Le travail, basé sur les données de plusieurs campagnes scientifiques de pêche, est divisé en deux parties indépendantes. La première partie s'inscrit dans la recherche d'une méthodologie de suivi des stocks à l'aide d'indicateurs basés sur les seules campagnes scientifiques. Pour cela, on a sélectionné des indices décrivant la distribution spatiale d'une population halieutique: centre de gravité, inertie, anisotropie, microstructure, diverses mesures d'aires, etc. Ces indices ont été choisis en particulier de façon à ne pas dépendre d'une délimitation arbitraire du champ, la contribution d'un échantillon à valeur nulle de densité de poissons valant zéro. Appliqués à la population de merlu européen du golfe de Gascogne, ces indices permettent de décrire la dynamique spatiale des différents groupes d'âge, ainsi que leur variabilité interannuelle. Par ailleurs, de tels indices spatiaux se révèlent être des indicateurs de la dynamique de la population, ainsi qu'en témoignent des corrélations significatives avec des paramètres démographiques, observées sur une variété de stocks européens. De façon à assurer un meilleur suivi de l'état d'un stock, indices spatiaux et indices biologiques ont enfin été combinés par la méthode des MAF (Min-max Autocorrelation Factors), qui vise à réduire le bruit en extrayant les composantes les plus continues dans le temps. Cette technique a été appliquée sur la morue de mer du Nord et l'anchois du golfe de Gascogne. La seconde partie vise à évaluer, dans l'estimation d'abondances à partir de campagnes acoustiques, la part d'incertitude provenant de l'échantillonnage spatial. L'estimation de l'abondance provenant du signal acoustique enregistré le long de transects, ainsi que de facteurs biologiques mesurés en des stations de chalutage, il est nécessaire de combiner les incertitudes des deux sources. On a recours pour cela à des simulations géostatistiques conditionnelles de modèles multivariés spécifiques (à base de simulations gaussiennes transformées et d'un échantillonneur de Gibbs pour le traitement des nombreuses valeurs nulles de l'acoustique). La méthode a été appliquée au hareng autour des îles Shetland et à l'anchois dans le golfe de Gascogne.

Le fonctionnement trophique des écosystèmes benthiques côtiers dépend de la disponibilité des sources de matière organique (MO). A l'échelle du plateau continental, la variabilité de la diversité et de l'abondance de ces sources se reflète dans la distribution spatiale des consommateurs primaires tels que les bivalves filtreurs. Si les sources trophiques sont largement étudiées sur les estrans et les espaces estuariens, l'essor des connaissances sur le réseau trophique benthique du plateau continental est limité par les contraintes d'échantillonnage à des profondeurs atteignant 200 m à environ 300 km des côtes dans le nord du Golfe de Gascogne. Dans cette étude, les isotopes stables et les acides gras utilisés comme marqueurs trophiques ont été mesurés dans les tissus de cinq espèces de bivalves, sur un gradient bathymétrique (0-200 m) traversant le plateau continental du Golfe de Gascogne, dans deux sites régionaux fortement contrastés par leurs caractères naturels et par les pressions humaines qu'ils subissent. Les variations spatiales des signatures biochimiques des bivalves ont permis de distinguer trois zones aux fonctionnements trophiques différents et concordantes avec les structures de masse d'eau qui existent sur le plateau continental et qui en contrôlent la dynamique planctonique. Les résultats obtenus ont également révélé une faible emprise spatiale des apports terrestres dans les sources de MO consommées par les bivalves. Enfin, malgré des conclusions assez cohérentes issues de l'utilisation des isotopes stables et des acides gras, l'interprétation de certains résultats suggère une forte influence métabolique sur les signatures biochimiques des bivalves.

Lors de rejets chroniques ou accidentels de tritium des installations nucléaires dans l’eau de mer ou via les fleuves, la dispersion des radionucléides dans l’environnement marin est soumise à des processus de dispersion multiples. Ces processus dépendent de la zone considérée et des forçages tels que la marée, le vent, les flux de chaleurs et d’eau douce. Prédire la dispersion du tritium dans le golfe de Gascogne nécessite la prise en compte de l’ensemble de ces processus et des différents apports que représentent les eaux de surface de l’Atlantique Nord, les rejets des installations nucléaires, les entrées d’eau douces et les échanges avec l'atmosphère. L'objectif général de cette thèse est d'améliorer la connaissance sur l’hydrodynamisme du golfe de Gascogne, en couplant la mesure in-situ d’un traceur des masses d’eau : le tritium, avec un modèle hydrodynamique de dispersion (modèle MARS3D). Dans ce but, prélèvements ont été effectuées dans le golfe de Gascogne et dans les deux principaux contributeurs continentaux de tritium : la Loire et la Gironde. L’utilisation conjointe de la salinité et du tritium en tant que traceurs des eaux continentales a permis de différencier de manière innovante les apports provenant de ces deux fleuves à l'échelle du golfe. Les stocks mesurés et simulés de tritium au sein du plateau ont permis une première estimation du temps de résidence des masses d’eau continentales. / During chronic or accidental releases of tritium from nuclear facilities to seawater or through river discharges, the dispersion of radionuclides in the marine environment is subject to multiple dispersion processes. These processes depend on the area under consideration and forcings such as tide, wind, heat and freshwater flows.Predicting the dispersion of tritium in the Bay of Biscay requires taking into account all these processes and the various inputs: the North Atlantic surface waters, discharges from nuclear facilities, freshwater inputs and exchanges with the atmosphere. The main objective of this thesis is to improve the knowledge on the hydrodynamics of the Bay of Biscay by coupling in-situ measurements of a water masses tracer: the tritium, with a hydrodynamic dispersion model (MARS 3 D).To achieve this goal, samplings were carried out in the Bay of Biscay and the two main continental contributors of tritium: the Loire and Gironde rivers.The combined use of salinity and tritium as tracers of continental waters makes it possible to differentiate into an innovative way the inputs from these two rivers at the scale of the continental shelf. The measured and simulated stocks of tritium within the shelf provided a first estimate of the residence time of continental water in the Bay of Biscay.

Des données acoustiques sont collectées en continu lors de campagnes écosystémiques pour détecter les bancs de poissons d’espèces commerciales et en quantifier l’abondance. Ces données multifréquences contiennent également des informations sur des agrégations de cibles plus petites qui se présentent sous forme de couches diffusantes. Il existe une grande diversité de couches diffusantes dont l’aspect sur les échogrammes, la réponse fréquentielle et la composition spécifique varient. L'objectif de cette thèse est de définir les types de couches diffusantes rencontrées lors de la campagne PELGAS, de décrire leurs distributions spatiales à méso-échelle, de les comparer à celles des autres compartiments de l'écosystème, et d'examiner la composition taxonomique des couches diffusantes résonantes à fine échelle. Une méthode de classification non supervisée des échos appliquée aux données PELGAS permet de définir des « paysages acoustiques » structurés spatialement. Ces paysages acoustiques sont dominés par des réflecteurs porteurs de bulles de gaz résonnant aux fréquences halieutiques et ne sont corrélés à aucun compartiment de l'écosystème pélagique issus de PELGAS2013. La composition biologique de couches diffusantes denses est étudiée à fine échelle en combinant par des approches directe et inverse les résultats de leur échantillonnage acoustique et biologique. Les résultats montrent que la réponse acoustique des couches diffusantes denses est dominée par celle de bulles de gaz incluses dans des larves de poissons (e.g. Sardina pilchardus}), et dans des organismes micronectoniques, qui sont peu ou pas échantillonnés avec les outils de collecte biologique. / Fisheries acoustic data are continuously collected during ecosystemic surveys to detect fish schools of commercial species and to quantify the fish abundance. These multifrequency data also contain information about smaller target aggregations producing ubiquitous Sound Scattering Layers (SSLs) on the echograms, with quite diverse shape, frequency responses and taxonomic compositions. In this work, we focus on the SSLs observed in spring in the Bay of Biscay during the PELGAS surveys. The objectives are: i) to classify SSLs, ii) to describe their spatial meso-scale distribution, iii) to investigate their relationships with other ecosystem components, and iv) to investigate the taxonomic composition of resonant SSLs at fine scale. A Multiple Correspondence Analysis based method for non supervised echoes classification is applied to PELGAS multifrequency data to define constrasted and spatially structured “acoustic landscapes”. Acoustic landscapes are dominated by frequency responses of gas-bearing organisms, whose gas inclusion might resonate at the fisheries acoustic frequencies. No correlation is found between the spatial distributions of acoustic landscapes and those of other pelagic ecosystem components indices. The biological composition of resonant SSLs is investigated by jointly applying forward and inverse approaches to fine scale acoustic and biological data collected in the same dense SSL. Results suggest that the dense SSLs may be comprised of fish larvae (e.g. Sardina pilchardus) and larger micronektonic gas-bearing organims that are so far very poorly sampled by non-acoustic devices.

Cette thèse participe à accroitre les connaissances sur les facteurs régissant la structures des communautés benthiques de la Grande Vasière (GV) du Golfe de Gascogne. Une attention particulière a été portée au rôle du chalutage de fond, dont l’intensité a été estimée à l’aide des données VMS. A l’échelle de la GV, nos résultats suggèrent que le chalutage de fond serait le principal moteur de structuration du mégabenthos (> 10 mm). Cependant, cette hypothèse n’a pu être formellement démontrée en raison de la co-variation entre l’activité de pêche et certaines caractéristiques environnementales. Par conséquent, les travaux ont été poursuivis sur une zone restreinte de la GV, choisie de manière à minimiser les variations dans l’habitat, tout en conservant un large gradient d’intensité de chalutageNous avons ainsi observé des modifications saisonnières et temporaires de la structure des communautés méga et macro-benthiques (>1 mm) en lien avec le chalutage. Ils proviendraient essentiellement d’une disponibilité alimentaire accrue pour les prédateurs-charognards de la mégafaune et de modifications des caractéristiques sédimentaires pour la macrofaune. En revanche, l’étude de la diversité fonctionnelle montre que ces changements n’ont que des répercussions mineures sur le fonctionnement de l’écosystème. Nos conclusions suggèrent que l’écosystème benthique de la GV a probablement été façonné par plusieurs décennies de pêche intensive et qu’il est actuellement adapté à des perturbations anthropiques chroniques / This PhD thesis aims at increasing the knowledge on factors influencing the benthic community structures of the « Grande Vasière » (GV) of the Bay of Biscay. Particular attention has been paid to the role of bottom trawling whose intensity has been estimated using VMS data. At the scale of the GV, our results suggest that bottom-trawling is the main driver of the megabenthic community structure (> 10mm). However, this hypothesis has not been formally demonstrated due to the co-variations between the trawling intensity and certain environmental characteristics. Hence, works continued on a restricted part of the GV that displayed minimal variations of environmental characteristics while exhibiting a wide gradient of trawling intensityResults suggest that bottom-trawling induces seasonnal and transient modifications on the mega and macrobenthic (> 1mm) communities. These changes could be due to an increase of food availability for the megabenthic predator-scavengers and to changes of sedimentary characteristics for macrofauna. However, investigation about functional diversity showed that these changes did not have major consequences on ecosystem functioning. We concluded that decades of bottom trawling may have shaped the benthic ecosystem of the GV and that it is currently adapted to frequent disruptions.

L'étude de l'écologie alimentaire des organismes ainsi que l'étude de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques, principale caractéristique de l'organisation des écosystèmes, ne sont pas aisées en environnement marin. Des méthodes indirectes d'étude ont donc été développées récemment, telles que l'utilisation de " traceurs écologiques " qui sont des paramètres (bio)chimiques mesurés dans les tissus biologiques des organismes. Sur la base du postulat " je suis ce que je mange ", les traceurs écologiques constituent des indicateurs relativement fiables du niveau trophique des organismes et/ou de leur zone d'alimentation. Dans un premier temps, l'importance de certains facteurs de variations biologiques et environnementaux des traceurs isotopiques et métalliques (mercure Hg et cadmium Cd) a été étudiée dans le Golfe de Gascogne. Dans un tel environnement marin ouvert, supportant une grande diversité biologique et subissant diverses influences, notre hypothèse de travail était effectivement que les sources de variations sont nombreuses. Cette thèse a ainsi mis en évidence qu'il était nécessaire d'intégrer différents facteurs de variations pour utiliser ces traceurs écologiques dans ce type d'écosystème, tels que le changement de la ligne de base sur un gradient côte-large pour un calcul pertinent des positions trophiques. Dans un second temps, ces outils ont été directement appliqués pour l'étude de l'écologie alimentaire de quelques espèces d'intérêt commercial, telles que la sardine, l'anchois et le bar. Ils ont ainsi révélé une relative spécialisation de la sardine sur certaines proies mésozooplanctoniques, alors que l'anchois montre d'une part une plasticité trophique plus importante sur ce compartiment planctonique, et d'autre part une plus grande flexibilité en termes de zones d'alimentation. Dans le car du bar, dont l'écologie alimentaire était jusqu'à présent très peu connue en dehors des zones côtières, le couplage des données isotopiques (révélant des informations sur le régime alimentaire sur le moyen à long terme) avec des données de contenus stomacaux (révélant des informations sur le court terme) a permis de mettre en évidence la sélectivité des individus de bars adultes sur les petits poissons pélagiques à forte valeur énergétique, lorsque ce prédateur fréquente les eaux du large. Enfin, ces traceurs écologiques ont été utilisés pour affiner la compréhension de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques dans le Golfe de Gascogne, et le comportement de certains contaminants tels que le Hg dans ces réseaux. Plus de 140 espèces provenant des différents réseaux trophiques de cet écosystème ont ainsi été analysées en isotopie, et 120 espèces pour leurs concentrations de Hg dans le muscle. Les traceurs isotopiques en particulier ont révélé que dans cet écosystème : 1) les mammifères marins sont un compartiment structurant des réseaux trophiques ; 2) les chaînes alimentaires sont relativement courtes ; 3) les chaînes alimentaires et les relations trophiques sont fortement organisées en "réseau" ; 4) le degré d'omnivorie est plutôt moyen dans l'écosystème, avec une tendance à l'augmentation chez les niveaux trophiques supérieurs. Ce travail de thèse a également mis en évidence une contamination en Hg plus importante dans le muscle des espèces provenant des habitats profonds du Golfe de Gascogne. Dans un contexte de besoin d'outils de suivi de l'état écologique des écosystèmes marins, et des espèces composant les réseaux trophiques en présence, cette thèse a finalement démontré tout l'intérêt d'utiliser les traceurs écologiques tant à des fins de recherches fondamentales qu'à des fins appliquées en écologie marine.

Espace marin d'interface singularisé à petite échelle par des effets de lisière perceptibles sous les angles croisés de la nature et de la société, la mer côtière est un objet géographique en construction qui pénètre depuis peu les problématiques littorales et marines en raison des pressions croissantes s'y exerçant. La genèse territoriale qui s'opère à l'interface terre/mer implique de prendre en compte les hétérogénéités structurelle et dynamique induites et d'aborder ainsi la mer côtière comme une somme d'ensembles territoriaux composites animés par des dynamiques et des formes d'expression propres, articulant et supportant des projets et des représentations variables. Un appareil théorique élaboré à partir de différentes notions et approches disciplinaires permet alors de mettre en place une démarche visant à dégager les contours et le fonctionnement de la mer côtière. Cette démarche est appliquée et testée à deux échelles qui se complètent : d'abord, au sein d'un vaste ensemble spatial franco-espagnol riche en éléments de comparaison, ensuite, par l'intermédiaire de trois zones-ateliers déterminées à partir de configurations-types articulant « pleins » et « vides » et fournissant un triple éclairage idiographique. Cette démarche permet ainsi de faire émerger une gamme de processus de construction territoriale à l'oeuvre en mer côtière, alimentant une grille de lecture des rapports nature/société et des relations entre l'endogène et l'exogène à l'interface terre/mer. À la manière des franges pionnières, la construction d'ensembles territoriaux en mer côtière apparaît dès lors comme un laboratoire privilégié d'analyse des dynamiques territoriales.

Le but de cette thèse est d'étudier l'influence des conditions trophiques en milieu océanique profond sur la composition isotopique de foraminifères benthiques vivants, afin d'améliorer leur utilisation en tant que proxies potentiels de paléoproductivité. Nous avons étudié trois zones de l'Atlantique Nord-Est : la Marge du Portugal (milieu oligotrophe), le Golfe de Gascogne (milieu méso-oligotrophe), et la zone à upwelling au large de Cap Blanc (Mauritanie, milieu eutrophe). Nous avons établi le rôle majeur du flux et de la qualité de la matière organique sur la densité, la répartition bathymétrique et le microhabitat des espèces de foraminifères. Les faunes superficielles réagissent aux apports de matière organique labile, alors que les faunes endopéliques profondes dépendent de matière organique plus réfractaire. Par ailleurs, nous avons mis en évidence l'existence d'un seuil critique de flux total de matière organique d'environ 2gC/m²/an en dessous duquel le développement de l'endofaune est impossible. L'étude de la composition isotopique de certaines espèces clés a révélé que l'écart en δ13C entre une espèce au microhabitat endopélique superficiel (e.g. Uvigerina peregrina) et une espèce au microhabitat endopélique profond (e.g. Globulimina spp.) permet de différencier un milieu eutrophe (δ13C<0.5%) d'un milieu oligotrophe (δ13C>0.5%). De plus, dans les zones oligotrophes, nous avons observé une diminution graduelle de ce delta δ13C en fonction du flux croissant de matière organique, témoignant de l'influence directe de ce dernier sur la composition des eaux interstitielles du sédiment.

Cette thèse a été réalisée dans le cadre du projet de recherche ANR FORCLIM. L'objectif fondamental de ce travail était d'effectuer une étude poussée de l'écologie des foraminifères planctoniques dans les écosystèmes actuels du Golfe de Gascogne, à partir des filets à plancton et des données hydrologiques recueillies au cours de 5 missions océanographiques. Les résultats montrent des variations saisonnières importantes de leurs densités, mais aussi de leurs assemblages spécifiques. Des assemblages se succèdent au cours des saisons, avec de grandes concentrations de N. pachyderma dextre, G. inflata, G. scitula et G. glutinata en fin d'hiver-début printemps, T. quinqueloba, G. uvula, G. bulloides et G. glutinata se manifestent en grandes densités au cours du bloom phytoplanctonique printanier. Ces espèces sont progressivement remplacées par des espèces, comme O. universa et G. trilobus en surface et G. scitula en profondeur en été. De Mars à Juin, le long d'un transect bathymétrique, on remarque une décroissance des concentrations des foraminifères planctoniques vers la côte. Mais les apports saisonniers de nutriments par les fleuves, ainsi que l'influence hydrologique d'un canyon sous marin peuvent contrarier ce gradient de décroissance large-côte. En Novembre, G. calida apparaît en très grande abondance dans les stations les plus côtières, pouvant marquer un évènement de bloom automnal côtier. Une analyse automatique des tailles des spécimens vivants et morts indique de plus grandes tailles dans les eaux estivales. Néanmoins, la température ne semble pas être un facteur majeur direct des variations de tailles des foraminifères. La disponibilité en nourriture serait un des facteurs majeurs, avec l'un des facteurs covariant à la salinité, comme la turbidité. Les rapports isotopiques en oxygène des tests de foraminifères planctoniques vivants indiquent des populations de Juin manifestement plus faibles que ceux mesurés en Mars et Avril, suggérant qu'il s'agirait de générations différentes.

Les coccolithes, dans les cellules ou détachés, des coccolithophores sont de petites plaquettes de calcite diffusant fortement la lumière. Les efflorescences sont donc très visibles de l’espace et sont couramment quantifiées par l’algorithme Calcite de la NASA appliqué aux données des capteurs de la Couleur de l’Eau.Les coccolithes impactent aussi le produit des matières en suspension non-algales de l’ifremer (MES) largement utilisé sur le plateau continental ouest-européen. Bien que développés indépendamment, ces algorithmes sont basés sur des concepts très proches mais l’algorithme Ifremer est plus souple dans sa modélisation et permet d’établir un lien avec les particules autres que les coccolithes telles les remises en suspension ou les agrégats de particules. L'identification des blooms de coccolithophores sur 18 ans, duGolfe de Gascogne jusqu'au sud de l'Irlande, a été établie par une méthode spectrale, permettant de discriminer la fraction de MES correspondant aux coccolithes. Les blooms suivent le talus au printemps avec une progression vers le nord bien reliée à la variabilité saisonnière de la lumière. La variabilité interannuelle observée indique une légère décroissance globale des blooms, avec une année 2014 aux abondances extrêmement faibles sur toute la région.Les données des campagnes PELGAS en mai dans le Golfe de Gascogne ont mis en évidence la forte corrélation entre le produit MES et la turbidité in situ sur les blooms de coccolithophores. Ce paramètre peut être considéré comme un bon proxy pour le suivi des blooms et pour la description de leur structure verticale.Les données hydrologiques in situ montrent une occurrence plus forte des blooms dans un environnement moins stratifié, des températures plus froides et une salinité plus élevée.La sensibilité de la méthode satellite face à la présence réelle de blooms de coccolithophores a pu être évaluée grâce aux observations in situ de campagnes menées dans le Golfe de Gascogne et en Patagonie.Cette sensibilité reste variable car dépendante de nombreux facteurs intrinsèques aux blooms, liés à la proportion coccolithes/coccosphères et à leur composition taxonomique, qui s’est avérée très riche en mai2016 dans le Golfe de Gascogne. / Coccoliths, in cells or detached, from coccolithophores are calcite plates with highly backscattering signal.Coccolithophore blooms are visible from space and are currently quantified by Calcite algorithm fromNASA applied to Ocean Color data. Coccoliths impact also the Suspended Particulate Matters (SPM) product from Ifremer, well established in the Northwest european continental shelf. Although these algorithms are independent, they are based on the same basic concepts, but Ifremer algorithm is more adaptable and allows to link up with other particles than coccoliths, as the resuspended matters or aggregates.Coccolithophore blooms identification over 18 years, from bay of Biscay to South Irelands has been established by a spectral method, allowing to discriminate coccoliths from SPM. Blooms follow the continental slope northward in connection with the seasonal variability of irradiance. The interannual variability observed indicates a slight decrease of blooms, with a very poor productive year in 2014.Data from PELGAS cruises in May in the Bay of Biscay highlight the strong correlation between SPM product and the in situ turbidity in coccolithophore blooms.This parameter can be considered a a good proxy for the blooms monitoring and for the description of their vertical structure. Hydrological in situ data show a stronger occurrence in less stratified environment, with lower temperatures and higher salinity.The sensitivity of the satellite to the presence of coccoliths has benn evaluated based on in situ observations from cruises in the Bay of Biscay and in Patagonia. This sensitivity is variable due to a lot of inherent factors, to the coccoliths/coccospheres proportion and to the taxonomic composition which has been rich in May 2016 in the Bay of Biscay.