Thèse doctorat : Océanologie biologique : Brest : 2005. / Bibliogr. p. 277-298.

Thèse doctorat : Océanologie biologique : Brest : 2004. / Bibliogr. p. 305-326.

Th. univ.--Rennes 1, 1996. / Bibliogr. p. 239-248. Résumé.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Science des agroressources : Toulouse, INPT : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 191 réf.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2005. / Bibliogr.: f. 46-50. Publié aussi en version électronique.

Si la relation entre l’enregistrement géochimique au sein de ces travertins et les paramètres environnementaux semble admise, le détail des processus, notamment cinétique et dégazage, ainsi que leur poids respectifs dans les reconstitutions paléoenvironnementales ne sont clairement établis. Afin de mieux contraindre ces processus, un travail minutieux de reconnaissance des mécanismes de précipitation et d’enregistrement de la signature géochimique a été effectué sur les travertins –récents et fossiles- d’une source carbogazeuse située dans le Massif Central (France). Il couple expériences de laboratoire innovantes et travail sérié sur le terrain.Le taux de dégazage du CO2 dans les sources carbogazeuses est l’un des facteurs principaux conduisant aux conditions de précipitation via la modulation du taux de précipitation de la calcite et par conséquent, sa composition en 18O et 13C. Les tests en laboratoire ont été conduits en deux étapes : (1) caractérisation des mécanismes de dégazage seuls, et (2) des expériences combinant dégazage et précipitation pour mieux appréhender les processus cinétiques lors de la précipitation des travertins. En parallèle, un travail de terrain spécifique par pose de plaques de plexiglas le long de différents écoulement de la source, nous a permis de connaitre la résolution de précipitation des travertins et d’obtenir une meilleure estimation des facteurs de fractionnement.Les tests en laboratoire confirment que, lors d’un dégazage important, i.e. conduisant à la précipitation de travertins, la spéciation des espèces du carbone inorganique dissout (CID) et les flux entre ces espèces sont des paramètres primordiaux à considérer. Le facteur de fractionnementεDIC-CO2(g) qui dépend du pH suit alors une distillation de Rayleigh dans un système cinétique. Les évolutions des espèces carbonées en solution ont ainsi pu être modélisées à l’aide d’une équation de diffusion faisant intervenir les paramètres propres à l’expérience.Les résultats de terrain permettent de démontrer que les variations de conditions de précipitation sont principalement dues aux variations de conditions hydrodynamiques et, secondairement, aux variations de température, ce qui a pu être modélisé à l’aide de l’équation définie par Plummer en 1968 et qui a montré la variabilité des conditions de précipitation in-situ. Dans le cas des expériences de précipitation en laboratoire et par comparaison avec les données de terrain, le facteur de fractionnement εCID-calcite va dépendre des concentrations de chaque espèce de CID mais aussi de la partition du carbone entre phase gaz et phase solide. Pour l’oxygène 18, de 0°C à 10°C, les résultats acquis sur les travertins actuels nous ont permis d’utiliser la droite définie récemment par Coplen (2007) pour lier de façon fiable la température au moment de la précipitation et le facteur de fractionnement. Toutefois, pour des températures plus élevées, le facteur de fractionnement est plus important que ce qu’il devrait et confirmant ainsi la non-représentativité des droites de Coplen pour la détermination de la température de précipitation. Lors des expériences de précipitation la tendance est inverse à celle observée pour les travertins confirmant l’influence de la vitesse de dégazage et de l’indice de saturation sur le fractionnement isotopique. Nous avons également confirmé avec les expérimentations, l’impact de la vitesse de précipitation sur les teneurs isotopiques enregistrées dans les travertins.Ce travail a mis en lumière des mécanismes cinétiques complexes et qui ne sont pas complètement contraints par la seule utilisation des outils isotopiques. L’utilisation du partitionnement des éléments traces est un outil primordial pour appuyer l’étude de ces mécanismes. / The response of continental groundwater systems to recent climate fluctuations can be reconstructed via the continuous measurement of groundwater level, spring flow and climatic chronicles. When any data exist, recent reconstructions of groundwater dynamics may be reached through various recorders of environmental and hydrological conditions such as travertine. Although the relationship between geochemical records in travertine and environmental parameters seems to be accepted, the details of processes and their respective weight in the paleo-information are not clearly established.Rate of CO2 degassing in CO2-rich spring likely influences calcite precipitation rate and the related δ18O and δ13C composition. Isotopic equilibrium is rarely maintained during travertine deposition and the degassing rate is the main controlling factor of the disequilibrium. Due to the lack of knowledge, fractionation processes, either kinetic or equilibrium, occurring between CO2-rich water, gas and travertine required specific pH and temperature-controlled laboratory tests. These tests were conducted on synthetic water at different pH to focus only on the degassing processes. Other tests were conducted on trace elements partitioning during calcite precipitation, to identify the origin of isotopic signature variability, and to constraint the way of recording past conditions.All these tests confirmed that during a degassing leading to travertine precipitation, the speciation of dissolved inorganic carbon species is a major parameter to be tackled since a linear relationship between εDIC-CO2(g) and pH is observed. Indeed, we highlighted that for a high degassing rate, the isotopic equilibrium is not reached because the reaction greater involves light isotopes than heavy ones. There is thus different reaction rate between the species of dissolved inorganic carbon, the reactions occurring faster in the water than the one between water and gas, the latter being controlled by diffusion.

Un des enjeux majeurs en Science de la Terre ces dernières décennies est de comprendre les interactions entre les différentes enveloppes terrestres. Le but poursuivi par ce travail est d'aborder quelques aspects de ces interactions du point de vue des cycles géochimiques des éléments volatils H2O et CO2 en se basant sur l'étude des inclusions fluides piégées dans des roches variées de la croûte terrestre, depuis sa surface jusqu'à l'interface croûte-manteau. La première partie de mon travail présente des travaux expérimentaux effectués sur de la halite. L'étude du fractionnement isotopique de l'oxygène et des cinétiques d'équilibration entre H2O et CO2 lors de l'évaporation de saumures a montré l'importance des corrections à effectuer sur les mesures isotopiques de l'oxygène pour des solutions de haute salinité. L'élaboration d'un protocole expérimental de précipitation de halite en milieu contrôlé a permis de mettre en évidence le potentiel des inclusions fluides pour les reconstitutions paléoclimatiques. La combinaison des données microthermométriques et des compositions isotopiques de l'hydrogène et de l'oxygène des inclusions aqueuses permet d'estimer les sources et la température de l'eau de formation de la halite ainsi que la vitesse du vent à l'interface eau-air pendant la croissance du cristal. Cette méthode a été ensuite appliquée aux dépôts de halite de Sicile datés du Messinien. La deuxième partie de mon travail est consacrée à l'identification des compositions chimiques et des sources des fluides circulant dans la croûte et à l'interface croûte-manteau à travers l'analyse des compositions isotopiques des inclusions fluides des granites et granulites.

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.

Les lagunes côtières Méditerranéennes constituent des zones de nourrissage pour les juvéniles de plusieurs espèces de poissons côtiers. C’est sur cet apport constant en juvéniles ainsi que sur les ressources trophiques du milieu que s’appuie l’aquaculture extensive dans la lagune Vassova (Préfecture de Kavala, Grèce). Afin d’optimiser la production piscicole, il apparaît important d’identifier les processus favorisant la survie et la croissance des jeunes poissons.Ce travail s’est focalisé sur une espèce communément exploitée dans les lagunes Méditerranéennes : le mulet sauteur Liza saliens (Mugilidae). Notre étude s’est attachée à identifier les ressources trophiques soutenant la croissance des juvéniles de L. saliens (15 - 50 mm, longueur totale / LT) et à préciser leur qualité nutritionnelle en termes d’apports en acides gras polyinsaturés (AGPI). Ainsi, pendant la période de colonisation de la lagune Vassova par L. saliens (Juin - Novembre), des prélèvements mensuels de poissons (juvéniles de L.saliens et principales espèces piscicoles sédentaires), de leurs proies potentielles, et des différentes sources de matière organique ont été effectués sur deux stations de la lagune. Une approche combinant l’analyse des biomarqueurs lipidiques, l’analyse isotopique et l’analyse des contenus stomacaux a été adoptée afin d’identifier les sources de carbone soutenant la croissance des jeunes L. saliens. Les analyses lipidiques ont également permis de suivre l’évolution de la composition en AG des lipides membranaires (lipides polaires : LP) et destockage (lipides neutres : LN) des juvéniles de L. saliens durant leur premiers mois de vie lagunaire. Enfin, en déterminant par GC-C-IR-MS la composition isotopique des AGPI assimilés par L. saliens, il a été possible d’identifier l’origine de ces composés essentiels. Nos résultats montrent qu’à leur arrivée dans la lagune, les juvéniles (~15 mm, LT) se nourrissent exclusivement d’organismes planctoniques. Lorsque les juvéniles atteignent les 20 mm (LT), ils passent progressivement vers une alimentation principalement basée sur des proies benthiques. Ce changement de régime alimentaire se traduit par une diminution importante des apports alimentaires en 22:6ω3. A cet égard, les résultats obtenus en GC-C-IRMS montrent que chez L. saliens cet AGPI a comme toute première origine, les microorganismes du compartiment planctonique. Il apparaît donc qu’au cours de leur transition du milieu planctonique marin vers le milieu benthique lagunaire, les juvéniles de L. saliens sont confrontés à une diminution de la qualité nutritionnelle. Néanmoins, le 22 :6ω3, mais également le 20:4ω6 semblent être activement retenus dans les lipides membranaires des jeunes poissons. Plus généralement, nos résultats montrent que le 20:4ω6 est fortement retenu par les principales espèces pisciaires de la lagune, suggérant l’importance pour les poissons estuariens, de ce composé essentiel impliqué dans la résistance des poissons aux stress environnementaux. / Mediterranean coastal lagoons are considered as major nursery areas for several coastal fish species. In Vassova lagoon (Kavala Prefecture, Greece), this continuous input of juveniles, along with the lagoons’ naturalfood resources, sustain local extensive aquaculture. Therefore, in order to optimise the fisheries’ yield, thefactors affecting juveniles’ growth and survival in the lagoon need to be assessed. The objectives of this research work are to identify the organic matter sources sustaining growth of a common commercial Mediterranean species (Liza saliens, Mugilidae) juveniles’ (15 – 50 mm, total length / TL) and to assess their nutritional quality in terms of polyunsaturated fatty acids (PUFAs). In that aim, fish (L.saliens juveniles and principal resident fish species), their potential preys, and basal organic matter sources where sampled monthly during L. saliens settlement in Vassova lagoon (June - November). The origin of carbon assimilated by L. saliens was assessed using lipid and isotopic biomarker approaches as well as stomach content analysis. Moreover, lipid analyses allowed understanding the influence of diet on the fatty acid (FA) composition of L. saliens storage (neutral lipids : NLs) and membrane lipids (polar lipids: PLs) during early life in the lagoon. Finally, the isotopic composition of the PUFAs assimilated by L. saliens juveniles was determined by GC-C-IRMS and allowed the assessment of the sources of these compounds in the ecosystem. Results indicate that at their arrival at the lagoons’ mouth L. saliens juveniles (~15 mm, TL) feed on planktonic organisms. When juveniles reach the size of 20 mm (TL), they progressively shift towards benthic prey. This dietary shift is followed by an important decrease of the dietary levels of DHA. Indeed, in Vassova lagoon, this PUFA seems to be mainly produced by planktonic microorganisms. Therefore, during the transition from the marine planktonic environment towards the lagoons’ demersal habitat, L. saliens juveniles probably experience a decrease in the nutritional quality of their food. However, 22:6ω3 as well as 20:4ω6 appear to be actively retained in L.saliens membrane lipids (PLs). More interestingly, 20:4ω6 seems also to be retained by other fish species found in the lagoon. The latter suggests that this essential compound, which in fish is implicated in resistance processes to environmental stressors, has an important physiological role for fish in estuarine environments.

Nous avons étudié l’application de plusieurs mesures d’isotopes stables afin de caractériser les processus du cycle de l’azote et les sources d’azote dans les lacs tempérés à diverses échelles spatiales et temporelles. Les résultats d’une étude à travers 65 lacs sur un gradient trophique ont démontré que le ratio d’isotopes stables d’azote (δ15N) des sédiments de surface est un indicateur de l’importance relative des sources d’azote anthropique, mais que ce ratio peut être altéré par la diagenèse. La mesure du δ15N des sédiments demeure néanmoins un outil permettant de déterminer à long terme le changement des charges en azote anthropique aux écosystèmes lacustres et les causes de l’eutrophisation de ces systèmes. Nos résultats d’une étude sur la variation saisonnière de plusieurs isotopes stables dans trois lacs peu profonds situés sur un gradient trophique et ayant différents régimes de stratification ont démontré que cette approche est prometteuse dans les lacs mésotrophes et stratifiés. Dans ces systèmes, le δ15N de la matière organique particulaire (MOP) aurait le potentiel de déterminer les sources d’azote assimilées par le phytoplancton. Cependant les mesures d’isotopes stables du carbone (δ13C) et du ratio C:N indiquent que les apports de matières organiques du bassin versant peuvent altérer les relations observées. Nous avons également constaté une déviation de la relation 1:1 entre les isotopes stables d’azote et d’oxygène (δ18O) du nitrate (NO3-) indiquant son assimilation et sa nitrification simultanée. Cette application est particulièrement prometteuse puisque la nitrification est méconnue dans les lacs et peut exacerber les effets de l’eutrophisation. / We studied the application of multiple stable isotopes measures with the overall objective of improving our understanding of nitrogen cycling and sources in temperate lakes over different spatial and temporal scales. Results from our study across 65 lakes on a trophic gradient demonstrated that surface sediment nitrogen stable isotope ratio (δ15N) is an indicator of the relative importance of anthropogenic N loads, but that diagenesis can alter this ratio. Nevertheless, sediment core δ15N is a powerful proxy for the determination of longterm changing anthropogenic N loads to lake ecosystems and the causes of lake eutrophication. Results from our second study on multiple stable isotopes seasonal variation in three shallow lakes along a trophic gradient and with different stratification regimes have demonstrated that such an approach is particularly promising in mesotrophic and stratified lakes. In these systems, our results showed that the suspended particulate organic matter (SPOM) δ15N could be used to assess the nitrogen sources assimilated by phytoplankton. However, measurement of carbon stable isotopes (δ13C) and C:N ratios from the SPOM showed that the observed relationships can be altered by watershed derived organic matter. We have also found a deviation from the 1:1 relationship between nitrogen and oxygen stable isotopes (δ18O) of nitrate (NO3-) indicating a simultaneous NO3- assimilation and nitrification in our stratified system. The application of dual nitrate isotopes is promising in the study of nitrification since this process is not well understood in lakes and can increase the severity of eutrophication symptoms.