Au début du 20ème siècle, l'étang de Berre était occupée par de larges prairies sous-marines de Zostera qui ont fortement réduit sous l'impact des pollutions et arrivées massives d'eau douce par le canal EDF. Pollutions et arrivées d'eaux ont beaucoup réduit mais les herbiers ne s'étendent pas vers le large. Cette thèse a donc pour but d'analyser les interactions entre les herbiers sous-marins de l'étang de Berre basé sur l'hypothèse que la dynamique hydro-sédimentaire peut jouer un rôle dans le maintien des herbiers à l'état relique. Dans cette lagune, le vent conditionne l'hydrodynamisme en générant des vagues de vent et des courants.L'atténuation des vagues par l'herbier est en lien avec la hauteur des vagues (dépendant de la vitesse du vent, la longueur de fetch et des effets de réfraction lié à la morphologie de la anse) et est modulée par la biométrie de l'herbier, le niveau d'eau ou la présence de courants. Alors qu'au dessus de l'herbier, les courants sont rapides et fortement influencés par le vent et les vagues de vent, une couche de transition eau-canopée permet la dissipation de l'énergie des vagues et des courants. Dans la canopée, les courants sont très atténués grâce à la présence de l'herbier. L'herbier apparaît comme un élément important de la dynamique sédimentaire car il peut, par sa simple présence, réduire l'hydrodynamisme et modifier l'évolution du fond dans et en arrière de l'herbier et protéger la plage. Le niveau de récurrence de vents forts semble contrôler les évolutions sédimentaires.Les fortes interactions de l'herbier avec la dynamique hydro-sédimentaire laissent penser qu'elle pourrait limiter leur extension dans des zones plus exposées. / Berre lagoon was occupied by extensive meadows at the turn of the 20th century which regressed down under the impact of urban and industrial pollution and inflow of the EDF canal. Even though freshwater inputs and pollutions were drastically reduced respectively in the 1980s and 1990s, meadows have not significantly gained ground. This thesis aims at analysing the interactions between seagrass meadows of Berre lagoon, hydrodynamics and sedimentary processes, based on the postulate that these mechanisms are important in the maintenance of the meadows in their present dispersed form. In the lagoon, winds constitute the dominant influence on hydrodynamics in the lagoon by generating wind waves and currents. Wave attenuation is linked to wave height, which is, in turn, dependent on wind intensity and fetch length and modified by the bay morphology. Wave attenuation is also modulated by meadow biometry, and by water levels and currents.Whereas currents are strong and strongly influenced by wind and wind waves above the meadow, a transition canopy-water layer dissipates waves and currents. In the canopy, currents are thus attenuated.The meadow is not just a passive element in the overall sediment dynamics since it reduces energy and thus modifies substrate changes within and in the back of the meadow, thus protecting the shoreline. However, it is the recurrence of strong wind that seems to drive sedimentary changes. The strong interactions between the meadow and the hydrodynamic and sedimentary processes could limit the extension of the meadow in areas more exposed to waves.

Spartina anglica est une espèce exotique hybride qui peuple les zones humides littorales. Elle s’est installée dans le Bassin d’Arcachon au cours des années 1980, envahissant fortement les prés salés et les platiers vaseux préalablement occupés par, respectivement, Spartina maritima et Zostera noltei. Face aux inquiétudes suscitées par cette installation, cette thèse vise à comprendre, par une approche pluridisciplinaire, les mécanismes d’invasion et ses conséquences sur le milieu physique et sur les espèces végétales natives. L’objectif de ce travail est d’étudier l’occupation de niche par S. anglica et ses interactions avec deux espèces intertidales natives : S. maritima et Z. noltei.L’analyse d’images aériennes et satellitales a montré que, 30 ans après l’invasion, dans une zone densément peuplée par la Spartine native, la zone haute des prés salés a peu changé : la Spartine anglaise a occupé des niches vides et n’a pas remplacé la végétation native. Une expérience de transplantation réciproque et de mesures de biomasses confirment ce résultat, en montrant que l’espèce native offre une résistance à la colonisation de l’espèce exotique. L’expansion de la Spartine anglaise vers les replats de marée de l’intérieur du Bassin serait ainsi liée à sa capacité à tolérer les perturbations physiques, à sa forte plasticité de croissance en milieu oxygéné et riche en nutriments et à son comportement auto-facilitateur. Sa forte capacité d’ingénieur d’écosystèmes semble être liée à son système racinaire très développé, qui améliore l’aération des sols fortement anoxiques.Les effets de la colonisation par l’espèce exotique des zones intertidales basses à subtidales sur la Zostère naine sont importants sur le long-terme (dizaines d’années). En tant qu’ingénieur d’écosystèmes, la Spartine exotique favorise l’élévation du sol par sédimentation, entrainant une dessiccation du sédiment, peu favorable à la Zostère. Des mesures physiques au sein de patchs de l’espèce exotique suggèrent que l’élévation du sédiment est toutefois lente, surtout liée à une allocation de biomasse spécifique aux racines ainsi qu’à des rhizomes qui permettent de résister à l’érosion.En termes de gestion et de conservation des prés salés du Bassin d’Arcachon, ces résultats indiquent l’importance de limiter les perturbations physiques et les apports nutritifs qui pourraient rompre la résistance à l’invasion de la Spartine native. Ils supportent aussi l’idée que la Spartine anglaise pourrait être un allié robuste face à l’élévation du niveau de la mer. / Spartina anglica is a hybrid exotic cordgrass that inhabits coastal salt marshes. This species arrived in the Bay of Arcachon in the 1980s and since has importantly colonized the salt marshes and tidal flats formerly only occupied by the native Spartina maritima and Zostera noltei, respectively. This work aims at understanding, with an interdisciplinary perspective, the invasion mechanisms of this exotic cordgrass and the outcoming changes of its introduction in the Bay, both to the physical environment and to the native vegetation. Different approaches were considered in order to assess the niche occupancy by the exotic Spartina and its interactions with the native intertidal species, Spartina maritima and Zostera noltei.The analysis of aerial and satellite images has shown that, in about 30 years after the invasion, within a zone densely populated by the native Spartina, the global high marsh zone did not suffer significant changes with the arrival of the invasive species. Spartina anglica did not replace the existent marsh vegetation, it occupied empty niches along the intertidal area instead. Additionally, experimental works of cross transplantation and biomass measurements have corroborated that the native Spartina maritima offers resistance to the colonization by the exotic Spartina. It was also shown that the invasive occupies the same intertidal niche along the elevation and anoxic gradient than the native. The successful extension of Spartina anglica into the mudflat towards the inner Bay was related to its likely ability to tolerate physical disturbances, its strong growth plasticity in nutrient- and oxygen- rich patches and its self-facilitator behaviour. This latter trait is related to its strong ecosystem-engineering ability due to its prominent root system and consequent ability to ameliorate the oxygenation of highly anoxic soils.The main effect of the exotic Spartina species on the seagrass is related to its stronger ecosystem-engineering ability, favouring bed accretion up to levels that are not favourable to Z. noltei through enhancement of desiccation stress. However, hydrodynamic and altimetry measurements have shown that the process of bed accretion is slow and, due to the cordgrass’ specific preferential biomass allocation to roots, its efficiency is more linked to its resistance to erosion rather than sediment trapping.The results of this study provide relevant information for the definition of appropriate action and conservation strategies of marsh zones in the Bay of Arcachon, and in particular the importance of limiting physical disturbance and nutrient pollution that could disrupt the biotic resistance of the native cord grass. They also suggest a potentially important role of the exotic species in facing increasing Sea Level Rise.

Cette thèse visait l’étude des micro-environnements géochimiques créés par la présence de l’herbier de Zostera noltei et de son réseau racinaire dans le Bassin d’Arcachon ainsi que ses effets 1) sur l’écologie des foraminifères benthiques, un groupe d’organismes présent en grand nombre dans les sédiments et dont l’influence sur les cycles biogéochimiques reste mal connue et 2) sur les espèces chimiques et les flux benthiques associés. Pour y répondre, une stratégie multidisciplinaire a été mise en place. L’étude écologique des foraminifères benthiques à l’échelle centimétrique, conduite dans des sédiments avec et sans végétation en février et juillet 2011, a montré la présence de trois espèces majeures aux métabolismes spécifiques. L’herbier de Zostera noltei semble influencer la densité et la profondeur de vie des espèces calcaires hétérotrophe (Ammonia tepida) et mixotrophe (Haynesina germanica), présentes près de la surface des sédiments. La troisième espèce (Eggerella scabra), au métabolisme anaérobie encore inconnu, est retrouvée sur au moins 7 cm de sédiment et semble préférer le carbone organique issu de la dégradation de l’herbier. En surface, la contribution des foraminifères à la reminéralisation aérobie a été évaluée à 7 % soit 5 fois plus que lors des études précédentes dans d’autres environnements marins. La présence de l’herbier influence également la géochimie du sédiment où des structures enrichies en fer dissous et appauvries en sulfure sont observables en 2D grâce aux gels DET-DGT développés ici. Le phosphate dissous semble dépendre de la demande des zostères et est observé à forte concentration uniquement sous forme de spots. Une tranche de sédiment, prélevée en vis-à-vis du gel DET-DGT visait la réalisation de cartes de la phase solide et de la densité des foraminifères. Bien que ce travail reste inachevé, des méthodes comme la micro-fluorescence et la micro-tomographie aux rayons X donnent des perspectives prometteuses. De nouvelles voies de recherches ont ainsi été ouvertes grâce à des méthodologies innovantes combinant physiologie, écologie et géochimie. / This thesis aimed to study the geochemical microenvironments created by Zostera noltei meadows and its root system in Arcachon Basin and to evaluate the effect of these microenvironments 1) on living benthic foraminifera ecology, a group of organisms present in large densities in sediment which impact on marine biogeochemical cycles remain poorly known and 2) on the chemical species and associated benthic fluxes. To fulfill these objectives, a multidisciplinary strategy was developed. The study of benthic foraminiferal ecology at centimeter scale, conducted in sediments with or without vegetation in February and July 2011, has shown the presence of three major species with specific metabolisms. Zostera noltei meadows seem to influence the densities and the living depth of heterotrophic (Ammonia tepida) and mixotrophic (Haynesina germanica) calcareous species, present in the sediment surface. The third species (Eggerella Scabra), which anaerobic metabolism is still to discover, is found throughout the sedimentary column and seems to prefer the organic matter coming from the degradation of the seagrass. In surface sediment, the contribution of these three species to aerobic remineralization was estimated at 7%, i.e. 5 times more than the maximum rates previously recorded in marine environments. The presence of the seagrass also influences geochemistry where enriched iron and depleted sulfide structures are observable in 2D thanks to DET-DGT gels developed here. Dissolved phosphorus depended on seagrass uptake and was highly concentrated only as scattered spots. A slice of sediment, taken face to face with the DET-DGT gel, was also conducted during this study aiming to map the solid phase and foraminiferal density. Despite this work is still in progress, methods such as X-ray microfluorescence and microtomography showed promising perspectives. New research pathways have been opened through technological developments and innovative approaches combining physiology, ecology, and geochemistry.