distribution of mesozooplankton communities in the mesopelagic zone at the global scale, in relation with vertical particles fluxes and hydrological and biogeochemical variables. Our results show that the structure of epipelagic mesozooplankton communities at the global scale depends mainly on temperature, phytoplankton composition, and surface-produced particulate organic matter. In the mesopelagic layer, the main factors structuring the mesozooplankton are surface phytoplankton composition, particulate concentration, temperature and dissolved oxygen concentration. The size structure of the mesozooplankton was studied through the analysis of slopes and shapes of the normalized biomass size spectrum or the normalized biovolume size spectrum (NBSS). Our results show that position in the water column (depth) is a more important factor than the effect of latitude in explaining differences between mesozooplankton communities (relative abundances of taxa, biomass, NBSS). NBSS observed in tropical regions reflect a drastic decrease in mesozooplankton abundance, accompanied by a decrease in their spectral slopes (steeper), while their shapes were less affected. NBSS of large mesozooplankton and particles > 500 µm ESD obtained from two different methods (net collection and imaging by ZooScan, and in situ imaging, UVP, respectively) allowed to directly compare and intercalibrate their NBSS from oligotrophic to eutrophic systems. Results show that nets significantly underestimate fragile organisms such as rhizarians and UVP underestimates copepods, with high variability with latitude and depth. Mesozooplankton NBSS estimated by both instruments are in agreement at locations where copepods dominate, in the temperate and polar oceans. Analysis of tropical crustacean NBSS reveals the existence of five types communities, associated with distinct habitats: surface rich environment, upper mesopelagic rich environment, lower mesopelagic poor environment, oligotrophic mesopelagic and oxygen minimum zones (OMZ) [...]