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La zona de deslizamiento es un área en el cual se genera un importante intercambio de nutrientes entre la playa y el mar, funcionando como una zona de transición entre ambos ambientes. Esta característica la transforma en un ambiente con cualidades únicas en la trama trófica de los ecosistemas costeros marinos debido a su alta productividad. La presente tesis se divide en dos secciones. La primera sección consiste en el estudio de la estructura y dinámica del zooplancton en condiciones de buen tiempo y su relación con las variables ambientales (fisicoquímicas y meteorológicas). Luego de identificar la abundancia y características generales del zooplancton en diferentes condiciones de buen tiempo, la segunda sección de la tesis se focaliza en el estudio del efecto de las tormentas y fuertes vientos sobre el zooplancton de la zona de deslizamiento, analizando la variabilidad de la comunidad zooplanctónica luego del pasaje de distintos sistemas atmosféricos. La playa de Pehuen Co se localiza al sudoeste de la provincia de Buenos Aires y se caracteriza por ser una playa intermedia-disipativa- dominada por arena fina y numerosos afloramientos rocosos. Entre diciembre de 2016 y julio de 2019 se realizaron muestreos de zooplancton, mediciones in situ de variables fisicoquímicas (temperatura, salinidad, altura de ola, velocidad de la corriente litoral) y se tomaron muestras de agua para la posterior determinación de la concentración del material particulado en suspensión, materia orgánica y clorofila-a. Todos estos muestreos se realizaron mensualmente y en condiciones de buen tiempo. Además, se obtuvo información de variables meteorológicas (temperatura del aire, precipitación, velocidad y dirección del viento) de una estación localizada en la costa. Con los datos obtenidos se realizó el análisis del clima de la región y se analizó la estructura y dinámica temporal del zooplancton en la zona de deslizamiento de Pehuen Co y su relación con las principales variables ambientales. Del análisis de las variables ambientales (fisicoquímicas y meteorológicas) en condiciones de buen tiempo, se observó un aumento de la temperatura media anual junto con un incremento en las precipitaciones en comparación con estudios anteriores, evidenciando una notable variabilidad climática. El zooplancton de la zona de deslizamiento en condiciones de buen tiempo presentó una fuerte estacionalidad, principalmente explicada por cambios en la temperatura del agua, siendo los copépodos Acartia tosa y Paracalanus parvus los taxa dominantes durante el período de muestreo. Ambos copépodos estuvieron presentes todo el año, sin embargo, A. tonsa estuvo dominó ampliamente en el mes de marzo y P. parvus en julio-agosto. Se registraron también copépodos típicos de aguas de plataforma interior tales como Ctenocalanus vanus, Calanoides carinatus, Labidocera fluviatilis y Euterpina acutifrons especialmente en agosto de 2018. Se registraron también abundancias altas del sergéstido Peisos petrunkevitchi en el mes de septiembre de 2017 y del misidáceo Arthromysis magellanica en agosto y octubre de 2017. Se observó una relación directa entre la abundancia del zooplancton y las características hidrodinámicas de la zona de deslizamiento (velocidad de la corriente litoral y altura de la ola), observándose las abundancias más bajas durante los días de muestreo con mayores velocidades de corriente litoral y mayor altura de ola. Esto sugirió que las características hidrodinámicas del área juegan un rol fundamental que controla los cambios a escala local y a corto plazo de las abundancias de los organismos. Durante el mismo período de estudio (diciembre 2016 - julio 2019) se realizaron muestreos de zooplancton, variables fisicoquímicas y meteorológicas durante el pasaje de 17 sistemas atmosféricos dentro de los cuales se incluyeron eventos de tormenta y fuertes vientos. Los muestreos se realizaron antes y después de los eventos. En trece de estos eventos de tormenta se incluyeron además mediciones en alta frecuencia de altura de ola y nivel de agua suministrados por un sensor EMAC localizado en aguas de la zona de deslizamiento. Debido a que los vientos más fuertes en el área de estudio son los causados por el pasaje de centros ciclónicos con dirección de viento provenientes del sector S, SE, SW y W, particularmente estos episodios fueron los considerados para el estudio. Por lo tanto, se tuvieron en cuenta los eventos de tormentas y fuertes vientos a velocidades del viento superiores a 17 m s-1 provenientes del sector S, SE, SW y W. Los eventos de viento se agruparon en cuatro tipos de acuerdo a su dirección predominante del viento y su duración en horas: eventos de corta duración del SE-SW y W (≤ 6 h) y eventos de larga duración del SE-SW y W (> 6 h). Los resultados más relevantes se observaron sobre la abundancia del zooplancton. Sin embargo, también se evidenciaron cambios en la composición de la comunidad zooplanctónica luego del pasaje de los episodios de viento. Los eventos de corta duración se asociaron con un aumento en la abundancia del zooplancton, siendo A. tonsa y P. parvus las especies dominantes. Dentro de los eventos de corta duración, los de viento predominante del W se asociaron con la presencia de copépodos típicos de la plataforma continental interior (C. vanus, C. carinatus, E. acutifrons y L. fluviatilis), mientras que en los eventos de viento de corta duración del SE-SW se observó un mayor número de taxa pertenecientes al plancton adventicio en comparación con los casos de viento del W. En cuanto a los casos de larga duración, estos se asociaron con una disminución significativa en la abundancia, siendo A. tonsa y P. parvus los copépodos dominantes. Dentro de este grupo, los casos de viento del SE-SW se asociaron con un aumento de taxa correspondientes al plancton adventicio. En conclusión, se evidenció una fuerte la interacción físico-biológica en la zona de deslizamiento de la playa de Pehuen Co. Cambios en las variables atmosféricas producto del pasaje de eventos de tormenta y fuertes vientos provocan alteraciones en la circulación del agua, generando un aumento en las velocidades de las corrientes litorales, mayor atura de ola, influenciando significativamente en la dinámica de la comunidad zooplanctónica generando cambios en la composición y en la abundancia. Esto caracteriza al área de estudio como un ambiente sumamente dinámico e inestable en un corto plazo de tiempo / The surf zone represents a transition area between the beach and the open sea, playing an important role in transporting materials and exchanging nutrients with these adjacent environments. This characterizes it in a unique area in the trophic web of coastal marine ecosystems due to its high productivity. This thesis presents two sections. The first section focuses on the study of the structure and dynamics of a zooplankton community in good weather conditions and its relationship with environmental variables (physicochemical and meteorological) on the zooplankton composition and abundance. After identifying the abundance and general characteristics of zooplankton in different good weather conditions, the second section concentrates on the effect of storm and wind events in the surf zone zooplankton, focusing on the zooplankton variability after a passage of different atmospheric systems. Pehuen Co beach is located on the southwest coast of Buenos Aires Province. It is an intermediate-dissipative sandy beach, dominated by fine sand and the presence of rock outcrops. Monthly sampling was performed between December 2016 and July 2019. Qualitative and quantitative measurements were taken for the surf zone zooplankton, physicochemical variables (water temperature, salinity, wave height, the velocity of the littoral current), and water samples for determination of a suspended particulate matter, particulate organic matter, and Chlorophyll-a. All these samplings were carried out monthly and in good weather conditions. Furthermore, meteorological variables (air temperature, precipitations, wind velocity, and direction) were obtained from the EMAC station located on the coast. In the first place, a climate characterization was carried out for Pehuen Co. Then, the temporal dynamic of the zooplankton community and their environmental regulation was analyzed. Compared to than reported in previous studies, the environmental variables show an increase in annual air temperature as well as an increment in annual precipitation. This evidence an important climatic variability. The surf zone zooplankton showed a strong seasonality, mainly affected by changes in water temperature. Two species were dominant throughout the sampling period: Acartia tonsa and Paracalanus parvus. The copepod A. tonsa was present in all the samples, dominated in March, while P. parvus was observed in almost all the samples, dominated in July-August. Also, copepods of the inner shelf zones such as Ctenocalanus vanus, Calanoides carinatus, Labidocera fluviatilis, and Euterpina acutifrons were recorded in August-2018. Despite the dominance of Copepoda in surf waters, were observed a change in this typical structure from August to October-2017, when Peisos petrunkevitchi and Arthromysis magellanica, respectively, dominated the surf waters. Variation in significant wave height and velocity of littoral current affected zooplankton abundances in surf waters. Low zooplankton abundances were associated with sampling days with high speeds and waves, suggesting that the surf zone hydrodynamics may be a fundamental mechanism that controls the short-term local-scale changes in zooplankton abundances. During the same study period (December 2016 - July 2019) a total of 17 storm and wind events were sampled before and after the events. In all cases, zooplanktonic, physicochemical, and meteorological (high-frequency data of wind velocity and direction) samplings were carried out in the area. For 13 storm events only, high-frequency environmental data (wave height and water level) were obtained at the EMAC surf zone station. Considering that the strongest winds in the study area are those caused by the passage of atmospheric systems with wind direction coming from the S, SE, SW, and W sectors, particularly these episodes were used in the present study. The events were grouped into four types as regards wind direction and duration in hours: SE-SW/W short-duration events (≤ 6 h) and SE-SW/W long-duration events (> 6 h). The most relevant results were observed on the abundance of zooplankton. However, changes in the composition of the zooplankton community were also evidenced after the passage of strong winds episodes. Short-duration events were associated with an increase in zooplankton abundances, being A. tonsa and P. parvus the dominant species. Within short-duration events, W wind-events were associated with the presence of the inner continental shelf copepods (C. vanus, C. carinatus, E. acutifrons y L. fluviatilis), whereas in the samples of winds from the SE-SW sector, a greater number of adventitious taxa in comparison with the W events were recorded. Regarding long duration cases, they were associated with a significant decrease in zooplankton abundances, being A. tonsa and P. parvus the dominant taxa. Within this group, SE-SW wind-events were associated with the presence of adventitious fraction taxa. In conclusion, a strong physical biological interaction was evidenced in the surf zone of Pehuen Co beach. Changes in atmospheric variables as a result of the passage of storm events and strong winds cause alterations in the water circulation, generating an increase in the speed of the littoral current, wave height, influencing the zooplankton composition and abundance. The zooplankton community showed changes in response to physical variations such as wind, waves, currents, and turbulence, evidence that the surf zone is a highly dynamic and unstable environment on a short-term time scale

Los ambientes costeros son áreas con una significativa actividad biogeoquímica, con procesos dinámicos y complejos que dan como resultados ecosistemas altamente productivos. Particularmente los estuarios, son zonas de transición entre la tierra y los océanos y son los responsables del transporte de sustancias, como los metales pesados. Los organismos planctónicos son constituyentes esenciales de estos ecosistemas, ya que son los responsables de la mayor parte de la producción primaria y secundaria. Estos organismos junto con el material particulado en suspensión (MPS) cumplen roles fundamentales en la dinámica de metales pesados puesto que poseen una gran capacidad de retener y transferir estos elementos potencialmente tóxicos no sólo a nivel espacial, sino también a través de las tramas tróficas. En el presente estudio se analizó la distribución temporal y espacial de algunos metales pesados, así como también la influencia del Estuario de Bahía Blanca (EBB) en el transporte de estos elementos hacia la plataforma media. Para esto, se determinaron las concentraciones de Cd, Cu, Pb, Zn, Mn, Ni, Cr y Fe en el MPS, en el microplancton y en el mesozooplancton durante tres períodos, comprendidos entre los años 2012 y 2015, y en cinco sitios ubicados a lo largo del Canal Principal del EBB, uno en la zona más interna, tres próximos a las zonas de descargas de desechos cloacales e industriales y uno próximo a la boca del estuario. Además se evaluó la transferencia trófica de estos metales calculando el Factor de Biomagnificación entre las distintas fracciones. A partir de los resultados obtenidos fue posible concluir que: 1) el EBB está exportando, al menos gradualmente, cantidades significativas de metales pesados hacia la plataforma media; 2) en este ambiente dichos metales están disponibles para los organismos vivos independientemente de la época del año; 3) el Cd, el Cu, el Pb, el Zn y el Ni se están biomagnificando, pudiendo ser transferidos a niveles tróficos superiores; 4) con los desechos cloacales se vierten grandes cantidades de metales pesados al estuario, constituyendo una fuente continua o cuasi continua de contaminantes. / Coastal environments are areas of significant biogeochemistry activity, with dynamic and complex processes resulting in highly productive ecosystems. Particularly the estuaries are transition zones between the land and the oceans and are responsible for the transport of substances, such as heavy metals. Planktonic organisms are essential constituents of these ecosystems, since they are responsible for most of the primary and secondary production. These organisms together with the suspended particulate matter (SPM) play fundamental roles in the heavy metal dynamics because they have a great capacity to retain and transfer these potentially toxic elements not only at the spatial level, but also through the trophic webs. In the present study, the temporal and spatial distribution of some heavy metals was analysed, as well as the influence of Bahía Blanca Estuary (BBE) on the transport of these elements to the midshelf. Thus, the concentrations of Cd, Cu, Pb, Zn, Mn, Ni, Cr and Fe were determined in the SPM, in the microplankton and in the mesozooplankton during three periods, comprised between 2012 and 2015, and in five sites located along the Principal Channel of the EBB: one in the inner zone, three close to the sewage and industrial waste discharge areas, and one close to the mouth of the estuary. In addition, the trophic transfer of these metals was evaluated by calculating the Biomagnification Factor between the different fractions. From the results it was possible to conclude that: 1) the EBB is exporting, at least gradually, significant amounts of heavy metals to the midshelf; 2) in this environment all metals are available for living organisms during all the year; 3) Cd, Cu, Pb, Zn and Ni are being biomagnified, and they could be transferred to higher trophic levels; 4) large amounts of heavy metals are released with the sewage discharge, constituting a continuous or quasi-continuous source of pollutants.

Los organismos zooplanctónicos constituyen un eslabón importante en las redes tróficas de los cuerpos de agua, lo cual los convierte en indicadores útiles al evalúar el estado ecológico de un ambiente. En la presente tesis se estudió la estructura y dinámica del zooplancton de la laguna La Salada en relación a las variables físico-químicas, climáticas y al manejo antrópico. La Salada es una laguna salina somera, ubicada al SW de la provincia de Buenos Aires. Se caracteriza por presentar un importante manejo antrópico, recibiendo agua desde canales de riego derivados del Río Colorado. Se encuentra localizada en una región templada, semiárida y de fuertes vientos. Durante octubre 2012 y septiembre 2015, se realizaron mediciones cualitativas y cuantitativas del zooplancton y de las variables físico-químicas del agua a escala mensual en la laguna. A su vez se instaló una boya multiparamétrica a fin de medir variables limnológicas y meteorológicas en alta frecuencia. Se realizó una caracterización ambiental de la laguna y se estudió la variabilidad climática a partir del análisis de 50 años de registros meteorológicos diarios. La tendencia histórica muestra un aumento en 0,7 ºC de la temperatura del aire desde el año 1966 hasta el año 2015. A partir del análisis de las precipitaciones se clasificó al año 2012 como un período de lluvia normal, el año 2013 como un período muy seco, y los años 2014 y 2015 como años húmedos. Evidentemente la zona presenta una variabilidad climática importante. Del estudio de las variables limnológicas se determinó que se trata de una laguna mesosalina (30,4 g L-1) y alcalina (8,2), caracterizada por una transparencia elevada durante todo el período de estudio (166 cm). Su estado trófico se define como mesotrófico-eutrófico, con baja concentración de clorofila a en comparación con otras lagunas pampeanas (8,5 μg L-1), pero similares a otras lagunas salinas de la región y el mundo. La salinidad disminuyó y la concentración de nutrientes aumentó significativamente con el ingreso de agua aportada por los canales derivados del Río Colorado. La variación estacional de la temperatura desempeñó un rol importante, modulando las variaciones en la concentración de clorofila a. A partir de las mediciones de alta frecuencia se detectaron procesos importantes de interacción agua-atmósfera a escalas diurna, semidiurna y horaria. Dichas variaciones observadas en la temperatura del aire, humedad relativa, velocidad del viento, concentración de oxígeno disuelto y temperatura del agua, se asociaron con eventos de brisa local generados por las diferencias de temperatura y presión entre la laguna y el continente. Por otro lado, las mediciones de alta frecuencia de la concentración de oxígeno sugirieron que La Salada es un ecosistema con metabolismo autotrófico. Los valores de metabolismo fluctuaron dentro de los esperados para una laguna salina, siendo más productiva que otras lagunas templadas. La temperatura y las fluctuaciones en la conductividad juegan un importante rol en las características físico-químicas y biológicas del sistema. A su vez, la variación anual e interanual del nivel del agua es un factor crucial en el desarrollo de los procesos ecológicos en la laguna. El zooplancton de la laguna La Salada se caracterizó por presentar una diversidad baja, compuesto por especies halófilas y de pequeño porte, con una dominancia de rotíferos durante todo el período de estudio. El zooplancton estuvo dominado por B. plicatilis, seguido por otro rotífero de menor tamaño, S. kitina. El copépodo ciclopoideo Apocyclops sp. se halló principalmente en verano. La dominancia de los rotíferos y el hecho de que las abundancias de los copépodos (mayormente ciclopoideos) fueran bajas, es característico de ambientes eutróficos sujetos a una gran fuerza de predación por peces omnívoros (Odonthesthes sp). Los copépodos calanoideos estuvieron representados por B. poopoensis, una especie típica de lagunas salinas. Por otro lado, el hecho de que las especies predominantes son de pequeño porte y que los copépodos se encuentran representados por estadíos nauplii y juveniles en su mayoría, puede ser el resultado de la alta variabilidad ambiental, con un corto tiempo de retención e importantes fluctuaciones en las condiciones físico-químicas en respuesta a cambios en el nivel del agua debido al manejo antrópico. Las abundancias y biomasas del zooplancton mostraron respuestas interanuales distintas en relación a las principales variables físico-químicas. La dinámica de la abundancia zooplanctónica estuvo regulada por los cambios estacionales de temperatura. La biomasa zooplanctónica estuvo regulada por la el efecto de la entrada de agua y los aumentos consecutivos de las concentraciones de nutrientes y disminución de la conductividad/salinidad asociadas al manejo antrópico y por la temperatura. En conclusión, la presencia de peces zooplanctívoros en conjunto con los cambios en la concentración de nutrientes y salinidad, moldearon la comunidad zooplanctónica de la laguna La Salada hacia una de baja diversidad, conformada por especies halotolerantes y de pequeño porte. Esta presentó cambios característicos en la composición y biomasa en respuesta al manejo antrópico de la laguna. La variación anual e interanual del nivel del agua generada por la acción antrópica resultó ser un factor crucial en el desarrollo de los procesos ecológicos en La Salada. / Zooplankton organisms constitute an important link in the trophic networks of water bodies and are useful indicators of the overall ecological state of an environment. In the present thesis, the structure and dynamics of the zooplankton of La Salada lake were studied in relation to physicochemical and climatic variables subjected to anthropic management. La Salada is a saline shallow lake, located in the SW of the province of Buenos Aires. It is characterized by presenting an important anthropic management system, receiving water from irrigation channels derived from the Colorado River. It is located in a template, semiarid and windy region. From October 2012 to September 2015, the lake was surveyed with monthly frequency for qualitative and quantitative measurements of zooplankton and physicochemical variables. Also, a multi-parameter buoy was installed to collect high frequency limnological and meteorological data. The lake was characterized through limnological data and climate variability was assessed through daily meteorological records recorded during 50 years. The historical trend shows an increase in air temperature of 0.7 °C from 1966 to 2015. From the analysis of precipitation records, 2012 was classified as a normal precipitation period, 2013 as a very dry period, whereas the period 2014 and 2015 was considered wet. Clearly, the area is subject to an important climatic variability. Limnological variables measured in the lake indicated mesosaline (30.4 g L-1) and alkaline (8.2) conditions, with high transparency (166 cm) during the entire study period. The trophic state of the lake was defined as mesotrophic-eutrophic, with lower concentrations of chlorophyll a (8.5 μg L-1) compared to other Pampean lakes, but nevertheless similar to saline lakes of the same region and of the world. Salinity decreased and nutrients concentrations increased significantly due to the water inflow from channels derived from the Colorado River. Temperature seasonal variations played an important role modulating the chlorophyll a concentration. The analysis of high frequency measurements of several air and water parameters showed up the interaction water-atmosphere at short time scales, diurnal, semidiurnal and hourly. Variations in air temperature, relative humidity, wind speed, dissolved oxygen concentration and water temperature were associated with local breeze events generated by differences in temperature and pressure between the lake and the continent. On the other hand, the analysis of high frequency oxygen concentration measurements showed up a predominant autotrophic metabolism in La Salada. Metabolism values were within those expected for saline lakes, being more productive than other temperate lakes. Fluctuations in temperature and conductivity play an important role in the physicochemical and biological characteristics of the system. In turn, the annual and inter-annual variation of the water level is a crucial factor in the development of the ecological processes in the lake. The zooplankton of La Salada was characterized by a low diversity, represented by small size, halophiles species, with rotifers dominating the entire study period. The zooplankton was dominated by B. plicatilis, followed by another small rotifer, S. kitina. The cyclopoid copepod Apocyclops sp. occurred mainly in summer. The dominance of the rotifers and the fact that the abundances of the copepods were low, being represented mainly by cyclopoids, is characteristic of eutrophic systems under predation pressure by omnivorous fish (Odonthesthes sp.). Calanoids were represented by B. poopoensis, a typical species of saline lakes. On the other hand, the small size species and that the copepods were mainly represented by nauplii and juvenile stages may be the result of an adaptive process to high environmental fluctuation, such as the short retention time and the important fluctuations in physicochemical conditions in response to changes in the water level due to anthropic management. The abundances and biomasses of zooplankton showed different responses to the main physicochemical variables between years. The dynamics of zooplankton abundance was regulated by seasonal changes in temperature. Zooplankton biomass was regulated by the effect of water inflow and the subsequent increase of nutrient concentrations and decrease in conductivity/salinity associated with anthropogenic management and temperature fluctuations. In conclusion, the presence of zooplanctivorous fish together with the changes in the concentration of nutrients and salinity, shaped the zooplankton community of La Salada lake towards one of low diversity, constituted by small and halotolerant species. Changes in zooplankton composition and biomass in response to anthropic management of the lake were also recorded. The annual and inter-annual variation of the water level due to anthropic management proved to be a crucial factor in the development of the ecological processes in La Salada lake.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les copépodes dominent la biomasse du mésozooplancton des régions arctiques et subarctiques, où lumière, glace et production primaire varient fortement selon les saisons. En transformant le carbone fixé par les microalgues en réserves lipidiques pour survivre l'hiver, les Calanus spp. constituent une source d'énergie cruciale pour les poissons, oiseaux et mammifères marins. Historiquement, les copépodes sont étudiés par un comptage taxonomique après un échantillonnage par filets. Cette thèse propose un autre paradigme en combinant l'utilisation d'outils d'imagerie plus récents et une approche dite « par traits fonctionnels ». Les traits fonctionnels sont des propriétés mesurables à l'échelle individuelle et influençant le succès écologique des organismes (i.e. taille, régime trophique, migration verticale). Ils sont partagés par plusieurs espèces et peuvent être reliés à des fonctionnalités des écosystèmes comme l'export de carbone ou l'énergie disponible pour les réseaux trophiques par exemple. Comme une majorité des traits possèdent une signature morphologique, nous les avons définis sur deux types d'images individuelles du plancton, complémentaires et couramment utilisées : des images in situ de l'Underwater Vision Profiler (UVP) et des images en couleur prises lors d'observations au stéréomicroscope. L'objectif de cette thèse est de comprendre comment les traits fonctionnels des copépodes, identifiés sur des images, peuvent être reliés aux dynamiques environnementales et au fonctionnement des écosystèmes arctiques et subarctiques. Dans le Chapitre 1, nous analysons des images in situ prises par l'UVP au moment de la fonte printanière de la banquise dans l'arctique canadien. Des variables morphologiques sont utilisées pour projeter les images dans un espace statistique, et les axes synthétisent les variations morphologiques en trois traits continus : la taille, l'opacité (qui nous renseigne sur les structures pigmentées), et la complexité du contour (indiquant probablement un taux d'activité par la visibilité des appendices). Cette analyse exploratoire a révélé des traits nouveaux, dont les variations étaient fortement corrélées à la fonte de la banquise et à l'efflorescence des algues. Plusieurs arguments indiquent que les maxima d'opacité des individus peuvent être attribués à la présence d'astaxanthine, un pigment caroténoïde rouge. Dans le Chapitre 2, une revue de la littérature a mis en évidence les conditions écologiques propices à la coloration des copépodes pour divers écosystèmes aquatiques à l'échelle globale. Nous démontrons que la pigmentation rouge peut participer au succès des individus (croissance, survie, reproduction) grâce aux propriétés antioxydantes de l'astaxanthine. Comme la pigmentation semble ajustable à de courtes échelles temporelles et avantageuse dans diverses conditions environnementales (lumière intense, basses températures et couvert de glace, ou grandes profondeurs), nous pensons qu'elle peut être considéré comme un de "couteau-suisse" de protection métabolique. Dans le Chapitre 3, une méthode de déconvolution de la couleur de l'astaxanthine a été utilisée pour produire un indice de rougeur sur des images de copépodes arctiques observés au stéréomicroscope. L'indice a été validé par comparaison avec une quantification chimique des pigments, et peut être utilisé pour des images prises dans diverses conditions grâce à une étape préalable de calibration des canaux de couleur. Cette thèse montre qu'il est possible d'extraire un maximum d'information à partir d'une image de plancton pour dégager des tendances écologiques sur de grands jeux de données, tout en gardant accès à la variabilité interindividuelle. Utiliser les traits définis ici (taille, pression de broutage, taux d'antioxydants), en combinaison avec d'autres outils, pourrait participer à la compréhension du fonctionnement des réseaux trophiques. / Copepods dominate the mesozooplankton biomass of arctic and sub-arctic regions, where light, ice and primary production are highly variable according to the season. By converting carbon fixed by microalgae into lipid reserves for winter survival, Calanus spp. are a crucial source of energy for fish, birds and marine mammals. Historically, copepods have been studied by taxonomic counting after net sampling. This thesis proposes an alternative paradigm by combining the use of more recent imaging tools and functional trait-based approach. Functional traits are properties that are measurable at the individual scale and influence the ecological success of organisms (i.e. size, trophic regime, vertical migration). They are shared by several species and can be related to ecosystem functionalities such as carbon export or energy available for food webs for example. As a majority of them have a morphological signature, we defined them on two types of individual plankton images, complementary and commonly used: in situ images from the Underwater Vision Profiler (UVP) and color images taken during stereomicroscope observations. The objective of this thesis is to understand how functional traits of copepods, identified in images, can be related to environmental dynamics and functioning of arctic and sub-arctic ecosystems. In Chapter 1, we analyze in situ images taken by the UVP at the time of spring melt in the Canadian arctic. Morphological variables are used to project the images into a statistical space, and the axes synthesize morphological variation into three continuous features: size, opacity (which tells us about pigmented structures), and complexity of contour (likely indicating feeding activity through appendage visibility). This exploratory analysis revealed novel traits, having variations strongly correlated with sea ice melt and algal blooms phenology. Several arguments indicate that opacity maxima in individuals can be attributed to the presence of astaxanthin, a red carotenoid pigment. In Chapter 2, a review of the literature highlighted the ecological conditions conducive to copepod coloration for various aquatic ecosystems on a global scale. We demonstrate that red pigmentation can participate in the success of individuals (growth, survival, reproduction) through the antioxidant properties of astaxanthin. Since pigmentation appears to be adjustable on short time scales and advantageous under various environmental conditions (intense light, low temperatures and ice cover, or great depths), we believe it can be considered as a "swiss army knife" of metabolic protection. In Chapter 3, an astaxanthin color deconvolution method was used to produce a redness index on stereomicroscope images of arctic copepods. The index was validated by comparison with a chemical quantification of the pigments, and can be used for images taken under various conditions thanks to a prior calibration step of the color channels. This thesis shows that it is possible to extract a maximum amount of information from a plankton image to identify ecological trends on large datasets, while keeping access to inter-individual variability. Using the traits defined here (size, grazing pressure, antioxidant levels), in combination with other tools, could participate in understanding the functioning of food webs.

Le réchauffement que subit présentement l’Arctique va affecter un vaste éventail de processus pélagiques, allant de la production phytoplanctonique au recrutement des poissons. Des pièges à particules déployés sur des mouillages océanographiques au-dessus du talus continental de la mer de Beaufort ont été utilisés pour évaluer les impacts des changements dans l’étendue du couvert de glace et dans la température de l’eau sur la phénologie des algues de glace, du phytoplancton et des copépodes herbivores du genre Calanus. L’abondance et la composition des algues et du zooplancton dans les pièges ont été analysées pour 5 des 6 cycles annuels entre 2009 et 2015 (excluant 2014). La température de l’eau, la concentration de glace et l’épaisseur de neige ont aussi été obtenues pour cette période. Pour 4 des 5 années étudiées, la migration verticale ascendante de Calanus glacialis précédait l’export de l’algue de glace Nitzschia frigida de 6 à 8 semaines, alors que la migration de Calanus hyperboreus et des nauplii de C. glacialis correspondait à l’export de l’ensemble des diatomées. Une situation de « mismatch » entre les producteurs primaires et secondaires fut observée en 2013 alors que l’export des algues de glace fut retardé par une fonte tardive de la neige et de la glace provoquant une diminution de l’abondance de nauplii cet été tandis qu’une température plus chaude combinée à une production algale automnale ont perturbés la migration de C. hyperboreus, entraînant une émergence des nauplii en hiver en surface. Comme les algues de glace et le phytoplancton sont des sources de nourriture essentielles pour les copépodes du genre Calanus, une situation de « mismatch » aura des conséquences négatives sur le recrutement de ces espèces, mais aussi sur le transfert d’énergie vers les échelons trophiques supérieurs. Des évènements semblables pourraient potentiellement devenir plus courant dû au réchauffement important que subit l’Arctique. / The unprecedented pace of warming of the Arctic Ocean affect a wide range of pelagic processes, from microalgal production to fish recruitment. Sediment traps deployed on oceanographic moorings at the Beaufort Sea shelf break were used to investigate the impact of changes in ice cover and water temperature on the phenology of ice algae, phytoplankton and herbivorous copepods from the Calanus genus. Water temperature, salinity, microalgal fluxes and composition, and zooplankton abundance and composition in the traps were monitored over 5 of the 6 annual cycles from September 2009 to September 2015 (no data in 2014). Satellite-derived sea ice concentration and modeled snow depth were also retrieved for the same period. For 4 of the 5 years monitored, the upward migration of Calanus hyperboreus along with nauplii abundance were synchronized with peaks in diatoms export while the migration of Calanus glacialis preceded the peak in export of the ice algae Nitzschia frigida by 6 to 8 weeks. A disruption of these patterns was observed in 2013 as a mismatch between primary and secondary producers was observed. First, unusual warm water temperatures and significant diatom flux from October to December 2012 led to a shoaling of C. hyperboreus females winter vertical distribution and, thus, important egg spawning above 100 m with numerous nauplii swimming into the trap in March-April. Second, the late snow and ice melt in summer 2013 delayed the ice algae export, resulting in a mismatch with C. glacialis and N. frigida. As ice algae and phytoplankton are essential food source for the reproduction and development of Calanus copepods, a mismatch likely had negative impact on their recruitment and on the subsequent transfer of energy to carnivorous copepods, fish, and seabirds. Such mismatch events between phytoplankton and zooplankton will potentially occur more often owing to the rapidly changing environmental conditions in the Arctic Ocean.

La Méditerranée Nord-Occidentale (MNO) est marquée par un processus de formation d’eau profonde en hiver qui induit une forte floraison phytoplanctonique au printemps. L'objectif de cette thèse a été de caractériser la dynamique de la communauté mesozooplanctonique à l'échelle régionale de la MNO, y compris dans la zone de convection profonde (ZCP), en évaluant ses stocks, sa composition taxonomique, sa structure en taille et ses liens trophiques avec le phytoplancton, en relation avec l'environnement hydro-biogéochimique. Trois campagnes océanographiques ont été menées en saisons contrastées: hiver, printemps et été, fournissant un jeu de données unique à cette échelle régionale. Le zooplancton est caractérisé par de faibles abondances et biomasses en hiver, surtout dans la ZCP, puis par une augmentation générale printanière, en abondance et en biomasse. Des différences spatiales s’observent, la ZCP présentant les plus forts changements de biomasse de l’hiver au printemps. Les valeurs d'été sont similaires aux valeurs hivernales et sont assez homogènes dans la zone d'étude. L'impact du broutage estimé n'est pas suffisant pour contrôler globalement la floraison printanière. Cependant, au printemps, toute la MNO, à l'exception de la ZCP, subit un contrôle top-down du zooplancton sur le phytoplancton, tandis que dans la ZCP, les valeurs de chlorophylle-a restent élevées malgré la forte demande en carbone du zooplancton, ce qui indique un contrôle bottom-up. Cette étude montre que la ZCP est probablement une zone d'intense transfert d'énergie vers les niveaux trophiques supérieurs ainsi que d'export de matière organique en MNO. / The North-Western Mediterranean Sea (NWMS) is characterized by a deep water convection process in winter, which induces a large phytoplankton bloom. The main objective of this thesis was to characterize the dynamics of the mesozooplankton community at the regional scale of NWMS including the deep convection zone (DCZ), by assessing its stocks, taxonomy and size structure, and by evaluating its phytoplankton-zooplankton trophic links in connection to the hydrological and biogeochemical environment. Three oceanographic cruises were conducted to map the NWMS in contrasting seasons: winter, spring, and summer. This represents a unique data set of zooplankton at this regional scale. The NWMS was characterized in winter by low zooplankton abundance and biomass. In spring, a general increase was found. Spatially DCZ was characterized by lowest stocks in winter and the highest in spring. In summer, biomass and abundance were similar to winter values and were quite homogenous over the study area. The estimated zooplankton grazing impact was not sufficient to globally control the spring phytoplankton bloom. However, in spring, all areas except the DCZ incurred top-down control by zooplankton on the phytoplankton stock. In the DCZ, the chlorophyll-a values remained high despite the high zooplankton biomass and carbon demand, indicating a sustained bottom-up control. This study indicates that the deep convection zone is likely an area of both enhanced energy transfer to higher trophic levels and organic matter export in NWMS.

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La réponse de la communauté de crustacés zooplanctoniques de l'estuaire de l'Escaut à l'amélioration de la qualité de l'eau a été étudiée (1996-2009). A partir de 2007, on observe un déplacement des calanoïdes de l'eau saumâtre vers l'eau douce, associée à une forte diminution des cyclopides en eau douce. Contrairement aux cyclopides et aux cladocères, la distribution spatio-temporelle des calanoïdes a répondu positivement à une amélioration de la qualité de l'eau. Nos résultats suggèrent un basculement du régime trophique d'Eurytemora affinis des organismes autotrophes vers des organismes hétérotrophes. Enfin, en vue de tester un modèle de sélectivité trophique en milieu estuarien dans un écosystème benthique, le comportement sélectif des rotifères du périphyton de la Garonne (France) a été analysé. Les résultats ont suggéré une sélection positive envers les cyanobactéries qui, en notre connaissance, a été mise en évidence pour la première fois dans ce milieu.

Les estuaires sont des systèmes hautement dynamiques où interagissent des processus biogéochimiques complexes qui influent sur le devenir de la matière organique et non organique. La confrontation des eaux fluviales et marines induit des changements rapides des principaux facteurs structurant la distribution des organismes vivants et gouvernant la spéciation de certains éléments traces entre phase particulaire et dissoute, ex : gradient de salinité, teneurs en matières en suspension (MES). Ce travail vise à étudier l'estuaire de la Charente, principal fleuve influançant le bassin de Marennes-Oléron (première zone ostreicole française) afin (i) de caractériser la structure de la communauté zooplanctonique en relation avec les paramètres environnementaux, (ii) le fonctionnement de la base du réseau trophique de l'estuaire (identification des sources de matière organique exploitée par les organismes zooplanctoniques et suprabenthiques) et (iii) d'établir un état de contamination par les métaux des compartiments biotiques. L'estuaire de la Charente se distingue par des concentrations en MES extrêmement élevées, présentant néanmoins une contribution importante de la matière organique (efflorescence phytoplanctonique printanière en zone mésohaline et production microphytobenthique). La zone de turbidité maximale semble correspondre à un écotone qui contrôle les flux de matière organique et la distribution des organismes. Le mélange physique des particules issues des systèmes dulcicoles et marins adjacents à l'estuaire avec cette forte charge de matériel resuspendu conduit à une homogénéisation des signatures isotopiques et métalliques particulaires en été et automne le long du gradient de salinité. Les quatre assemblages zooplanctoniques identifiés sont structurés spatialement par la salinité et la concentration en MES et temporellement par les variations de température et de débit fluvial. Malgré la dominance quantitative du matériel détritique au sein du pool de matière organique particulaire (MOP), il semble que les 5 taxons planctoniques ou suprabenthiques dominants étudiés (Eurytemora affinis, Acartia spp., Daphnia spp., Neomysis integer, Mesopodopsis slabberi) présentent une sélectivité importante vis-à-vis de sources primaires distinctes. Cette succession spatio-temporelle d'espèces sélectives conduit à une multiplication des flux trophiques et semble ainsi optimiser à l'échelle annuelle l'exploitation de la MOP disponible. Les concentrations en Cd, Cu, Hg, Pb, V et Zn ont par ailleurs été mesurées dans près de 40 taxons estuariens (zooplancton, benthos, poissons). Malgré des concentrations en métaux dissous et particulaires plus faibles que dans les grands estuaires européens subissant une pression anthropique importante (Seine, Gironde), les niveaux de contamination mesurés dans les différents compartiments biotiques semblent globalement équivalents. Les évènements brefs (crue hivernale, efflorescence phytoplanctonique printanière) altèrent toutefois fortement ce schéma général en modifiant les sources primaires de matière organique disponibles et les concentrations métalliques particulaires (Cd notamment).