Les microorganismes jouent un rôle prépondérant dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques, où ils sont à la base de la minéralisation et du recyclage de la matière organique. Les" vrais " champignons, ou Eumycètes, font partie de ces microorganismes hétérotrophes qui permettent le renouvellement de la matière organique dans les écosystèmes. Pourtant, la diversité et l'importance quantitative et fonctionnelle des champignons restent très largement méconnues dans les milieux pélagiques. Récemment, l'utilisation de méthodes moléculaires pour étudier la diversité des picoeucaryotes (de taille < 5 μm) lacustres a mis en évidence l'importance des champignons microscopiques avec, notamment, la présence de chytridiomycètes (chytrides). Cette découverte, en conjonction avec le rôle important connu des Eumycètes dans d'autres écosystèmes naturels, nous a amené à poser l'hypothèse d'une diversité et d'un rôle fonctionnel importants des champignons dans les écosystèmes pélagiques. Ce travail vise à préciser la diversité globale, la structure génétique et l'importance quantitative des différentes divisions du règne des Eumycota dans les écosystèmes pélagiques lacustres, et à proposer des outils méthodologiques pour l'étude écologique de ces peuplements. La diversité phylogénétique et l'importance des champignons de taille comprise entre 0,6 et 150 μm ont été analysées dans trois milieux pélagiques différents. Une étude de clonage-séquençage de l'ADNr 18S et de l'ITS a été réalisée au printemps 2007 dans les lacs Pavin (oligomésotrophe), Aydat (eutrophe) et Vassivière (mésotrophe, humique). L'affiliation phylogénétique des séquences a permis, non seulement de confirmer la présence d'une importante diversité de chytridiomycètes parasites du phytoplancton, mais aussi de mettre en évidence la présence non négligeable d'ascomycètes et de basidiomycètes, potentiellement saprophytes. L'étude de la dynamique saisonnière de la structure des peuplements (par TRFLP) et de l'importance quantitative de différentes divisions (par PCR quantitative) de la communauté fongique ont permis de déceler des différences en fonction des saisons et de l'écosystème. Ces différences ont été reliées à la dynamique des peuplements phytoplanctoniques, avec une influence des apports allochtones, principalement dans le lac eutrophe d'Aydat. De plus, les séquences moléculaires générées au cours de ces dernières années ont permis l'élaboration d'amorces ciblant des clades de champignons microscopiques d'intérêt, pour une étude écologique de la dynamique des peuplements, par des approches PCR à temps réel et FISH (fluorescent in situ hybridization). Enfin, nous considérons que l'acquisition de données complémentaires permettra d'intégrer les champignons saprophytes et parasites dans les flux de matière et d'énergie qui transitent par les écosystèmes pélagiques et les cycles biogéochimiques associés.

Les microorganismes jouent un rôle prépondérant dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques, où ils sont à la base de la minéralisation et du recyclage de la matière organique. Les« vrais » champignons, ou Eumycètes, font partie de ces microorganismes hétérotrophes qui permettent le renouvellement de la matière organique dans les écosystèmes. Pourtant, la diversité et l’importance quantitative et fonctionnelle des champignons restent très largement méconnues dans les milieux pélagiques. Récemment, l’utilisation de méthodes moléculaires pour étudier la diversité des picoeucaryotes (de taille < 5 μm) lacustres a mis en évidence l’importance des champignons microscopiques avec, notamment, la présence de chytridiomycètes (chytrides). Cette découverte, en conjonction avec le rôle important connu des Eumycètes dans d’autres écosystèmes naturels, nous a amené à poser l’hypothèse d’une diversité et d’un rôle fonctionnel importants des champignons dans les écosystèmes pélagiques. Ce travail vise à préciser la diversité globale, la structure génétique et l’importance quantitative des différentes divisions du règne des Eumycota dans les écosystèmes pélagiques lacustres, et à proposer des outils méthodologiques pour l’étude écologique de ces peuplements. La diversité phylogénétique et l’importance des champignons de taille comprise entre 0,6 et 150 μm ont été analysées dans trois milieux pélagiques différents. Une étude de clonage-séquençage de l’ADNr 18S et de l’ITS a été réalisée au printemps 2007 dans les lacs Pavin (oligomésotrophe), Aydat (eutrophe) et Vassivière (mésotrophe, humique). L’affiliation phylogénétique des séquences a permis, non seulement de confirmer la présence d’une importante diversité de chytridiomycètes parasites du phytoplancton, mais aussi de mettre en évidence la présence non négligeable d’ascomycètes et de basidiomycètes, potentiellement saprophytes. L’étude de la dynamique saisonnière de la structure des peuplements (par TRFLP) et de l’importance quantitative de différentes divisions (par PCR quantitative) de la communauté fongique ont permis de déceler des différences en fonction des saisons et de l’écosystème. Ces différences ont été reliées à la dynamique des peuplements phytoplanctoniques, avec une influence des apports allochtones, principalement dans le lac eutrophe d’Aydat. De plus, les séquences moléculaires générées au cours de ces dernières années ont permis l’élaboration d’amorces ciblant des clades de champignons microscopiques d’intérêt, pour une étude écologique de la dynamique des peuplements, par des approches PCR à temps réel et FISH (fluorescent in situ hybridization). Enfin, nous considérons que l’acquisition de données complémentaires permettra d’intégrer les champignons saprophytes et parasites dans les flux de matière et d’énergie qui transitent par les écosystèmes pélagiques et les cycles biogéochimiques associés. / Microorganisms play major roles in aquatic ecosystems, primarily as the main actors for organic matter mineralization and recycling. “True” fungi (i.e. Eumycota) are among heterotrophic microorganisms that are highly efficient in recycling organic materials in natural ecosystems. However, the overall diversity of fungi and their quantitative and functional importance remain largely unknown in typical pelagic ecosystems. Environmental 18S rDNA surveys have recently highlighted the importance of microscopic fungi in the diversity of picoeukaryotes (size < 5 μm) in lake ecosystems, including particularly the members of chytridiomycetes (i.e. chytrids) as the dominant phyla. These studies and the known major roles of fungi in natural ecosystems such as soils have leaded us to venture the hypothesis that fungal diversity and functional roles are important structuring factors in pelagic ecosystems. The main aims of the thesis were to examine the overall diversity, genetic structure and quantitative importance of various phyla belonging to the Kingdom Fungi in freshwater pelagic ecosystems. Methodological tools were also developed for ecological investigations of fungal populations of interest. Phylogenetic diversity and quantitative importance of fungi (size classe: 0.6 and 150 μm) were analysed in three contrasting pelagic lakes. Environmental 18S and ITS rDNA surveys were performed during spring 2007 in the oligomesotrophic Lake Pavin, the eutrophic Lake Aydat, and the mesotrophic and humic Lake Vassivière, all located in the French Massif Central. Phylogenetic affiliation of sequences confirmed the presence and the substantial diversity of chytridiomycetes, known as parasites of primarily phytoplankton. We also have unveiled a sizeable number of sequences belonging to the fungal lineages of ascomycetes and basidiomycetes, mainly known as saprophytes. The seasonal dynamics of fungal community structure (essayed by TRFLP),and the quantitative importance of various taxonomic divisions (estimates by real time quantitative PCR or qPCR), revealed significant differences with seasons and with ecosystems. These differences were linked to phytoplankton composition and population successions, with at times the influence of allochthonous inputs, primarily for the eutrophic Lake Aydat. Finally, molecular sequences obtained during the few past years allowed the development of primers for targeting microscopic fungal lineages of interest, and the ecological study of their in situ dynamics using qPCR and FISH (fluorescent in situ hybridization) approaches. Overall, we consider that the acquisition of complementary data is necessary to allow the inclusion of fungi and their main functions (i.e. saprophytisms and parasitism) in the energy and matter fluxes in pelagics ecosystems, and the related biogeochemical cycling.

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.

Ce travail de thèse focalise sur le fonctionnement du réseau microbien de la lagune de Thau à travers une approche « Réseau » ayant permis l’étude simultanée de l’ensemble des groupes microbiens (21 groupes) des virus au microzooplancton. La croissance et la mortalité des micro-organismes ont été étudiées expérimentalement lors de plusieurs saisons puis d’une étude en mésocosme. Nous avons déterminé les proportions de mortalité dont sont responsables le microzooplancton et les virus au travers de la lyse virale. Un suivi in situ puis en mésocosme dans la lagune de Thau nous a permis d'observer la réponse des composantes du réseau microbien à un forçage typiquement Méditerranéen, la crue.Il apparait que les bactéries hétérotrophes ont les plus fortes croissances allant jusqu’à 2,18 jour-1. La croissance pour divers groupes pico- et nano-phytoplanctoniques était inférieure à 1,5 jour-1. La cause majeure de mortalité des différents groupes de micro-organismes étudiés est la prédation du microzooplancton (> 90% en moyenne), tandis que la lyse virale semble être un processus sporadique et nettement moins important. Le fait que les taux de prédation observés soient très proches des taux de croissance de différents micro-organismes suggère que le réseau microbien étudié présente une forte efficacité de transfert de la biomasse vers les niveaux trophiques supérieurs.Dans ce contexte, la crue provoque à court terme une diminution de la croissance microbienne et du broutage, alors qu’elle déclenche la lyse virale chez certains groupes. Cependant, la réactivité de ce réseau permet un rétablissement rapide indiquant une forte capacité de résilience de ce système. / The aims of this thesis work were to shed new lights on the functioning of the microbial food web (MFW) in the Thau coastal lagoon through a “global approach” that permit us to study simultaneously the entire MFW components (21 groups) from viruses to microzooplankton. Growth and mortality of microorganisms were studied experimentally along seasons and during a mesocosm experiment. We particularly focus on mortality due to microzooplankton (<200µm) grazing and viral lysis. Responses of the different components of the MFW under a typical Mediterranean forcing, flash flood, was also studied during an in situ monitoring and a mesocosm experiment in the Thau Lagoon.In conclusion, it appears that heterotrophic bacteria show the highest growth rates (until 2.18 day-1). Growth rates of pico- and nanophytolankton groups were always lower than 1.5 day-1. The major cause of mortality of the different group studied, reaching on average 90%, was due to the predation by the microzooplankton. Mortality due to viral lysis appeared to be a “sporadic processes”, less important than microzooplankton grazing indeed. In addition, the observed grazing rates or bacterivory were close to growth rates of microorganisms, suggesting an efficient trophic transfer of the microbial biomass towards higher trophic levels.River flash flood; an important forcing in the Mediterranean coastal zone; triggered on a short time scale, a decrease in growth and grazing rates of microorganisms whereas viral lysis was enhanced. However, the important dynamics of this studied MFW allowed the rapid reestablishment of growth and grazing rates, indicating a strong resilience capability of this system.