On considère généralement les biofilms comme des indicateurs biologiques d'alerte, les organismes les composant ayant des temps de génération relativement courts et présentant une grande diversité de preferenda environnementaux et de sensibilité aux altérations anthropiques. Dans ces travaux, les effets de pesticides sur les biofilms de rivière ont été étudiés à différentes échelles de représentativité, allant de mélanges complexes à faible dose en utilisant des extraits d'échantillonneur passif POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) à des molécules testées seules, en passant par des mélanges simples.L'exposition chronique et à faible dose aux extraits de POCIS a révélé des impacts au niveau de la croissance, de la structure (assemblages de diatomées) et du fonctionnement du biofilm en lien avec son exposition passée. De plus les expériences utilisant des molécules testées seules (pesticides et métabolites) et les mélanges simples ont permis de caractériser la toxicité relative des composés présents dans les extraits de POCIS en lien avec leur mode d'action et d'explorer la réponse de descripteurs encore peu utilisés en écotoxicologie comme la construction de Rapid Light Curves (RLCs).Ce travail confirme la pertinence de l'utilisation des extraits d'échantillonneurs passifs comme le POCIS pour mieux appréhender les effets des pesticides en mélanges sur le biofilm de rivière ainsi que l'intérêt des RLCs en tant que descripteur précoces d'exposition aux pesticides.

Le silicium est le second élément le plus abondant de la croûte terrestre et un nutriment clefs des écosystèmes aquatiques. Il existe de fortes interactions entre Si, le cycle du carbone et les processus biogéochimiques. Cette étude porte sur la variabilité de Si (amorphe-ASi, lithogène-LSi et dissous-DSi) et les isotopes de Si le long du continuum continent-océan. Nous avons étudié la variabilité saisonnière et spatiale de ASi, LSi, DSi et des isotopes dans ~20 estuaires indiens. Nous avons catégorisé les estuaires selon une analyse statistique (PCA et regroupement). Le prélèvement par les diatomées semble être le principal processus contrôlant ASi en saison sèche, surtout au Sud. L’altération et l’érosion contrôlent LSi dans les autres estuaires. En saison humide, l’impact des diatomées n’est pas observé à cause d’une trop forte charge sédimentaire et tous les estuaires sont dominés par les apports lithogéniques. Les compositions isotopiques de Si peuvent tracer les sources de Si et les interactions biogéochimiques. Les résultats isotopiques montrent une différence saisonnière claire avec un impact fort de l’altération aux deux saisons. Les bassins versants du sud-ouest sont très différents des autres bassins du fait de leur topographie et climat. L’impact de l’agriculture et de la couverture forestière est aussi clairement présent dans tous les bassins tandis que la composition isotopique de Si des eaux souterraines résulte d’une combinaison de production et dissolution de minéraux. Ainsi, cette étude montre le rôle prépondérant de l’altération et du type d’argiles formées sur les isotopes de Si, indépendamment des saisons, plutôt que des processus biologiques ou de mélange tels que rapportés précédemment. / Silicon is the second most abundant element in Earth’s crust and one of the key nutrient in aquatic ecosystems. There are strong interactions of Si with carbon cycle and biogeochemical processes. The present thesis focused on variability of silicon (amorphous-ASi, lithogenic-LSi and dissolved-DSi) and Si isotopes along the land to ocean continuum. We investigated the seasonal and spatial variability of ASi, LSi & DSi and Si isotopes in ~20 Indian estuaries. We categorize the estuaries using statistical analysis (PCA and cluster analysis). Diatom uptake seems to be the main process controlling ASi during dry period, especially in the South. Weathering and erosion control the variability of LSi in the remaining estuaries. Similarly lithogenic supply controls Si during wet period in all estuaries and no impact of diatoms was seen because of high suspended load. Si isotopic compositions trace the Si sources and biogeochemical pathways. The isotopic results exhibit clear seasonal difference with high impact of type of weathering during both seasons. They show that southwest watersheds are very special in terms of weathering regime compared to the other watersheds because of topography and climate. The impact of agriculture and forest cover on Si cycle is also clearly evidenced in all the basins during wet period. We show that groundwater Si isotopic variability results from a combination of dissolution and production of minerals. Overall, this study shows the preponderant influence of weathering and type of secondary clays on Si isotopes irrespective to the seasons, rather than the biological uptake or mixing as reported elsewhere

La biodiversité est de plus en plus modifiée par les activités humaines, ce qui a conduit à des recherches considérables sur l'effet de la biodiversité sur le fonctionnement des écosystèmes. Ces recherches ont cependant rarement inclu le stress anthropogénique qui cause la perte de biodiversité. Cette thèse analyse l'impact du stress (pesticides et métaux lourds) sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes à la base de la chaîne alimentaire marine, avec des producteurs marins primaires (diatomées) et leurs principaux consommateurs (copépodes). Le premier résultat est que la pollution chimique altère la régularité plutôt que la richesse des espèces, avec un effet disproportionné sur le fonctionnement si un stress sélectif provoque la domination par des espèces tolérantes avec une faible contribution fonctionnelle. L'effet du stress sur le fonctionnement est prévisible sur la base d'une corrélation des traits biologiques prédisant l'abondance des espèces et des traits prédisant leur effet sur le fonctionnement. L'effet de la biodiversité sur le fonctionnement augmente sous l'effet du stress dû à une augmentation d'interactions facilitatrices entre les espèces (effet de complémentarité). L'effet du stress sur la qualité alimentaire des producteurs primaires réduit le transfert d'énergie au niveau des consommateurs, soulignant la pertinence du changement de biodiversité dans un contexte trophique. La thèse se termine par un cadre synthétique présentant les trois principaux effets (stress sélectif, stress physiologique, complémentarité) déterminant l'effet du stress sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. / Biodiversity is increasingly altered by human activities, which has led to considerable research on the consequences of biodiversity loss for ecosystem functioning. The anthropogenic stressors driving the ongoing biodiversity loss are however rarely included into biodiversity-ecosystem functioning experiments. The present thesis analyses the impact of anthropogenic stressors (pesticides, heavy metals) on the biodiversity-ecosystem functioning relation in marine primary producers (diatoms) and consumers (copepods). It was shown that chemical stress alters species evenness rather richness, with a disproportionate effect on functioning if stress causes dominance by tolerant species with a low functional contribution. Stress tolerance and the functional contribution were predictable based on the species’ biological traits, and the effects of stress on ecosystem functioning depended on the correlation of traits predicting species abundance and traits predicting the species’ effect on ecosystem functioning. The biodiversity effect on primary producer biomass production increased under stress due to facilitative interactions (complementarity effect). Stressor-induced biodiversity loss reduced the food quality of primary producers and impaired the energy transfer to the consumer level, highlighting the relevance of stressor-induced biodiversity changers in a trophic context. The thesis ends with a synthetic framework which puts forward the three main effects (selective stress, physiological stress, complementarity) through which anthropogenic stress affects biodiversity-ecosystem functioning relations at the basis of marine food webs.

La lutte contre l'eutrophisation des grands lacs péri-alpins a permis une réduction des concentrations internes en phosphore, pour des réponses écologiques parfois mitigées. Dans le Léman, les concentrations en P ont été divisées par dix en trente ans pourtant la biomasse algale et la production primaire restent aussi élevées qu'au maximum de l'eutrophisation, malgré une augmentation de la transparence des eaux. Donc, bien que la concentration en phosphore soit une variable de forçage majeure des communautés planctoniques, il apparait nécessaire de considérer le rôle d'autres variables de forçage qui interagissent avec la concentration interne en nutriments pour comprendre les réponses écologiques des lacs aux mesures de reoligotrophisation. Les communautés planctoniques peuvent être impactées par les pratiques de la gestion appliquées d'autres compartiments du réseau trophique tels que les populations piscicoles. A l'effet de ces facteurs locaux s'ajoutent à l'impact du réchauffement climatique, un phénomène planétaire participant au changement global qui se manifeste à partir du début des années 1980, et dont l'impact est de mieux en mieux mis en évidence dans les lacs.Peu de lacs ayant fait ou font l'objet de suivis de routine, l'observation des effets de ces divers forçages anthropiques et la compréhension de leurs interactions se heurtent au faible nombre de base de données disponibles. En outre les données collectées ne permettent pas de remonter assez loin dans le temps pour couvrir entièrement la période au cours de laquelle les perturbations anthropiques se sont accrues. Elles ne permettent pas non plus d'étudier les conditions environnementales précédant cette période. La paléolimnologie à haute résolution (échelle annuelle et saisonnière) appliqué aux périodes récentes (dernier siècle) est une démarche alternative proposée pour palier cette absence de données instrumentales.Ce travail de thèse vise à comprendre comment les modifications des concentrations en nutriments, la gestion piscicole d'une espèce zooplantonophage, le corégone, et le changement climatique contribuent à modifier la structure et la diversité des communautés planctoniques de diatomées et de rotifères des grands lacs péri-alpins français depuis la fin du XIXe siècle.Les communautés planctoniques choisies ont chacune un fort potentiel bio-indicateur et une très grande importance dans la structure et le fonctionnement des écosystèmes lacustres. Les trois perturbations majeures et simultanées survenant lors de la période d'étude se présentent avec des intensités différentes dans les trois lacs. L'évolution temporelle de certains paramètres physico-chimiques au sein de ces lacs est déjà en partie connue grâce à un suivi de limnologie mis en place depuis plusieurs dizaines d'années.Les acquis de la thèse sont de divers natures. (i) développement méthodologique concernant la reconstruction paléolimnologique des communautés de rotifères à partir des banques d'œufs archivées dans les sédiments, (ii) reconstruction des les réponses écologiques des compartiments diatomiques et rotifèriens au cours du dernier siècle, (iii) de comparer ces trajectoires entre lacs afin de discriminer les réponses à des perturbations locales, de celles à des perturbations plus globales et (iv) d'améliorer notre compréhension des interactions entres toutes ces perturbations. / During the XXth century, lacustrine ecosystems have undergone deep changes due to increased human activities on lakes and their watershed. Although significant restoration efforts have been undertaken since the 1980's, their efficiency can be limited. For instance, although phosphorous concentrations of Lake Geneva have been cut by 10 in the last 30 years (for a total cost of four billlions euros), the algal biomass and the primary production remain as high as during the eutrophication maximum, even if water transparency increased. So, the counter-intuitive response of lakes to restoration measures emphasizes that although phosphorous concentration is a major driver of phytoplankton, there is a need to consider the interaction with other environmental drivers, such as climate or top-down controls. Another fence however to the understanding of lake recent response to restoration measures is the lack of long-term monitoring data.The objective of this Ph-D work is to investigate how three human perturbations, i.e. changes in nutrient concentrations, fisheries management practices and climate change, can explain the response of the planktonic communities of three peri-alpine lakes (Lakes Geneva, Annecy and Bourget), using a high-resolution paleolimnological approach conducted on recent time periods. More specifically, the objectives of this PhD are three-fold:(i) To perform the methodological development of the use of rotifer egg banks archived in sediment for paleolimnological reconstructions(ii) To perform methodological development of paleolimnolgical reconstruction of diatom sesaon variability(iii) To delineate ecological responses of diatom and rotifer communities facing anthropogenic perturbations over the last century(iv) To scale the impact of local versus global perturbations over these ecological trajectories

En environnement marin, la colonisation des surfaces solides par les microorganismes est progressive et suit une logique taxonomique et/ou fonctionnelle des espèces. Les biofilms ainsi formés représentent des systèmes multi-cellulaires entourés d’une matrice de substances polymériques extracellulaires (SPE). L’objectif de ce travail était de comprendre comment des acteurs microbiens (bactéries et diatomées) interagissent dans deux types de biofilms marins (biofilm benthique et biofilm sur structures métalliques portuaires). Dans cette étude, des modèles bactériens isolés de ces biofilms ont été identifiés et caractérisés. Dans un premier volet, leur capacité à former des biofilms stables a été évaluée dans différentes conditions. Quatre souches ont été ainsi sélectionnées : Flavobacterium sp. II2003, Roseobacter sp. IV3009, Roseovarius sp. VA014 et Shewanella sp. IV3014. Dans un deuxième volet, les effets des sécrétomes des bactéries marines issues du même habitat ont été évalués sur ces modèles. Deux souches se distinguent par leur capacité à produire des molécules influençant négativement la formation de biofilms : Pseudoalteromonas sp. IIIA004 produit un peptide de 2224 Da présentant une activité antibiofilm vis-à-vis de Roseovarius sp. VA014 et Pseudomonas sp. IV2006 inhibe la formation de biofilm de Flavobacterium sp. II2003. Dans les deux cas, les antibiofilms sont actifs contre un large spectre de bactéries suggérant ainsi plusieurs applications potentielles dans les domaines marin et médical. Dans le dernier volet, les effets des sécrétomes de la diatomée Navicula phyllepta ont été évalués sur les modèles de bactéries benthiques. Cette diatomée s’est distinguée par sa capacité à sécréter des polysaccharides inhibant ou stimulant la formation de biofilms selon les souches cibles. / In the marine environment, solid surface colonization by microorganisms is progressive and follows a taxonomic and/or functional logic. Biofilms formed are multi-cellular systems surrounded by a matrix of extracellular polymeric substances (EPS). The objective of this work was to understand how microbial actors (bacteria and diatoms) interact in two types of marine biofilms (benthic biofilm and biofilm on metallic structures of a harbor). In this study, bacterial models isolated from these biofilms have been identified and characterized. In a first part, their ability to form stable biofilms was evaluated under various conditions. Four strains were selected: Flavobacterium sp. II2003, Roseobacter sp. IV3009, Roseovarius sp. VA014 and Shewanella sp. IV3014. In a second part, the effects of secretomes of the marine bacteria from the same habitat were evaluated on these models. Two strains are distinguished by their ability to produce molecules negatively influencing biofilm formation: Pseudoalteromonas sp. IIIA004 produces a 2224 Da peptide with an antibiofilm activity toward Roseovarius sp. VA014 and Pseudomonas sp. IV2006 inhibits the biofilm formation of Flavobacterium sp . II2003. In both cases, the antibiofilms are active against a broad spectrum of bacteria suggesting several potential applications in marine and medical fields. In the last part, the effects of secretomes of the Navicula phyllepta diatom were evaluated on benthic bacteria models. This diatom was distinguished by its ability to secrete polysaccharides stimulating or inhibiting biofilm formation by target strains.

Les diatomées (Stramenopiles, Bacillariophyceae) jouent un rôle important sur le plan écologique et sont l'un des groupes phytoplanctoniques les plus divers, avec environ 1800 espèces planctoniques estimées. Bien que largement étudiées, leurs modèles de diversité et de distribution biogéographique ne sont pas bien connus. L'avènement du séquençage de l'ADN à haut débit a révolutionné les études de biodiversité moléculaire facilitant la compréhension de la biogéographie, de la structure des communautés et des processus écologiques. Les deux principaux objectifs de cette thèse sont (1) d'enquêter sur les modèles de la biodiversité mondiale et la structure des communautés de diatomées planctoniques à travers les océans du monde, et (2) de comprendre les mécanismes et processus déterminants la structure de la communauté. Cette thèse présente également une première tentative de discerner la répartition des espèces rares dans les communautés de protistes. L'étude a été réalisée en utilisant les données de metabarcoding générées à partir des échantillons biologiques et des données environnementales associées recueillies au cours de la campagne Tara Oceans (2009-2013), une circumnavigation globale couvrant toutes les principales provinces océaniques. Le matériel d’étude pour cette thèse est constitué d’un total de 12 millions de séquences de la sous unité V9 du 18S ribosomal (barcode), récoltées à partir de 46 stations soit 293 échantillons. Basée sur 63371 metabarcodes de diatomées uniques, cette étude présente une évaluation approfondie de la distribution mondiale des diatomées et de leur diversité. Les analyses révèlent des faits marquants liées à la biogéographie des diatomées, par exemple une nouvelle estimation du nombre total d'espèces de diatomées planctoniques, une diversité considérable inconnue, une diversité exceptionnellement élevée en haute mer, et des patrons de diversité complexes entre les provinces océaniques. La thèse examine ensuite les facteurs qui déterminent les modèles de bêta-diversité. Les résultats suggèrent que les diatomées sont des communautés structurées et réglementées par l'hétérogénéité de l'environnement et des processus spatiaux. Néanmoins, la majorité de la variation totale dans la composition de la communauté ne peut être expliquée ni par les facteurs environnementaux, ni par les distances spatiales, ce qui justifie les analyses futures se concentrant sur les interactions biologiques, les événements historiques, et d'autres facteurs qui ne sont pas considérés. La thèse décrit en outre une approche pour caractériser les clusters significativement associés de ribotypes concomitants. Enfin, une étude préliminaire de communautés de protistes fractionnées par taille révèle que la queue (de leurs distributions rang abondance) semble suivre un comportement en loi de puissance dans presque toutes les communautés de protistes. Cette observation peut indiquer un mécanisme universel potentiel qui peut expliquer l'organisation de communautés planctoniques marines. De façon générale, ce travail présent une perspective globale et complète de la distribution et de la diversité des diatomées dans les océans du monde. La thèse propose un cadre global pour l'évaluation de la diversité mondiale basée sur le metabarcoding, qui pourra être utilisé pour étudier la distribution et la diversité des autres lignées taxonomiques. Par conséquent, ce travail fournit un point de référence pour explorer comment les communautés microbiennes feront face à la variation des conditions environnementales. / Diatoms (Stramenopiles, Bacillariophyceae) are an ecologically important and one of the most diverse phytoplanktonic groups, with an estimated ~1,800 marine planktonic species. Although widely studied, their diversity and biogeographic distribution patterns are not well known. The advent of high-throughput DNA sequencing has revolutionized molecular biodiversity studies facilitating the understanding of biogeography, community assembly and ecological processes. The two major goals of this thesis are (1) to investigate global biodiversity patterns and structure of marine planktonic diatom communities across the world’s oceans, and (2) to understand the mechanisms and processes determining their community structure and assembly. This thesis also presents an initial attempt to discern the distribution of rare species in protist communities. The study was conducted using the metabarcoding data generated from the biological samples and associated environmental data collected during the Tara Oceans (2009-2013) global circumnavigation covering all major oceanic provinces. A total of ~12 million diatom V9-18S rDNA tags from 46 sampling stations, constituting 293 size fractionated samples represent the study material for the thesis. Using 63,371 unique diatom metabarcodes, this study presents an in-depth evaluation of global diatom distribution and diversity. The analyses study draw a number of revelations related to diatom biogeography, e.g. a new estimate of the total number of planktonic diatom species, a considerable unknown diversity, exceptionally high diversity in the open ocean, complex diversity patterns across oceanic provinces. The thesis then looks into the factors determining the beta-diversity patterns. The results suggest that diatoms represent biogeographically structured ecological communities regulated by both environmental heterogeneity and spatial processes. Nonetheless, the majority of the total variation in community composition remained unexplained by either the examined measured environmental factors or spatial distances, which warrants future analyses focusing on biological interactions, historical events, and other factors that are not considered. The thesis further outlines an approach to characterize significantly associated clusters of co-occurring ribotypes. Finally, a preliminary study of size-fractionated protistan communities reveals that the tail (of their rank-abundance distributions) appears to follow a power-law behavior in almost all protistan communities. This observation may indicate a potential universal mechanism which can explain the organization of marine planktonic communities. In general, this work has presented a global comprehensive perspective on diatom distribution and diversity in the world’s oceans. The thesis offers an overall framework for metabarcoding-based global diversity assessments which in turn can be employed to study distribution and diversity of other taxonomic lineages. Consequently, this work provides a reference point to explore how microbial communities will respond/change in response to environmental conditions.

Pour préciser l’architecture du système turbiditique du Congo (marge Ouest-Africaine, Atlantique Sud-Est), et les variations climatiques et paléocéanographiques de la zone au cours du dernier million d’années, on a étudié les variations de la productivité des diatomées sur deux carottes de référence, KZAI-02 et RZCS-26, prélevées respectivement à 248 et 800 Kms de l’embouchure du fleuve. Cette étude est intégrée au projet REPREZAÏ, REtrogradation/PRogradation dans l’Eventail du ZAÏre, Les périodes de forte productivité diatomique sont observées vers le milieu du stade MIS6, le MIS 5d, et durant le MIS 3, liées à l’apport de nutriments, notamment la silice dissoute, par le fleuve. Les faibles taux d’accumulation en diatomées sont enregistrés au début et à la fin du MIS 6, le MIS 5e, le début du MIS 4 et l’Holocène, quand la charge terrigène dans les eaux de surface empêche la mise en place d’une forte productivité. Au large il faut un apport conséquent de silice dissoute via les décharges du fleuve, et une faible consommation de ce nutriment en amont, pour avoir une forte productivité. L’intensification des conditions d’upwelling océanique favorise la productivité diatomique. L’abondance des diatomées d’estuaires saumâtres coïncide avec l’augmentation de l’influence des décharges fluviatiles vers ~230 ka BP, période de mise en place de l’édifice axial du système turbiditique du Congo. Deux études exploratoires ont été menées en complément: L’étude de la variabilité morphométrique de l’espèce Fragilariopsis doliolus qui montre une variation importante de la surface valvaire au cours du Quaternaire ; l’étude des isotopes de la silice qui s’est avérée complexe, à cause du mélange important de silice biogénique et lithogénique dans nos échantillons. / To precise the evolution of the Congo deep sea fan (western African margin, eastern tropical South Atlantic), and the paleoclimatic and paleoceanographic conditions of the zone during the last million years, variations of diatom productivity have been studied on two reference cores, KZAI-02 and RZCS-26, located respectively at 240 and 800 Kms of the Congo river mouth. This study is part of the REPREZAI project, REtrogradation/PRogradation in the ZAÏre deep-sea fan. High diatom accumulation rates were registered during the mid-part of MIS 6, the cold substage MIS 5d and the MIS 3-2, sustained essentially via nutrients, including dissolved silica, injected by the Congo River into the ocean. Low diatom accumulation rates were recorded during the early and late MIS 6, the MIS 5e, the early MIS 4 and the Holocene, when the terrigenous load in surface waters prevent a strong productivity. Further offshore, a substantial dissolved silica input by the discharges of the Congo river, but also a low consumption of this nutrient upstream, are required to have a strong productivity. The intensification of oceanic upwelling conditions also favors the siliceous productivity. The increasing influence of fluvial discharges, marked by a greater abundance of brackish diatoms off the mouth, corresponds fairly well to the establishment of the axial edifice of the Congo deep sea fan around ~ 230 ka BP. Two exploratory studies were conducted in complement: The study of morphometric variability of the diatom species Fragilariopsis doliolus, that highlighted important variation of the valvar surface during the Quaternary; the study of the silica isotopes that proved to be complex, because of important mix of biogenic and lithogenic silica in the samples.

La biogéochimie de l’Océan austral joue un rôle crucial dans la régulation de la production primaire marine globale en contrôlant la disponibilité des nutriments dans les eaux de surface des basses latitudes. Les variations du cycle du silicium (Si) sont nombreuses et son couplage avec les autres éléments n’est pas encore bien compris dans cet océan. Les résultats issus de deux approches isotopiques différentes suggèrent qu’une pompe de Si active est rapidement initiée au printemps par la transition d’un mode de production de silice biogénique régénéré à une production dite « nouvelle ». L’évolution saisonnière de la composition isotopique naturelle du Si (δ30Si) est principalement contrôlée par l’équilibre entre les rapports « dissolution/production » et « Si-supply/Si-uptake » qui découplent la dynamique isotopique des réservoirs de Si dissout et particulaire (respectivement DSi et BSi). Nous avons également utilisé les mesures de δ30Si pour retracer les flux saisonniers de BSi vers l’océan profond. Ces résultats confirment que le δ30Si n’est pas altéré durant la sédimentation des particules. L’évolution saisonnière du δ30Si a permis de quantifier pour la première fois certains processus contrôlant la production des diatomées et leur devenir, tels que les évènements de mélange alimentant la ML en nutriments, ou l’évolution saisonnière de la vitesse de sédimentation des particules. Ces résultats confirment que le δ30Si du DSi et de la BSi, combinés aux techniques isotopiques de mesure des flux dans la ML, sont des outils prometteurs dans l’amélioration de nos connaissances du cycle du Si et apportent des informations nouvelles à intégrer aux modèles biogéochimiques. / Southern Ocean biogeochemistry plays a crucial role on global marine primary production by impacting the nutrient availability even in low latitude surface water. Variations in the silicon (Si) cycle are large and its coupling to other nutrient biogeochemical cycles is still not well understood in this ocean. Results of two different isotopic approaches suggested that a strong silicon pump was quickly initiated in spring by a switch from regenerated to new biogenic silica production. The seasonal evolution of natural Si isotopic composition (δ30Si) was mainly driven by the balance between the “dissolution to production” and “Si-supply to Si-uptake” ratios that decoupled the isotopic dynamics of particulate and dissolved Si-pools (DSi and BSi, repectively). We also used δ30Si measurements to track seasonal flows of BSi to the deep sea with. These results confirmed that the δ30Si is well preserved during particles settling. The seasonal evolution of δ30Si signal allows for the first time to quantify important features about the processes controlling the diatoms’ productivity and its fate, such as mixing events that bring nutrient in the ML or the seasonal evolution of particles sinking velocities. These insights confirm that the δ30Si of DSi and BSi, combined to isotopic technics to measure Si fluxes in the ML, are promising tools to improve our understanding on the Si-biogeochemical cycle and provide new constraints for application to biogeochemical models.

Les bactéries et microalgues marines sont acteurs clés du fonctionnement des écosystèmes océaniques et leur contribution dans les cycles biogéochimiques majeurs est largement reconnue. Dans ce contexte, il apparaît essentiel de mieux comprendre les interactions existant entre bactéries et microalgues. Dans l’environnement marin, les interactions spécifiques entre microorganismes nécessitent une forte proximité qui n’est souvent rendue possible que par un attachement cellulaire. La première partie de ce travail de thèse a consisté à sélectionner les microalgues qui présentaient des bactéries physiquement attachées. Deux diatomées appartenant aux genres Thalassiosira et Chaeoceros ont été retenues afin d’étudier leur microflore épibionte issue d’associations à long terme (culture de microalgues établies depuis plusieurs années) et à court terme (microalgues prélevées directement dans l’environnement). Ces travaux ont permis de mettre en évidence une forte ressemblance des communautés épibiontes dans les associations à long terme, qui s’opposait à la forte différence des épibiontes issus des associations à court terme. Les communautés d’épibiontes bactériens étaient majoritairement composées d’alpha- et gammaprotéobactéries, mais aussi de Bacteroidetes et d’actinobactéries. Cette étude a également permis de mettre en évidence que la surface des microalgues représentait un écosystème particulier puisque près de la moitié des épibiontes isolés correspondaient à de nouveaux taxons (genres et espèces). Une de ces souches qui constitue un nouveau genre a été complètement caractérisée, contribuant à l’enrichissement de la diversité bactérienne décrite. Enfin, la nature des interactions entre les deux diatomées et leurs bactéries épibiontes a été analysée par l’intermédiaire de co-cultures, afin d’identifier une interaction forte, qui pourra être examinée par transcriptomique. De très nombreuses interactions commensalismes ont été mises en évidence, reflet de la reminéralisation de la matière organique par les bactéries. Cependant, un faible impact des bactéries sur la croissance des microalgues a été observé. Les conditions expérimentales qui excluent au maximum les stress abiotiques et biotiques, masquent peut-être les interactions qui pourraient se produire dans un environnement naturel plus fluctuant. Ces résultats témoignent de la complexité des interactions biotiques, fournissent des méthodes et des organismes modèles permettant de les étudier et soulèvent de nombreuses hypothèses exaltantes pour les travaux futurs. / Marine microalgal and bacterial contribution to the global biogeochemical cycles is largely recognized and lead to define them as key actors of oceanic ecosystems. In this context, it is essential to better understand the interactions occurring between bacteria and microalgae. In the marine environment, specific interactions between microorganisms require tight physical association that is made possible by cellular attachment. In this work, we first selected microalgae with physically attached bacteria. Two diatoms belonging to the genus Thalassiosira and Chaetoceros were selected to study the epibiotic microflora from long-term (microalgae in culture) and short-term (microalgae directly collected from natural communities) associations. This work highlighted strong similarities between epibiotic assemblages from long-term associations and a higher difference for epibiotic communities from short-term associations. The bacterial epibiotic assemblages were mainly composed of Alpha- and Gammaproteobacteria but also Bacteroidetes and Actinobacteria. This study also highlighted that the surface of microalgae represented a peculiar ecosystem where nearly half isolates constituted new taxa (genera and species). One of them representing a new genus has been completely characterized, contributing to the enrichment of the described bacterial diversity. Finally, the nature of interactions between diatoms and their epibiotic bacteria was analyzed by co-culturing to identify strong interactions, to be further examined by transcriptomics. Numerous commensal interactions have been identified, corresponding to the bacterial remineralization of organic matter. However, only small effects of bacteria on microalgal growth were observed. The experimental conditions that exclude a maximum of abiotic and biotic stresses may mask potential interactions that could occur in an unstable natural environment. These results reflect the complexity of biotic interactions, provide methods and model organisms to study them, and raise many exciting hypotheses for future work.

La biosphère océanique module la concentration de CO2 atmosphérique via la pompe biologique (transfert vertical de carbone organique particulaire - POC - de l'océan de surface vers le fond) et la contre-pompe des carbonates (émission de CO2 lors de la précipitation du carbone inorganique particulaire - PIC). Cette thèse a pour but (1) d'identifier la contribution de différents groupes planctoniques à l'export de POC et PIC à échelle annuelle dans des zones de production contrastée de l'océan Austral et (2) de comprendre comment cette diversité influence la stœchiométrie et la labilité du matériel exporté.Des déploiements de pièges à particules à proximité les iles Kerguelen et de la Géorgie du Sud montrent que la fertilisation naturelle en fer augmente l'intensité mais pas l'efficacité de l'export de POC. Les spores de résistance de diatomées pilotent une fraction importante (40-60 %) de l'export annuel de POC dans chacun des sites productifs. L'analyse taxonomique des diatomées mène à l'identification de groupes consistants qui impactent la séquestration préférentielle du C ou du Si. Lors d'une campagne estivale, nous associons l'abondance relative de diatomées et dinoflagellés à la stœchiométrie N:P de la matière organique et soulignons l'importance des couches de transition pour le découplage des cycles du C et Si. L'étude de la composition en lipides du matériel exporté nous permet d'identifier les spores de diatomées comme des vecteurs de matière organique contenant des acides gras riches en énergie. A Kerguelen, la faible contre-pompe des carbonates est due à dominance des coccolithophoridés dans l'export de PIC au Sud du Front Polaire. / Marine biosphere impacts the atmospheric CO2 concentration by two main processes: the biological pump (vertical transfer of particulate organic carbon - POC - from the surface to the deep ocean) and the carbonate counter pump (CO2 emission during particulate inorganic - PIC - precipitation). The objectives of this PhD are (1) to identify the relative contribution of different plankton groups to POC and PIC export at annual scale in regions of contrasted productivity in the Southern Ocean and (2) to understand how this diversity impacts the elemental stoichiometry and lability of the exported material.Annual sediment trap deployments in the vicinity of the Kerguelen and South Georgia island plateaus have demonstrated that natural iron fertilisation increases the intensity but not the efficiency of export. Diatom resting spore formation drives an important fraction (40-60 %) of the annual carbon export in the productive sites. The taxonomic analyses of exported diatoms lead to the identification of consistent groups that impact the preferential export of C or Si. During a summer cruise, we associate the relative abundance of diatoms and dinoflagellates to the N:P stoichiometry of particulate organic matter and highlight the importance of transition layers for C and Si uncoupling. The study of the lipid composition of export leads to the identification of diatom resting spore as preferential vectors for the export energy-rich fatty acids. At Kerguelen, the low carbonate counter-pump is due to the dominance of coccolithophores contribution to PIC export south of the Polar Front.