Thèse d'exercice : Pharmacie : Université de Nantes : 2005. / Bibliogr. f. 103-105 [64 réf.].

Les herbiers de Zostera noltii constituent des habitats remarquables dans les zones intertidales des baies et estuaires bordés par l'Atlantique Nord. Ces herbiers étant soumis à des pressions naturelles et anthropiques, l'estimation de la dynamique spatio-temporelle se révèle alors primordiale afin de mettre en place des mesures de gestion et de protection appropriées. La télédétection visible - proche infra-rouge à partir de capteurs aéroportés et satellitaux a été utilisée pour leur identification et leur cartographie à macro-échelle. La méthodologie proposée repose sur l'analyse des spectres de réflectance des feuilles (partie épigée de l'herbier) pour des longueurs d'ondes allant de 400 à 900 nm. A partir de librairies spectrales réalisées en laboratoire par spectroradiométrie, des relations quantitatives entre la biomasse et des indices de végétation ont été obtenues, intégrant l'influence du substrat et des variations phénologiques. Cette approche spectroradiométrique a facilité l'interprétation et le traitement d'images multi et hyperspectrales (SPOT et HySpex) couvrant la baie de Bourgneuf (2°10'O, 46°57'N), révélant une extension régulière des herbiers de 1991 à 2011, probablement expliquée par un phénomène d'accrétion naturelle dans la baie, entrecoupée cependant de brèves périodes de régression (2006-2009) dont les causes ne sont pas expliquées.

Le remaniement sédimentaire, défini comme l’ensemble des mouvements de particules sédimentaires induits par les organismes benthiques, est l’une des deux composantes du phénomène de bioturbation. Il constitue un processus clé du fonctionnement des écosystèmes côtiers. Ce manuscrit présente une étude intégrée de ce depuis l’échelle de la simple particule sédimentaire jusqu’à celle de la communauté benthique in toto.Le développement d’une nouvelle approche expérimentale basée sur l’acquisition à haute fréquence et l’analyse de séries temporelles d’images de mouvements de luminophores le long de la paroi d’aquariums plats a permis de mesurer directement les mouvements élémentaires de particules de sédiment effectués par le bivalve A. alba. Cette approche a ainsi conduit à la première détermination expérimentale d’ « empreintes » du remaniement sédimentaire d’un invertébré marin, d’après le formalisme du modèle CTRW (Continuous Time Random Walk).Dans un second temps, le déploiement de cette nouvelle approche a permis d’évaluer, de manière dynamique (i.e. pendant des expériences de 48h) et sur l’ensemble de la partie de la colonne sédimentaire affectée par ce bivalve, le contrôle exercé par la température et par la disponibilité de matière organique fraîche sur les caractéristiques du processus de remaniement sédimentaire effectué par A. alba.Enfin, l’intensité du remaniement sédimentaire effectué par l’ensemble de la communauté benthique a été mesurée in-situ dans le Bassin d’Arcachon, à la fois dans un herbier à Zostera noltii et dans une zone de vase nue d’où celui-ci a disparu. Ceci a permis de déterminer les effets limitant de la présence d’herbier et de certaines espèces benthiques clés, sur le remaniement sédimentaire. / Sediment particle mixing, defined as the movements of sediment particles induced by benthic fauna, is one of the two components of bioturbation by benthic organisms. It is a key process of the ecological functioning in coastal areas. This manuscript presents an integrated study of sediment particle mixing process from the single sediment particle to the whole benthic community.The development of a new experimental approach, coupling high frequency acquisition of time series images of luminophores motions along thin aquaria glass walls, allowed for the direct measurement of elementary particle motions induced by the bivalve Abra alba. This constitutes the first experimental assessment of sediment particle mixing “fingerprints” in a marine invertebrate, according to the CTRW (Continuous Time Random Walk) model formulation.The deployment of this new approach also allowed for the determination of the control of water temperature and of fresh organic matter availability on sediment particle mixing induced by Abra alba. Moreover, the temporal (i.e., during 48h experiments) and spatial (i.e., over the whole section of the sediment column affected) dynamics of these effects were considered.At last, sediment particle mixing intensities induced by the whole benthic community were assessed in-situ in Arcachon Bay, within both a Zostera noltii meadow and a bare sediment mudflat where phanerogams were previously present. These results highlighted the restrictive effect of phanerogams themselves and of a restricted number of key benthic species, on sediment particle mixing.

Les environnements lagunaires, interfaces entre le continent et l'océan, sont sujets à d'importants apports continentaux qui supportent une forte production biologique. Cette richesse écologique unique en fait des écosystèmes parmi les plus productifs de la planète à l'origine d'une activité économique importante. La gestion et la préservation de ces milieux sont difficiles car l'étude des cycles biogéochimiques est encore incomplète. Dans le cadre de cette thèse, qui s'inscrit dans le Programme National d'Environnement Côtier " Chantier Littoral Atlantique " et l'ANR PROTIDAL, un effort particulier est mis sur le rôle des zones intertidales dans le bilan du métabolisme net du système lagunaire du Bassin d'Arcachon, les processus biogéochimiques aux différentes interfaces et leurs interactions avec les cycles tidaux, les mécanismes pélagiques et le degré de colonisation biologique du substrat à différentes échelles de temps (marée, saison). Il a été démontré que les eaux des chenaux tidaux drainant les platiers intertidaux à marée descendante étaient le résultat de la percolation, diffusion et advection d'eaux interstitielles anoxiques depuis les sédiments vaseux et sableux. Ces eaux sont enrichies en produits de dégradation de la matière organique, tels que l'ammonium, les phosphates, le SCO2, le CH4 et les métaux dissous. Un premier essai de bilan à l'échelle de la lagune démontre l'importance de ce processus de pompage tidal dans le budget global en sels nutritifs de la lagune. La colonisation du substrat par les herbiers de macrophytes apparaît comme un facteur déterminant sur les associations biologiques et les distributions géochimiques des espèces biogènes. Une stratification de l'eau interstitielle est observée sur certains profils reflétant leur production, leur consommation par les processus de minéralisation de la matière organique, leur prélèvement par le système racinaire des macrophytes, et des mécanismes de transports biologiques ou physiques. A la différence des sédiments subtidaux et stationnaires, dans lesquels la diffusion moléculaire est le premier mécanisme de transport des solutés, la distribution verticale géochimique dans les sédiments intertidaux est dominée par la bioirrigation et les interactions avec les macrophytes, conférant une très forte hétérogénéité spatiale et saisonnière. Une interaction très forte entre les cycles du fer et du phosphore avec la dynamique annuelle de ces herbiers a été découverte, précisant que le rapport entre la surface couverte par les herbiers et celle non-végétalisée est un paramètre majeur du bilan de masse en phosphore dans le Bassin d'Arcachon. Ce travail propose également la première estimation d'un bilan des sources, puits et flux de méthane aux différentes interfaces dans le Bassin d'Arcachon et dans un environnement lagunaire tempéré. Les rivières et les sédiments lagunaires représentent les deux sources pour la colonne d'eau. L'essentiel du méthane produit est oxydé dans les sédiments par les sulfates entrainant de faibles flux benthiques. Les flux atmosphériques depuis les eaux et les sédiments du Bassin d'Arcachon sont faibles en comparaison à ceux estimés dans d'autres systèmes côtiers. Ce bilan montre que la totalité du CH4 apporté par les rivières et diffusé depuis les sédiments vers la colonne d'eau de la lagune, est transférée vers l'atmosphère au cours de la résidence des eaux dans la lagune, et que cet écosystème est une source nulle de méthane pour l'océan côtier ouvert.

Le remaniement sédimentaire, défini comme l'ensemble des mouvements de particules sédimentaires induits par les organismes benthiques, est l'une des deux composantes du phénomène de bioturbation. Il constitue un processus clé du fonctionnement des écosystèmes côtiers. Ce manuscrit présente une étude intégrée de ce depuis l'échelle de la simple particule sédimentaire jusqu'à celle de la communauté benthique in toto.Le développement d'une nouvelle approche expérimentale basée sur l'acquisition à haute fréquence et l'analyse de séries temporelles d'images de mouvements de luminophores le long de la paroi d'aquariums plats a permis de mesurer directement les mouvements élémentaires de particules de sédiment effectués par le bivalve A. alba. Cette approche a ainsi conduit à la première détermination expérimentale d' " empreintes " du remaniement sédimentaire d'un invertébré marin, d'après le formalisme du modèle CTRW (Continuous Time Random Walk).Dans un second temps, le déploiement de cette nouvelle approche a permis d'évaluer, de manière dynamique (i.e. pendant des expériences de 48h) et sur l'ensemble de la partie de la colonne sédimentaire affectée par ce bivalve, le contrôle exercé par la température et par la disponibilité de matière organique fraîche sur les caractéristiques du processus de remaniement sédimentaire effectué par A. alba.Enfin, l'intensité du remaniement sédimentaire effectué par l'ensemble de la communauté benthique a été mesurée in-situ dans le Bassin d'Arcachon, à la fois dans un herbier à Zostera noltii et dans une zone de vase nue d'où celui-ci a disparu. Ceci a permis de déterminer les effets limitant de la présence d'herbier et de certaines espèces benthiques clés, sur le remaniement sédimentaire.

Les Invertébrés de l’épifaune vagile présents dans les herbiers de Magnoliophytes marins ont un rôle essentiel dans le transfert d’énergie des producteurs primaires vers les niveaux trophiques supérieurs. L’objectif de ce travail a été d’analyser la relation entre la complexité de l’herbier et la structure des communautés de l’épifaune vagile, et d’étudier le rôle de ce compartiment dans le fonctionnement des réseaux trophiques des herbiers à Thalassia testudinum. Deux sites d’herbiers ont été comparés, l’un proche de la mangrove côtière et l’autre près de la barrière récifale, au cours de deux saisons. L’utilisation de différentes sources trophiques par les Invertébrés a été montrée en utilisant les méthodes des isotopes stables du carbone et de l’azote et de la composition en acides gras. L’herbier côtier, qui présente une structure complexe du fait de ses longues feuilles, de sa litière abondante et de sa forte charge en épiphytes, abrite une faune abondante et diversifiée de Crustacés. La préférence alimentaire de ces Invertébrés pour les micro-algues et les fines particules détritiques favorise la contribution du biofilm au réseau trophique de l’herbier côtier. L’herbier du large, moins complexe, abrite une communauté d’Invertébrés dominée par les Gastéropodes Cerithiidae. La limitation de la disponibilité en nourriture existant dans cet herbier explique la contribution plus élevée de la litière et des feuilles vivantes de Thalassia au réseau trophique par rapport à l’herbier côtier. Le couplage de l’analyse des isotopes stables à celle des contenus stomacaux réalisé sur les poissons a montré le rôle essentiel des Crevettes en tant que proies. L’herbier côtier, qui présente des ressources en nourriture plus abondantes et diversifiées, assure mieux son rôle de « nurserie » pour les juvéniles de poissons que l’herbier du large. / In seagrass beds, vagile epifauna plays a major role in the energy transfer from primary producers to higher trophic levels. The main aim of the work was to examine the relationship between the seagrass complexity and the vagile epifauna community structure, and to study the role of this compartment within the food web of Thalassia testudinum seagrass beds. Two seagrass sites were compared, one near the coastal mangrove and another one near the barrier reef, during two seasons. Trophic resources used by primary consumers were assessed by combining stable isotopes analysis and fatty acid compositions. The coastal seagrass bed is complex due to its long leaves and its great biomass of litter and epiphytes. It shelters a great abundance and diversity of Crustaceans. The feeding preference of them for micro-algae and detrital particles promotes biofilm contribution to food web of the coastal seagrass bed. The seagrass bed located seawards, lesser complex, harbors an Invertebrate community dominated by the Gastropods Cerithiidae. The reduced food availability in that seagrass bed explains the higher contribution of litter and Thalassia leaves to that food web compared to the coastal seagrass bed. By coupling stable isotopes and stomach contents analyses, it was possible to highlight the major role of shrimps in the feeding diet of fishes. The coastal seagrass bed, where the trophic resources are more abundant and diverse, better plays its role of nursery for juveniles fishes than the seaward seagrass bed.

La contamination atmosphérique par les métaux/métalloïdes (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn…) et par les composés azotés impacte durablement les écosystèmes. L’évaluation des dépôts atmosphériques responsables de ces effets néfastes reste éparse car complexe, en particulier dans les environnements éloignés des sources de contamination comme les massifs forestiers. La prospection et l’estimation des éléments traces et de l’azote apportés dans ces dépôts ont été réalisées à l’échelle nationale à travers deux approches de biosurveillance par les lichens et les mousses : la bioaccumulation et la bioindication. L’enregistrement des éléments traces par les organismes indique une forte pression lithogénique dans ces milieux éloignés des sources directes, qui s’inclut dans le bruit de fond géochimique (e. g. Al, As, Co, Cr, Fe, Ni et Ti). Des sources additionnelles issues des activités anthropiques plus locales complètent régionalement les cortèges des éléments chimiques enregistrés (Cd, Cu, Sb ou Zn). La comparaison des échantillons de lichens et de mousses avec des spécimens historiques d’herbiers nous permet de retrouver ce contexte régional durant les siècles passés, et notamment de conforter les signatures lithologiques à travers le temps grâce aux terres rares. Ainsi, l’utilisation du charbon fossile apparaît être la source de contamination métallique dominante durant la fin du XIX e siècle et le début du XX e siècle, et plus récemment, une source additionnelle comme le transport routier (cas de Pb) a pu être notée. En parallèle, des facteurs influençant la bioaccumulation des métaux ont été testés : l’espèce considérée joue sur la capture des particules atmosphériques à travers la morphologie du thalle, et l’écorce support ne présente que peu d’influence. En considérant les signatures des dépôts atmosphériques, la végétation au travers des pluviolessivats apparaît influencer davantage les mousses terricoles que les lichens corticoles, ces derniers étant plus représentatifs des dépôts totaux. Des expérimentations de sorption/désorption montrent un processus rapide d’accumulation (une semaine) pour Pb et Cd, mais ne montrent ni compétition entre les métaux bioaccumulés, ni influence du lessivage sur la bioaccumulation. De nouvelles données concernant la sensibilité des espèces lichéniques face aux polluants métalliques ont pu être obtenues à partir de relevés de bioindication couplés à des analyses statistiques multivariées. / The atmospheric contamination by metals/metalloids (As, Cd, Cu, Pb, Sb, Zn…) and by nitrogen compounds impact the ecosystems. The atmospheric deposition is responsible of these harmful effects and its evaluation is complex and missing, particularly in remote environments like forest areas. The monitoring of trace element and nitrogen deposition at the national scale is carried out through two different approaches of biomonitoring by lichens and mosses: bioaccumulation and bioindication. The metal bioaccumulation points out a strong lithogenic pressure in these remote areas that is included in the geochemical background (e. g. Al, As, Co, Cr, Fe, Ni and Ti). Additional sources from more local anthropogenic activities are responsible for the regional context by the accumulation of other chemical elements (Cd, Cu, Sb or Zn). The comparison of current samples with herbarium specimens allows us getting back to historical regional influence one and half century ago, including consolidating the lithological influence over the time by rare earth elements. The use of fossil coal appears as a dominant source of metallic contamination in the late 19th century and the beginning 20th century. In parallel, the factors influencing the bioaccumulation of metals were evaluated: the entrapment of atmospheric particles is influenced by the morphology of the thallus but not by the bark. Considering the atmospheric deposition signature, vegetation via throughfall was found to be more influent for terricolous mosses than for corticolous lichens. Additional experiments of sorption/desorption showed a quick accumulation process (one week) for Pb and Cd, but neither metal competition, nor leaching influence on bioaccumulation were highlighted. New data on lichen species sensitivity to metal pollutants have been compiled through multivariate statistical analysis

La méiofaune joue un rôle important dans le fonctionnement des habitats benthiques à substrat meuble (ex. flux de matière) en relation avec sa production élevée, sa position trophique intermédiaire et les importants transferts d’énergie vers les niveaux trophiques supérieurs qui y sont lié. Les relations trophiques et les flux de matière organique liés à la méiofaune restent néanmoins mal connus ou peu pris en compte. Afin de mieux appréhender le rôle de la méiofaune, la structure des communautés et les relations trophiques entre les sources de nourriture et ces consommateurs ont été déterminées dans cinq habitats à substrat meuble (i.e., vasière nue, herbier, zone à sables) de la baie de Marennes-Oléron, France, et de la baie de Sylt-Rømø, Allemagne, en tenant compte des variations temporelles. Le peuplement de méiofaune s’est trouvé être dominé par les nématodes et les copépodes benthiques. Les biomasses de microphytobenthos et de matière organique du sédiment sont apparues comme étant deux facteurs structurants pour les communautés. L’utilisation combinée de différents traceurs de la matière (i.e., isotopes stables, acides gras) a démontré que le microphytobenthos et les bactéries étaient les ressources trophiques majeures de la méiofaune dans les cinq habitats étudiés. Les mesures réalisées sur la structure des communautés et les données issues des traceurs de la matière ont été implémentées dans des modèles de réseaux trophiques. Dans tous les habitats, ces modèles ont mis en évidence que le flux de carbone dominant était issu du microphytobenthos, ceci démontrant les très faibles changements de comportements alimentaires malgré les importantes différences de sources trophiques en termes de disponibilité et de production des sources de nourriture entre ces différents habitats. Tous les groupes trophiques de nématodes, à l’exception des déposivores sélectifs, étaient particulièrement sélectifs et s’alimentaient majoritairement à partir de microphytobenthos, ceci étant à l’origine d’une forte production et d’un court temps de renouvellement de la méiofaune. En conclusion, cette thèse démontre le rôle important de la méiofaune dans les habitats à substrat meuble ainsi que l’importance de la relation trophique entre le microphytobenthos et la méiofaune dans le fonctionnement de ces réseaux trophiques. / Meiofauna play an important role in ecosystem processes in soft-bottom benthic habitats, e.g. food web dynamics, related to their highproduction, their intermediate trophic position and the energy they transfer towards higher trophic levels. The trophic linkages and flows of organic matter related to the meiofauna remain poorly known or taken into account. To better assess the role of meiofauna, the community structure and trophic relationships between food sources and meiofauna were determined in five intertidal soft-bottom habitats (i.e., mudflat, seagrass bed, sandflat) of the Marennes-Oléron Bay, France, and the Sylt-Rømø Bight, Germany, taking temporal variations into account. Meiofauna communities were dominated by nematodes and benthic copepods. Biomass of microphytobenthos and of sediment organic matter were two of the major drivers of community structure. The combination of trophic markers (i.e., stable isotopes, fatty acids) demonstrated that microphytobenthos and bacteria were the major food sources of meiofauna in the five habitats. Information from community structure assessments and trophic marker analyses were implemented in food web models. In all habitats, these models demonstrated that the main flow of carbon to meiofauna originated from microphytobenthos, highlighting negligible changes in meiofauna feeding behavior besides the large differences in availability and productivity of food sources between these habitats. All trophic groups of nematodes, except for selective deposit feeding nematodes, were highly selective and mainly fed on microphytobenthos, resulting in a high production and a short turn-over time of meiofauna. In conclusion, this thesis demonstrated the important role of meiofauna in soft-bottom habitats as well as the importance of the trophic pathway from microphytobenthos to meiofauna in the functioning of these food webs.