La Méditerranée est caractérisée par des concentrations en nutriments parmi les plus faibles au monde, et qui montrent des valeurs décroissantes d’ouest en est. A l’échelle climatologique, le bassin est dominé par un régime subtropical, à l’exception de certaines zones spécifiques, qui présentent une dynamique typique des régions tempérées. Malgré l’importance des nutriments pour ces cycles, on connaı̂t peu de chose sur leur variabilité temporelle car les données disponibles sont souvent insuffisantes à l’échelle du bassin. L’objectif principal de ce travail est d’aborder cette question à différentes échelles de temps. L’exploitation de la série temporelle DYFAMED a d’abord permis de décrire le cycle saisonnier et les tendances décennales des concentrations en nutriments en Méditerranée nord-occidentale. L’analyse des données d’apports atmosphériques de la station du Cap Ferrat à complété ce travail, en évaluant l’importance relative des processus d’approvisionnement en nutriments des eaux de surface. Pour élargir l’étude à l’ensemble du bassin, nous avons par la suite considéré des mesures acquises par des flotteurs Bio-Argo (déployés dans le cadre de l’EQUIPEX NAOS), équipés de capteurs optiques mesurant les concentrations en nitrate (SUNA). Ces flotteurs sont en train de changer fondamentalement la manière dont nous observons les océans, et cette thèse est l’une des premières à documenter cette révolution technologique. Ils ont rendu possible, pour la première fois en Méditerranée, une description des cycles saisonniers des concentrations en nitrate, simultanément en différentes zones du bassin. Ces données ont aussi souligné l’importance de la variabilité temporelle haute fréquence, permettant de réévaluer le rôle de certains processus. / The Mediterranean Sea is characterized by nutrient concentrations among the lowest in the world, and which exhibit decreasing values eastward. At climatological scale, a subtropical-like regime dominates almost the entire basin, except for some areas where temperate like dynamics are found. Despite the importance of nutrients on these cycles, very little is known about their temporal variability, due to the overall data scarcity at basin scale. This work mainly aims to address this issue at various time scales. Data from the DYFAMED time-series were firstly examined, and allowed the description of the seasonal cycle and decadal trends of nutrient concentrations, in the northwestern Mediterranean. The analysis of atmospheric data from the Cap Ferrat station completed this work, and permitted to evaluate the relative contributions of the different processes that provide nutrients in surface. The study was then extended to the whole basin by considering measurements acquired by Bio-Argo floats (deployed in the framework of the NAOS EQUIPEX), equipped with a nitrate sensor (SUNA). These floats are about to fundamentally change the way we observe the ocean, and present work is among the first to document this ongoing technological revolution. They allowed, for the first time in the Mediterranean, the monitoring of seasonal variability of nitrate concentrations, simultaneously in different areas of the basin. This data also highlighted the significance of the high frequency temporal variability, which enables to reevaluate the role of some processes.

Les microalgues constituent une source prometteuse de biocarburants dits de troisième génération. L'intérêt de ces micro-organismes photosynthétiques réside également dans l'étendue de la palette de molécules qu'elles peuvent produire, telles que les protéines, les pigments ou encore les vitamines. Néanmoins, des progrès sont encore nécessaires pour diminuer les coûts économiques et environnementaux des procédés de culture et assurer ainsi la viabilité de la filière. En particulier, mieux comprendre l'effet de la lumière sur la productivité des cultures denses est une étape essentielle pour optimiser ces procédés. L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets quantitatifs et qualitatifs de la lumière sur la croissance et les mécanismes d'acclimatation de deux espèces de microalgues à fort intérêt biotechnologique, Dunaliella salina et Tisochrysis lutea. La première partie de cette thèse examine la réponse de Dunaliella salina à des variations rapides de la lumière, reproduisant les fluctuations de l'éclairement typiquement perçues par les cellules microalgales brassées au sein des systèmes de cultures industriels à haute densité de type raceway. Dans la seconde partie, nous avons analysé la réponse de Dunaliella salina et Tisochrysis lutea à différentes compositions du spectre lumineux. L'approche à la fois expérimentale et théorique nous a permis d'identifier les effets d'une lumière colorée sur la productivité et la composition pigmentaire des microalgues. Nos résultats offrent des perspectives encourageantes et des pistes concrètes permettant d'optimiser l'utilisation de la lumière pour produire des microalgues et d'améliorer le bilan énergétique de ces procédés. / Microalgae are a promising source of third generation biofuels. The interest on these photosynthetic microorganisms also lies within the extent of the spectrum of molecules that they can produce, such as proteins, pigments, and vitamins. Nevertheless, further progress is still necessary to reduce the economic and environmental costs of cultivation processes and to ensure the viability of this sector. In particular, better understanding of the effect of light on the productivity of dense cultures is an essential step to optimize these processes. The aim of this thesis is to study the quantitative and qualitative effects of light on growth and acclimation mechanisms of two species of microalgae with high biotechnological interest ; Dunaliella salina and Tisochrysis lutea. The first part of this thesis examines the response of Dunaliella salina to rapid light changes, by reproducing irradiance fluctuations typically experienced by microalgal cells in a highly turbid suspension in raceway ponds. In the second part, we analyzed the response of Dunaliella salina and Tisochrysis lutea to different light spectra. Our experimental and theoretical approach allowed us to identify the effect of colored light on productivity and pigment composition of microalgae. Furthermore, our results offer encouraging prospects for elevate understanding and use of light and improve the energy performance of these processes.

Le système d'upwelling péruvien est l'un des systèmes marins côtiers les plus productifs de l’océan mondial. Le vent de surface le long de la côte est le principal moteur de l'upwelling. Cette thèse vise à étudier la variabilité du vent côtier et ses processus lors du réchauffement de la couche de surface, à différentes échelles de temps: (1) des échelles de temps interannuelles, correspondant aux événements El Niño, et (2) des échelles de temps multi-décadaires résultant du changement climatique régional. Une série de domaines emboités d’un modèle atmosphérique régional est utilisée pour simuler le vent de surface. Dans la première partie de la thèse, on étudie les processus responsables de l'augmentation, contre-intuitive, du vent observée au large du Pérou au cours de la période El Niño 1997-1998. Des expériences de sensibilité montrent que le réchauffement inh de la omogène des eaux de surface, plus important dans le nord, entraîne un gradient de pression accru le long côte, accélérant le vent. Dans une seconde partie de la thèse, l’évolution des vents côtiers est étudiée dans le scénario du «pire cas» du changement climatique RCP8.5. Forcés par le gradient de pression le long de la côte, les vents diminuent en été, tandis qu’ils s’accroissent en hiver, renforçant ainsi légèrement le cycle saisonnier. / The Peruvian upwelling system is one of the most productive coastal marine systems of the world ocean. As in other upwelling systems, alongshore surface wind is the main driver of the coastal upwelling. This thesis aims to study the coastal wind variability and the processes responsible for it during the ocean surface layer warming conditions, at different time scales: (1) interannual time scales, corresponding to El Niño events and (2) multi decadal time scales resulting from regional climate change. A suite of regional atmospheric model embedded domains is used to simulate the surface winds. In the first part of the thesis, the counter-intuitive wind increase observed off Peru during the 1997-1998 El Niño is studied. Sensitivity experiments show that the inhomogenous alongshore surface warming, larger in the north, drives an enhanced alongshore pressure gradient that accelerates the alongshore wind. In the second part of the thesis, the evolution of coastal wind changes is investigated under the “worst case” RCP8.5 climate change scenario. Mainly driven by the alongshore pressure gradient, summer winds decrease whereas winter winds increase, thus slightly reinforcing the seasonal cycle.

La répétitivité de l’Eastern Mediterranean Transient et le changement climatique affecte les écosystèmes marins du Levantin. La compréhension des réponses du zooplancton à ces variations est donc d’une importance majeure pour les services écosystèmiques. Ce travail est le premier à étudier la variabilité saisonnière et interannuelle et les spectres de taille du zooplancton en relation avec l’environnement au point B2 (N34º14.856 ; E35º36.067, Liban Nord). Dans ce contexte, une série temporelle unique de 14 ans a été effectuée avec un filet de 52 µm et analysée à l’aide d’un système d’imagerie semi-automatique, le Zooscan, pour détecter un changement dans le système pélagique. Les résultats ont montré que la biomasse maximale du zooplancton a été couplée au bloom phytoplanctonique printanier. Alors qu’une abondance maximale de petits organismes a été observée en été suggérant une période de recrutement des organismes. Suite à l’EMT-like en 2005, la salinité a augmenté dans la zone d’étude et tout le bassin. L’abondance et la biomasse du zooplancton ont augmenté subitement, lié à une augmentation probable de la production du phytoplancton cependant masquée par un possible contrôle de type "top down". L’enrichissement de la couche de surface en nutriments anthropiques a mené à des périodes ponctuels plus ou moins productives. La structure en taille du zooplancton a varié en fonction des facteurs hydrologiques. L’analyse des pentes a présenté une variabilité interannuelle liée aux abondances du zooplancton. Tandis que les formes ont montré une domination des individus de grandes tailles en hiver et au printemps. Cette mesure automatique peut être utilisée comme proxy de changement dans l’écosystème pélagique. / The occurring of the cyclic Eastern Mediterranean Transient and the climatic change have effects on the Levantine marine ecosystem. Understanding the response of zooplankton to such variations is of importance for ecosystem services. This thesis represents a pioneer study in enlightening the seasonality and the interannuality, as well as the spectra size of the zooplankton at a fix point B2 (N34º14.856; E35º36.067, North Lebanon). In this context, a 14 years unique time-series was conducted by a 52 µm mesh size net and analyzed with a powerful synthetic index, the Zooscan to monitor changes in the pelagic system. The results found that the maximum zooplankton biomass was coupled to the phytoplankton spring bloom, whereas abundances increased in the summer possibly due to the recruitment. Following the EMT-like in 2005, the salinity increased in the study area and the whole basin. Zooplankton abundance and biomass increased abruptly possibly related to the enhanced primary production which is hidden by the "top down" control by zooplankton. Moreover, the nutrients enrichment of anthropogenic origin at the sea surface characterized the site by more or less productive occasional periods. The zooplankton size structure has also changed along the period depending on the hydrological factors. The spectral slope analysis showed an interannual variability according to the abundances. While the spectra shape analysis displayed a domination of big size individuals during winter and spring seasons. This automatic measurement highlighted the efficiency of detecting changes in zooplankton that can be related to broader ecosystem perturbation.

Ce travail a porté sur la variabilité de la salinité de surface (SSS) de l'océan dans le gyre subtropical Nord Atlantique. J'ai étudié la variabilité saisonnière de la SSS en lien avec les flux d'eau douce échangés avec l'atmosphère et la circulation océanique à méso échelle, au cours de plus de deux ans, d'août 2012 à décembre 2014. Les produits issus de la mission satellitaire soil moisture and ocean salinity (SMOS) corrigés de biais systématiques aux grandes échelles ont été testés et utilisés pour restituer la variabilité méso-échelle de SSS. Nous avons de surcroit utilisé les simulations numériques à haute résolution PSY2V4R2-R4 de Mercator. Les champs issus de SMOS et des simulations ont été comparés aux données in situ de bouées dérivantes et de thermosalinographes recueillies pendant l'expérience SPURS, avec des résultats satisfaisants, en particulier en hiver, et des écarts-type de différences typiques de l'ordre de 0.15 pss. Le flux d’eau douce échangé avec l’atmosphère est le terme dominant dans le bilan saisonnier de la SSS. Ce sont des termes associés à la dynamique océanique qui le compensent partiellement. En particulier, l’entrainement des eaux sous-jacentes contribue fortement en début d’hiver. Il agit d’ordinaire à réduire la SSS, à l’exception de la région au sud du maximum de SSS, où c’est au contraire une augmentation qu’il induit. L’advection est une seconde contribution importante à la variabilité de la SSS. Elle transfert ainsi vers le nord les eaux ‘salinisées’ plus au sud dans la région du maximum de perte d’eau douce vers l’atmosphère. La contribution d'advection est fortement dépend du type de données utilisées et leur résolution spatiale. / The focus of this work is on sea surface salinity (SSS) variability in the North Atlantic subtropical gyre. We study seasonal SSS variability and its link to the atmospheric freshwater flux at the ocean surface and to ocean dynamics at meso-scales for the period August 2012 – December 2014. The products from the soil moisture and ocean salinity (SMOS) satellite mission corrected from large scale systematic errors are tested and used to retrieve meso-scale salinity features. Furthermore, the PSY2V4R2-R4 simulation produced by Mercator with a high spatial resolution is also used. The comparison of corrected SMOS SSS data and Mercator simulation with drifter's in situ and TSG measurements from the SPURS experiment shows a reasonable agreement with RMS differences on the order of 0.15 pss.The freshwater seasonal flux is the leading term in the SSS seasonal budget. To balance its effect the ocean dynamics strongly contribute. The entrainment of deeper water is strong during the winter time. It usually acts to lower SSS, except in the south of the SSS–max region where it contributes to increase salinity. Advection is the second important component responsible for the SSS variability. It transfers further north the salty water from the evaporation maximum region. The contribution of advertion term is strongly dependent on the type of data used and their spatial resolution.