Le vent joue un rôle clé dans la structure et le fonctionnement des lacs. Le brassage de la colonne d’eau est notamment impliqué dans la compétition entre les différentes espèces de phytoplancton dont les stratégies de positionnement vertical varient largement entre groupes. Par exemple, les cyanobactéries sont globalement favorisées par des conditions de brassage faible grâce à des mécanismes physiologiques de flottaison leur permettant de se maintenir à une profondeur désirée, alors que les diatomées et les algues vertes qui n’ont pas de système de flottaison dépendent d’un brassage important pour être suspendues dans la zone euphotique. Dans les lacs peu profonds, le brassage généré par le vent est généralement suffisant pour entrainer la resuspension des sédiments. Ceci a pour conséquence directe une augmentation de la turbidité qui peut directement impacter la croissance et la productivité algale. La seconde conséquence est la libération de phosphore précédemment stocké dans les sédiments. La pollution et l’usage d’engrais ont provoqué un important import de phosphore dans les lacs qui sont pour la plupart dans un état d’eutrophisation. Dans un premier temps, cette thèse a eu pour objectif de modéliser la compétition entre une cyanobactérie et une algue verte dans une colonne d’eau de lac peu profond prenant en compte la possibilité de resuspension des sédiments et de phosphore. Différents niveaux de brassage ont été testés : de quasi-stagnant à tempête. Des centaines de simulation ont été réalisées dans différentes conditions de brassage, d’eutrophisation (de oligo- à hypereutrophe) et de réchauffement climatique (actuel et +2°C) permettant d’établir des domaines de conditions de dominance d’une espèce ou de l’autre. Dans une seconde partie, la thèse a eu pour objectif d’explorer les impacts potentiels du brassage sur l’ensemble du réseau trophique pélagique. En effet, la grande majorité des études portant sur le brassage sont des études in situ focalisées sur le phytoplancton. Dans le cas présent, nous avons utilisé des mésocosmes de 15m3 équipés de batteurs à vagues dont les amplitudes, fréquences et longueurs d’ondes sont modifiables. Une première expérience en 2012 a eu pour objet de suivre durant 9 semaines la dynamique des variables physico-chimiques standards et des communautés de phytoplancton, zooplancton, bactéries et virus dans deux modalités de brassage : brassage superficiel et brassage de l’ensemble de la colonne d’eau avec resuspension des sédiments. L’année suivante, la même expérience a été conduite mais cette fois-ci couplée à un traitement de réchauffement appliqué grâce à des bâches de polyéthylène transparentes posées sur les mésocosmes. Ces deux expériences montrent un effet important du brassage sur le phytoplancton avec une augmentation du contenu en chlorophyll a et une augmentation de la productivité. Au niveau du zooplancton, la réponse dépend du sous-groupe. Dans nos expériences, uniquement les copépodes ont répondu négativement au régime de brassage avec un potentiel effet cascade sur la population de rotifers. L’expérience de 2012 suggère également un renforcement de l’activité de lyse bactérienne par les virus dans des conditions de brassage important. En 2013, aucun effet du réchauffement de l’eau de 1°C n’a été observé sur les variables mesurées. Des analyses supplémentaires en cours devraient permettre de compléter les informations obtenues et de vérifier l’absence d’effet du réchauffement. / The wind plays a key role in the structure and functioning of lakes. Water column mixing is involved in the competition between different species of phytoplankton with different vertical positioning strategies. For example, buoyant cyanobacteria are generally favored by low mixing conditions, while sinking diatoms and green algae depend on mixing to be suspended in the photic zone. In addition, in shallow lakes, wind-induced mixing is usually sufficient to cause sediment resuspension. This leads to an increase in turbidity which can directly impact the algal growth and productivity. Resuspension can also induce the release of phosphorus previously stored in sediments. This internal loading via resuspension can boost algal production and growth. The first goal of this thesis was to model the competition between the buoyant cyanobacterium Microcystis aeruginosa and a sinking green algae under different mixing conditions: from quasi-stagnant to storm-like events. Hundreds of simulations were carried out in different conditions of mixing, phosphorus concentration and water temperatures in order to establish the conditions necessary for the dominance of one species on the other. In the second part of this thesis, we explored the potential impacts of mixing on the pelagic food web. The vast majority of previous studies on mixing in shallow lakes are in situ studies focused on phytoplankton. In the summer 2012, we used 15m3 mesocosms equipped with wave-makers and followed during nine weeks the dynamics of physical and chemical variables and the dynamic of phytoplankton, zooplankton, bacteria and viruses under two mixing conditions: whole column mixing with sediment resuspension and superficial mixing without resuspension. The following year, the same experiment was conducted but this time crossed with a warming treatment. Both experiments gave similar results in regards to mixing. We observed a significant effect of mixing on phytoplankton with an increase in chlorophyll content and an increase in productivity. The response of zooplankton to mixing depended on the subgroup. In our experiments, only copepods responded negatively to mixing with a potential cascade effect on the rotifer population while bosminas remained unaffected throughout the experiments. The 2012 experience also suggests an increase in bacterial lysis activity by virus in mixed enclosures. In 2013, no effect of water warming (+1°C) was observed on the measured variables, however, additional analysis are still underway to confirm or infirm these results.

La qualité des eaux des lacs et le risque d’eutrophisation peuvent être évalués par une étude des composés biogènes. Les sources et les puits de nutriments qui déterminent les processus biogéochimiques peuvent être quantifiés avec un bilan de masse de matière. L’objectif de la thèse était de réaliser ce bilan de masse pour les nutriments dans les deux grands lacs côtiers médocains, Lacanau et Carcans-Hourtin (SW France). Pour cela, j'ai réalisé un suivi de la concentration en nutriments et des paramètres associés des eaux de pluie, des rivières, des canaux, des eaux des lacs et des eaux souterraines au cours de deux cycles hydrologiques en 2014 et 2015. Les processus biogéochimiques à l’interface eau-sédiment et les flux benthiques ont été déterminés à partir de carottes sédimentaires prélevées saisonnièrement et la construction d’une carte sédimentaire des deux lacs. Le bilan hydrologique a pu être réalisé à partir des données de débit et de hauteur d'eau, des mesures géophysiques et des mesures de 222Rn. Nos résultats ont permis de faire un bilan de masse complet de l'azote, du phosphore, de la silice, du fer et de l'alcalinité. Nous avons déterminé les principales sources et les puits de matière et leur évolution au cours de l’année. Les principaux résultats de la thèse sont avant tout la création d’un jeu de données original et riche qui permet pour la première fois d’avoir une vue d’ensemble de la biogéochimique des lacs aquitains. Nous montrons que l’impact des flux souterrains est faible. Les flux benthiques jouent un rôle majeur pour l’azote. L’export de composés biogènes à la sortie des lacs vers le milieu côtier a été quantifié et comparé aux apports par le bassin versant, ce qui a permis d’évaluer la capacité de séquestration des nutriments dans les sédiments. Nous montrons que ces lacs sont pauvres en phosphore, ce qui limite la productivité biologique. Nous avons aussi défini les conditions et les conséquences de la stratification transitoire des eaux des lacs en été. Cet ensemble de données a également permis d'apporter des connaissances supplémentaires sur la dynamique du mercure dans les lacs aquitains. Nous montrons le rôle que jouent les apports en sulfate du bassin versant sur la production de méthylmercure dans les sédiments. / To evaluate water quality and the risk of eutrophication of lakes, the dynamics of biogenic compounds must be studied. Sources and sinks of nutrients that define lake biogeochemical processes can be assessed from a mass balance approach and the study of internal reactions. The objective of the thesis was to realize a mass balance for nutrients in two coastal lakes: Lacanau and Carcans-Hourtin (SW France). For this purpose, I conducted a monitoring of rainwater, rivers, canals, lakes and groundwater concentration of nutrients and associate parameters during the two hydrological cycles of 2014 and 2015. Biogeochemical processes at the sediment water interface and benthic fluxes were determined from sediment cores collected at each season, and from the drafting of a new sediment map. The water balance was obtained from water level and discharge measurements, geophysical prospection and 222Rn measurements. Our results allowed us to make a full mass balance of nitrogen, phosphorus, silica, iron and alkalinity. We have identified the main sources and sinks of nutrients and their evolution along the year. The main results of the thesis is that groundwater discharge is not a significant contribution of nutrients; benthic fluxes supply high amount of dissolved nitrogen and most of the nutrient are sequester in the lake sediments. Total export of nutrient at the outlet of lakes has been quantified and compared to inputs from the watershed. We point out that phosphorus limits lake productivity. We also show the dynamics of transient lake stratification in summer and its impact on biogeochemical processes. This set of data has also provided additional insight into the dynamics of mercury in Aquitaine lakes. We show the role of sulphate inputs from the watershed in the production of methylmercury in lake sediments. All these results give for the first time an overall view of Aquitaine lake biogeochemistry.

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