The discipline of ecology is habitually divided up into a whole range of different specialities, and this thesis forms part of what is commonly known as "community ecology" (Diamond and Case 1986). To be more precise, my work has centred on the degree to which the trophic relationships that exist between the organisms constituting a food web govern the structure and dynamics of the communities they form. I approached the subject from an experimental point of view and all the work was carried out in the field by means of what are referred to as "natural experiments", with all the advantages and disadvantages that this supposes. The chosen ecosystem was the coastal marine benthos or, to be more specific, rocky infralittoral communities, a propitious place in which to work since this setting has seen the production of some highly important contributions to community ecology, above all in the development of experimental techniques (review by Castilla 2000).Owing to the existence of previous investigations, my work, strictly speaking, does not break any new ground, since the subject matter has already been well studied in other oceans (see Castilla 2000 for a revision). Paradoxically, the Mediterranean, them cradle of the natural sciences (Aristotle, 350 BC) and home to the invention of scuba diving by Gagnan and Cousteau in 1944, has generally not been witness to any of the most important advances in experimental benthic science. Whilst not wanting to question the universality of discoveries regarding benthic communities made in other waters, it can surely not be an excessive precaution to attempt to understand the way regional peculiarities - the Mediterranean is a very singular sea in many ways (Margalef 1985) - affect general principals.One highly significant way in which benthic experiments in the Mediterranean are playing a part in current debate is the role that marine reserves or protected marine areas (PMAs) can be expected to play as management tools in ecosystems adversely affected by human action. In this sense, my work shares a characteristic with many others: the use of marine reserves as experimental sites that can be compared with nearby unprotected zones in order to try and judge their worth.As a final reflection on the main object of study in my thesis it is worth remarking that the system under study relates on a trophic level macroscopic algae - the main primary producers in the phyto-benthos - to their herbivores, which in the coastal Mediterranean benthos are essentially a sea urchin (Paracentrotus lividus), a fish, the salema (Sarpa salpa), and a guild of omnivorous fish that include optional grazers of algae and predators on sea urchins. My study investigated the interactions taking place between all the actors in this complex community and not just the interactions occurring between a certain group of species, although inevitably, given its central position, the sea urchin Paracentrotus lividus has been the focal point of our efforts. As a means of simplifying, throughout this paper I often refer to the "triangle" 'algae-sea urchins-fish', which is described in more detail in Annex 1.I feel that my work has two main applications. Aside from any knowledge gained from the experimental study of the interactions within a complex community under natural conditions, our results have, firstly, a clear role to play in the management of coastal areas and biological conservation in general. It is known that high densities of sea urchins can cause a regression and a loss of diversity in algal communities (that can be compared to the effects of desertification on the biodiversity of forest ecosystems).Studying experimentally the mechanisms that regulate these interactions is a way of searching for valid management criteria. Secondly, we looked at the relevance of the role played by changes of anthropic origin such as eutrophication or overfishing in the proliferation of sea urchins and the regression of algal communities. / Dins el ventall d'especialitats en que s'acostuma a dividir l'ecologia, aquesta tesi s'enquadra en l'anomenada "ecologia de comunitats" (Diamond i Case 1986). Amb més precisió, el meu treball ha estat dedicat a investigar el grau en que les relacions tròfiques entre els organismes que formen una xarxa tròfica arriben a governar l'estructura i dinàmica de la comunitat que formen. L'aproximació es experimental i tot el treball s'ha realitzat al camp, basat en el que hom anomena "experiments naturals" amb les seves virtuts i inconvenients. L'ecosistema triat ha estat el bentos marí litoral, i en concret les comunitats de l'infralitoral rocós. Es tracta d'un marc de treball favorable, ja que aquest escenari ha produït algunes de les contribucions més importants a l'ecologia de comunitats, sobretot en el que fa al desenvolupament de la seva vessant experimental (revisat per Castilla 2000).A causa d'aquests treballs precedents, una part dels objectius del meu treball no és estrictament novedosa, ja que han estat molt estudiats en altres mars (veure Castilla 2000 per a una revisió). Paradoxalment tractant-se del mar que ha estat el bressol de les ciències naturals (Aristòtil, cap el 350 a.C.) i de la invenció de l'escafandre autònom per Gagnan i Cousteau el 1944, la Mediterrània ha quedat en gran mesura fora de l'àrea on han tingut lloc els avenços de l'ecologia bentònica experimental. Tot i que confíem en l'universalitat de les descobertes més sòlides de l'ecologia de comunitats bentòniques, mai serà una precaució excessiva per als ecòlegs copsar la forma en que les particularitats regionals (la Mediterrània es un mar en molts sentits singular; Margalef 1985) modelen aquests principis generals.A més, almenys en una part sí que les experiències d'ecologia bentònica mediterrànies participen de la més disputada actualitat, i és en el paper que hom pot esperar que realitzin les Reserves Marines o Àrees Marines Protegides (MPA's) com eines de gestió racional d'uns ecosistemes massa castigats per l'acció humana. En aquest sentit el meu treball comparteix amb molts altres que es realitzen actualment el tret d'utilitzar les Reserves Marines com un dels tractaments experimentals estudiats i, per comparació amb el que succeeix a les zones properes no protegides, tracta d'esbrinar els seus efectes.Per acabar de focalitzar el tema objecte de la meva tesi només cal afegir que el sistema estudiat és el que relaciona tròficament les algues macroscòpiques, com principals productors primaris del fito-bentos, amb els seus herbívors, que al bentos litoral mediterràni es poden simbolitzar en una espècie de garota de mar ("Paracentrotus lividus") i un peix ("Sarpa salpa"), i amb el gremi de peixos omnívors entre els que es compten opcionals pasturadors d'algues i depredadors de les garotes herbívores. L'estudi aborda les interaccions entre tots els elements d'una comunitat complexa, i no només d'algunes espècies selectes, encara que, pel seu paper central, la garota "Paracentrotus lividus" ha concentrat més esforços que la resta. Al llarg de la memòria i per simplificar, parlarem sovint d'aquest "triangle" algues-garotes-peixos, que es descriu amb més detalls en l'Annex 1.Crec que l'interès d'aquest treball pot ser doble. Més enllà del coneixement que pot aportar a l'Ecologia de comunitats l'estudi experimental de les interaccions d'una comunitat complexa en condicions naturals, els resultats tenen un clar interès aplicat per a la gestió dels litorals i per a la biologia de la conservació. És sabut que altes densitats de garotes poden provocar la regressió de les comunitats algals i una forta pèrdua de diversitat (que pot ser comparada als efectes de la desertització sobre la biodiversitat dels ecosistemes forestals). Estudiant experimentalment els mecanismes que regulen aquestes interaccions busquem aportar criteris vàlids per a la gestió. Un tema d'especial interès ha estat esbrinar quin paper han pogut jugar canvis d'origen antròpic, com els derivats de l'eutrofització o de la sobre-pesca, en la proliferació de les garotes i la regressió de les comunitats algals.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / La baie de Sept-Îles (BSI) abrite le port minéralier le plus important en Amérique du Nord, de même que quelques industries qui œuvrent dans l'extraction, la transformation et l'exportation de matière minérale. Afin de déterminer les impacts de ces activités portuaires d'importance sur les communautés de microorganismes, ainsi que des changements climatiques sur cet écosystème côtier, une combinaison du biosuivi environnemental et de l'approche paléoécologique a été utilisée dans ce projet. Grâce à la méthode de biosuivi environnemental, en analysant les échantillons d'eau de surface, les conditions de base actuelles de la BSI peuvent être déterminées, tandis qu'avec l'approche paléoécologique et l'analyse de sédiment, ce sont les variations temporelles du passé qui peuvent être déterminées. Les objectifs du projet sont d'évaluer la biomasse photosynthétique estivale dans les eaux de surface de la baie de Sept-Îles, d'explorer la diversité et la répartition des producteurs primaires dans ces eaux et d'explorer les assemblages de pigments présents dans une archive sédimentaire provenant de la BSI afin de quantifier les changements survenus depuis les 550 dernières années. Pour ce faire, les assemblages de pigments algaux et bactériens contenus dans les échantillons d'eau de surface et de sédiment ont été analysés avec la méthode de chromatographie liquide à haute performance (HPLC). Puisque chaque pigment est associé à un ou plusieurs taxons algaux ou bactériens, l'état de la communauté phytoplanctonique et benthique, ainsi que la biomasse algale de la BSI peuvent être estimés. Les résultats de ce projet de recherche nous permettent de conclure qu'il est difficile de déceler des effets des industries ou de l'achalandage maritime récent, bien qu'il semble que certains pigments soient moins abondants dans les sédiments récents que dans le passé, représentant l'ère préindustriel. Il est également difficile de distinguer les effets anthropiques directs des effets naturels liés aux changements climatiques. Pour cela, on devrait intégrer des marqueurs industriels spécifiques, tels certains métaux lourds ou particules relâchés par les industries. Ce travail contribue aux connaissances et à la compréhension de la dynamique à long-terme de l'environnement aquatique de la région de Sept-Îles. / The Bay of Sept-Iles (BSI) is home to the largest mineral port in North America, as well as a few industries involved in the extraction, processing, and export of mineral material. To determine the impacts of these important port activities and climate change on microbial communities, a combination of environmental biomonitoring and paleoecological approach was used in this project. Through the environmental biomonitoring method, by analyzing surface water samples, the current baseline conditions of the BSI can be determined, while with the paleoecological approach and sediment analysis, it is the temporal variations of the past that can be determined. The objectives of the project are to evaluate summer photosynthetic biomass in the surface waters of Sept-Iles Bay, to explore the diversity and distribution of primary producers in these waters, and to explore pigment assemblages present in a sedimentary archive from the BSI to quantify changes over the last 550 years. To do this, the assemblages of algal and bacterial pigments contained in the surface water and sediment samples were analyzed using the High-Performance Liquid Chromatography (HPLC) method. Since each pigment is associated with one or more algal or bacterial taxa, the state of the phytoplankton and benthic community, as well as the algal biomass of the BSI can be estimated. The results of this research project allow us to conclude that it is difficult to detect the effects of recent industries or maritime traffic, although it appears that some pigments are less abundant in recent sediments than in the past, representing the pre-industrial era. It is also difficult to distinguish direct anthropogenic effects from natural effects related to climate change. For this, we should integrate specific industrial markers, such as certain heavy metals or particles released by industries. This work contributes to the knowledge and understanding of the long-term dynamics of the aquatic environment of the Sept-Iles region.

Les algues del gènere Cystoseira són els principals organismes formadors d'estructura en fons rocosos ben il·luminats del Mar Mediterrani. Formen unes comunitats molt estructurades que s'assemblen ecològicament als boscos terrestres i que són sensibles als impactes antròpics. Aquesta tesi s'ha centrat en l'estudi de les espècies i comunitats dominades per Cystoseira que es troben en ambients calmats, és a dir, en petites cales i/o badies. S'han abordat diversos aspectes com són la distribució, composició, estructura i biogeografia d'aquestes comunitats, així com els efectes de la contaminació sobre les mateixes. Per una banda, s'ha documentat l'estat actual de les comunitats dominades per C. crinita a nombrosos llocs al llarg de tot el Mediterrani, aportant informació sobre la seva composició, estructura, variació biogeogràfica i dinàmica de la comunitat a llarg termini. S'ha documentat la desaparició de diverses espècies de Cystoseira en zones afectades per impactes antròpics diversos i s'ha proporcionat la primera evidència experimental de la desaparició d'espècies de Cystoseira a causa de la contaminació. / Macroalgae of the genus Cystoseira are the main engineering species in shallow rocky bottoms in the Mediterranean Sea. They dominate diverse and structured assemblages which are ecologically similar to terrestrial forests and show high sensitivity to human impacts. This thesis has focused on the study of the species and assemblages dominated by Cystoseira which appear in sheltered environments, such as bays and small coves. The study of the distribution, composition, structure, biogeography, effects of pollution and recovery potential of these assemblages are the main subjects of the thesis. By one hand, the current state of C. crinita-dominated assemblages has been assessed for many localities through the Mediterranean. Information on the composition, structure, biogeography and long-term dynamics of these assemblages has been provided. The disappearance of different Cystoseira species in impacted areas has been documented and the first experimental evidence of pollution negative effects on Cystoseira populations has been provided.

Au Biodôme de Montréal, la culture d'algues marines pourrait contribuer à l'amélioration de l'habitat aquatique et permettre à l'institution de combler ses exigences en termes de qualité de l'eau. En effet, les macroalgues peuvent diminuer les concentrations en nitrates et en phosphates générés par la décomposition des déchets métaboliques des animaux captifs puisqu'elles absorbent ses nutriments pour combler leurs besoins de croissance. L'objectif de ce projet est de contribuer au développement d'un biofiltre macroalgal adapté aux conditions d'opération de l'écosystème marin du Biodôme de Montréal. Les performances de bioremédiation de deux espèces d'algues marines indigènes, Palmaria palmata et Ulva lactuca, ont été évaluées sous des conditions expérimentales similaires à celles des bassins d'exposition, soit deux températures (5 et 10°C) et trois concentrations élevées en nitrate et phosphate (2 856:194 vs. 3 570:242 vs. 4 284:291 µM NO₃-:PO₄³⁻). Après six jours de culture, nos résultats démontrent 1) que les différentes concentrations en nutriments et la température n'influencent pas significativement la vitesse d'absorption des nutriments chez les deux espèces; 2) que la croissance de P. palmata n'est pas influencée par les traitements et 3) qu'U. lactuca démontre une croissance maximale à 10°C et à concentration intermédiaire. Le niveau élevé de saturation tissulaire en N, en lien avec les conditions environnementales nutritives du milieu de culture, limiterait l'absorption des nutriments et la croissance des macroalgues. Entre les deux espèces, U. lactuca semble une meilleure candidate que P. palmata dans nos conditions expérimentales, car elle démontre une vitesse d'absorption des nitrates trois fois supérieure (1,76 ± 0,59 vs. 0,65 ± 0,15 mg N MS⁻¹ d⁻¹), une vitesse d'absorption des phosphates deux fois supérieure (0,32 ± 0,21 vs. 0,14 ± 0,11 mg P DW⁻¹ d⁻¹) et un taux de croissance trois fois supérieur à P. palmata (2,12 ± 0,89 vs. 0,64 ± 0,18 % MF d⁻¹). Pour poursuivre le développement d'un biofiltre macroalgal efficace, l'accès à la lumière, le contrôle du pH et la disponibilité en microéléments devraient être optimisés

Le modèle biogéochimique de résolution complexe MIRO a été développé pour étudier la dynamique des efflorescences de Phaeocystis en zone côtière belge (BCZ) en réponse aux apports de nutriments anthropiques délivrés directement par l’Escaut et indirectement par la Seine via les eaux atlantiques entrantes. Le modèle MIRO décrit les cycles du carbone (C), de l’azote (N), du phosphore (P) et de la silice (Si) au travers de 38 compartiments chimiques, planctoniques et benthiques clés de l’écosystème côtier dominé par Phaeocystis. Il a été validé dans une configuration multi boite simple en utilisant des forçages climatologiques pour la période 1989-1999 et sur base d’une comparaison visuelle des simulations de nutriments et des variables planctoniques avec les données récoltées durant cette même période.<p>Le modèle validé a ensuite été utilisé pour étudier le fonctionnement de l’écosystème et les cycles biogéochimiques associés. Plus précisément, les bilans de carbone et de nutriments réalisés sur base des flux biologiques modélisés ont montré que l’écosystème de la BCZ, dominé par les efflorescences de Phaeocystis, se caractérise par une faible efficience trophique, une faible capacité de rétention/élimination des apports de nutriments d’origine anthropique et une faible capacité d’absorption du CO2 atmosphérique. Des scénarios annulant tour à tour l’activité biologique et les apports de carbone par les rivières ont permis de déterminer les rôles respectifs de la température, des processus biologiques et des apports de nutriments et de carbone par les rivières dans l’évolution saisonnière de la pCO2 des eaux de surface.<p>L’effet combiné des apports anthropiques de nutriments et des conditions météorologiques locales (débit, vent, température) a été étudié sur base d’une simulation effectuée pour la période contemporaine (1989-2003) en utilisant les forçages réels mesurés. La comparaison visuelle des simulations et des observations montre que, si le modèle est parfaitement capable de reproduire les successions phytoplanctoniques, il est par contre moins performant en ce qui concerne la reproduction des signaux extrêmes. Il apparaît donc que l’échelle de temps (mensuelle) utilisée pour décrire la variabilité des forçages est trop longue et ne permet pas de capter les variations hydrologiques à court terme résultant du vent et de la marée. <p>De manière à mieux comprendre le lien entre les activités humaines sur le bassin versant et l’eutrophisation des zones côtières, le modèle MIRO a été couplé aux sorties du modèle de rivière RIVERSTRAHLER appliqué à la Seine et à l’Escaut sur une période de 50 ans (1950-1998). Les résultats obtenus montrent que l’importance des efflorescences de diatomées est conditionnée par les apports de PO4, alors que l’importance des Phaeocystis est directement liée à l’importance des apports de NO3. Un bilan établi pour la BCZ montre que plus de 50% des apports annuels de N et 60% des apports annuels de P proviennent des eaux Atlantiques et pointe l‘importance des apports de la Seine pour l’enrichissement de la BCZ. <p>Différents scénarios de réduction des apports de nutriments provenant des rivières ont été réalisés afin de cibler le ou les nutriments à diminuer prioritairement pour réduire les efflorescences de Phaeocystis. Les résultats montrent que, dans les conditions actuelles, seule une réduction des apports de NO3 prédit une diminution des efflorescences de Phaeocystis. De plus, pour avoir un abattement significatif de ces efflorescences, il est nécessaire d’agir de manière conjointe sur les apports de la Seine et de l’Escaut.<p>En vue de l’implémentation du code MIRO dans un modèle 3D hydrodynamique et pour tenir compte de la variabilité spatiale des sédiments dans la zone étudiée, une paramétrisation des flux de nutriments à l’interface eau-sédiment a été recherchée sur base des résultats obtenus avec un modèle diagénétique analytique décrivant la dégradation de la matière organique et les cycles de l’azote et du phosphore dans les sédiments. <p> / Doctorat en sciences, Spécialisation biologie animale / info:eu-repo/semantics/nonPublished

No description available.