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This work investigates, for the first time, the Pseudo-nitzschia (PN) dynamics in the western English Channel (L4) and the environmental factors impacting on domoic acid (DA) production in these waters. This is combined with laboratory studies examining key environmental factors and the multifactorial impact of multiple macronutrient and micronutrient availability on PN growth and DA production. An LC-MS method was established, optimised, and compared with ELISA for the accurate and reproducible extraction and determination of particulate and dissolved DA. The method was used to measure the seasonal variation in DA at L4 during 2009 and this was compared to PN seasonal abundance and diversity. Three groups a P. delicatissima-group, a P. seriata-group, and a P. pungens/multiseries-group were identified and were found to have different ecological distributions with the latter two groups significantly correlating with DA concentration. Macronutrients, in combination with other environmental factors, were found to influence PN populations at L4. Multifactorial laboratory culture experiments investigating the availability of nitrate, phosphate, and silicate, confirmed that the interrelatedness of all these nutrients significantly affected the growth, decline, and DA production of P. multiseries, and highlight the importance of both phosphate and silicate availability for DA production. When the impacts of both macronutrient (phosphate and silicate) and micronutrient (iron and copper) availability were investigated, limited growth and DA production was observed in P. multiseries cultures. Results revealed the complexity and interrelationship of factors affecting both PN growth and DA production. Furthermore, molecular methods were developed to elucidate the PN species present from 2009 Lugol’s-preserved L4 samples. DNA was successfully extracted and amplified from these samples which had been stored for up to 2 years. Initial sequence analysis identified the rbcL DNA marker as an informative site for future work with a number of L4 sequences closely relating to different Pseudo-nitzschia spp.

Le gouvernement français a fixé pour objectif que 23% de la consommation énergétique proviendraitdes énergies renouvelables, y compris les énergies renouvelables marines pour 2020. Huit parcs éoliensen mer sont prévus le long des côtes françaises Atlantique-Manche, parmi lesquels le site de Dieppe-LeTréport dans la partie orientale de la Manche. Afin de mieux connaître la structure et le fonctionnementde cet écosystème avant l'installation du parc éolien, ma thèse est axée sur la construction de modèlesde réseau trophique à l’aide du logiciel Ecopath sur ce site d’implantation en comparaison avec deshabitats benthiques similaires en Manche. La collecte de nouvelles données sur les compartimentsbiologiques (zooplancton, suprabenthos, méiofaune, benthos et poissons démersaux) est essentielle.Ainsi, quatre campagnes (étés 2014/2015, hivers 2015/2016) ont permis d'estimer la contribution dechaque groupe zoologique dans deux habitats benthiques principaux : les graviers ensablés/sablesgraveleux et les sables moyens sur le site (environ 30 km²) correspondant à deux communautésbenthiques largement répandues en Manche. La macrofaune a été échantillonnée avec une benne VanVeen, le suprabenthos avec un traîneau Macer-Giroq modifié avec une station dans chaque habitatbenthique (échantillonnage jour et nuit) et les poissons avec un chalut à perche. Au total, 1 584 poissonsdémersaux ont été recueillis et leurs contenus stomacaux ont été examinés. Les résultats montrent quele site se distingue par la forte contribution des bivalves en termes de biomasses et que les crustacés sontdes proies préférentielles des poissons. Ce lien est discuté à travers l’analyse du réseau trophique avecun focus sur les espèces consommées et non consommées de communautés benthiques, et la notion decul de sac trophique. / The French government has set a target of 23% of energetic consumption derived from renewable energysources including Marine Renewable Energy for 2020. Eight offshore wind farms (OWF) are plannedalong the Atlantic-English Channel French coasts and among them Dieppe-Le Tréport site in the easternpart of the English Channel. In order to gain further knowledge on the ecosystem structure andfunctioning before the OWF installation, my PhD thesis is focused on the construction of an EcopathModel on the wind farm site in comparison with similar benthic habitats from the English Channel. Thecollection of new data on biological compartments (zooplankton, suprabenthos, meiofauna, benthos anddemersal fishes) are essential. Four cruises (summers 2014 /2015 and winters 2015 /2016) allowed toestimate the contribution of each zoological group in two main benthic habitats: i.e. sandy gravels andmedium clean sands, founded on the site (about 30 km²), corresponding to two microbenthiccommunities well represented in the English Channel. Macrofauna was sampled with a Van Veen grab,suprabenthos with a modified Macer-Giroq sledge in one station from each benthic habitat (day andnight sampling) and fish with a beam trawl in ten stations. A total of 1,584 demersal fishes has beencollected and their stomach contents has been examined. The results show the importance of largebivalves in the benthic biomass whereas the crustaceans are preferential preys of fishes. This link isdiscussed within the trophic network between consumed and non-consumed species of benthiccommunities, and the concept trophic ‘cul de sac’.

Huge amounts of anthropogenic 129I have been and still are released to the environment through liquid and gaseous discharges from the nuclear fuel reprocessing facilities worldwide and in particular the ones in Europe. Most of this 129I signal has been accumulated in the marine environment which plays a major role in the iodine natural pool.  In this thesis, an overview of available 129I concentrations in waters of the oceans and marginal seas together with new data about 129I and 127I spatial distribution in surface seawater along a transect between the North Sea and the northeastern Atlantic Ocean are presented. After comprehensive chemical separation, the concentrations of iodine isotopes (127I and 129I) and their species (iodide and iodate) were analysed using accelerator mass spectrometry and inductively-coupled plasma mass spectrometry. The results show that, generally, changes in the 127I and 127I-/127IO3- are comparable to data from other marine waters which are related to natural distribution patterns. A considerable variation of 129I along the transect is observed with the highest values occurring in the eastern English Channel and relatively low values obtained in the northeastern Atlantic Ocean. Inventory estimations of 129I in the North Sea and the English Channel are 147 kg and 78 kg, respectively, where more than 90% resides in the Southern Bight and the eastern English Channel. Iodate is the dominant iodine species for both 127I and 129I in most seawater samples from the North Sea to the Atlantic Ocean. 129I species variability suggests a slow process of 129I- oxidation in the open sea. It takes at least 10 years for the 129I-/129IO3- pair to reach their natural equilibrium as the water is transported from the English Channel. The results suggest a main transport of 129I from the western English Channel via the Biscay Bay into the northeastern Atlantic Ocean. Further, high 129I/127I and distinctive 129I-/129IO3- values south of 40°N indicate possible contribution of 129I through Mediterranean Outflow Water. The environmental radioactive impact of 129I and possible applications in ecosystem studies are also discussed.

A comprehensive investigation into the relationship between physical forcing and sus- pended particles in the shallow shelf region of the Western English Channel has been conducted, in order to evaluate the temporal dynamics of suspended particle populations. Measurements were taken across tidal cycles and seasons at station L4, part of the Western Channel Observatory (WCO), using the combination of a free-fall microstructure profiler and holographic imaging. Confirmation that L4 is weakly stratified is given, and that the formation of the seasonal thermocline is substantially altered by the spring-neap cy- cle. Stratification is variable and prone to periodic and partial erosion from atmospheric forcing during any point in any season. L4 undergoes moderate turbulent dissipation, principally as a result of tidal forcing. Typically, values of ε do not exceed 10−4 W kg−1 . L4 also exhibits tidal asymmetry, chiefly in response to stratification which, albeit weak, is frequently able to suppress turbulence when generated from the sea bed. The potential energy anomaly is small at L4, as expected for a weakly-stratified environment. Maxi- mum values in summer were shown to not exceed 50 J m−3 . Values of bed stress, τ0 , are rarely greater than around 0.18 N m−2 . Nonetheless, the critical erosion threshold falls below this, and is therefore smaller than that observed in similar locations around the UK. Seasonality in the amount of material resuspended from the seabed is important at L4. The presence of certain biological particles strongly influence particle size and may also determine if a given particle is lifted from the bed. Particles ≥ 200 μm are relatively rare, the site is dominated by particles smaller than this value in line with many other UK sites. Under certain conditions the theoretical maximum limit of particle size, the Kolmogorov length scale, does not hold and many examples of occasions when this threshold is exceeded are shown. This may generate important consequences in subsequent work undertaken at this site and other temperate shelf locations globally, particularly as these results indicate that maximum particle size appears to be governed less by the size of the local turbulent eddies and more by the presence of biological particles. This is another key seasonal component to particle dynamics in the Western English Channel. Phytoplankton populations are readily advected into and out of the L4 site, calling into question the current sampling strategy of the WCO to rely exclusively upon point measurements. Small increases in atmospheric forcing have the ability to rapidly disperse patches of phytoplankton, possibly to the point of cell mortality. Traditional sampling techniques for assessing zooplankton density have been shown to radically underestimate the number of animals present at L4, which will increase error estimates on current ecosystem models.

L'étude des matières en suspension (MES) minérales est essentielle pour comprendre le fonctionnement des écosystèmes en Manche : les MES influencent la pénétration de la lumière dans la colonne d'eau, paramètre clé pour la production biologique, et sont susceptibles de transporter des polluants et nutriments. Lors de ce travail, la dynamique des MES minérales de surface en Manche est étudiée à l'aide de deux méthodes complémentaires : l'observation par satellite et la modélisation numérique tridimensionnelle. Dans un premier temps, les images satellite MODIS et MERIS, traitées par l'algorithme semi-analytique développé par l'IFREMER et représentant les MES non-algales de surface, sont analysées afin d'élaborer trois modèles statistiques permettant d'estimer la MES de surface en fonction de variables basiques telles que le coefficient de marée, la hauteur significative des vagues et la concentration moyenne en chlorophylle-a. Dans un deuxième temps, le modèle hydrosédimentaire multiclasse tridimensionnel ROMS (Regional Ocean Modeling System) est implémenté en Manche. Il prend en considération le forçage par la marée aux frontières ouvertes, la contrainte exercée par le vent à la surface de la mer, l'interaction houle-courant en couche limite de fond et l’hétérogénéité spatiale réaliste du lit sédimentaire. Les résultats du modèle statistique le plus sophistiqué sont également utilisés pour forcer la concentration en MES aux frontières ouvertes du domaine de calcul. Des tests de sensibilité sur les conditions limites montrent l'importance de considérer de manière réaliste les sédiments entrant en Manche par les frontières ouvertes lors de la modélisation numérique. L'influence de la biologie sur les MES minérales est testée en utilisant une formulation de la vitesse de chute et de la contrainte critique d'érosion variant saisonnièrement.Grâce à ces deux outils associés, les influences respectives de la marée, de la houle et de la biologie sur les MES minérales sont mises en avant et localisées en Manche. Le modèle numérique prédit que les MES de surface sont composées principalement de silts (>70%). Les silts en suspension en surface proviennent majoritairement du lit sédimentaire près des côtes en Manche orientale et des frontières ouvertes du domaine de calcul à l'ouest de la presqu'île du Cotentin et au large en Manche centrale et orientale. Les variations des MES de surface sont ensuite étudiées aux échelles des cycles de marée semi-diurnes, vive-eau/morte-eau et autour d'un épisode de houles. Enfin, l'évolution de la concentration de sédiments dans la zone de forte turbidité autour de l'île de Wight peut être analysée suivant les conditions hydrodynamiques afin d'évaluer les rôles respectifs des processus locaux d'érosion/dépot et d'advection dans la génération de ces turbidités remarquables. / Study of mineral suspended particulate matter (SPM) is essential to understand ecosystem dynamics. SPM influences light penetration which is closely related to primary production and carries pollutants and nutrients within the water masses. This work aims to study near-surface mineral SPM dynamics in the English Channel using two complementary methods: remote-sensing by satellites and numerical modelling.Firstly, MODIS and MERIS satellite images processed by the IFREMER semi-analytical algorithm and describing non-algal SPM, are analysed to build three statistical models which are able to estimate near-surface SPM using simple variables, e.g., tidal coefficient, significant wave height and mean chlorophyll-a concentration. Secondly, the three-dimensional hydrosedimentary model ROMS (Regional Ocean Modeling System) is applied in the English Channel. It considers tidal forcing along open boundaries, wind stress at the sea-surface, wave-current interactions in the bottom boundary layer and realistic heterogeneous bottom sediments. Results of the more sophisticated statistical model is also used to impose SPM concentrations at open boundaries. Sensitivity tests on SPM boundary conditions show the importance of prescribing realistic sediment concentrations to improve the model predictions. Biological influences on mineral SPM are also tested using settling velocity and critical shear stress for erosion which vary with seasons.Both statistical and numerical models highlight and locate respective influences of tide, waves and biology on mineral SPM. Numerical predictions indicate that near-surface SPM is mainly composed of silts (>70%). Near-surface suspended silts come largely from seabed resuspension alongshore in the Eastern Channel and from the open boundaries of our limited-area coastal model at the West of Cotentin Peninsula and offshore. Near-surface SPM variations are investigated at semi-diurnal, neap-spring tidal cycle time scales and during a wave event. Finally, dynamics of sediments in the turbidity maximum zone around the Isle of Wight is examined depending on hydrodynamical conditions in order to distinguish the role played by advection and local erosion/settling processes in this area.

La condition des larves de hareng des Downs durant la période critique a été caractérisée entre 2008 et 2015, en Manche orientale et dans la Baie sud de la Mer du Nord à partir des données collectées, durant la campagne International Bottom Trawl Surveys (IBTS). Tout d'abord, l'étude de la stratégie alimentaire, à partie de l'observation des proies dans les contenus digestifs par deux méthodes complémentaires (microscopie électronique et mesure de la fluorescence) a montré un changement de régime en fonction de la taille. Les larves inférieures à 13 mm avaient un régime omnivore très diversifié et composé de protistes et de petites proies zooplanctoniques, tandis que les larves plus grandes avaient un régime moins diversifié et composé principalement de plus grandes proies zooplanctoniques. En parallèle du changement de régime alimentaire, la combinaison de quatre indices de condition (taux d'ingestion, rapports ARN/ADN et ADN/C et otolithes) à l'échelle individuelle a également révélé un changement de l'état nutritionnel et de la croissance de ces larves. Les larves inférieures à 13 mm avaient une nutrition et une croissance soutenues, tandis que la croissance des larves plus grandes était faible. Ceci peut traduire un changement dans la stratégie d'allocation de l'énergie à partir de 13 mm, qui serait plus orientée vers du stockage que vers de la croissance. Ces changements ontogéniques dans la condition larvaire suggèrent que le changement de régime alimentaire qui s'opère à partir de 13 mm, pourrait constituer le coeur de la période critique pour les larves de hareng des Downs. / The larval condition of Downs herring during the critical period was investigated between 2008 and 2015 in the eastern English Channel and Southern Bight of North Sea from data collected during the International Bottom Trawl Survey (IBTS). First, the study of the feeding strategy from gut contents analysis using two complementary approaches (electronical microscopy and measure of fluorescence) revealed a shift in the feeding diet occuring at a larval size of 13 mm. Smaller larvae had an omnivorous and a more diversified diet composed of numerous protists and small zooplanktonic preys whereas bigger larvae had a less diversified diet composed mainly of bigger zooplanktonic prey. Along with the diet shift, combination of four condition indices (ingestion rate, RNA/DNA and DNA/C ratios and otoliths) also revealed important changes in the nutritional status and growth of these larvae. Larvae smaller than 13 mm had a sustainable nutrition and growth whereas larger larvae depicted low growth rate. This could reflect a change in the energy-allocation strategy from a growth-oriented strategy towards a more storage-oriented strategy. These ontogenetic changes in the larval condition suggest that the diet shift occurring at 13 mm could constitute the core of the critical period for Downs herring larvae.

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La Manche orientale représente une zone économique importante qui supporte diverses activités anthropiques comme le tourisme, le transport maritime et l’exploitation de ressources vivantes ou minérales. De plus, cette région possède un riche patrimoine biologique illustré par sa grande diversité d’habitats. Les Aires Marines Protégées (AMP) sont souvent évoquées comme un instrument de gestion permettant d’aménager l’exploitation durable de ces ressources marines, dans le cadre d’une gestion écosystémique intégrée et responsable. Si les Etats ont pour obligation de créer des réseaux d’AMPs dans leurs eaux nationales, chacune d’elles est souvent localisée au cas par cas. Afin de coordonner la mise en place des différents réseaux d’AMPs, une démarche de planification spatiale systématique de la conservation est de plus en plus encouragée. Cette démarche a pour but de proposer un réseau d’AMP qui soit cohérent, même dans un contexte transfrontalier, comme c’est le cas en Manche orientale. Les travaux de recherche menés lors de cette thèse apportent ainsi une contribution scientifique à la mise en cohérence de l’aménagement des activités anthropiques avec les objectifs de conservation de l’écosystème marin de Manche orientale. Dans le cadre d’une approche de conservation intégrée, toute la biodiversité de la Manche orientale doit être représentée. Pour cela, en complément des typologies benthiques existantes dans la zone, une typologie des masses d’eau a été proposée et validée avec différents jeux de données d’espèces pélagiques. Marxan et Zonation, deux logiciels largement répandus en planification de la conservation ont été comparés dans le processus de conception du réseau d’AMP en Manche orientale. La conclusion a été que Marxan serait le logiciel utilisé pour la suite des analyses. En effet, ce logiciel est conçu pour atteindre clairement les cibles de conservation, ce qui facilite l’interprétation des résultats.Puis une étape essentielle de planification de la conservation a été réalisée à travers une analyse des lacunes (gap analysis) à l’échelle de la Manche orientale. Elle a permis de montrer que le réseau d’AMP existant atteint les cibles de conservation calculées dans cette thèse et qu’il couvre 33% de la Manche orientale. Il faut toutefois noter que l’étude des possibles lacunes au niveau de la gestion des AMPs n’a pu être réalisée de façon approfondie car la majorité de ces AMPS ne possèdent pas encore de plan de gestion défini.Finalement, l’influence de l’intégration des activités humaines dans le processus de conception du réseau d’AMP a été explorée grâce à l’utilisation de données d’effort de pêche et de données de débarquements. De plus, d’autres informations sur le trafic maritime, les extractions de granulats marins et les potentielles zones d’éoliennes en mer ont été ajoutées pour prendre en compte la totalité des usages et réglementation qui génèrent des contraintes spatiales en Manche orientale. / The eastern English Channel is a significant economic area that supports a number of human-based activities, such as tourism and recreational activities, international ports and shipping, and the extraction of both living and mineral resources. In addition, the region supports a number of important marine biological features and large habitat diversity. Marine Protected Areas (MPAs) are increasingly used as a management tool to foster a sustainable exploitation of marine resources in an ecosystem based management framework. All European countries have a legal obligation to develop MPA networks in their national waters. However, there has to date been only limited attempts to coordinate the design and positioning of such networks at an international level and the use of a systematic conservation planning approach is now recommended. This process aims to propose a coherent MPA network, even in a trans-boundary context as in the eastern English Channel (EEC). The studies conducted in this thesis contribute to the scientific knowledge needed to support both anthropogenic activities and conservation objectives in the eastern English Channel.The representation of the whole biodiversity of the eastern English Channel is important in a context of an integrated conservation approach. With this objective, to complete the existing benthic typologies, a pelagic typology was produced and validated with various pelagic species distribution data to ensure that the total biodiversity of the eastern English Channel would be considered.Marxan and Zonation, two widely used conservation planning software packages that provide decision support for the design of reserve systems were compared in the MPA network design process in the EEC. It was found that Marxan was most suitable for subsequent analyses in this thesis because it found reasonably efficient and clear solutions to the problem of selecting a system of spatially cohesive sites that met a suite of biodiversity targets, and the results were easily interpretable.Then, as it is an essential step in a conservation planning approach, a gap analysis was realized at the scale of the EEC. The currently proposed network met conservation targets proposed in this thesis and was found to cover 33% of the EEC. However, a correct assessment of management gaps was not possible as a major part of these MPA do not have management rules yet.Finally, the influence of the human activity data on the MPA design process was studied using landings and fishing effort data. Other information on maritime traffic, aggregate extraction or offshore windmills zones, and on-going MPA projects were also added to consider the whole set of uses and regulations that generate spatial constraints in the eastern English Channel.

Les zones intertidales jouent un rôle essentiel dans le renouvellement des ressources halieutiques. De nombreuses espèces marines, poissons comme macro-crustacés ont un cycle de vie qui leur impose de passer au cours de leur période juvénile par ces écosystèmes. De par sa position à l'interface terre-mer, la zone intertidale est soumise à d'importantes fluctuations des facteurs environnementaux. Cependant, la façon dont cet écosystème répond aux forçages environnementaux, notamment en ce qui concerne la composition et la structure des peuplements, leurs dynamiques et persistances saisonnières et interannuelles sont encore mal connues. En Manche Orientale, l'estran sableux représente plus de 70 % du littoral et constitue d'importantes zones de nourriceries pour les juvéniles de poissons. Dans ce contexte scientifique et régional, l'objectif global de cette thèse a été de décrire les assemblages des peuplements de poissons et de macro-crustacés de la zone intertidale et d'analyser l'influence de l'environnement sur les assemblages et la dynamique des espèces. Une telle étude a pour but de mieux comprendre le fonctionnement de cet écosystème et de préciser son importance dans le cycle biologique des espèces marines, notamment des espèces d'intérêt halieutique. Une première partie de ce travail a permis de déterminer la composition et la variabilité des assemblages de poissons et de macro-crustacés en relation avec les fluctuations environnementales et climatiques. A partir d'un suivi à long terme (11 années) mais aussi saisonnier, nous avons mis en évidence une stabilité des assemblages des peuplements de la macrofaune (poissons et crustacés). A l'inverse les abondances présentent des fluctuations interannuelles et saisonnières en relation avec des facteurs comme la NAO, la température, la salinité ou encore la turbidité. Dans la deuxième partie de la thèse, nous avons analysé si les variations des conditions environnementales de la zone intertidale pendant la période printanière sont d'ordre à affecter les performances physiologiques et la survie des juvéniles qui colonisent cet écosystème. Nous avons focalisé notre étude sur l'espèce de poisson dominante et la zone intertidale, la plie "Pleuronectes platessa". Différents indices qui reflètent les performances physiologiques des juvéniles (croissance et indices de conditions) ont été mesurés sur les juvéniles de plie tout au long de la période de colonisation. Les résultats montrent que la croissance récente, la condition K et l'état nutritionnel (ARN/ADN) des juvéniles de poissons sont élevés tout au long de la période de colonisation des juvéniles et présentent peu de variations intra- et interannuelles, indiquant que l'estran offre des conditions favorables au développement et à la survie des juvéniles de poisson et par conséquent à leur recrutement. Malgré l'importance du bloom de "Phaeocystis globosa" dans la région et de ses fortes variations interannuelles, nous n'avons pas constaté d'effets de ce bloom sur les assemblages, les abondances ou encore les performances physiologiques des poissons. / Intertidal areas provide an essential habitat to fish and macrocrustaceans. These systems are particularly used by juveniles of many fish and macrocrustacean species as nurseries because of the potential advantages they provide for the growth and survival of young fish, namely high prey availability, refuge from predators and good environmental conditions. These habitats are in permanence subject to strong environmental and human fluctuations.Therefore, the comprehension of the functioning and the conservation of the sandy beaches are necessary to maintain the biodiversity and to guarantee the renewal of the fisheries. It is in this framework that our study oriented us to determine the importance of the environmental factors on one hand on the dynamic of the ichtyofauna and on the other hand on physiological performances of the juveniles of fish on the intertidal zones of the English Channel. First, this work allowed us to determine the composition and variability of the fish and macrocrustaceans assemblages in relationship with the environmental and climatic fluctuations. According to our results, the importance of the role of the intertidal habitats of the English Channel in the renewal of the fisheries was proved. Standard qualitative community ecology metrics (species composition, richness, diversity, evenness and similarity) indicated notable inter-annual stability over the study period. Afterward, a 2nd part of this study was consecrated to the seasonal study of the assemblages and the impact of the environmental changes. Our results allowed us to demonstrate that abiotic and climatic factors (mainly temperature, salinity, suspended matter and the winter NAO) have a great influence on the structure of fish and macrocrustacean assemblages but also the impact of Phaeocystis globosa blooms on the population structure. To better understand the nursery functions, the study of physiological performances of juvenile common plaice Pleuronectes platessa during the spring period on the intertidal zone was discussed in order to understand if changes in the environment have an impact on their healthy development. For this, we analyzed various indices that reflect the physiological performance of juvenile common plaice (growth and condition indeces). The results show that the recent growth, the Fulton's K and nutritional ratio RNA/DNA juvenile fish are high throughout the juvenile period of colonization, indicating that nurseries are favorable to the development and survival of fish and therefore their recruitment. Finally, all the work presented shows that the environment of the intertidal areas of the Eastern English Channel is favorable to good life cycle course of marine fish fauna.