La répétitivité de l’Eastern Mediterranean Transient et le changement climatique affecte les écosystèmes marins du Levantin. La compréhension des réponses du zooplancton à ces variations est donc d’une importance majeure pour les services écosystèmiques. Ce travail est le premier à étudier la variabilité saisonnière et interannuelle et les spectres de taille du zooplancton en relation avec l’environnement au point B2 (N34º14.856 ; E35º36.067, Liban Nord). Dans ce contexte, une série temporelle unique de 14 ans a été effectuée avec un filet de 52 µm et analysée à l’aide d’un système d’imagerie semi-automatique, le Zooscan, pour détecter un changement dans le système pélagique. Les résultats ont montré que la biomasse maximale du zooplancton a été couplée au bloom phytoplanctonique printanier. Alors qu’une abondance maximale de petits organismes a été observée en été suggérant une période de recrutement des organismes. Suite à l’EMT-like en 2005, la salinité a augmenté dans la zone d’étude et tout le bassin. L’abondance et la biomasse du zooplancton ont augmenté subitement, lié à une augmentation probable de la production du phytoplancton cependant masquée par un possible contrôle de type "top down". L’enrichissement de la couche de surface en nutriments anthropiques a mené à des périodes ponctuels plus ou moins productives. La structure en taille du zooplancton a varié en fonction des facteurs hydrologiques. L’analyse des pentes a présenté une variabilité interannuelle liée aux abondances du zooplancton. Tandis que les formes ont montré une domination des individus de grandes tailles en hiver et au printemps. Cette mesure automatique peut être utilisée comme proxy de changement dans l’écosystème pélagique. / The occurring of the cyclic Eastern Mediterranean Transient and the climatic change have effects on the Levantine marine ecosystem. Understanding the response of zooplankton to such variations is of importance for ecosystem services. This thesis represents a pioneer study in enlightening the seasonality and the interannuality, as well as the spectra size of the zooplankton at a fix point B2 (N34º14.856; E35º36.067, North Lebanon). In this context, a 14 years unique time-series was conducted by a 52 µm mesh size net and analyzed with a powerful synthetic index, the Zooscan to monitor changes in the pelagic system. The results found that the maximum zooplankton biomass was coupled to the phytoplankton spring bloom, whereas abundances increased in the summer possibly due to the recruitment. Following the EMT-like in 2005, the salinity increased in the study area and the whole basin. Zooplankton abundance and biomass increased abruptly possibly related to the enhanced primary production which is hidden by the "top down" control by zooplankton. Moreover, the nutrients enrichment of anthropogenic origin at the sea surface characterized the site by more or less productive occasional periods. The zooplankton size structure has also changed along the period depending on the hydrological factors. The spectral slope analysis showed an interannual variability according to the abundances. While the spectra shape analysis displayed a domination of big size individuals during winter and spring seasons. This automatic measurement highlighted the efficiency of detecting changes in zooplankton that can be related to broader ecosystem perturbation.

L'étude de la plate-forme carbonatée du BerriasienValanglnlen de Chartreuse a permis d'effectuer une analyse séquentielle détaillée des séries, et de dater les différentes étapes de l'installation puis de la disparition de la plate-forme. Micropaléontolooie : 65 espèces de foraminifères benthiques sont déterminées et décrites. Une analyse statistique détaillée est effectuée pour les genres Trocholina, Neolrocholina et le groupe GaudrvinaDorothia. Sédimentologie : cinq types de séquences d'ordre différent sont mises en évidence. Elles traduisent des modifications des milieux de dépôt dues principalement à l'eustatisme, mais également à la tectonique et à des variations de la subsidence et de la productivité primaire en carbonates. Stratigraphie : la détermination des calpionelles et les corrélations établies avec le stratotype du Berriasien permettent de situer à une sous-zone d'ammonites près les évènements que traduisent les discontinuités sédimentaires. Du point de vue paléogéographique, la progradation de la plate-forme s'effectue au cours du Berriasien supérieur en trois étapes successives : la submersion n'est pas synchrone à l'échelle de la région étudiée, mais se déroule en quatre phases pendant le Berriasien terminal et le Valanginien. L'étude des séries alternantes de bassin se base sur l'analyse des variations d'épaisseur des bancs marneux et la disposition de l'ammonitofaune. Elle montre l'existence de cinq cyclicités d'ordre différent, quatre d'entre elles étant reliées aux variations des paramètres de rotation de la Terre. La Magnétostratigraphie effectuée sur les hypostratotypes du Valanginien d'Angles et de Barret permet, d'une part, d'établir une échelle des polarités détaillée, d'autre part d'envisager l'existence de liaisons entre les renouvellements de faune et les inversions magnétiques. Corrélations plate-forme-bassin : une équivalence entre séquences décrites sur les plates-formes et les cyclicités observées dans les bassins est envisagée à trois échelles différentes, montrant ainsi l'existence de liaisons entre la rotation de la Terre, les inversions magnétiques, et les principaux paramètres influant sur l'environnement sédimentaire (eustatisme, climat, productivité primaire en carbonates).

La partie nord du Système du courant de Humboldt (NSCH) couvre moins de 0.1% de la surface océanique mondiale mais produit plus de poisons, en particulier d'anchois du Pérou (Engraulis ringens), par unité de surface que n'importe quelle autre région du monde. Bien que ce système produise suffisamment de macrozooplancton pour alimenter les populations de poisson fourrage, le manque d'informations sur ce compartiment limite nos capacités d'étude. L'objectif de cette thèse est d'étudier la dynamique de la distribution spatiotemporelle de la biomasse en macrozooplancton du NSCH en relation avec l'environnement physique et les poissons fourrage, à différentes échelles. Pour ce faire une méthode acoustique bi-fréquences a été développée et appliqué à des séries de données acoustiques historiques. Des informations à haute résolution ont ainsi pu être extraite sur la biomasse et les patrons de distribution du macrozooplancton, de la galathée pélagique 'munida', des poissons et des autres compartiments. Cette méthode nous a également permis d'estimer l'extension verticale de la communauté épipélagique (ZVEEC). Nous avons démontré que ZVEEC coïncide avec la limite supérieure de la zone de minimum d'oxygène (ZMO), ce qui permet de produire des donnés spatialisées à haute résolution de la limite supérieure de la ZMO et d'estimer le volume d'habitat de l'anchois. Notre estimation de biomasse en macrozooplancton, environ quatre fois supérieures aux estimations antérieures, est en accord avec les découvertes récentes sur l'écologie trophique des poissons fourrage du NSCH et fournit des éléments étayant les théories actuelles sur l'origine de la haute productivité en poissons du NSCH. L'étude des impacts des structures physiques de submeso- et mesoéchelle sur la distribution du macrozooplancton supporte l'hypothèse d'une structuration de type 'bottom-up'. Nous avons également mis en évidence l'impact de la structuration spatiale du macrozooplancton sur la distribution des poissons fourrage. Les données physiques et biologiques à haute résolution obtenues grâce à cette étude ouvrent de nouvelles perspectives pour réaliser des études écologiques intégrées à échelles multiples et pour calibrer les modèles biogéochimiques, trophiques ou End-to-End. / The Northern Humboldt Current system (NHCS) represents less than 0.1% of the world ocean surface but produces more fish, mainly Peruvian anchovy (Engraulis ringens), per unit area than any other region in the world. Although this system produces enough macrozooplankton to feed its high production of forage fish, the paucity of information on zooplankton hampers research in the system. The objective of this study was to investigate the multiscale dynamics of the spatiotemporal distribution of the macrozooplankton biomass off Peru in relation to the physical environment and their fish predators. For that a bi-frequency acoustic method was developed and applied to extract, from historical acoustic data, high-resolution information on the biomass and the patterns of distribution of macrozooplankton, the pelagic red squad 'munida', fish and other marine compartments. This method also allows estimating the vertical extension of this epipelagic community (ZVEEC). We demonstrated that ZVEEC coincide with the upper limit of the oxygen minimum zone (OMZ), which allowed both producing high-resolution spatial data of the upper limit of the OMZ and estimating the volume habitat of anchovy. The estimated macrozooplankton biomass was about four times higher than previously reported. This estimate is in agreement with the recent findings on forage fish trophic ecology and supports the current hypotheses explaining the NHCS high fish production. The study of the impacts of the submeso- and mesoscale physical structures on macrozooplankton provided evidence of the bottom-up physical effect on the distribution of macrozooplankton biomass. We also found further evidence of the structuring bottom-up effect that macrozooplankton exert on forage fish. The high-resolution biological and physical data obtained in this study opens new perspective to perform integrated multiscale ecological studies and to calibrate biogeochemical, trophic and End-to-End models.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

L'étude de l'impact que les structures hydrodynamiques à mésoéchelle peuvent avoir sur la distribution spatiale des organismes planctoniques et le transport de matière entre la zone côtière et le large est essentielle à la compréhension du fonctionnement de l'écosystème planctonique dans l'océan côtier. L'influence des tourbillons anticycloniques et des processus physiques associés sur l'écosystème planctonique pélagique est examinée au moyen d'un modèle couplé physique-biogéochimie. Dans un premier temps, les sorties du modèle sont confrontées à des données in situ et satellitales afin de vérifier le réalisme du modèle. Pendant la majeure partie de la simulation, et plus particulièrement sur la partie ouest du golfe de Lion pendant la période estivale, l'erreur commise par le modèle sur l'estimation de la chlorophylle de surface (proxy du phytoplancton) est inférieure à celle donnée par le calcul issu de la télédétection. Ensuite, la distribution du plancton en présence d'un tourbillon a été étudiée. Dans les sorties du modèle, un filament avec une forte concentration en chlorophylle est systématiquement observé sur le bord nord/nord-est de la structure, est confirmé par des données satellitales. Enfin, grâce à une simulation longue sur la période 2011-2004, plusieurs tourbillons ont été comparés du point de vue de leur impacts sur les échanges entre la côte et le large de matière et plancton. L'intensité et la direction de ces échanges sont hétérogènes et dépendent des forçages physiques qui ont donné lieu à la génération de ces tourbillons. / The role that mesoscale physical structures play in driving plankton community shifts and transporting matter is key to the understanding of food web dynamics at the regional scale.

Les mucilages pélagiques marins (MPM) sont des phénomènes mondiaux sporadiques et, dans certaines régions, chroniques dans les zones côtières. Ces agrégats gélatineux, enrichis en matière organique et en microorganismes, forment des écosystèmes marins autonomes transitoires allant de 0,5 cm à plusieurs kilomètres de long. Ils correspondent à des étapes évolutives de la neige marine non-sédimentée maintenue dans la zone photique. Durant les dernières décennies une intensification des apparitions des MPM ont été recensées. Ainsi, les MPM sont devenus un sujet de préoccupation pour les populations qui exploitent les ressources côtières et dans le contexte du fonctionnement global de l'écosystème. Malgré l’intérêt scientifique grandissant au cours des dernières décennies au sujet de ces phénomènes, notamment en mer Adriatique, les causes de formation, la dynamique et le rôle respectif des microorganismes dans de tels systèmes restent énigmatiques. La plupart des études réalisées sur les MPM étaient axées uniquement sur les communautés microbiennes eucaryotes par l’utilisation de techniques microscopiques. Or de nos jours, les méthodes moléculaires permettent de se concentrer également sur l'ensemble de la communauté, y compris les procaryotes. Afin d'approfondir notre compréhension de ces phénomènes nous avons étudié un type MPM qui est apparu de manière récurrente et abondante au cours de la dernière décennie dans le sud du Golfe de Gascogne (France), le «Liga». Dans un premier temps, nous avons étudié la formation de ce MPM au travers d’une année complète en suivant la dynamique des communautés archées, bactériennes et eucaryotes par la technique de T-RFLP, technique d’empreinte moléculaire ciblant la petite sous-unité du gène codant pour ARNr. Cette approche a révélé que les communautés microbiennes du Liga étaient différentes des communautés microbiennes marines pour les trois domaines du vivant, et que ces deux communautés étaient gouvernées par des paramètres environnementaux dont la variation était saisonnière. Les archées n’ayant pas pu être détectés dans le Liga, nous nous sommes focalisés sur la structure des communautés bactériennes et eucaryotes au moyen de technologies de séquençage à haut débit. Cette méthode a révélé que le Liga était principalement composé d'espèces marines, même si ces communautés étaient significativement différentes des espèces marines. Dans le Liga, les communautés eucaryotes étaient principalement composées de dinoflagellés, de zooplancton et de cnidaires. Les communautés bactériennes étaient principalement composées d’Alphaproteobacteria et de Gammaproteobacteria. La diversité fonctionnelle du Liga fraîchement formé a été également étudiée pendant les saisons d'apparition de ce phénomène, au printemps et à l'automne. Nous avons ainsi mis en évidence que les communautés microbiennes du Liga avaient potentiellement moins de capacités de résistance au stress et que ces communautés étaient potentiellement plus virulentes que les communautés microbiennes marines. / Marine pelagic mucilage (MPM) is worldwide phenomena occurring sporadically and, in certain regions, episodically in coastal areas. These gelatinous aggregates, enriched in organic matter and microorganisms, form autonomous transitory marine ecosystems ranging from 0.5 cm to several kilometers. They correspond to evolving stages originating from the non-settling early marine snow maintained in the photic zone. During the last decades intensification of MPM events have been noticed. They became a matter of concern both for populations exploiting coastal resources and in the context of global ecosystem functioning. Although increased scientific attention has been paid during last decades to these phenomena in specific areas such the Adriatic Sea, the causes of appearance, the dynamics, and the respective role of microorganisms in such systems remain enigmatic. Most of the studies performed on MPM focused on eukaryotic microbial communities using microscopic techniques. However molecular methods allow nowadays focusing also on the whole community including the prokaryotic part. In order to deeper our understanding of these phenomena we studied a MPM that occurred recurrently and more frequently during the last decade in the south of the Bay of Biscay (France), the “Liga”. In a first step we investigated the formation of this MPM through a complete year by following the dynamics of archaeal, bacterial and eukaryotic communities using T-RFLP fingerprinting targeting the small subunit of rRNA genes. This approach revealed that Liga’s microbial communities where different from marine microbial communities for the three domains of life and that both marine mucilage and marine communities were linked with seasonal patterns. As archaea were not found in the Liga, we focused on bacterial and eukaryotic communities’ structures through high throughput sequencing. The molecular composition revealed that the Liga was mainly composed of marine species although these communities were significantly different from marine species. In the Liga, eukaryotic communities were mainly composed of dinoflagellates, zooplankton and cnidarians species and bacterial communities were mainly composed of Alphaproteobacteria and Gammaproteobacteria. Functional diversity of freshly-formed Liga was targeted during its seasons of apparition, in spring and in autumn. We highlighted that Liga’s microbial communities had less potential capabilities to resist to stress conditions and that these communities were potentially more virulent than marine microbial communities.

Une forte contamination radioactive du milieu marin, notamment par le 137Cs, s'est produite dans le Pacifique nord-ouest suite à l'accident nucléaire de Fukushima Dai-ichi survenu le 11 mars 2011. Deux sources majeures ont été à l'origine de cette contamination, les retombées atmosphériques (sèches et humides) et les rejets liquides directement en mer. Cette radioactivité a été transférée aux organismes marins conduisant à la contamination de plusieurs espèces pélagiques et benthiques. Dans le cadre de l'étude des conséquences de cet accident sur le milieu marin, une première modélisation de la dispersion du 137Cs dans les eaux de la côte Pacifique du Japon a été réalisée par le groupe SIROCCO, permettant ainsi d'estimer l'évolution spatio-temporelle de la concentration de ce radionucléide dans l'eau et de déterminer son terme source, c'est-à-dire sa quantité globale rejetée en mer sous forme liquide. Ce travail de thèse s'inscrit dans la même démarche et vise, par une approche de modélisation, à étudier le transfert du 137Cs aux chaines trophiques pélagiques de la côte Est du Japon, composées par les populations planctoniques, les poissons planctonivores, et les poissons carnivores. Le couplage d'un modèle radioécologique, spécifiquement développé pour cette étude, à un modèle de l'écosystème composé d'un modèle NPZD (Nutrients-Phytoplankto-Zooplankton-Detritus) et d'un modèle de circulation régionale, s'est imposé comme la méthode la plus adaptée à l'étude de la contamination des populations planctoniques dans des conditions post-accidentelles. Les résultats de cette étude ont montré des niveaux de contamination assez élevés de ces populations notamment aux alentours de la centrale où les concentrations estimées sont environ 4 ordres de grandeur supérieures à celles observées avant l'accident. En dépit de ces concentrations élevées, le débit maximal de la dose absorbée reste largement au-dessous du débit de référence à partir duquel les effets sur les populations sont ressentis. Cette étude a aussi mis en évidence la prédominance de la voie trophique dans les processus d'accumulation du césium par ces espèces, ainsi que la présence d'une légère bioamplification chez les classes de taille de zooplancton. Le modèle radioécologique développé pour étudier la contamination des espèces nectoniques est structuré en taille. Chaque espèce est composé d'un ensemble de cohortes dont le nombre est fonction de la durée de vie de l'espèce et de sa fréquence de reproduction. Contrairement aux modèles classiques, le taux d'ingestion de la nourriture par l'organisme ainsi que son régime alimentaire ne sont pas constants dans le temps mais généralement variables en fonction de la taille de l'organisme. Dans cette approche le processus de prédation est considéré comme étant totalement opportuniste. Les résultats sont généralement satisfaisants et le modèle a été validé dans les conditions d'équilibre pré-accidentelles ainsi que dans les conditions post-accidentelles. L'importance de la prise en compte des mouvements migratoires de certaines espèces dans ce type de modèle a été mis en évidence notamment dans les conditions accidentelles caractérisées par une forte variabilité spatiale de la concentration du radionucléide dans la colonne d'eau. Les niveaux de contamination estimés pour les différentes espèces sont largement supérieurs à ceux observés avant l'accident, avec une tendance à l'augmentation lorsque la taille de l'individu augmente. / Huge amounts of radionuclides, espicially 137Cs, were released to the coastal northwestern Pacific ocean after the Fukushima nuclear power plant accident, that occurred on 11 March 2011. The resultant radiocesium contamination was quickly transferred to marine biota resulting in elevated cesium levels in various organisms. Using a modelling approach, this work aims to study the 137Cs transfer to the marine pelagic food chains, from plankton populations to the large piscivorous fishes. Coupling the radioecological model, developed in this study, with an ecosystem model comprising an NPZD biogeochemical model and a regional ocean circulation model, is appeared to be the most adapted tool for modelling of plankton populations contamination in this accidental situation. The results of this study showed high contamination levels in the plankton populations, especially in the vincity of the power plant, where the maximal concentrations are estimated to be about 4 orders of magnitude higher than those observed before the accident. In spite of these high contamination levels, the maximum 137Cs absorbed dose rates for phyto- and zooplankton populations were estimated to be well below the 10 Gy/h benchmark value, from which a measurable effect on the marine biota can be observed. This study has also highlighted the predominance of the cesium uptake from food and the presence of biomagnification potential at this trophic level. The radioecological model developed to study the nektonic species contamination is based on the individual size. In this approach, each species is represented by a set of cohorts. The number of these cohorts is a function of the species life span and reproduction frequency. Unlike traditional approaches, the organism ingestion rate and diet composition considered in this modelling approach are not constant, but vary over the time according to the size of the organism. The model results are in general satisfactory, and the validation is carried out in both equilibrium and accidental situations. This study highlighted the importance of the organism migratory movements in the radioecological modelling espicially in the accident situations caracterized by a very high spatial variability of radionuclides concentrations in the seawater. The detailed caracteristics of 137Cs concentration dynamics in the different species are discussed. The contamination levels estimated for the different species are significantly higher than those observed before the accident, with a clear tendency to increase with individual size.

La dynamique des écosystèmes planctoniques pélagiques au sein du bassin de Méditerranée nord-occidentale a été appréhendée par une approche de modélisation réaliste. Deux cas bien distincts ont été considérés, celui des écosystèmes qui se développent sur les apports du Rhône et celui des écosystèmes du large. Une modélisation haute résolution du panache du Rhône est mise en place pour prendre en compte les spécificités des apports en sels nutritifs dans les eaux du Rhône. Les apports terrestres de matière particulaire et dissoute semblent favoriser la biomasse zooplanctonique qui, par broutage, limite à son tour le dépôt de carbone organique particulaire sur le plateau du golfe du Lion. En stimulant le développement du zooplancton, les lentilles d'eau dessalée qui se détachent du panache du Rhône pourraient favoriser ce processus. Au large, une simulation longue durée de 30 ans montre que la variabilité interannuelle des écosystèmes planctoniques est dirigée par le mélange vertical, en lien avec les forçages atmosphériques. La convection profonde hivernale contrôle la structure de l'assemblage phytoplanctonique, en favorisant le microphytoplancton, et défavorise davantage les communautés zooplanctoniques et bactériennes en moyenne annuelle. Le mélange vertical contrôle également la variabilité interannuelle des exportations de carbone particulaire et dissout Le métabolisme net de la zone MEDOC tend à être faiblement hétérotrophe en période peu convective, atténuant ainsi le caractère puit de la zone MEDOC. Cependant, on observe alors une accumulation accrue de carbone au sein des écosystèmes planctoniques et de la matière détritique.

Le but de ce travail est l'étude sédimentologique de l'unité pennique la plus externe, la zone subbriançonnaise, ceci dans le cadre plus vaste de l'évolution de la marge téthysienne européenne de la Téthys, entre la fin du Trias et la fin du Crétacé. Dans la région comprise entre la vallée de la Durance au Sud et le col du Galibier au Nord, le Subbriançonnais est connu surtout comme une nappe de charriage complexe, coincée entre le Briançonnais et l'ensemble Dauphinois- Ultradauphinois. Elle comporte du S au N, l'unité de St-Apollinaire-La Martinasse et l'unité de Piolit, plus interne, puis celle de Vallouise, enfin les digitations du Petit Galibier et du Lauzet Roche Olvera, celles-ci en position externe et interne respectivement. Le Subbriançonnais présente aussi une véritable identité paléogéographique. Replacé dans le contexte de l'évolution de la marge téthysienne, le secteur subbriançonnais des Hautes - Alpes paraît se relier à la fois au Briançonnais par l' émersion liasique et pendant le Dogger au domaine dauphinois, dont il constitue la bordure orientale, "pennique" , symétrique de celle de l'Ardèche. Le Subbriançonnais se relie au contraire franchement au Briançonnais de l'Oxfordien au Paléocène: ces deux domaines connaîtront une destinée commune jusqu'au Crétacé inférieur du fait de leur situation sur la pente de la marge continentale et jusqu'au Tertiaire par leur comportement vis - à- vis des efforts tectogéniques

Le Barremien et l'Aptien vocontiens sont représentés par une alternance de marnes et de calcaires fins à caractère pélagique. L'étude sédimentologique de ces calcaires bioclastiques, qui sont en fait des turbidites, la découverte de coulées boueuses sous-marines, la mise en évidence d'importants décapages mécaniques sur certains talus bordiers montrent que la fameuse "fosse" des anciens auteurs etait bel et bien à cette époque une cuvette relativement profonde. L'étude de la répartition des minéraux argileux indique en outre que la fraction terrigène des sédiments se répandait dans le bassin en empruntant le dispositif morphologique. Il apparait que les actuelles fractures étaient deja déterminantes dans la répartition de ces faciès anciens; autrement dit elles commandaient la morphologie du bassin de l'époque.