Environ 30% du dioxyde de carbone produit par des activités humaines est absorbé par l’océan menant à une diminution de pH d’eau de mer et de l’état de saturation de carbonate de calcium (CaCO3). L’acidification des océans engendrera probablement de profonds changements dans les écosystèmes marins, en particulier chez les organismes marins calcifiants. Les coccolithophoridés produisent avec les foraminifères plus de 90% des carbonates pélagiques dans l’océan actuel. Les expériences de culture ont montré que la réponse des coccolithophoridés à l’acidification des océans varie au sein d’une même espèce ce qui complique l’estimation de l’impact global sur le cycle de carbone et des rétroactions sur le climat. En effet, la sensibilité des organismes et les réponses vis-à-vis de l’augmentation du CO2 dissous dans l’océan et donc de la diminution du pH de l’eau de mer sont différentes. Les conséquences de la calcification sur les coccolithophoridés sont encore très peu décrites et quantifiées. Les coccolithes sont formés à l’intérieur de la cellule dans une vésicule interne. Le pH à l’intérieur de cette vésicule est un paramètre central qui détermine la précipitation de la calcite et donc de la formation des coccolithes. Actuellement, le pH de la vésicule ne peut pas être précisément mesuré et c’est la mesure indirecte de paramètres géochimies qui nous permet d’estimer ces processus. La capacité de réguler le pH de la vésicule vis-à-vis des changements du pH d’eau de mer permet la précipitation de calcite et détermine l’adaptation potentielle de certainscoccolithophoridés à l’acidification des océans. Deux souches d’E. huxleyi ont été cultivées dans des cultures en batchs dilués dans trois conditions pH différentes afin d’évaluer les modalités de réponse aux variations du pH de l’eau de mer. Des paramètres physiologiques incluant le taux de croissance, le POC et le PIC et ont été examinés, en parallèle aux mesures de B/Ca et δ11B dans la calcite des coccolithes pour progresser sur la compréhension de ces mécanismes intracellulaire et sur l’existence d’une relation entre ces paramètres et le pH pour évaluer le potentiel de l’isotopie du bore comme proxy du paleo-pH. / About 30% of the carbon dioxide produced by human activities is absorbed by the ocean leading to a decrease of seawater pH and saturation state of calcium carbonate (CaCO3). The subsequent ocean acidification is likely to result in profound changes in marine ecosystems, in particular among the marine calcifiers. Coccolithophorides together with foraminifera produce more than 90% of the pelagic carbonate in the modern ocean. Culture experiments have shown that the response of coccolithophores to pH varies between and within species, thus complicating our understanding of the overall impact biological response on the carbon cycle and feedbacks on climate. Indeed, different sensitivities to increase dissolved CO2 and decrease seawater pH, and their consequences on calcification exist among coccolithophores, but they are still not fully described nor quantified. Calcareous coccoliths are formed inside the cell in an internal vesicle called the coccolith vesicle. The pH inside the coccolith vesicle would be a key parameter in determining calcite precipitation and therefore coccolith formation. Currently the coccolith vesicle pH cannot be accurately measured and thus estimates have to be based on indirect geochemical evidences. The capacity of the coccolith vesicle to regulate pH allowing for calcite precipitation could explain the resilience of somecoccolithophores to ocean acidification. To further explore this hypothesis, two strains of E. huxleyi were grown in batch cultures under three different pH conditions to assess their response to changing seawater pH. Physiological parameters including growth rate, POC and PIC were examine, in addition to assessing changes in the vesicle pH by measuring B/Ca and δ11B in coccolith calcite and evaluate the potential of boron for paleo-pH reconstruction.

Les coccolithophoridés sont des microalgues unicellulaires calcifiantes qui jouent un rôle important dans le cycle du carbone océanique via leurs processus cellulaires de photosynthèse (puits de CO2) et de calcification (source de CO2). L'espèce la plus abondante dans l'océan moderne est l'espèce cosmopolite Emiliania huxleyi, qui est caractérisée par une forte tolérance à de larges gammes de température, d'irradiance et de concentrations en nutriments. La distribution d'E. huxleyi qui s'étend des régions subarctiques aux régions subéquatoriales et des eaux eutrophes aux eaux oligotrophes en fait l'espèce de coccolithophoridés la plus étudiée jusqu'à présent. Cependant, sa réponse physiologique à des conditions environnementales clés comme la co-limitation en lumière et en nutriments reste peu étudiée, que ce soit in situ, où ces conditions sont rencontrées dans les niches profondes de coccolithophoridés des gyres oligotrophes, ou en laboratoire. J'ai ainsi réalisé des expériences de culture et une approche de modélisation numérique afin d'étudier la réponse physiologique d'E. huxleyi en conditions de limitation en nutriments et en lumière, avec pour objectif d'améliorer notre compréhension du contrôle environnemental des niches profondes de coccolithophoridés. / Coccolithophores are unicellular calcifying marine algae that play an important role in the oceanic carbon cycle via their cellular processes of photosynthesis (a CO2 sink) and calcification (a CO2 source). The most abundant coccolithophore species in the modern ocean is the cosmopolitan species Emiliania huxleyi that is characterized by a strong tolerance to a wide range of light, nutrient and temperature conditions. The distribution of Emiliania huxleyi from subarctic to subequatorial regions and from eutrophic to oligotrophic waters makes it the most widely studied coccolithophore species. However, its physiologic response under key environmental conditions such as the co-limitation of light and nutrients remains poorly investigated, both in the laboratory and in the field, such as in deep niches of coccolithophores in oceanic gyres. I conducted laboratory culture and numerical modeling experiments to understand the controls on the physiology of Emiliania huxleyi in low-nutrient and low-light conditions, with the aim of better understanding environmental controls on deep ecological niches of coccolithophores.

Le littoral Fluminense, situé en zone tropicale humide (23°S-43°W, Rio de Janeiro, Brésil), présente un gradient d'aridité, généré par l'occurrence d'un upwelling côtier, principalement contrôlé par le régime des vents. Les lagunes du littoral, dont les caractéristiques physico-chimiques sont en relation avec ce gradient d'aridité, enregistrent des variations hydro-climatiques en relation avec l'occurrence de cet upwelling. Ce travail porte sur des enregistrements lagunaires prélevés dans deux lagunes (Brejo do Espinho et Padre) et sur un enregistrement marin prélevé dans la zone de l'upwelling. Les variations hydroclimatiques des lagunes ont été reconstituées à partir de l'étude des diatomées complétée par l'estimation de la salinité quantifiée par une fonction de transfert diatomées/salinité. La fonction de transfert a été établie à partir d'une calibration sur les milieux lagunaires actuels en fonction du gradient de salinité. La variabilité de l'intensité de l'upwelling a été reconstituée à partir de la productivité primaire de la zone d'upwelling basée sur l'étude des coccolithophoridés. La comparaison entre la variabilité hydro-climatique reconstituée dans les lagunes et l'occurrence de l'upwelling, en tenant compte de la remontée du niveau marin au cours de l'Holocène, permet de définir les changements d'intensité de l'upwelling et du régime des vents qui se sont exercés sur le littoral Fluminense. Ces changements peuvent être expliqués par l'impact des événements El Niño, par la position des fronts polaires et la migration de la zone de convergence intertropicale.

SYRACO est un SYstème de Reconnaissance Automatisée des COccolithes, développé à son origine par Luc Beaufort et Denis Dollfus à partir de 1995 et plus récemment avec Yves Gally. L'utilité d'un tel système est de permettre aux spécialistes un gain de temps majeur dans l'acquisition et le traitement des données. Dans ce travail, le système a été amélioré techniquement et sa reconnaissance a été étendue aux nannofossiles calcaires du Cénozoïque. Ce système fait le tri entre les nannofossiles et les non-nannofossiles avec une efficacité respectivement estimée à 75% et 90 %. Il s'appuie sur une nouvelle base d'images de référence d'espèces datant de l'Eocène Supérieur aux espèces vivantes, ce qui représente des centaines d'espèces avec une forte variabilité morphologique. Il permet de réaliser une classification en 39 morphogroupes par la combinaison de réseaux de neurones artificiels avec des modèles statistiques. Les résultats sont présentés sous forme de comptages automatisés, de données morphométriques (taille, masse...) et de mosaïques d'images. Il peut ainsi être utilisé pour des analyses biostratigraphiques et paléocéanographiques. / SYRACO is an automated recognition system of coccoliths, originally developed since 1995 by Luc Beaufort and Denis Dollfus, and more recently with the help of Yves Gally. The main purpose of this system is for specialists to save time in the acquisition and treatment of data. By this recent work, the system has been technically improved and its ability of recognition has been extended to calcareous nannofossils of the Cenozoic Era. It sorts nannofossils and non-nannofossils with a reliability respectively estimated to 75% and 90%. It is based on a new reference images database of species from the Upper Eocene up to living species. This represents hundreds of species with a high morphological variability. It leads to the establishment of a classification arranged in 39 morphogroups, combining artificial neural networks to statistical models. The results are presented as automated counting, morphometrical data (size, mass...) and mosaics of images. Those results can be valuable in biostratigraphical and paleoceanographical analyses.