Le remaniement sédimentaire, défini comme l’ensemble des mouvements de particules sédimentaires induits par les organismes benthiques, est l’une des deux composantes du phénomène de bioturbation. Il constitue un processus clé du fonctionnement des écosystèmes côtiers. Ce manuscrit présente une étude intégrée de ce depuis l’échelle de la simple particule sédimentaire jusqu’à celle de la communauté benthique in toto.Le développement d’une nouvelle approche expérimentale basée sur l’acquisition à haute fréquence et l’analyse de séries temporelles d’images de mouvements de luminophores le long de la paroi d’aquariums plats a permis de mesurer directement les mouvements élémentaires de particules de sédiment effectués par le bivalve A. alba. Cette approche a ainsi conduit à la première détermination expérimentale d’ « empreintes » du remaniement sédimentaire d’un invertébré marin, d’après le formalisme du modèle CTRW (Continuous Time Random Walk).Dans un second temps, le déploiement de cette nouvelle approche a permis d’évaluer, de manière dynamique (i.e. pendant des expériences de 48h) et sur l’ensemble de la partie de la colonne sédimentaire affectée par ce bivalve, le contrôle exercé par la température et par la disponibilité de matière organique fraîche sur les caractéristiques du processus de remaniement sédimentaire effectué par A. alba.Enfin, l’intensité du remaniement sédimentaire effectué par l’ensemble de la communauté benthique a été mesurée in-situ dans le Bassin d’Arcachon, à la fois dans un herbier à Zostera noltii et dans une zone de vase nue d’où celui-ci a disparu. Ceci a permis de déterminer les effets limitant de la présence d’herbier et de certaines espèces benthiques clés, sur le remaniement sédimentaire. / Sediment particle mixing, defined as the movements of sediment particles induced by benthic fauna, is one of the two components of bioturbation by benthic organisms. It is a key process of the ecological functioning in coastal areas. This manuscript presents an integrated study of sediment particle mixing process from the single sediment particle to the whole benthic community.The development of a new experimental approach, coupling high frequency acquisition of time series images of luminophores motions along thin aquaria glass walls, allowed for the direct measurement of elementary particle motions induced by the bivalve Abra alba. This constitutes the first experimental assessment of sediment particle mixing “fingerprints” in a marine invertebrate, according to the CTRW (Continuous Time Random Walk) model formulation.The deployment of this new approach also allowed for the determination of the control of water temperature and of fresh organic matter availability on sediment particle mixing induced by Abra alba. Moreover, the temporal (i.e., during 48h experiments) and spatial (i.e., over the whole section of the sediment column affected) dynamics of these effects were considered.At last, sediment particle mixing intensities induced by the whole benthic community were assessed in-situ in Arcachon Bay, within both a Zostera noltii meadow and a bare sediment mudflat where phanerogams were previously present. These results highlighted the restrictive effect of phanerogams themselves and of a restricted number of key benthic species, on sediment particle mixing.

Le remaniement sédimentaire, défini comme l'ensemble des mouvements de particules sédimentaires induits par les organismes benthiques, est l'une des deux composantes du phénomène de bioturbation. Il constitue un processus clé du fonctionnement des écosystèmes côtiers. Ce manuscrit présente une étude intégrée de ce depuis l'échelle de la simple particule sédimentaire jusqu'à celle de la communauté benthique in toto.Le développement d'une nouvelle approche expérimentale basée sur l'acquisition à haute fréquence et l'analyse de séries temporelles d'images de mouvements de luminophores le long de la paroi d'aquariums plats a permis de mesurer directement les mouvements élémentaires de particules de sédiment effectués par le bivalve A. alba. Cette approche a ainsi conduit à la première détermination expérimentale d' " empreintes " du remaniement sédimentaire d'un invertébré marin, d'après le formalisme du modèle CTRW (Continuous Time Random Walk).Dans un second temps, le déploiement de cette nouvelle approche a permis d'évaluer, de manière dynamique (i.e. pendant des expériences de 48h) et sur l'ensemble de la partie de la colonne sédimentaire affectée par ce bivalve, le contrôle exercé par la température et par la disponibilité de matière organique fraîche sur les caractéristiques du processus de remaniement sédimentaire effectué par A. alba.Enfin, l'intensité du remaniement sédimentaire effectué par l'ensemble de la communauté benthique a été mesurée in-situ dans le Bassin d'Arcachon, à la fois dans un herbier à Zostera noltii et dans une zone de vase nue d'où celui-ci a disparu. Ceci a permis de déterminer les effets limitant de la présence d'herbier et de certaines espèces benthiques clés, sur le remaniement sédimentaire.

Dans le bassin d’Arcachon, le crustacé thalassinidé Upogebia pusilla habite préférentiellement les vasières intertidales colonisées par les zostères naines (Zostera noltei) où il trouve la stabilité sédimentaire indispensable à l’établissement durable de son terrier. Du fait de la profondeur de ce dernier (> 30 cm) et de sa grande mobilité, cette espèce ingénieure a souvent été négligée dans les études antérieures ayant pour objectif de mieux comprendre le rôle des communautés macro-benthiques dans le fonctionnement des herbiers de phanérogames et les conséquences de leur régression rapide. Ce manuscrit présente une étude intégrée du rôle d’U. pusilla dans le fonctionnement de son écosystème en s’attachant particulièrement à caractériser et quantifier les relations entre (1) ses différentes activités (fouissage, ventilation, locomotion, …), (2) les modes de bioturbation qui en résultent et (3)leurs impacts respectifs sur la dynamique biogéochimique sédimentaire. Ce travail montre qu’U. pusilla engendre un remaniement et une bioirrigation intenses de la matrice sédimentaire qui l’entoure. Sa présence stimule ainsi fortement la reminéralisation de la matière organique sédimentée et les échanges de solutés à travers l’interface eau-sédiment.Bien que l’influence d’U. pusilla sur ces processus écologiques et biogéochimiques soit très dépendante des conditions environnementales (e.g., saisonnalité, prévalence parasitaire),l’ensemble de mes résultats suggère que le déclin progressif de ses populations, conséquence directe de la dégradation de son habitat, est susceptible de fortement altérer le fonctionnement global des écosystèmes du bassin d’Arcachon. / In Arcachon bay, the endobenthic thalassinid crustacean Upogebia pusilla is tightly associated with the intertidal dwarf grass Zostera noltei providing the sediment stability required for the construction of (semi-)permanent burrows. Because of the depth and complex architecture of their burrow (> 30 cm), this high mobile engineer species have been largely ignored in previous studies aiming at better understanding the role of macrobenthic communities in the functioning of seagrass ecosystems and the consequences of their rapid decline. This manuscript presents an integrated study regarding the role played by U. pusillain the functioning of its ecosystem, with particular emphasis on the characterisation and quantification of the relationships between (1) its different activities (burrowing, ventilating,walking…), (2) both bioturbation modes and rates and (3) their respective impacts on the sedimentary biogeochemical dynamics. This work shows that mud shrimp activity leads tohigh mixing and bioirrigation of the surrounding sediment matrix, thus strongly enhancing organic matter mineralisation processes and solute exchanges across the sediment-water interface. Although the influence of U. pusilla on ecological and biogeochemical processes largely depends on environmental conditions (e.g., seasonality and parasitism), altogether my results suggest that the gradual decline of its population in Arcachon bay, as a direct consequence of benthic habitat degradation, may greatly alter the overall functioning of this vulnerable marine ecosystem.

La compréhension des processus contrôlant le fonctionnement des mangroves est capitale au vu des services socio-économiques/écosystémiques rendus par ces écosystèmes et des menaces qu’ils subissent. En Guyane Française, les mangroves se développent rapidement en réponse aux contraintes sédimentaires récurrentes induites naturellement par les apports sédimentaires amazoniens. Cette thèse étudie la structure et la composition de trois classes de taille de communautés benthique (méso, macro, mégafaune), et les activités de bioturbation associées (remaniement sédimentaire biologique : RS, terriers) dans les jeunes stades de mangrove. 51 taxons de méso-macrofaune et 12 espèces de crabes (mégafaune) ont été identifiés. Bien que la biodiversité benthique soit spécifique à l'âge de la mangrove, des taxons tolèrent les modifications brusques du milieu, et cette persistance maintient des fonctions clés du remaniement sédimentaire tout au long du développement des mangroves. L’intensité du RS varie le long de ce gradient (21-146 g PS.m-2.cycle tidal-1). Si les crabes dominent le RS, cette thèse souligne la contribution effective de la méso-macrofaune aux transports particulaires. Les communautés benthiques montrent des capacités de bioturbation adaptées aux instabilités récurrentes du littoral. Les variations du RS au cours du temps pourraient indiquer l’état fonctionnel des mangroves. Cette étude conclut que l’hétérogénéité morpho-sédimentaire au sein des jeunes stades de mangroves influence la structuration spatiale des crabes, le remaniement sédimentaire qu’ils induisent, et la morphologie des terriers. Les microhabitats devraient être considérés lors de l'évaluation du rôle fonctionnel de la faune benthique des mangroves. / Understanding the processes that control mangroves functioning is essential regarding the socioeconomic/ecosystemic services these ecosystems provide and the increasing threats they suffer. In French Guiana, mangroves grow rapidly in response to natural sedimentary perturbations caused by sediment inputs from the Amazon River. This thesis characterizes the structure and the composition of benthic fauna communities (three size classes: meso-, macro- and megafauna) and the associated bioturbation activities (biological sediment reworking: SR, burrows) in mangrove early growth stages. 51 meso- macrofaunal taxa and 12 crab (megafauna) species were identified.Despite a mangrove age specific biodiversity, some taxa tolerate abrupt environmental changes, and such persistence maintains key sediment reworking functions along mangrove development.The SR intensity varies along this gradient from 21 to 146 g DW.m-2.tidal cycle-1. Burrower crabs dominate the SR but this thesis also outlines the non-negligible contribution of smaller-sized (meso- and macrofauna) organisms to particulate transport. Benthic communities’ bioturbation capacities are adapted to recurrent environmental instabilities. Changes of the biologicallyinduced SR may be used as a proxy of the functional status of mangrove ecosystems. This study concludes that morpho-sedimentary heterogeneity of early-growth mangrove stages influences crab spatial structuration, the crab-induced sediment reworking and burrow shapes. Thus, microhabitat specificities should be considered when evaluating the role of benthic fauna in mangroves ecosystem functioning.

Dans un contexte global d'augmentation de la population, les réserves en eau des nappes phréatiques sont de plus en plus sollicitées. Pour pallier à cette exploitation, des systèmes d’infiltration artificiels ont été mis en place pour recharger les nappes avec de l’eau de surface. Néanmoins, ces systèmes subissent des pertes d’efficacité liées au colmatage du support d’infiltration par des processus physiques, chimiques ou biologiques. Face à ce phénomène, le travail de thèse a pour but de tester la faisabilité d’une technique d’ingénierie écologique par introduction d’un gastéropode, V. viviparus, pour limiter le colmatage de l’interface eau/sédiment de bassins d’infiltration utilisés pour recharger artificiellement l’aquifère sous-jacent au Rhône. Par des approches expérimentales, deux volets ont été abordés, (1) la dynamique des interactions biofilm/brouteur et les conséquences sur l’état physiologique du gastéropode et (2) la dynamique des interactions biofilm/gastéropode et les conséquences sur les propriétés hydrauliques et écologiques de l’interface eau/sédiment. Les résultats ont mis en évidence que (1) V. viviparus pouvait se maintenir dans les bassins d’infiltration aux différentes saisons, (2) V. viviparus pouvait limiter le colmatage biologique de l’interface eau/sédiment soit par ses actions trophiques (broutage), soit par des actions physiques (déplacement, pelletisation) et (3) V. viviparus n’a pas eu d’effet positif sur l’infiltration lorsque le colmatage était chimique. Pour conclure, V. viviparus apparait comme un bon candidat pour des solutions d’ingénierie écologique visant à restaurer des interfaces eau/sédiment, colmatées par un biofilm phototrophe. Ce travail ouvre des perspectives sur l’utilisation de solutions basées sur la nature à plus large échelle spatiale (e.g. pilote) et à des milieux naturels comme les zones humides / With the global increase of the population, groundwater reserves are increasingly exploited. To circumvent this problem, managed aquifer recharge systems using surface water are used worldwide. Nevertheless, the hydraulic performance of these systems is often altered by physical, chemical or biological clogging. This work aim to test the sustainability of ecological engineering solution based on the introduction of the gastropod, V. viviparus, to attenuate the clogging of the water/sediment interface of infiltration basins use for the recharge of the Rhône river aquifer. Two sections have been addressed with experimental approaches, (1) dynamic of biofilm/grazer interaction and its consequences on the physiological state of the gastropod and (2) dynamic of biofilm/grazer interaction and its consequences on the hydraulic and ecological properties of the water/sediment interface. Results show that (1) V. viviparus is able to survive in the infiltration basins at contrasted seasons, (2) V. viviparus can attenuate the biological clogging of the water/sediment interface, ether by trophic interaction (grazing) or physical actions (crawling activity, pelletization), and (3) V. viviparus has no positive effect on infiltration in case of chemical clogging. To conclude, V. viviparus appears to be a good candidate for ecological engineering solutions aiming to preserve and restore water/sediment interface impacted by biological clogging. This work provides useful information for the study of natured based solutions at larger scale (experimental pilot) and in natural ecosystems as wetlands

Les zones de dépôts des ruisseaux de tête de bassin abritent des communautés macrobenthiques diversifiées. Les caractéristiques physiques de ces habitats permettent l'établissement d'un réseau trophique complexe. De fortes variations saisonnières de ces communautés ont été observées dans les ruisseaux de la Montagne Noire. Le fonctionnement écologique de ces habitats a été étudié via la décomposition des litières et la bioturbation. L'intensité de ces deux processus est régulée par les assemblages d'invertébrés spécialisés : les déchiqueteurs et les remanieurs. Une méthode de quantification du remaniement sédimentaire de surface a été développée permettant l'étude de ce processus dans les ruisseaux. Il existe de fortes différences interspécifiques dans la capacité et le mode de bioturbation chez les remanieurs des ruisseaux. Ce travail contribue à améliorer les connaissances relatives au contrôle biotique sur le fonctionnement écologiques des ruisseaux.