Le métabolisme microbien du dimethylsulfoniopropionate (DMSP), précurseur du gaz climatiquement actif diméthylsulfure (DMS), a été caractérisé dans l‟Arctique canadien en septembre 2008 à l‟aide du traceur 35S-DMSP et de la méthode MAR-CARD-FISH. Le DMSP contribuait en moyenne à 7 et 51% des besoins bactériens en carbone et en soufre, respectivement. Entre 40 et 65% de la communauté bactérienne assimilait le DMSP, avec une forte contribution des groupes Gammaproteobacteria et Alphaproteobacteria (autre que Roseobacter). Les différents assemblages bactériens étaient associés à deux masses d‟eau de surface : celle de l‟Arctique (AS) et celle de la Baie de Baffin (BBS), plus chaude et plus salée. Dans BBS, qui contenait plus de bactéries, la prise de DMSP était plus élevée que dans AS. Ces résultats montrent que les altérations des masses d‟eau anticipées par les modèles climatiques actuels pourraient se répercuter sur la dynamique du DMS(P) et le flux résultant de DMS vers l‟atmosphère. / The bacterial metabolism of dimethylsulfoniopropionate (DMSP), the precursor of the climate-active gas dimethylsulfide (DMS), was characterized in Arctic waters in September 2008, using the radioisotopic tracer 35S-DMSP and the MAR-CARD-FISH method. DMSP contributed on average 7 and 51% of the bacterial requirements in carbon and sulfur, respectively. Between 40 and 65% of the bacterial community assimilated DMSP, with a stronger contribution from the groups Gammaproteobacteria and Alphaproteobacteria (other than Roseobacter). The different bacterial assemblages were associated with two surface water masses: the Arctic Surface (AS) water, and the warmer and saltier Baffin Bay Surface (BBS) water. In BBS, which showed a higher bacterial abundance, the DMSP uptake was higher than in AS. Those results show that the alteration of water mass characteristics anticipated by current climate models could affect the DMS(P) dynamics and the resulting DMS flux to the atmosphere.

Le diméthylsulfure (DMS) est le principal gaz biogénique sulfuré émis de l'océan vers l'atmosphère. TI peut exercer un effet refroidissant sur le climat en formant des aérosols sulfatés et en intensifiant l'albédo des nuages de basses altitudes, diminuant la quantité d'énergie radiative atteignant la surface de la Terre. Bien que le DMS puisse être produit directement par certaines espèces phytoplanctoniques, il provient principalement des bactéries hétérotrophes via la dégradation de son précurseur, le diméthylsulfoniopropionate (DMSP). Le DMSP est synthétisé par le phytoplancton en différentes concentrations selon les conditions environnementales, incluant la disponibilité du fer. La présente étude porte sur la dynamique microbienne du DMSP dans le Pacifique nord-est le long d'un gradient naturel en fer. Mes résultats montrent qu'une plus grande disponibilité en fer dans cette région océanique limitée en fer favorise la croissance des espèces productrices de DMSP et augmente le taux de conversion bactérien de DMSP en DMS. Ensemble, ces résultats indiquent que les apports en fer peuvent avoir un effet refroidissant sur le climat dans le Pacifique nord-est.

Il a récemment été démontré que la glace de mer antarctique pouvait jouer un rôle significatif dans la dynamique des gaz à effet climatique (dont le dimethylsulfure ou DMS) dans les régions polaires. Ce travail s’est d’abord attaché à la mise au point d’une méthode de mesure fiable du diméthylsulfoxyde (DMSO) dans la glace de mer, supprimant les interférences générées par la production de DMS au sein de l’échantillon en réponse au choc osmotique subi lors de la fonte de l’échantillon de glace. Une procédure de détermination séquentielle du DMS, par broyage à sec, puis du dimethylsulfoniopropionate (DMSP) et du DMSO sur le même échantillon de glace a été développée et utilisée à large échelle dans ce travail. Les données du présent travail ont été acquises dans le cadre de deux programmes d’observation intégrés menés sur la glace de mer antarctique à des saisons différentes mais avec une méthodologie commune :1) choix de sites d’étude homogènes afin de minimiser l’impact de la variabilité spatiale sur l’interprétation des résultats dans une optique d’évolution temporelle et 2) priorité à la caractérisation du cadre physico-chimique (texture, température, salinité, couvert de neige, susceptibilité au drainage des saumures,….) avant toute autre analyse. L’étude menée dans le cadre du programme ISPOL (nov.–dec. 2004) a permis d’observer que la stratification des saumures a un impact positif sur la conversion du DMSP en DMS au sein de la glace mais ralentit les flux de DMS et DMSP vers l’océan. Le couvert de glace est caractérisé à cette période de l’année par une perte nette de DMSP et génère des flux combiné de DMS et DMSP du même ordre de grandeur que les flux de DMS atmosphériques mesurés dans le cadre d’autres études. L’étude menée dans le cadre du programme SIMBA (sept.–oct. 2007) a permis de mettre en évidence l’importance du forçage atmosphérique sur le régime thermique et la dynamique du DMS/P/O dans la glace. Les communautés d’algues de surface produisent de fortes concentrations de DMS/P/O en réponse au stress thermique, osmotique et potentiellement radiatif durant les périodes de refroidissement et la mise en place d’un régime soutenu de drainage des saumures contribue à évacuer périodiquement les hautes concentrations de DMS/P/O produites dans la glace vers l’océan sous-jacent. Le couvert de glace affichant une production nette de DMS/P/O à cette période de l’année génère des flux combinés de DMS et DMSP plus de dix fois supérieurs à ceux observés pour la glace estivale. L’étude menée sur de la glace artificielle a permis de mettre en évidence l’impact des processus physico-chimiques sur la signature en gaz de la glace en croissance constituant un premier pas vers la modélisation des transports de gaz dans la glace de mer et leurs échanges au travers des interfaces glace-océan et glace-atmosphère. <p><p><p>SUMMARY - It has recently been demonstrated that Antarctic sea ice recently demonstrated plays a potentially significant role in the dynamics of climatically significant gases (amongst which dimethylsulphide or DMS) in Polar Regions. This research work has initially focused on the development of a reliable method for the determination of dimethylsulphoxide (DMSO) within sea ice, avoiding interferences generated by DMS production within the sample in response to the osmotic shock caused by melting. A sequential determination procedure of DMS, dimethlsulphoniopropionate (DMSP) and DMSO on the same ice sample has been developed and used on a large amount of samples in the present work. Data presented in this research project have been collected in the framework of two integrated sea ice observation programs focused on Antarctic sea ice at different seasons but following a common approach: 1) choice of homogeneous study sites to minimize the impact of spatial variability on the interpretation of the results in a time series perspective and 2) priority given to the characterization of the physicochemical framework (texture, temperature, salinity, snow cover, susceptibility to brine drainage,…) prior to any other study. The study conducted in the framework of the ISPOL experiment (Nov.–Dec. 2004) demonstrated that stratification of the brine inclusions network positively influenced the conversion of DMSP into DMS but decreased fluxes of DMS and DMSP towards the ocean. The ice cover at that time of the year is characterised by a net DMSP loss and generates combined DMS and DMSP fluxes whose values fall in the range of atmospheric DMS flux from sea ice measured in the frame of other studies. The study conducted in the framework of the SIMBA experiment (sept.–oct. 2007) emphasized the importance of atmospheric thermal forcing on the sea ice thermal regime and DMS/P/O dynamics. The surface community of algae produced elevated levels of DMS/P/O in response to thermal, osmotic and potentially radiative stress during periods of atmospheric cooling while the development of an intense brine drainage regime contributed to periodically release the elevated levels of DMS/P/O produced in the sea ice towards the underlying ocean. The ice cover exhibited at that time of the year a net production of DMS/P/O and produced combined DMS and DMSP fluxes more than ten times higher than those observed for summer sea ice. The study conducted on laboratory prepared growing sea ice emphasised the impact of physicochemical processes on the gas signature of growing sea ice and represents a first step towards modelling gas exchanges within sea ice and across its interfaces with the ocean and the atmosphere.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les régions arctiques et subarctiques subissent un changement climatique plus rapide et plus sévère que n’importe où ailleurs dans le monde. Ces rapides modifications accentuent l’urgence d’étudier ce milieu extrême avant qu’il ne soit entièrement modifié et que la banquise n’ait totalement disparue à l’été, affectant grandement les communautés microbiennes qui s’y développent. Dans cette thèse, je me suis intéressée à la dynamique du composé algal diméthylsulfoniopropionate (DMSP), précurseur du gaz climatiquement actif diméthylsulfure (DMS), dans et sous la glace de première année pendant la fonte printanière dans l’archipel Arctique canadien. Au début du printemps, les importants réservoirs de DMSP particulaire (DMSPp) et dissous (DMSPd) présents à la base de la glace contribuent fortement au réservoir de la colonne d’eau sous-jacente via le drainage et le lessivage des saumures. Ces libérations ponctuelles de matière organique favorisent la production bactérienne de DMS. Suite à la disparition complète du couvert de neige, la fonte de la glace augmente la transmittance de la lumière à travers cette dernière et la stratification de la colonne d’eau qui favorisent le développement de floraisons phytoplanctoniques sous la glace. Ces floraisons sont associées à de fortes concentrations de DMSP, particulièrement lorsque des diatomées pennales d’origine sympagique dominent la communauté algale. Lorsque ces algues sont soudainement exposées à la lumière à la lisière des glaces, elles blanchissent et exsudent la majorité de leur contenu cellulaire en DMSP. Ce nouveau réservoir de DMSPd est alors disponible pour les bactéries qui peuvent le transformer en DMS. Une importante variabilité de la photosensibilité des algues est cependant observée en fonction de la composition spécifique de la communauté algale. Les diatomées pennales d’origine sympagique montrent une plus forte tolérance que les diatomées centrales planctoniques. Cette thèse met donc en évidence pour la première fois l’importance du réservoir de DMSPd dans la glace, ainsi que son influence sur les communautés microbiennes vivant dans la colonne d’eau sous-jacente. Elle souligne également l’importance du réservoir de DMSP associé aux floraisons phytoplanctoniques sous la glace et la sensibilité des algues à un choc lumineux en fonction de la composition taxonomique de la floraison. / Climate change is faster and more severe in polar Arctic and Subarctic regions than anywhere else in the world. The dramatic changes recently observed in the Arctic impel us to study this extreme environment before the summer sea ice completely vanishes along with the diversified microbial communities it supports. This thesis explores the fate of the algal compound dimethylsulfoniopropionate (DMSP), precursor of the climate active gas dimethylsulfide (DMS), within and beneath first year ice during the spring melt period in the Canadian Arctic Archipelago. In early spring, the large pools of particulate and dissolved DMSP (DMSPp and DMSPd, respectively) from the bottom sea ice strongly influence the underlying water column following brine release. These punctual releases of organic matter favor the bacterial production of DMS in surface waters. Following the complete disappearance of the snow cover, ice melt favors the penetration of light through the ice pack and the stratification of the water column which enhance the development of under-ice phytoplankton blooms. These blooms are associated with high DMSP concentrations, particularly when dominated by sympagic pennate diatoms. When these algal cells are suddenly exposed to direct sunlight in open waters such as leads or ice edge zones, they bleach and exude their DMSP cellular content. This new DMSPd reservoir then becomes available for bacterioplankton and its potential conversion into DMS. Furthermore, an important variability of algal photosensitivity is observed between algal communities investigated as a function of their taxonomic composition. Sympagic pennate diatoms show greater photoprotective capabilities than planktonic centric diatoms. This thesis highlights the importance of the DMSPd pool in sea ice and its influence on microbial communities in the underlying water column. This study is the first to report on the very high DMSP concentrations associated with under-ice phytoplankton blooms, and evaluate the sensitivity of algae to a sudden light change depending of the taxonomic bloom composition.

Un des impacts les plus frappants du réchauffement climatique dans l'Arctique est la réduction du couvert de glace saisonnier, un processus susceptible d'altérer la dynamique de l'écosystème pélagique et les flux océan-atmosphère de gaz climatiquement actifs tel que le dimethyl sulfure (DMS). Afin de vérifier cette hypothèse, j'ai caractérisé la distribution et le métabolisme bactérien du DMS et de son précurseur algal le diméthylsulfoniopropionate (DMSP) le long d'une radiale longitudinale s'étendant de la baie de Baffin à la mer de Beaufort au cours de l'automne 2007. Mes résultats mettent en évidence des concentrations faibles mais toujours détectables des réservoirs de DMSP et DMS et des temps de renouvellement bactérien du DMSP dissous rapides malgré les températures des eaux extrêmement faibles. L'ensemble de mes résultats suggère que l'extension automnale de la période libre de glace pourrait résulter en une augmentation des flux de DMS vers l'atmosphère et contribuer au refroidissement du climat.