Les estuaires sont des écosystèmes aquatiques particulièrement soumis au changement global et notamment à la pollution par de nombreux xénobiotiques pouvant présenter un risque écotoxicologique et sanitaire. En toxicologie environnementale et en évaluation des risques la bioaccumulation est un processus fondamental car elle contrôle les doses internes de toxiques potentiels. Or les flux de contamination et de décontamination des organismes dépendent de processus internes (e.g. nutrition, croissance) eux-mêmes dépendant des conditions environnementales (e.g. température, nourriture) qui peuvent être affectées par le changement global.Dans ce contexte, cette thèse se propose de décrire, dans un cadre de modélisation mécaniste, les processus de bioaccumulation de deux familles de polluants organiques persistants (POP) halogénés potentiellement toxiques et bioaccumulables, aux propriétés physico-chimiques contrastées : les polychlorobiphényles (PCB, composés historiques fortement lipophiles) et les substances perfluorées (PFAS, composés émergents amphiphiles). Ce travail se focalise sur l’estuaire de la Gironde dont la fonction de nourricerie est fondamentale pour de nombreuses espèces de poissons marins dont la sole commune (Solea solea), souvent utilisée comme indicatrice de la qualité des nourriceries côtières et estuariennes.Pour permettre de tenir compte des fluctuations des conditions environnementales sur la bioaccumulation, dans la première partie de ce travail, j’ai développé un modèle de toxicocinétique(TK) couplé avec un modèle mécaniste bioénergétique basé sur la théorie DEB (Dynamic Energy Budget). Ce modèle DEB a été paramétré pour la sole commune et calibré pour chaque sexe (package DEB tool). Il permet de prédire les principales évolutions des fonctions physiologiques d’intérêt en bioaccumulation (ingestion, croissance, reproduction...), tout au long du cycle de vie d’un individu, en fonction de conditions environnementales dynamiques. Le modèle TK développé a été complexifié par l’ajout d’un flux d’élimination de contaminants, non considéré dans les précédents modèles DEB-TK.La calibration des paramètres toxicocinétiques (TK) du modèle, pour 4 congénères de PCB, est basée sur une méthode innovante de prise en compte de la variabilité individuelle d’ingestion, appliquée à une expérimentation de contamination de juvéniles de sole via leur nourriture. Ce travail a montré que même en tenant compte de l’ingestion de chaque poisson, l’assimilation efficace de contaminant était très variable et corrélée aux taux de lipides des individus. Dans une seconde partie, ce modèle a été appliqué aux conditions in situ de l’estuaire de la Gironde. Il a permis de mettre en évidence la forte influence de la composition du régime alimentaire sur la variabilité de l’âge à la maturité sexuelle et de la contamination des soles pour les deux familles de contaminant étudiées. La confrontation des prédictions du modèle aux mesures de contaminants dans les juvéniles de sole de l’estuaire a permis de calibrer les paramètres TK du composé majeur de chaque famille dans l’environnement (CB153 et PFOS). Cette calibration a conduit à deux constats dans le cadre de l’évaluation du risque : (1) un manque de connaissances pour extrapoler les calibrations de paramètres TK en conditions contrôlées vers les conditions naturelles ; (2) la différence d’erreur d’évaluation du risque liée à l’utilisation des mêmes paramètres TK «les plus pessimistes » quels que soient les composés. Enfin, des scenarios prospectifs simples ont été développés pour illustrer ces résultats et les possibles applications du modèle développé.In fine, ces prédictions de la contamination, de la croissance et du développement des soles pourront être reliées, lors de travaux ultérieurs, à des effets potentiels sur les fonctions physiologiques de la sole (modèles DEBtox), et aux conséquences sur la dynamique des populations de soles (e.g.modèles matriciels de population). / Estuarine ecosystems are particularly impacted by global change and, specifically, bychemical pollution from numerous xenobiotics that may be associated to ecotoxicological and health risks. In environmental toxicology and risk assessment, bioaccumulation is a fundamental process as it controls the internal doses of potential toxicants in organisms. However, the contamination and decontamination flows depend on internal processes thatare themselves dependent on environmental conditions (e.g. temperature, food) and thus on the other variables of global change.In this context, this manuscript aims at describing, within a mechanistic modelling framework, the bioaccumulation processes of two families of potentially toxic and bioaccumulable halogenated persistent organic pollutants (POPs) with contrasting physicochemical properties: the polychlorinated biphenyls (PCBs, highly lipophilic historical compounds) and the perfluorinated substances (PFAS, amphiphilic emerging compounds).This work focuses on the Gironde estuary whose nursery function is fundamental for many species of marine fish including the common sole (Solea solea), often used as an indicator of the quality of coastal and estuarine bursary grounds. In order to account for the influence of environmental conditions on bioaccumulation, the first part of this work consisted in developing a toxicokinetic model (TK) coupled with a mechanistic bioenergetic model based on the theory DEB (Dynamic Energy Budget). This DEBmodel has been parameterized for common sole and calibrated for each sex (packageDEBtool). It allows predicting the main evolution of the physiological functions of interest forbioaccumulation (ingestion, growth, reproduction...) throughout the life cycle of an individualaccounting for dynamic environmental conditions. The developed TK model was first calibrated for some PCBs, under controlled conditions, using an innovative method to take into account individual ingestion variability. This work showed that even if the individual ingestion of each fish is accounted for, the effective assimilation of contaminant is very variable and correlated with the lipid levels of the individuals. The application of the model tothe in situ conditions of the Gironde estuary led to identify that, whatever the contaminant family, the composition of the soles diet had a strong influence on the variability of soles contamination and age at sexual maturity. The comparison of model predictions with measurements made in juveniles of the estuary allowed calibrating the TK parameters values for the major compound of each family in the environment (CB153 and PFOS). This calibration led to two observations in the context of a risk assessment: (1) a lack of knowledge to extrapolate calibrations of TK parameters under controlled conditions to natural conditions;(2) the difference in risk assessment error related to the use of the same "worst case" TK parameters regardless of the compounds. Lastly, simple prospective scenarios have beendeveloped to illustrate these results and the possible applications of the model developed.Ultimately, these predictions of soles contamination, growth and development may be related in future work to potential effects on the physiological functions of sole (DEBtox models), and to consequences on soles population dynamics (e.g. matrix population models).

Les bassins versants anthropisés sont soumis à des forçages qui évoluent rapidement et déséquilibrent les écosystèmes. Les écosystèmes côtiers et en particulier lagunaires sont très sensibles à la qualité et à la quantité de la source biogène d’origine continentale. La lagune d’Arcachon (Sud Ouest de la France) est alimentée par un bassin versant de 3.000 km2 dont l’occupation des sols est dominée par la forêt depuis plus de 150 ans. La maïsiculture s’est fortement développée depuis les années 1970 et un centre de stockage de déchets ménagers et industriels (CSDU) a été aménagé à moins de 3 km du littoral. Cette thèse se propose d’évaluer la dynamique des éléments biogènes dans le continuum fluvio-estuarien du bassin versant. L’analyse de l’occupation des sols par SIG, une mission d’observation de deux ans, et des études ponctuelles de crues et du continuum fluvial ont permis d’évaluer précisément le flux biogène d’origine continentale et de construire les bases d’un modèle de transport : les taux d’exportation dépendent de l’occupation des sols avec 45, 93, 2.850 et 61 kg N-Nitrate km-2 an-1 calculés pour les parcelles forestières, déforestées, agricoles et urbaines respectivement. L’exportation a lieu préférentiellement en tout début de crue mais le lessivage est rapidement limité. En revanche, les eaux souterraines peuvent contribuer significativement au flux annuel pour les bassins versants les plus agricoles. On a pu démontrer qu’une réduction de 10 % des apports d’engrais azotés réduirait de plus de 50 % le flux d’azote vers la lagune. Une étude approfondie intégrant hydrologie, biogéochimie et géophysique a permis de comprendre les mécanismes de dispersion et d’atténuation d’un panache de pollution issu du CSDU. Celui-ci s’écoule vers la lagune avec l’aquifère superficiel à une vitesse de 23 m an-1 pour l’ammonium et environ 50 m an-1 pour le chlorure mettant en évidence une forte atténuation de l’ammonium dans l’aquifère par sorption et nitrification. Actuellement, le panache n’a pas atteint le littoral et seul le drainage par la rivière permet une exportation rapide jusqu’à la lagune. Ce drainage favorise une très forte nitrification dans la zone hyporhéique et dans la rivière, ce qui limite le flux d’ammonium vers la lagune. Dans ces conditions, le temps de résidence de l’ammonium dans l’aquifère est entre 7 et 18 ans. L’intégration des processus biogéochimiques estuariens dans la dynamique des flux biogènes vers la lagune est une nouveauté. L’étude des éléments biogènes et de la matière organique particulaire permet de démontrer que les estuaires de la lagune sont autotrophes à l’échelle de l’année et permettent un abattement d’environ 30 % du flux de nitrate continental. Saisonnièrement toutefois, les processus de reminéralisation peuvent dominer. Les estuaires ont peu d’impact sur la biogéochimie du phosphore contrairement au sédiment de la lagune. / The anthropized watersheds shift quickly and may disturb the ecosystems. Coastal ecosystems and coastal lagoons are highly sensitive to the amount and the quality of biogenic material originating from continents. The Arcachon lagoon (France South West) raises continental waters originating from a watershed of 3,000 km2 . Pine forestry cover the main surface area of the watershed since 150 years. Cornfields are appeared since 1970 and quickly increase. A solid waste disposal has been created near the littoral. The purpose of this PhD is to assess the global cycle of biogenic materials through the riverine and estuarine continuum. Land-use analyze by GIS, two years of monitoring and some studies of flood events and river continuum have permit to assess the flux of biogenic material and to build a transport model. The export rates depend of land-use and we assess the annual export rate to 45, 93, 2,850, and 61 kg N-Nitrate km-2 year -1 in forested parcel, deforested parcel, agricultural parcel and urban parcel respectively. The export is more efficiency at the beginning of flood events. However the groundwater may supply high amount of nitrogen in highly agricultural watershed. We have shown that a decrease of 10 % in fertilizer input to farming areas would probably reduce the annual flux of more than 50 %. A study based on hydrology, biogeochemistry and geophysics permit to understand the behavior of a contaminated plume originating from the waste disposal. The ammonium plume flows towards the lagoon at a velocity of 23 m year -1 whereas the chloride plume should flows at 50 m year -1. It highlights an efficiency attenuation of ammonium dispersion due to sorption in soil and nitrification. The plume needs about 100 years to reach the lagoon and nowadays the only way of dispersion is the drainage of contaminated groundwater by the river. This way permits an efficiency nitrification in the hyporheic zone and limits the flux of ammonium. Considering that the input of ammonium from the landfill is balanced by the present day output via the river, the residence time of ammonium in the aquifer is between 7 and 18 years. The integration of estuarine biogeochemistry has been realized for the first time. The survey of biogenic materials and organic matter emphasizes that estuaries are autotrophic at annual scale and decrease the nitrogen continental flux of about 30 %. But in autumn, the mineralization and nutrient recycling is observed. In the Arcachon lagoon, the estuaries have a negligible impact on phosphorus biogeochemistry contrary to the sediment.

La fitness et a fortiori la survie d'une population dépendent de la stratégie et des performances de reproduction façonnées par son environnement. Par conséquent, les biomarqueurs traduisant une altération de la fonction de reproduction présentent un intérêt particulier. L'atteinte de la fertilité mâle au sein de la faune sauvage a notamment été adressée comme une problématique majeure susceptible de représenter une menace pour le maintien des populations. Toutefois, peu de méthodologies sont aujourd'hui disponibles chez des espèces pertinentes pour aborder cette problématique dans le cadre de programmes de biosurveillance environnementale, notamment chez les crustacés en dépit de leur représentativité au sein du règne animal et de leurs indispensables fonctions au sein des écosystèmes. Dans ce contexte, les présents travaux avaient pour objectif de proposer une ou plusieurs méthodologies basées sur la mesure de marqueurs de fonctionnalité et d'intégrité spermatique chez des crevettes Palaemonidae. Les investigations se sont portées sur deux espèces, une estuarienne, Palaemon longirostris, et une côtière, Palaemon serratus, pour leur complémentarité vis-à-vis du continuum estuaire - littoral. Compte tenu des nombreuses spécificités structurelles et fonctionnelles des spermatozoïdes de crustacés, I nombre de marqueurs transposables vers ces espèces s'est finalement avéré limité. Aussi, après une brève prospection, l'effort de recherche a rapidement été recentré sur la mesure de l'intégrité de l'ADN. Dès lors, la démarche scientifique a été construite de sorte à évaluer, point par point, la pertinence de la méthodologie développée dans une perspective d'application de l'outil dans le cadre de la surveillance environnementale. Une étape préliminaire d'optimisation et de validation méthodologique du test Cornet a démontré que, contrairement à une grande majorité de type spermatique, l'adaptation de ce test sur les spermatozoïdes de Palaemonidae ne nécessite aucune modification particulière du protocole. La dynamique de la réponse biologique en termes d'apparitions, de rémanence et d'effets possibles sur la fitness a été évaluée en conditions contrôlées au laboratoire. Ainsi, des expositions ex vivo et in vivo ont été conduites en utilisant une variété de génotoxiques modèles présentant différents modes d'actions. Les résultats ont attesté de la sensibilité, de la reproductibilité et du caractère intégrateur de la réponse. En revanche, aucun lien entre un ADN spermatique endommagé et une altération du succès de reproduction pré-éclosion n'a pu être établi. Parallèlement, une approche in situ a été conduite en vue de caractériser la valeur basale de la réponse mesurée. Différentes stratégies ont dû être adoptées en fonction des contraintes propres au milieu de vie de chacune des deux espèces. Un référentiel et une valeur seuil, communs aux deux espèces, ont pu être définis, soulignant le potentiel de transférabilité inter-espèces de l'outil. La méthodologie ainsi finalisée, a été éprouvée dans le cadre de plusieurs campagnes de suivi de différentes populations indigènes de l'estuaire et de la baie de Seine en 2015 et 2016. Les résultats se sont révélés très cohérents au regard de la pression de contamination et de la dynamique hydro-sédimentaire de la baie de Seine. En définitive, l'intégrité de l'ADN spermatique chez les Palaemonidae est opérationnelle en l'état pour un déploiement in situ en tant que biomarqueur d'exposition à un stress génotoxique. De futurs études devront néanmoins être conduites (1) pour mieux discerner les implications de ces dommages spermatiques en termes d'impact sur le recrutement des nouvelles cohortes et (2) éprouver la transférabilité de la méthodologie à d'autres espèces de crevettes et sur une plus large échelle géographique. / The environment shapes the reproduction's strategy and performance of a population, influencing its fitness and a fortiori its survival. Therefore, biomarkers that alter reproductive functions represent a great interest in ecotoxicology. The reduction of male fertility in wildlife can represent a threat to the population's survival. Moreover, fcw methodologies are available for species that are relevant to address this issue on envimnmental biomonitoring programs, especially for crustaceans, despite their representativeness in the wildlife and their essential functions within ecosysterns. The present work aimed to propose methodologies based on the measurement of functionality and integrity spermatic biomarkers on Palaemonidae shrimps. We studied two species, an estuarine, Palaemon longirostris, and a coastal species. Palaemon serratus. due to their complementaiity on the continuum estuary-littoral ecosystem. Howevcr, crustaceans' sperm has many structuraI and functional characteristics, the number of transposable markers is limited. Thereafter, the research effort was refocused on the measurement of the DNA integrity and this inethod was evaluated for its adequacy for a biomonitoring study. We optitrtized and validate the Cornet assay for the Palaemonidae species, and the dynamic of the biological response in ternis of appearances, persistence, and possible effects on fitness was evaluated under controlled conditions in the laboratoiy. Furthermore, ex-vivo and in-vivo exposures were conducted using genotoxic models with different modes of action. On the one hand, results attested to the sensibility, the reproducibility and the integrating character of the response, on the other hand, no correlation between damaged sperm DNA and an altération of the pre-hatch stage of development was established. In paralIel, an in-situ approach was conducted to characterize the baseline level of the measured response, taking into consideration the specific constraints of each species' habitat. We were able to define a common baseline level and a threshold value for both species, highlighting the potential of the tool for inter-species transferability. This method was tested with native populations from the estuary and from the Seine Bay in 2015 and 20] 6. And, the results proved to be consistent with the contamination pressure and the hydro-sedimentary dynamics of the Seine Bay. Ultimately, the DNA integrity of sperm in Palaemonidae seems to be functional for in-situ deploytnents as a biomarker of exposure to genotoxic stress. Nevertheless, future studies should be conducted (1) to botter discern the implications of this spermatic damage on the recruitment of new cohorts and, (2) to test the transferability of the methodology to other shrimp species and on a wider geographical scale.

Jusqu’à présent, la dynamique des fractions végétales n’avait jamais été étudiée dans les estuaires macrotidaux en raison de leur faible quantité, par rapports aux fortes charges en matières en suspension fines, et du manque de protocoles d’étude et d’échantillonnage adéquats. Les débris végétaux sont toutefois à l’origine de perturbations d’activités économiques qui impliquent la filtration de larges volumes d’eau. L’objectif de cette thèse était ainsi de comprendre la dynamique d’apport et de transit de ces débris végétaux dans l’estuaire de la Gironde par la mise en oeuvre d’un suivi spatio-temporel de leur distribution et de techniques nouvelles pour un tel estuaire hyper-turbide (incubations in-situ litter-bag, caractérisation biogéochimique, identification des sources). Les résultats principaux sont la mise en évidence du contrôle du régime hydrologique sur leur distribution et la détermination des échelles de temps de leur persistance dans l’estuaire de la Gironde. / Up to now, vegetal fraction dynamics has not been studied in macrotidal estuaries, due to its low quantity in comparison to the strong charge of suspended particulate matter, and due to the lack of appropriate protocols to sample and examine it. Nevertheless, vegetal debris have been identified as a factor able to disrupt a wide range of stakeholder activities that require huge volumes of water to filter. The objective of this PhD was to understand the input and transfer dynamics of vegetal debris in the Gironde Estuary by the implementation of a spatiotemporal btrack of their distribution and by the development of new techniques for this hyper-turbide estuary (in situ litter-bag incubations, biogeochemical characterization, and identification of the sources). Mean results highlight the influence of the hydrological regime in their distribution and reveal time scales of their persistence in the Gironde Estuary.

Cette thèse s’intègre dans l’axe 3 du programme « ETIAGE » qui a associé pendant quatre ans (2010-2014) la Lyonnaise des Eaux, la Communauté Urbaine de Bordeaux (CUB), l’AEAG, et le FEDER, région Aquitaine avec l’université de Bordeaux, le CNRS et IRSTEA. L’objectif de l’axe 3 était de documenter les apports métalliques du bassin versant de la CUB aux eaux de la section garonnaise de l’estuaire de la Gironde. Ce vaste estuaire européen est l’un des plus turbides au monde, avec en période d’étiage la présence devant Bordeaux d’une zone de turbidité maximum (ZTM, >1 g.L-1 de MES en surface) qui transporte des particules estuariennes et des éléments traces potentiellement toxiques. Les travaux de cette thèse se sont focalisés sur les apports métalliques via le fonctionnement des deux principales stations d’épuration (STEP) de la CUB. De ce fait, l’objectif de cette recherche est d’analyser en détail les concentrations, les flux et la réactivité de huit contaminants métalliques définis comme prioritaires par l’Union Européenne Cr, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb, Zn, As, et le contaminant émergent Ag, des STEP de la CUB. Les taux d’abattement calculés sont importants, de l’ordre de 80 % pour la majorité des métaux, essentiellement lors de l’étape de décantation. Malgré cette efficacité, les apports en éléments traces métalliques (ETM) urbains via les STEP pendant les épisodes orageux et dans des situations de faible débit peuvent augmenter les concentrations et les flux dans l’estuaire fluvial de la Gironde et ainsi avoir des conséquences sur la qualité des eaux estuariennes. Les concentrations en Ag sont supérieures aux concentrations normales de bruit de fond dans l’estuaire fluvial de la Gironde, faisant de Ag un excellent traceur urbain. Le traitement dans les STEP concentre les ETM dans les boues extraites dont les concentrations métalliques restent en-deçà des normes d’épandage. Toutefois, les concentrations en éléments traces peuvent être de 15 (Ag) à 30 (Cu) fois supérieures aux concentrations naturelles du bruit de fond en raison du fort enrichissement des boues en Hg, Ag, Cr, Cu et Zn. De plus, environ 70 % des éléments traces Cd, Ag, Pb, Cu, et Zn contenus dans ces boues sont potentiellement biodisponibles et peuvent avoir un impact néfaste à court et long terme sur les environnements récepteurs. En raison de l’augmentation prévisible de la démographie des villes côtières, les résultats de cette étude participent à l’élaboration de nouveaux concepts et outils (récupération, recyclage, valorisation) pour améliorer quantitativement et qualitativement les rejets urbains solides et liquides. / This study is a part of the third axis of the « ETIAGE » project, a four year collaboration (2010-2014) between the Lyonnaise des Eaux, the Communauté Urbaine de Bordeaux (CUB), AEAG, and FEDER, Aquitaine region with the University of Bordeaux, CNRS and IRSTEA. The axis 3 objectives were to document the trace metal inputs from the CUB watershed into the waters of the Garonne section of the Gironde estuary. The Gironde Estuary is one of the largest macrotidal and highly turbid estuaries in Western Europe characterized by the presence of a strong maximum turbidity zone (MTZ) with high suspended particulate matter (SPM) concentrations (>1 g.L-1 in surface water) transporting estuarine particles and potentially hazardous trace elements. This study has focused on the trace metal inputs from the two main wastewater treatment plants (WWTP) of the CUB. The objective of this research was therefore to study in detail the daily concentrations, fluxes, and dynamics of 8 EU priority contaminants Cr, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb Zn, As, and the emerging contaminant Ag from the WWTPs in the CUB. The calculated removal rates are significant, around 80 % for the majority of metals, mainly as a result of the decantation phase. Despite this high removal efficiency, during periods of heavy rainstorms and low river discharges, the urban metal inputs via the WWTPs may still significantly increase metal concentrations and fluxes in the fluvial Gironde Estuary impacting water quality. In addition, the WWTP fluxes and concentrations of Ag exceeded common background concentrations in the Gironde fluvial estuary, making it an interesting urban tracer. The treatment within the WWTPs concentrates the trace metals in the sludge, yet, metal concentrations remained below legal norms for agricultural use. However, the analysis of WWTP sludge revealed that trace element concentrations are 15 (Ag) and 30 (Cu) times higher than natural background concentrations with high enrichment of Hg, Ag, Cr, Cu and Zn with over 70 % of Cd, Ag, Pb, Cu, and Zn being potentially bioavailable. Therefore, with increasing urban pressure on environmental quality, these results support the need for the development of efficient water quality monitoring tools.

De leur source continentale à leur lieu de stockage ultime, les particules sédimentaires détritiques vont être produites en fonction de la nature et de l'intensité des processus continentaux : climat, contexte géodynamique. Sur les plates-formes, elles vont subir l'action des agents hydrodynamiques, vont se déplacer, constituer des corps sédimentaires qui seront préservés ou non selon la nature et l'intensité des processus : agitation s.l., apports sédimentaires, création d'espace par subsidence et variation du niveau marin... Enfin, dans les domaines océaniques profonds, elles vont se déposer.<br />L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire est, par une approche sédimentologique, de reconstituer les conditions environnementales, tant sur les continents que sur les plates-formes, ayant conduit aux dépôts étudiés. Sur cette base, nous avons entrepris des études sur des dépôts du Pléistocène en mer du Nord ainsi que dans les mers de Chine de l'Est et du Sud. Cette époque, par sa proximité, permet des études à très haute résolution temporelle tandis qu'elle est caractérisée par des oscillations climatiques et eustatiques importantes et rapides. De plus, les dépôts les plus récents portent la trace de l'Homme.<br />Sur la plate-forme, l'étude des grands corps sableux, bancs et très grandes dunes, a permis de préciser les mécanismes de leur mise en place. A court terme, même dans les environnements dominés par la marée, l'importance de phénomènes sporadiques tels que les houles de tempêtes, a été démontrée. Ils impriment aux formes et à la structure des fonds marins leur marque tandis que les agents tidaux sont les pourvoyeurs du matériel sédimentaire. A plus long terme, ce ne sont plus les agents dynamiques qui conditionnent la préservation des corps sédimentaires mais la création d'espace disponible et l'importance des apports sédimentaires. Au niveau de l'estuaire de l'Authie, des séries de carottages nous ont aidé à mesurer les conséquences du mouvement vers le nord des divers ensembles sédimentaires sur le type de sédiment rencontré ainsi que sur les modifications d'un espace naturel convoité par l'Homme.<br />Dans les bassins profonds, en mer de Chine du Sud, nos études ont permis de préciser les sources du matériel sédimentaire et son transport en faisant la part des contributions éolienne, fluviatile et marine. L'étude des caractères sédimentologiques de la fraction détritique a permis également d'étudier la balance ntre l'érosion et l'altération sur les zones émergées ainsi que de voir quelle est la réponse des marqueurs détritiques aux changements climatiques globaux depuis 2 millions d'années.

Les sédiments sont des sites importants d’élimination d’azote (N) puisqu’ils possèdent des gradients d’oxydoréduction leur conférant les conditions idéales pour les réactions microbiennes de transformation de N. L’eutrophisation des régions côtières peut altérer ces gradients, par des changements dans la concentration d’oxygène (O2) de l’eau interstitielle, et modifier l’importance relative des processus transformant le N. Afin de mieux comprendre comment l’O2 pourrait influencer les transformations de N, nous avons mesuré les flux diffusifs de diazote (N2), nitrate (NO3-), oxygène et ammonium (NH4+) dans les sédiments de l’Estuaire Maritime du St-Laurent (EMSL), et nous avons estimé les taux de dénitrification. L’importance du couple nitrification-dénitrification en fonction d’un gradient de concentrations d’O2 dans la zone d’hypoxie de l’EMSL fut aussi évaluée. La concentration des gaz dissous fut mesurée en utilisant une nouvelle approche développée dans cette étude. Les flux diffusifs de N2, O2, NO3- et NH4+ variaient de 5.5 à 8.8, de -37.1 à -84.8, de -4.0 à -5.8 et de 0.6 à 0.8 μmol N m-2 h-1 respectivement. Les concentrations de N2 et NO3- dans l’eau porale et les flux de NO3- et de N2 des sédiments, suggèrent que la diffusion de NO3- provenant de l’eau à la surface des sédiments ne peut pas expliquer par elle-même la production de N2 observée. En utilisant une approche stoichiométrique, les taux de nitrification potentielle estimés comptent pour 0.01 à 52% du flux total de NO3 nécessaire pour aboutir aux flux de N2 observés et diminuent avec l’augmentation de l’hypoxie. / Sediments display strong redox gradients and represent important sites of various microbially mediated nitrogen (N) transformation pathways resulting in the loss of fixed N. Increased eutrophication of coastal systems will likely impact the overall function of these sediments via changes in the oxygen (O2) concentration in the overlying water, thus influencing the redox gradient and the relative importance of different N processes. To have a better understanding of how O2 could influence N transformations, we measured dinitrogen (N2), nitrate (NO3-), oxygen and ammonium (NH4+) diffusive fluxes in the sediments of the Lower St. Lawrence Estuary (LSLE) and estimated denitrification rates. The importance of the nitrification-denitrification couple as a function of a gradient of hypoxic O2 concentrations was also evaluated. Dissolved gas concentrations were measured using a new approach developed in this study. N2, O2, NO3- and NH4+ diffusive fluxes varied respectively from 5.5 to 8.8, from -37.1 to -84.8, from -4 to -5.8 and from 0.6 to 0.8 μmol N m-2 h-1 among the five stations sampled. N2 and NO3- concentrations in sediment pore water and measured fluxes of NO3- in and N2 out of the sediments suggested that NO3- diffusion from the overlying water alone could not support N2 production. Using a stoichiometric approach, estimated potential nitrification rates varied among sites, from 0.01 to 52% of the total NO3 supply rate. The relative importance of nitrification decreased with increasing hypoxia.

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La rade de Brest constitue un cadre idéal pour étudier et restituer les transferts sédimentaires terre-mer dans un contexte de bassin côtier semi-fermé macrotidal. Dans cette perspective, deux axes majeurs, d’échelle temporelle différente, ont été développés avec pour objectifs (a) de caractériser le modèle sédimentaire et sa dynamique par charriage à l’actuelle, (b) de déterminer la mise en place des dépôts sédimentaires au cours de la dernière transgression marine.(a) L’analyse combinant une approche sédimentaire et analogique a permis de montrer le contrôle majeur des courants de marée sur la dynamique sédimentaire actuelle. La morphologie du littoral et des fonds marins renforcent l’intensité des courants tidaux qui facilite les échanges en sables coquilliers entre la rade interne et la mer d’Iroise. Le système est néanmoins en érosion et enregistre un déséquilibre en apports sédimentaires. Les sédiments fins sont remobilisés par les courants de flot et les actions anthropiques colmatant les secteurs peu profonds.(b) L’étude litho- et chronostratigraphique de la séquence sédimentaire, a mis en évidence le recul successif des processus estuariens lors de la dernière remontée du niveau marin (holocène). La morphologie héritée du substratum, combinée à la transgression marine, a fortement influencé l’architecture des dépôts, leur préservation et leurs variations lithologiques latérales et longitudinales. Après la stabilisation du niveau marin (3 000 BP), les variations climatiques (optimum climatique médiéval, et petit âge glaciaire) et les activités anthropiques impactent d’avantage la dynamique des particules en suspension.La rade a donc eu un impact différent sur le transfert des sédiments au cours de la remontée du niveau marin. Actuellement, elle acte comme un « piège à sédiment fin » et enregistre dans le même temps un déficit de stock sédimentaire grossier potentiellement remobilisable. Cette configuration favorise une érosion des parties les plus profondes du système. / The bay of Brest is a tide-dominated, semi-enclosed coastal basin, which is connected with two rivers (Aulne and Elorn). Its jagged shoreline and seabed morphology constitute an ideal setting to understand sedimentary transfer at the land-sea interface. In this aim, this study is divided in two different time scale. The first (a) focuses on the present-day sedimentary bedload dynamic and the second (b) on the reconstruction of the Holocene infilling, during the last marine transgression. (a) A analyse combining a sedimentology approach and numerical has highlighted the major control of the tidal currents. Swells and rivers have a minor impact, because the inherited morphology accentuates and promotes tidal currents. There are responsible of a shelly sandy exchange between the oceanic domain (Iroise Sea) and confined (bay of Brest). At present, the bay of Brest suffers from an imbalance of shelly sand. Fine sediments are eroded and redistributed in the shallow parts of the bay. In ideal conditions (strong tidal current) they can be exported.(b) From the stratigraphic and chronostratigraphic analyses, the successive landward retreat of estuarine processes, during the last marine transgression, has been observed. The sea level acts as the major factor control of the sedimentary geometry deposits. However, the morphological particularity of the bay of Brest influenced their preservation and it is possible to determinate the longitudinal and transversal asymmetry. After the sea level stabilisation (3 000 BP), the Holocene climatic variations and anthropic activities have disturbed the suspension dynamic.The bay of Brest had a different impact on the sedimentary transfer during the last marine transgression. At present, it acts as a « sediment trap » for the fine particles and has not enough sandy sediment. This configuration tends to an erosion of the system.

La population de la crevette blanche Palaemon longirostris, espèce résidente des estuaires faisant l’objet d’une pêche traditionnelle, est soumise à des forçages environnementaux (fluctuations naturelles du milieu, modifications du régime hydro-climatique de l’estuaire en lien avec le changement climatique) et anthropiques importants (aspiration dans les circuits du CNPE -Centre Nucléaire de production d’Electricité du Blayais-, pêche ciblée, pollutions etc.). Dans ce contexte et sur la base d’un suivi mensuel, réalisé depuis 1979, complété par des échantillonnages en 2007, cette thèse montre que cette population répond fortement aux changements environnementaux abiotiques et anthropiques. Ainsi, d’importantes fluctuations spatio-temporelles des abondances sont mises en évidence à diverses échelles temporelles, spatiales et biologiques. L’analyse de la série à long terme montre des fortes oscillations interannuelles régulières (période 5/10 ans) en partie liées aux facteurs environnementaux et aux variations du recrutement. Une diminution de l’abondance globale, ainsi qu’un déplacement vers l’amont de cette population, sont également constatés. Ce déclin est attribué aux fortes variations et nombreuses modifications des traits de vie de l’espèce –reproduction, -croissance, -mortalité, démontrées au cours de l’étude. La présence de déformations de l’exosquelette, étudiée aussi via un élevage de plusieurs mois, révèle par ailleurs, de forts impacts négatifs à l’échelle individuelle (mortalité). De plus, des simulations réalisées à partir d’un modèle matriciel de dynamique de population élaboré durant l’étude, montrent la synergie des pressions anthropiques par prélèvements (CNPE, pêche) et des forçages environnementaux, ainsi que l’importance des processus de déplacement dans le fonctionnement de cette population. Cette étude démontre finalement l’intérêt que revêt cette population et plus largement les populations de crevettes estuariennes, pour l’étude du fonctionnement et du diagnostic de l’état des écosystèmes estuariens. De nouvelles métriques originales sont proposées, lesquelles ouvrent vers la voie vers de nouveaux indicateurs. / The white shrimp, Palaemon longirostris, is an estuarine species and an important fishing resource. This species therefore encounters an important environmental forcing (natural fluctuations of the environment, modifications of the hydro-climatic regime of the estuary associated with the climate change) and an anthropological forcing (drawing up by the circuits of the CNPE - Nuclear center of electricity production of Blayais-, targeted fishing, pollutions etc.). In this context and on the basis of a monthly survey in place since 1979 and completed in 2007, this study shows that this population is strongly influenced by environmental and anthropological changes. Important spatio-temporal variations in the shrimp abundance are highlighted at different temporal, spatial and biological scales. A long-term analysis underlines strong regular interannual oscillations (5/10-year period) partially linked with environmental factors and recruitment variations. A decrease in the global abundance and a movement of this population towards the upstream part of the estuary are also displayed. In this study, the decline is attributed to strong variations and numerous modifications in the life history traits of the species - reproduction, - growth, - mortality. The presence of exoskeletal deformities, alternatively studied via a rearing of several months, reveals strong negative impacts at the individual scale (mortality). Furthermore, simulations based on a population-matrix model, developed during the study, show the synergy of the anthropological pressure by capture (CNPE, fishing) and the environmental forcing, as well as the importance of movement processes in the population dynamics. This study finally demonstrates the interest of this population, and more widely of the estuarine shrimp populations, in the understanding of the functioning and the diagnosis of the estuarine ecosystem state. New original metrics are proposed, opening the way towards new indicators.