Les communautés benthiques du bassin oriental de la Manche et du sud de la mer du Nord ont été abondamment documentées en termes de composition spécifique et de répartition spatiale. En revanche, les études portant sur leur fonctionnement n’ont été conduites que récemment dû à la difficulté d’obtention des différents paramètres biologiques des différents composants du benthos (bactérie, méiofaune, macrofaune…) indispensables à ce type d’analyses. L’objectif principal était de déterminer si la zone d’étude devait être considérée comme une entité ou bien au contraire comme plusieurs unités fonctionnelles. Une étude du réseau trophique au travers de deux techniques de modélisation, inverse et Ecopath, a été réalisée. La zone d’étude a premièrement été divisée a priori selon les deux facteurs supposés influencer le plus l’organisation trophique des communautés benthique : géographiques (Baie de Seine, Manche orientale et mer du Nord) et sédimentaires (graviers et cailloutis, sables grossiers et sables fins). La comparaison des deux types de modèles, appliqués sur chaque division, a mis en évidence le rôle clé des suspensivore dans le transfert de matière ainsi que des différences de fonctionnement entre les divisions. Le fonctionnement trophique du benthos semble apparaitre comme dépendant du type de sédiment auquel il appartient. Pour finir, une approche préliminaire évaluant la diversité des traits biologiques des invertébrés benthiques dans la zone d’étude a été effectuée. Les renseignements sur 21 traits biologiques concernant 631 espèces d’invertébrés benthiques ont été réunis permettant d’avoir une information sur les attributs fonctionnels dominant la zone d’étude. / Most of the studies concerning benthic communities in the eastern part of the English Channel and southern North Sea are descriptive, serving primarily to illustrate the specific changes in the diversity and structure of benthic communities. Only recently studies have examined benthic ecosystem functions, mainly due to difficulties in obtaining sufficient functional parameters for each benthic component (bacteria, meiofauna, macrofauna...). This work investigated whether the benthic communities of the studied area have to be considered as a single unit or as a juxtaposition of functional entities. An approach through two trophic modelling methods, inverse and Ecopath has been performed. In order to test and assess relative importance of factors supposed to influence benthic trophic structure, the study area was subdivided into units defined a priori according to two main structural factors of community distribution: geographical (bay of Seine, eastern Channel and North Sea) and sedimentary patterns (gravel and pebbles, coarse sand and fine sand). Comparisons of model outputs of each division highlighted the key role of suspension organism in flow transfer among the trophic web. It also showed different properties between the divisions. Benthic trophic functioning seems to be strongly correlated with the sediment to which it belongs. Finally, a preliminary approach assessing biological trait diversity of benthic invertebrates has been performed. Information concerning 21 biological traits on 631 species has been gathered. It allowed us to have a global view of diversity and dominance of the functional attributes in the study area.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

L'accumulation de composés persistants dans le biote constitue des préoccupations écologiques, sanitaires et réglementaires. Parmi ces substances, les composés per- et polyfluorés (PFASs) représentent un cas d'intérêt, en raison de leurs propriétés physico-chimiques particulières. Ces dernières rendent le comportement des PFASs dans l'environnement difficilement prévisibles, les outils actuels n'étant pas adaptés. Bien qu'il soit reconnu que ces composés sont persistants et s'accumulent dans le biote, de nombreuses inconnues subsistent, notamment sur les mécanismes de transferts sédiment–biote et des facteurs qui les contrôlent. Ce travail de thèse aborde le rôle du sédiment dans les processus d'accumulation, et plus particulièrement (a) les voies d'exposition du biote, (b) le rôle de la diversité biologique dans l'accumulation, par l'exposition de deux invertébrés benthiques (Chironomus riparius et gammarus sp.) à du sédiment naturel. La description des cinétiques d'accumulation et d'élimination des PFASs ont mis en évidence la biodisponibilité des composés pour les organismes. Ainsi, un modèle de bioaccumulation en accord avec la croissance des organismes et des particularités des composés a permis d'estimer des constantes d'accumulation et de dépuration (ku et ke). Une représentation conceptuelle du transfert des composés, a permis de comprendre les principales voies de contamination des organismes. D'autre part, la variabilité interspécifique a été évaluée par la comparaison de la bioaccumulation et des voies de transfert des PFASs chez ces deux invertébrés. Ce travail de thèse aura alors permis d'ouvrir de nombreuses questions, notamment celles du rôle du biofilm et de la bioturbation des organismes dans la bioaccumulation et ouvre les perspectives quant à l'étude de la bioamplification / The accumulation of persistent compounds in biota creates environmental, health and regulatory concerns. Among these substances, the poly-fluorinated compounds (PFASs) represents a case of interest due to their specific physicochemical properties. So the PFAs behavior in the environment is difficult to predict as the existing tools are not suitable. Athough it is recognized that these compounds are persistent and accumulate in biota, many knowledge gaps remain, including the mechanisms of sediment-biota transfer and the factors that control them. This thesis examines the role of sediment in the accumulation process, especially (a) exposure routes of biota, (b) role of biodiversity in the accumulation, by exposing two benthic invertebrates (Chironomus riparius and Gammarus sp.) to natural sediment. The description of PFASs kinetics of accumulation and elimination have showed the biodisponibility of the compounds to organisms. Thus, a bioaccumulation model including the organisms growth and the specificity of the compounds was used to estimate the accumulation and depuration rate constants (ku and ke). A conceptual representation of compounds transfer allowed us to understand the major routes for organisms contamination. Moreover, the interspecific variability has been assessed by comparing the PFASs bioaccumulation and transfer pathways for both invertebrates. This thesis have helped to open up many issues, and especially the influence of both biofilm and organism bioturbation onPFASs bioaccumulation. Moreover some new perspectives on the study of biomagnification were opened

Macroinvertébrés benthiques et hyphomycètes aquatiques représentent une part importante de la biocénose des cours d'eau de tête de bassin. D'un point de vue écologique, ils participent au recyclage du carbone organique à travers leur implication dans certaines fonctions écosystémiques telles que la décomposition de la litière. Ce processus est vital pour les cours d'eau forestiers ou bordés de ripisylve. Si celui-ci est aujourd'hui bien étudié en milieu tempéré, la contribution des deux types de décomposeurs (champignons et invertébrés) reste mal comprise en milieu tropical du fait de la variabilité éco-géographique prononcée de ce biome. Cette thèse qui concernait deux régions de Guinée jusque-là inexplorées, la Guinée Forestière et la Haute-Guinée, avait un double objectif. D'une part, il s'agissait de documenter la diversité taxonomique et trophique des communautés de macroinvertébrés benthiques et la composition des assemblages d'hyphomycètes aquatiques. D'autre part, la thèse visait à caractériser le processus de décomposition de la litière et les communautés de décomposeurs associés, notamment dans une perspective de quantification de la contribution de chacun des deux groupes. Cette dernière étude répondait ainsi à l'hypothèse d'une plus grande importance des décomposeurs fongiques aux faibles latitudes en comparaison des latitudes élevées où l'activité des décomposeurs invertébrés est prépondérante. Une étude exploratoire menée sur 12 rivières a révélé une diversité de 45 taxons correspondant à la faune macrobenthique de l'Afrique de l'Ouest, et incluant un nouveau taxon de crustacé pour la Guinée. Les deux régions d'étude se différenciaient dans la composition des groupes trophiques : les déchiqueteurs, essentiellement représentés par les crevettes, étaient dominants dans les cours d'eau de Guinée Forestière, et les racleurs abondaient dans ceux de savane en Haute-Guinée, caractérisés par une faible densité de la végétation riveraine. Par ailleurs, les prélèvements d'eau et d'écume ont décelé la présence de 29 espèces d'hyphomycètes aquatiques. A ces espèces viennent s'ajouter 9 autres identifiées sur les litières lors des expériences de décomposition portant ainsi à 38 le nombre d'espèces identifiées pour la Guinée au cours de cette thèse, dont 12 sont nouvelles pour le continent africain. Les expériences menées dans les deux régions montrent une décomposition rapide, probablement en partie liée à la forte teneur en nutriments des litières, et une faible diversité des décomposeurs associés. Dans les deux cours d'eau temporaires de savane étudiés, les invertébrés associés aux litières étaient absents. Comme une compensation, l'activité des champignons était accrue, lesquels accumulaient une biomasse mycélienne très élevée. La présence de déchiqueteurs potentiels a été notée dans les deux cours d'eau étudiés de Guinée Forestière mais leurs densités étaient faibles. Dans les deux régions, la différence entre les taux de décomposition totale et microbienne était faible, soulignant une importance minime des invertébrés et un rôle majeur des champignons et confirmant notre hypothèse. Il a également été montré au cours de cette thèse que les asséchements des cours d'eau avaient peu d'influence sur le taux de décomposition de la litière. Par ailleurs, une faible diversité des organismes décomposeurs, invertébrés et hyphomycètes aquatiques, ne semble pas altérer le processus de décomposition. Ainsi les lois générales basées sur les facteurs déterminants de la décomposition des litières tels que la qualité du matériel végétal ou un rôle équilibré entre les deux types de décomposeur, ne sont pas nécessairement transposables aux milieux tropicaux. Enfin, les résultats de cette thèse suggèrent que les conséquences du changement climatique sur le recyclage du carbone organique dans les eaux d'Afrique de l'Ouest, région prédite comme très affectée, pourraient être tempérées par la prédominance d'organismes peu vulnérables. / Benthic macroinvertebrates and aquatic hyphomycetes are major components of the biocenosis of headwater ecosystems. Both of them contribute to essential ecosystem functions like leaf litter decomposition as part of the organic carbon cycling. Such a process is vital for woodland streams or riparian tree-lined rivers. While this process is very well documented for temperate regions, the contribution of both types of decomposers, i.e. fungi and invertebrates, remains poorly understood in the tropics partly due to the large ecogeographic variability prevailing in this biome. The present thesis dealt with two unexplored regions of Guinea (Forested Guinea and Upper Guinea) and was motivated by a double objective. First, it aimed at documenting the taxonomic and trophic diversity of benthic macroinvertebrate communities together with the composition of aquatic hyphomycete assemblages. The second objective was to characterize leaf litter decomposition and leaf-associated decomposers, particularly in the perspective of quantifying the relative contribution of both decomposer types. The latter study specifically addressed the hypothesis of a greater importance of fungal decomposers at low latitudes compared to higher latitudes where the activity of invertebrate decomposers prevails. An exploratory survey conducted in 12 streams revealed the occurrence of 45 taxa belonging to the macrobenthic fauna of West Africa and including a new genus, Asellus, which completes the list of known crustacean taxa of Guinea. Both regions differed in the importance of the Functional Feeding Groups: shredders, mainly consisting in shrimps, dominated in Forested Guinea whereas scrapers were abundant in the savannah streams of Upper Guinea, which were characterized by scarce riparian vegetation. In stream water and foam, a total of 29 species of aquatic hyphomycetes were identified. Moreover, 9 additional species were found as sporulating on leaves in litter decomposition experiments, which led to a total of 38 species for Guinea with 12 being new for Africa. This thesis thus substantially expanded the list of known species for Africa. The experiments carried out in both regions showed a fast leaf litter decomposition, likely partly due to the high nutrient contents in litter, and a low diversity of leaf-associated decomposers. In the two studied temporary savannah streams, no leaf-associated invertebrates occurred. The latter was apparently compensated by a strong fungal activity as illustrated by very high mycelial biomass accrual. In the two studied streams of Forested Guinea, the occurrence of Caridina africana (Atyidae crustacean) as potential shredder could explain the leaf mass loss due to invertebrates, even though their density remained low. In both regions, the discrepancies between total and microbial decomposition rates were weak, highlighting a minute contribution of invertebrates and a major role of fungi thus supporting our hypothesis. The present results suggest that droughts resulted in low effects on the rate of leaf decomposition. Furthermore, leaf decomposition did not seem to be affected by the poor diversity of decomposers, i.e. invertebrates and aquatic hyphomycetes. Overall, the principles of leaf decomposition control by factors like the quality of leaf litter and the balanced involvement of both decomposer types do not appear to be fully applicable to tropical environments. Finally, the findings of this thesis suggest that the consequences of climatic change on the cycling of organic carbon in the aquatic ecosystems of West Africa, i.e. a region predicted to be particularly affected, could be mitigated by the dominance of organisms exhibiting a low vulnerability.

La production sonore biologique, étudiée par acoustique passive, doit être évaluée comme méthode complémentaire pour l’étude des effets des perturbations anthropiques sur les milieux côtiers.Alors que les sons émis par les mammifères marins et les poissons sont largement documentés, ceux issus des invertébrés benthiques restent peu décrits, même si ces derniers peuvent assurer des fonctions-clés dans les systèmes marins. L’enjeu principal de cette thèse était d’évaluer la pertinence de l’utilisation de l’acoustique passive comme outil écologique en s’appuyant sur la biophonie des invertébrés benthiques d’habitats côtiers tempérés et plus particulièrement en prenant comme habitat-modèle les bancs de maërl de la rade de Brest. Nous avons mis en évidence l’existence d’espèces sonifères remarquables qui constituent de bons candidats pour leur suivi en milieu naturel. Ces travaux ont de plus montré l’importante contribution de certains invertébrés benthiques dans le paysage sonore sous-marin, encourageant à ne plus imputer systématiquement les sons benthiques uniquement aux « crevettes claqueuses ». Le deuxième volet de cette thèse a montré que les variations de production sonore des invertébrés benthiques, à l’échelle individuelle ou collective, offrent des informations précieuses sur la mise en évidence de stress tels qu’un bloom d’algues toxiques ou l’impact du dragage. Ainsi, le nombre de mouvements sonifères des coquilles Saint-Jacques est doublé en présence de fortes concentrations d’algues toxiques, et le paysage sonore des bancs de maërl fortement pêchés est trois fois plus silencieux et moins complexe que celui du maërl préservé. Les résultats de ce travail de thèse, discutés dans un contexte de développement d’outils pour l’évaluation de l’état de santé des écosystèmes marins, permettent l’émergence de nouvelles hypothèses de travail en écologie marine. / Biological sound production, as studied by passive acoustics, should be considered as a complementary method to study the effect of anthropogenic disturbances on coastal systems. While sounds emitted by marine mammals and fish are well documented, those from benthic invertebrates are poorly described, although they can play key roles in marine ecosystems. The main goal of this PhD work was to evaluate the suitability of passive acoustics as an ecological tool based on sound production by benthic invertebrates living in temperate coastal habitats, and particularly in maerl beds of the Bay of Brest.We highlighted the existence of interesting soniferous species that appear to be good candidates to monitor in the field. This work also showed the important contribution of some benthic invertebrates to the underwater soundscape, suggesting that benthic sounds should not be attributed only to snapping shrimps. The second part of this PhD thesis emphasized that changes in benthic invertebrate sound production, at individual or collective scales, provides valuable information on the detection of stress such as a toxic algal blooms or the impact of dredging. Thus, the number of soniferous movements made by the great scallop doubles in the presence of high concentrations of toxic algae, and the soundscape of heavily fished maerl beds is three times quieter and less complex than preserved ones. The results of this PhD thesis, which are discussed in the context of tool development for the assessment of marine ecosystem health, raise new working hypotheses in marine ecology.

La compréhension de la dynamique spatiale et temporelle des peuplements benthiques qu’elle soit naturelle et induite par des forçages anthropiques, nécessite de nouvelles méthodes d'observation du benthos avec des besoins affichés de haute résolution temporelle et de longues périodes de mesures. L'enregistrement et l’analyse des sons produits dans l’environnement marin donnent accès au paysage acoustique, et notamment à l’une de ses composantes biologiques la biophonie benthique. Observer les variabilités spatio-temporelles de cette biophonie benthique, afin de contribuer à l'évaluation de la structure, du fonctionnement, de l’état et des évolutions du compartiment benthique, constitue l'objectif principal de la thèse. Pour ce faire nous avons développé deux outils permettant d'évaluer la variabilité spatiale de ces émissions avec un ou plusieurs capteurs. Le premier est un descripteur de la forme des spectres des impulsions du benthos permettant de mieux caractériser la diversité de la biophonie benthique. Le second est une méthode de localisation tridimensionnelle des sources sonores benthiques et de cartographie de cette biophonie pour des échelles spatiales allant de 500 mètres jusqu’à 5 mètres. En utilisant ces deux outils, nous avons démontré la faisabilité de l'observation du benthos au travers de sa biophonie sur des sites spécifiques. Dans une partie applicative, nous nous sommes intéressés aux projets de site de production d’énergies marines renouvelables et à la compréhension et à l’observation de leurs impacts sur la faune marine. Sur un site atelier de géométrie similaire à celle d’une ferme d’éoliennes offshores, nous avons défini, réalisé et analysé une preuve de concept pour l’observabilité d’un effet de type binaire : présence ou absence de faune fixée dans une surface sentinelle de quelques mètres carré. Les travaux de thèse ont été conclus par une étude mesurant le niveau sonore rayonné par une hydrolienne en phase de production d’énergie (Paimpol-Bréhat) puis évaluant les impacts acoustiques sur trois compartiments biologiques : les mammifères marins, les poissons et les invertébrés. / Understanding the spatial and temporal dynamics of benthic populations, both natural and induced by anthropogenic pressures, requires new observation methods with high temporal resolution and long periods of measurement. The recording and analysis of sounds produced in the marine environment give access to the soundscape, and in particular to one of its biological components, the benthic biophony. Observing the spatiotemporal variability of this benthic biophony, in order to contribute to the evaluation of the structure, functioning, state and evolution of the benthic compartment, is the main objective of the thesis. To do this we have developed two tools to evaluate the spatial variability of these emissions with one sensor or more. The first is a descriptor of the shape of the spectra of the benthic snaps allowing to better characterize the diversity of benthic biophony. The second is a method of three-dimensional localization of the benthic sound sources and mapping of this biophony for spatial scales ranging from 500 meters to 5 meters. Using these two tools, we have demonstrated the feasibility of benthos monitoring through its biophony at specific sites. In an applicative part, we were interested in sites of production of marine renewable energies and the understanding and observation of their impacts on the marine fauna. On a workshop site of geometry similar to that of an offshore wind farm, we defined, realized and analyzed a proof of concept for the observability of a binary impact: presence or absence of fixed benthic fauna in a sentinel area of a few square meters. The thesis work was concluded by a study measuring the sound level radiated by a tidal current turbine in the energy production phase (Paimpol-Bréhat) and then evaluating the acoustic impacts on three biological compartments: marine mammals, fish and invertebrates.

Il est de plus en plus clair que nos écosystèmes sont liés les uns aux autres de façons multiples et parfois complexes. De plus en plus nous identifions de nouvelles façons dont deux systèmes échangent des ressources et de l’énergie. Le rôle de ces échanges et transferts est encore difficile à quantifier. Nous en savons relativement peu sur les interactions de ceux-ci avec des processus locaux et spatiaux, ainsi que sur leur importance relativement à ces processus locaux et régionaux plus connus. À travers ce projet, nous cherchons à éclaircir l’importance relative des subsides particulaires de feuilles (et particulièrement de leur stoechiométrie) sur les communautés littorales d’invertébrés benthiques. Nous avons récolté des invertébrés et des feuilles mortes sur 23 sites à travers 7 lacs relativement isolés de l’influence humaine et avons comparé l’influence de la stoechiométrie de ces subsides à l’influence de facteurs locaux de qualité de l’eau et de facteurs spatiaux. Les résultats suggèrent que l’importance de la qualité nutritive (i.e. stoechiométrie) est secondaire aux facteurs locaux de qualité de l’eau dans des milieux naturels. L’importance des subsides particulaires de feuilles semble être grandement dépendante du contexte et pourrait gagner en importance dans des contextes de fortes perturbations. Les résultats indiquent que la qualité nutritive des subsides de feuilles, leur contenu relatif en azote et phosphore, est associée avec de plus grande abondance de plusieurs taxons. La richesse spécifique n’étant pas affecté, c’est à travers l’équitabilité (i.e. une distribution des abondances plus stable) que la qualité nutritive des feuilles pourrait promouvoir une plus grande biodiversité d’invertébrés benthiques. / It is clear now, more than ever before, that our ecosystems are linked to one another in multiples and sometimes complex ways. The role of these exchanges and transfers is still hard to quantify. We know little of the interactions of these fluxes with local and spatial processes happening in ecosystems, as well as their relative importance compared to local and regional drivers of ecosystem functions and community structure. With this project, we aim to untangle the relative importance of particulate subsidies of leaves (and specifically their stoichiometry) on littoral communities of benthic invertebrates in lakes. We collected invertebrates and leaf litter on 23 sites across 7 lakes somewhat isolated from human influence and compared the influence of leaf litter stoichiometry to the influence of local water quality and spatial variables. Results suggest that nutritive quality of leaf litter (i.e. stoichiometry) is secondary to water quality. Importance of leaf subsidies appears to be context dependant and could gain in importance in systems with higher degrees of disturbances. Results that nitrogen and phosphorus content of leaf subsidies is associated with higher abundances of several taxonomic groups. Species richness being unaffected, it is through higher evenness (i.e. even distribution of abundances) that higher quality of leaves may promote higher biodiversity of benthic invertebrates.

Le but principal de cette étude est de comprendre le fonctionnement de la zone interface, continuum terre-mer au Liban. Suite à l’anthropisation spécifiquement la construction des barrages, les apports du fleuve vers la mer en termes de quantité et qualité, sont modifiés de nos jours. Le fleuve Ibrahim, ayant le débit le plus important parmi les fleuves libanais, interrompu par trois barrages, a été choisi comme étude de cas représentant les fleuves côtiers libanais. Les différents paramètres retenus ont permis de dégager des résultats intéressants. Au niveau de l’eau de surface marine le panache fluvial est décelé par l’étude des paramètres hydrologiques des masses d’eaux superficielles. Les résultats montrent aussi que l’apport fluviatile est le contributeur principal en nutriments au niveau de la région côtière durant la saison humide, élucidé par les teneurs en nitrates et silice dissoute. D’autre part, le transfert des particules de la zone côtière vers le large, à travers la pente continentale, se fait par l’intermédiaire de couches néphéloïdes.L’origine des sédiments et de leurs constituants est mise en relief en analysant plusieurs paramètres sédimentaires. La combinaison des paramètres granulométriques et géochimiques organiques et inorganiques et l’application des tests statistiques a permis de distinguer entre deux environnements de dépôt. (1) Les environnements littoraux (≤ 30 m) ou zone de « bypass » où le sable fin et la matière organique autochtone dominent. (2) Les environnements profonds (≥ 60 m) ou zones de dépôts où la fraction fine et la matière organique allochtone dominent.Sur l’ensemble du suivi l’état chimique de l’eau du fleuve au niveau des deux stations échantillonnées, déduit des teneurs en nutriments et macrofaune benthique, est considéré comme bon à très bon d’après les normes internationales Finalement, l’analyse des éléments traces métalliques confirme la faible contribution anthropique dans les stations marines et fluviatiles échantillonnées malgré la densité de population croissante au niveau de la région côtière Libanaise. / The main purpose of this study is to understand the functioning of the coastal zone, land-sea continuum in Lebanon. Following the construction of dams, the contributions of the river towards the sea in terms of quantity and quality, are modified nowadays. The Ibrahim river, having the highest flow among the Lebanese rivers, interrupted by three dams, was chosen as a case study representing the Lebanese coastal rivers. The various parameters retained made it possible to obtain interesting results. At sea surface water level, the river plume is detected by studying the hydrological parameters of surface water.The results also show that the river is the main nutrient contributor in the coastal region during the wet season, elucidated by the nitrate and dissolved silica contents. On the other hand, the transfer of particles from the coastal zone to the open sea, across the continental slope, takes place through the nepheloid layers.The origin of sediments and their constituents is highlighted by analyzing several sediment parameters. The combination of organic and inorganic particle size and geochemical parameters and the application of statistical tests made it possible to distinguish between two deposition environments. (1) Coastal environments (≤ 30 m) or “bypass” area where fine sand and autochtonous organic matter dominate. (2) Deep environments (≥ 60 m) or deposit areas where the fine fraction and allochthonous organic matter dominate.The ecological state of the river water at the two sampled stations, deduced from the contents of nutrients and benthic macrofauna, is considered good to very good according to international standards. Finally, the analysis of metallic trace elements confirms the low anthropogenic contribution in the marine and river stations despite the increasing density of the population in the Lebanese coastal region.