Dans l'océan, la respiration microbienne est considérée comme le principal processus représentatif de l’oxydation biologique de la matière organique. La production correspondante de CO2 métabolique a été estimée à environ 22 Pg C a-1. Cependant, les intensités respiratoires qui se déroulent in situ sont généralement trop faibles (de plusieurs ordres de grandeur) pour être accessibles aux méthodes de mesure directes actuellement disponibles. Certaines sondes fluorescentes, comme le DiOC6(3) (Molecular Probes, USA) se sont révélées être très sensibles à l’intensité de la différence de potentiel électrochimique du proton (?µH+), qui caractérise les membranes mitochondriales et plasmiques qui portent le système respiratoire chez les cellules eucaryotes et procaryotes. Chez les mitochondries, le ?µH+ présente une relation linéaire avec le flux d'oxygène. À notre connaissance, aucune relation de ce type n'avait été établie dans le cas de cellules entières marines (micro-organismes). Lors de travaux antérieurs, G. Grégori s’est intéressé à la vitesse de respiration à l’obscurité d’une culture monospécifique de la Chlorophyceae Dunaliella tertiolecta (Butcher) en utilisant un oxygraphe à haute résolution (Oroboros) et une coloration des cellules par le DiOC6(3). Une relation linéaire a été mise en évidence et standardisée, entre la vitesse d’absorption d'oxygène par D. tertiolecta et son intensité de fluorescence verte spécifique induite par le DiOC6(3), permettant ainsi la mesure par cytométrie de flux de la vitesse de respiration de D. tertiolecta. L'étape suivante consiste à étendre la méthode aux procaryotes hétérotrophes, principaux responsables de la minéralisation de la matière organique dans l'océan. Dans le présent travail sont présentés les résultats obtenus sur l’eubactérie Pseudomonas nautica 617, une souche qui a été isolée dans notre laboratoire par P. Bonin en 1987. / In the Ocean, microbial respiration is considered as the major process representative of the organic matter biological oxidation. The corresponding metabolic CO2 production was estimated to be about 22 Pg C y–1. However, the in situ respiration rate is generally too low (by several orders of magnitude) to be accessible to the available direct measurement methods. Some fluorescent probes, such as DiOC6(3) (Molecular Probes, USA) have been shown to be very sensitive to changes in the proton electrochemical potential difference (?µH+), characterising mitochondrial and plasmic membranes bearing the cell respiratory system in eukaryotic and prokaryotic cells. In mitochondria, ?µH+ is linked to the flux of oxygen uptake by a linear relationship. To our knowledge, no such relationship has been established in the case of whole marine cells. In a previous works, G. Grégori addressed the dark respiration rate of the Chlorophyceae Dunaliella tertiolecta (Butcher) in axenic culture, both directly by using a highly sensitive oxygraph (Oroboros) and by staining cells with DiOC6(3). A linear relationship was established and standardized between the oxygen uptake by D. tertiolecta and its green fluorescence induced by DiOC6(3), enabling the measure by flow cytometry of the respiration rate of D. tertiolecta. The next step is to extend the method to heterotrophic prokaryotes which are responsible for most of the mineralization of the organic matter in the ocean. In the present work are presented results obtained on the eubacteria Pseudomonas nautica 617, a strain that has been isolated in our laboratory by P. Bonin in 1987.

La mer Méditerranée en période stratifiée est une zone ultra-oligotrophe carencée en P. La production procaryotique hétérotrophe étant, comme la production primaire, souvent limitée par la biodisponibilité en phosphate (P), en Méditerranée, les flux d'assimilation de Pi et d'incorporation de leucine dans les protéines ont été particulièrement étudiés dans ce travail de thèse. Cette étude est focalisée sur la mesure des flux spécifiques d'assimilation des populations picoplanctoniques (Synechococcus = Syn, Prochlorococcus=Proc, picophytoeucaryotes=Pic, procaryotes hétérotrophes=Hprok) et sur les contribution à l'échelle cellulaire aux flux globaux, au travers de l'estimation de leurs aptitudes de compétition vis-vis de la limitation en Pi, en combinant le marquage radioactif et le tri cellulaire par caryométrie en flux. Les données ont été acquises dans le cadre de la campagne transméditerranéenne multiidisciplinaire BOUM (jui-juillet 2008). Toutes les populations étudiée participent significativement aux flux d'assimilation de Pi dans le compartiment microbien, lequel est dominé par les Hprok en surface et les cyanobactéries autour du maximum profond de chlorophylle et jusqu'au bas de la zone euphotique : Proc au large et Syn en zone moins ultraoligotrophe. Les caractéristiques cinétiques de ces mêmes populations ont montré qu'avec ses fortes valeurs de Vmax et de Kt+Sn, Syn est la plus capable des populations à répondre rapidement à des apports pulsés en Pi, tandis que Proc et Hprok présentent une forte affinité pour le Pi, i.e. de bonnes aptitudes de compétition aux plus faibles concentrations. La population des Proc aux flux d'incorporation total de leucin n'est pas négligeable (jusqu'à 30%). Compte tenu du caractère ubiquiste et du succès écologique (en abondance) des Proc dans les océans, il semble que la mixotrophie soir une stratégie suivie très adaptée aux environnement oligotrophes. La forte participation (jusqu'à 42 %) des Hprok à faible contenu en acides nucléiques (bactéries de type LNA) par rapport à celle de la communauté totale a été mise en évidence, en particulier dans les eaux de surface, et confirme la forte contribution de ce groupe cytométrique à la production procarytique hétérotrophe dans les systèmes oligotrophes. / The Mediterranean Sea is know as an oligotrophic P-depleted area, where reduced exogenous nutriment suplly to the euphotic zon push microorganisms into intense competition for nutritive resources. For instance, heterotrophic prokaryotic production may, like photosynthesis, be limited by the availability of phosphate (Pi). Thus, this study aimed at investigating Pi assimilation and leuvine incorporation into proteins among different picoplanktonic populations ; heterotrophic prokaryotes (Hprok), Synechococcus (Syn), Prochlorococcus (Proc) and picophytoplankton. More precisely, cell-specific Pi assimilation rates and cell-specific leucine incorporation rates were determined using flow cytometry coupled to cell storing. Data were acquired during the trans-Mediterranean cruise BOUM (June-July 2008). All microbial populations sorted significantly participated to Pi assimilation fluxes, which were dominated, in terms of contribution to the whole-sea water activity, by Hprok wihin surface layers and cyanobacteria in vicinity of the deep chlorophyl maximun (Proc in open sea and Syn at more coastal stations ) and below.Specific kinetic characteristics of Pi uptake showed Syn to be adapted to Pi pulses, owing to their heigher Vmax and k+Sn. At the opposite, Proc and Hprok were more adapted to lower concentrations due to a better affinity for Pi. Proc., detected at the vicinity of the deep chlorophyll maximum, participated actively to leucine incorporation rates of the bulk community (up to 30 %), confirming mixotrophic capacity as a survival strategy in oligotrophic environments. Hprok cells with low nucleic acid content (LNA cells) contributed up to 42% to the bulk leucine incorporation prokaryotic production in oligotrophic waters

Le cycle du carbone est régi principalement par les phénomènes de production et de reminéralisation de la matière organique le long de la colonne d'eau. Les acteurs principaux de cette reminéralisation sont les procaryotes hétérotrophes, dont les actions peuvent être mesurées sur l'ensemble de la colonne d'eau via la respiration procaryotique. Au cours de ce travail de thèse, un suivi à long terme et en temps réel des conditions hydrologiques et biogéochimiques (température potentielle, salinité et oxygène dissous, O2) a été mené entre 2008 et 2010 en Méditerranée Nord Occidentale, sur le site ANTARES. Ces observations ont permis de mettre en évidence les influences d'évènements ponctuels (convection hivernale d'eau profonde) par advection sur ces paramètres hydrologiques et biogéochimiques. Ces influences, directes ou indirectes, vont également avoir des incidences sur la concentration en matière organique et donc sur le potentiel reminéralisateur du milieu profond. Le suivi temporel de la concentration d'O2 a également permis de mettre en évidence une diminution de la concentration globale de 2.6 µmol O2 dm-3 a-1, sur une période de trois ans. Le développement au sein du laboratoire et en collaboration avec le Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) d'un nouvel outil en équipression, le IODA6000 (In situ Oxygen Dynamics Autosampler), mesurant directement et à haute fréquence la dynamique de l'O2 a permis d'obtenir des vitesses de respiration procaryotique à 2000 m de profondeur depuis décembre 2009 sur le site ANTARES. / The carbon cycle is mostly driven by production and remineralisation processes which are constraining organic matter concentration along the water column. The main actors of the remineralisation are the heterotrophic prokaryotes, which actions can be measured from surface to deep by the prokaryotic respiration. During this PhD thesis, a long term real time monitoring of hydrological and biogeochemical conditions (potential temperature, salinity and dissolved oxygen O2) has been carried out between 2008 and 2010 in the North Occidental Mediterranean Sea, at the ANTARES site. Influence of punctual events has been observed which seem to be related to winter deep sea convection and subsequent advection, changing hydrological and biogeochemical properties observed at the ANTARES site. These direct or indirect modifications will have consequences on the organic matter concentration and therefore on the deep-sea remineralisation potential. The temporal monitoring of O2 concentration has also allow us to estimate the deep water oxygen consumption of 2.6 µmol O2 dm-3 a-1, during a three year period. The development in our laboratory in collaboration with Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) of a new equipressured tool, the IODA6000 (In situ Oxygen Dynamics Autosampler), measuring directly and at high frequency the O2 concentration, allowed us to measure PR rates at 2000 m depth since December 2009 at the ANTARES site. This unique ongoing time series shows a mean prokaryotic respiration rates higher (0.2 µmol O2 dm-3 d-1) than expected by literature (5.5 10-3 µmol O2 dm-3 d-1), with a high temporal variability (from 8 10-3 to 0.5 µmol O2 dm-3 d-1).