Ce travail est une contribution à la connaissance de l'importance des particules de nature polysaccharidique, les TEP (Transparent Exopolymer Particles) ou particules d'Exopolymères Transparentes, en milieu pélagique lacustre.Les différentes études présentées dans ce mémoire se sont essentiellement focalisées sur la distribution de ces particules et leur relation avec le phytoplancton et les autres microorganismes du réseau trophique aquatique en milieu naturel (le lac Pavin, oligo-mésotrophe et le réservoir hypereutrophe de Grangent) et en conditions semi contrôlées(enclos limniques installés sur le lac de Créteil). Les résultats de l'étude printanière au lac Pavin indiquent que la majorité des TEP sont colonisées par les bactéries et que l'intensité de colonisation est fortement liée à la température et diminue avec l'augmentation en taille des particules. La distribution des nanoflagellés hétérotrophes (HNF) est fortement liée à la densité des TEP mais pas à l'intensité de colonisation de ces particules. L'abondance et la surface cumulée de TEP sont significativement plus élevées dans le lac oligo-mésotrophe que dans le réservoir hypereutrophe de Grangent. Les abondances et les concentrations élevées de particules dans le lac Pavin coïncident avec la présence de diatomées de grande taille au printemps et en automne et avec les chlorophycées à la fin de l'été.Dans le réservoir de Grangent les valeurs maximales de TEP coïncident avec le développement de la cyanobactérie Microcystis aeruginosa. Si les TEP augmentent avec la productivité de l'écosystème, la production de ces particules par unité de chlorophylle a dépend de la composition algale et tend à diminuer avec l'augmentation du niveau trophique du milieu. Les résultats issus de la biomanipulation en enclos limniques indiquent que la structure du réseau trophique aquatique (par la présence ou l'absence de poissons planctonophages) influence fortement la distribution,la dynamique et le spectre de taille des TEP. Dans le traitement poisson, l'abondance des TEP, la chlorophylle a et la biomasse des chlorophycées sont fortement corrélées. De par son broutage sur le phytoplancton, le zooplancton a un effet négatif sur les TEP dans le traitement sans poissons mais il contribue sans doute à la formation de TEP e tinfluence le spectre de taille de ces dernières dans ce traitement. Ce travail souligne l'importance des particules de nature polysaccharidique en milieu pélagique lacustre qui doivent être considérées comme une part importante du carbone organique qui transite des producteurs primaires vers les décomposeurs et vers le sédiment.

Dans l'océan, la respiration microbienne est considérée comme le principal processus représentatif de l’oxydation biologique de la matière organique. La production correspondante de CO2 métabolique a été estimée à environ 22 Pg C a-1. Cependant, les intensités respiratoires qui se déroulent in situ sont généralement trop faibles (de plusieurs ordres de grandeur) pour être accessibles aux méthodes de mesure directes actuellement disponibles. Certaines sondes fluorescentes, comme le DiOC6(3) (Molecular Probes, USA) se sont révélées être très sensibles à l’intensité de la différence de potentiel électrochimique du proton (?µH+), qui caractérise les membranes mitochondriales et plasmiques qui portent le système respiratoire chez les cellules eucaryotes et procaryotes. Chez les mitochondries, le ?µH+ présente une relation linéaire avec le flux d'oxygène. À notre connaissance, aucune relation de ce type n'avait été établie dans le cas de cellules entières marines (micro-organismes). Lors de travaux antérieurs, G. Grégori s’est intéressé à la vitesse de respiration à l’obscurité d’une culture monospécifique de la Chlorophyceae Dunaliella tertiolecta (Butcher) en utilisant un oxygraphe à haute résolution (Oroboros) et une coloration des cellules par le DiOC6(3). Une relation linéaire a été mise en évidence et standardisée, entre la vitesse d’absorption d'oxygène par D. tertiolecta et son intensité de fluorescence verte spécifique induite par le DiOC6(3), permettant ainsi la mesure par cytométrie de flux de la vitesse de respiration de D. tertiolecta. L'étape suivante consiste à étendre la méthode aux procaryotes hétérotrophes, principaux responsables de la minéralisation de la matière organique dans l'océan. Dans le présent travail sont présentés les résultats obtenus sur l’eubactérie Pseudomonas nautica 617, une souche qui a été isolée dans notre laboratoire par P. Bonin en 1987. / In the Ocean, microbial respiration is considered as the major process representative of the organic matter biological oxidation. The corresponding metabolic CO2 production was estimated to be about 22 Pg C y–1. However, the in situ respiration rate is generally too low (by several orders of magnitude) to be accessible to the available direct measurement methods. Some fluorescent probes, such as DiOC6(3) (Molecular Probes, USA) have been shown to be very sensitive to changes in the proton electrochemical potential difference (?µH+), characterising mitochondrial and plasmic membranes bearing the cell respiratory system in eukaryotic and prokaryotic cells. In mitochondria, ?µH+ is linked to the flux of oxygen uptake by a linear relationship. To our knowledge, no such relationship has been established in the case of whole marine cells. In a previous works, G. Grégori addressed the dark respiration rate of the Chlorophyceae Dunaliella tertiolecta (Butcher) in axenic culture, both directly by using a highly sensitive oxygraph (Oroboros) and by staining cells with DiOC6(3). A linear relationship was established and standardized between the oxygen uptake by D. tertiolecta and its green fluorescence induced by DiOC6(3), enabling the measure by flow cytometry of the respiration rate of D. tertiolecta. The next step is to extend the method to heterotrophic prokaryotes which are responsible for most of the mineralization of the organic matter in the ocean. In the present work are presented results obtained on the eubacteria Pseudomonas nautica 617, a strain that has been isolated in our laboratory by P. Bonin in 1987.

Les bactéries et microalgues marines sont acteurs clés du fonctionnement des écosystèmes océaniques et leur contribution dans les cycles biogéochimiques majeurs est largement reconnue. Dans ce contexte, il apparaît essentiel de mieux comprendre les interactions existant entre bactéries et microalgues. Dans l’environnement marin, les interactions spécifiques entre microorganismes nécessitent une forte proximité qui n’est souvent rendue possible que par un attachement cellulaire. La première partie de ce travail de thèse a consisté à sélectionner les microalgues qui présentaient des bactéries physiquement attachées. Deux diatomées appartenant aux genres Thalassiosira et Chaeoceros ont été retenues afin d’étudier leur microflore épibionte issue d’associations à long terme (culture de microalgues établies depuis plusieurs années) et à court terme (microalgues prélevées directement dans l’environnement). Ces travaux ont permis de mettre en évidence une forte ressemblance des communautés épibiontes dans les associations à long terme, qui s’opposait à la forte différence des épibiontes issus des associations à court terme. Les communautés d’épibiontes bactériens étaient majoritairement composées d’alpha- et gammaprotéobactéries, mais aussi de Bacteroidetes et d’actinobactéries. Cette étude a également permis de mettre en évidence que la surface des microalgues représentait un écosystème particulier puisque près de la moitié des épibiontes isolés correspondaient à de nouveaux taxons (genres et espèces). Une de ces souches qui constitue un nouveau genre a été complètement caractérisée, contribuant à l’enrichissement de la diversité bactérienne décrite. Enfin, la nature des interactions entre les deux diatomées et leurs bactéries épibiontes a été analysée par l’intermédiaire de co-cultures, afin d’identifier une interaction forte, qui pourra être examinée par transcriptomique. De très nombreuses interactions commensalismes ont été mises en évidence, reflet de la reminéralisation de la matière organique par les bactéries. Cependant, un faible impact des bactéries sur la croissance des microalgues a été observé. Les conditions expérimentales qui excluent au maximum les stress abiotiques et biotiques, masquent peut-être les interactions qui pourraient se produire dans un environnement naturel plus fluctuant. Ces résultats témoignent de la complexité des interactions biotiques, fournissent des méthodes et des organismes modèles permettant de les étudier et soulèvent de nombreuses hypothèses exaltantes pour les travaux futurs. / Marine microalgal and bacterial contribution to the global biogeochemical cycles is largely recognized and lead to define them as key actors of oceanic ecosystems. In this context, it is essential to better understand the interactions occurring between bacteria and microalgae. In the marine environment, specific interactions between microorganisms require tight physical association that is made possible by cellular attachment. In this work, we first selected microalgae with physically attached bacteria. Two diatoms belonging to the genus Thalassiosira and Chaetoceros were selected to study the epibiotic microflora from long-term (microalgae in culture) and short-term (microalgae directly collected from natural communities) associations. This work highlighted strong similarities between epibiotic assemblages from long-term associations and a higher difference for epibiotic communities from short-term associations. The bacterial epibiotic assemblages were mainly composed of Alpha- and Gammaproteobacteria but also Bacteroidetes and Actinobacteria. This study also highlighted that the surface of microalgae represented a peculiar ecosystem where nearly half isolates constituted new taxa (genera and species). One of them representing a new genus has been completely characterized, contributing to the enrichment of the described bacterial diversity. Finally, the nature of interactions between diatoms and their epibiotic bacteria was analyzed by co-culturing to identify strong interactions, to be further examined by transcriptomics. Numerous commensal interactions have been identified, corresponding to the bacterial remineralization of organic matter. However, only small effects of bacteria on microalgal growth were observed. The experimental conditions that exclude a maximum of abiotic and biotic stresses may mask potential interactions that could occur in an unstable natural environment. These results reflect the complexity of biotic interactions, provide methods and model organisms to study them, and raise many exciting hypotheses for future work.

La mer Méditerranée en période stratifiée est une zone ultra-oligotrophe carencée en P. La production procaryotique hétérotrophe étant, comme la production primaire, souvent limitée par la biodisponibilité en phosphate (P), en Méditerranée, les flux d'assimilation de Pi et d'incorporation de leucine dans les protéines ont été particulièrement étudiés dans ce travail de thèse. Cette étude est focalisée sur la mesure des flux spécifiques d'assimilation des populations picoplanctoniques (Synechococcus = Syn, Prochlorococcus=Proc, picophytoeucaryotes=Pic, procaryotes hétérotrophes=Hprok) et sur les contribution à l'échelle cellulaire aux flux globaux, au travers de l'estimation de leurs aptitudes de compétition vis-vis de la limitation en Pi, en combinant le marquage radioactif et le tri cellulaire par caryométrie en flux. Les données ont été acquises dans le cadre de la campagne transméditerranéenne multiidisciplinaire BOUM (jui-juillet 2008). Toutes les populations étudiée participent significativement aux flux d'assimilation de Pi dans le compartiment microbien, lequel est dominé par les Hprok en surface et les cyanobactéries autour du maximum profond de chlorophylle et jusqu'au bas de la zone euphotique : Proc au large et Syn en zone moins ultraoligotrophe. Les caractéristiques cinétiques de ces mêmes populations ont montré qu'avec ses fortes valeurs de Vmax et de Kt+Sn, Syn est la plus capable des populations à répondre rapidement à des apports pulsés en Pi, tandis que Proc et Hprok présentent une forte affinité pour le Pi, i.e. de bonnes aptitudes de compétition aux plus faibles concentrations. La population des Proc aux flux d'incorporation total de leucin n'est pas négligeable (jusqu'à 30%). Compte tenu du caractère ubiquiste et du succès écologique (en abondance) des Proc dans les océans, il semble que la mixotrophie soir une stratégie suivie très adaptée aux environnement oligotrophes. La forte participation (jusqu'à 42 %) des Hprok à faible contenu en acides nucléiques (bactéries de type LNA) par rapport à celle de la communauté totale a été mise en évidence, en particulier dans les eaux de surface, et confirme la forte contribution de ce groupe cytométrique à la production procarytique hétérotrophe dans les systèmes oligotrophes. / The Mediterranean Sea is know as an oligotrophic P-depleted area, where reduced exogenous nutriment suplly to the euphotic zon push microorganisms into intense competition for nutritive resources. For instance, heterotrophic prokaryotic production may, like photosynthesis, be limited by the availability of phosphate (Pi). Thus, this study aimed at investigating Pi assimilation and leuvine incorporation into proteins among different picoplanktonic populations ; heterotrophic prokaryotes (Hprok), Synechococcus (Syn), Prochlorococcus (Proc) and picophytoplankton. More precisely, cell-specific Pi assimilation rates and cell-specific leucine incorporation rates were determined using flow cytometry coupled to cell storing. Data were acquired during the trans-Mediterranean cruise BOUM (June-July 2008). All microbial populations sorted significantly participated to Pi assimilation fluxes, which were dominated, in terms of contribution to the whole-sea water activity, by Hprok wihin surface layers and cyanobacteria in vicinity of the deep chlorophyl maximun (Proc in open sea and Syn at more coastal stations ) and below.Specific kinetic characteristics of Pi uptake showed Syn to be adapted to Pi pulses, owing to their heigher Vmax and k+Sn. At the opposite, Proc and Hprok were more adapted to lower concentrations due to a better affinity for Pi. Proc., detected at the vicinity of the deep chlorophyll maximum, participated actively to leucine incorporation rates of the bulk community (up to 30 %), confirming mixotrophic capacity as a survival strategy in oligotrophic environments. Hprok cells with low nucleic acid content (LNA cells) contributed up to 42% to the bulk leucine incorporation prokaryotic production in oligotrophic waters

L'objectif de mon étude était d'évaluer la contribution des bactéries à l'assimilation d'azote (pN) en surface et au maximum sub-superficiel de chlorophylle (SCM) dans l'océan Arctique canadien afin d'évaluer les impacts possible de cette prise sur le phytoplancton et la production primaire nouvelle telle qu'estimée par le /-ratio (i.e., la proportion de la prise totale d'azote qui est comblée par de l'azote allochtone tel le nitrate). Deux méthodes permettant d'estimer la pN bactérienne ont aussi été comparées: le fractionnement de taille (SM) et la méthode par inhibition des bactéries (IM). Considérant les valeurs obtenues par PIM, qui a semblé être la méthode la plus appropriée dans la zone d'étude, les bactéries ont utilisé surtout l'azote inorganique et peu d'azote organique. L'ammonium (NH/) a été la principale source d'azote pour les bactéries, dont l'avantage compétitif sur le phytoplancton leur a permis d'en être les principaux consommateurs. Malgré la faible lumière qui y persiste, le SCM n'avantage pas les bactéries puisque leur pN est proportionnelle à l'activité phytoplanctonique tant en surface qu'au SCM. L'impact de la soustraction de la pN bactérienne lors de l'estimation du/^ratio est généralement faible mais varie selon la station échantillonnée et dépend de la disponibilité du NH4+ dans l'environnement ainsi que de la proportion de la pN bactérienne totale comblée par le NH4+, le nitrate et l'urée. Cette étude démontre que les bactéries sont d'importants consommateurs d'azote et que cette contribution doit être quantifiée afin d'interpréter correctement la mesure du /-ratio et d'améliorer notre compréhension des cycles de l'azote et du carbone dans l'océan Arctique canadien.

Le cycle du carbone est régi principalement par les phénomènes de production et de reminéralisation de la matière organique le long de la colonne d'eau. Les acteurs principaux de cette reminéralisation sont les procaryotes hétérotrophes, dont les actions peuvent être mesurées sur l'ensemble de la colonne d'eau via la respiration procaryotique. Au cours de ce travail de thèse, un suivi à long terme et en temps réel des conditions hydrologiques et biogéochimiques (température potentielle, salinité et oxygène dissous, O2) a été mené entre 2008 et 2010 en Méditerranée Nord Occidentale, sur le site ANTARES. Ces observations ont permis de mettre en évidence les influences d'évènements ponctuels (convection hivernale d'eau profonde) par advection sur ces paramètres hydrologiques et biogéochimiques. Ces influences, directes ou indirectes, vont également avoir des incidences sur la concentration en matière organique et donc sur le potentiel reminéralisateur du milieu profond. Le suivi temporel de la concentration d'O2 a également permis de mettre en évidence une diminution de la concentration globale de 2.6 µmol O2 dm-3 a-1, sur une période de trois ans. Le développement au sein du laboratoire et en collaboration avec le Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) d'un nouvel outil en équipression, le IODA6000 (In situ Oxygen Dynamics Autosampler), mesurant directement et à haute fréquence la dynamique de l'O2 a permis d'obtenir des vitesses de respiration procaryotique à 2000 m de profondeur depuis décembre 2009 sur le site ANTARES. / The carbon cycle is mostly driven by production and remineralisation processes which are constraining organic matter concentration along the water column. The main actors of the remineralisation are the heterotrophic prokaryotes, which actions can be measured from surface to deep by the prokaryotic respiration. During this PhD thesis, a long term real time monitoring of hydrological and biogeochemical conditions (potential temperature, salinity and dissolved oxygen O2) has been carried out between 2008 and 2010 in the North Occidental Mediterranean Sea, at the ANTARES site. Influence of punctual events has been observed which seem to be related to winter deep sea convection and subsequent advection, changing hydrological and biogeochemical properties observed at the ANTARES site. These direct or indirect modifications will have consequences on the organic matter concentration and therefore on the deep-sea remineralisation potential. The temporal monitoring of O2 concentration has also allow us to estimate the deep water oxygen consumption of 2.6 µmol O2 dm-3 a-1, during a three year period. The development in our laboratory in collaboration with Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM) of a new equipressured tool, the IODA6000 (In situ Oxygen Dynamics Autosampler), measuring directly and at high frequency the O2 concentration, allowed us to measure PR rates at 2000 m depth since December 2009 at the ANTARES site. This unique ongoing time series shows a mean prokaryotic respiration rates higher (0.2 µmol O2 dm-3 d-1) than expected by literature (5.5 10-3 µmol O2 dm-3 d-1), with a high temporal variability (from 8 10-3 to 0.5 µmol O2 dm-3 d-1).

Ce travail est une contribution à la connaissance de l’importance des particules de nature polysaccharidique, les TEP (Transparent Exopolymer Particles) ou particules d’Exopolymères Transparentes, en milieu pélagique lacustre.Les différentes études présentées dans ce mémoire se sont essentiellement focalisées sur la distribution de ces particules et leur relation avec le phytoplancton et les autres microorganismes du réseau trophique aquatique en milieu naturel (le lac Pavin, oligo-mésotrophe et le réservoir hypereutrophe de Grangent) et en conditions semi contrôlées(enclos limniques installés sur le lac de Créteil). Les résultats de l’étude printanière au lac Pavin indiquent que la majorité des TEP sont colonisées par les bactéries et que l’intensité de colonisation est fortement liée à la température et diminue avec l’augmentation en taille des particules. La distribution des nanoflagellés hétérotrophes (HNF) est fortement liée à la densité des TEP mais pas à l’intensité de colonisation de ces particules. L’abondance et la surface cumulée de TEP sont significativement plus élevées dans le lac oligo-mésotrophe que dans le réservoir hypereutrophe de Grangent. Les abondances et les concentrations élevées de particules dans le lac Pavin coïncident avec la présence de diatomées de grande taille au printemps et en automne et avec les chlorophycées à la fin de l’été.Dans le réservoir de Grangent les valeurs maximales de TEP coïncident avec le développement de la cyanobactérie Microcystis aeruginosa. Si les TEP augmentent avec la productivité de l’écosystème, la production de ces particules par unité de chlorophylle a dépend de la composition algale et tend à diminuer avec l’augmentation du niveau trophique du milieu. Les résultats issus de la biomanipulation en enclos limniques indiquent que la structure du réseau trophique aquatique (par la présence ou l’absence de poissons planctonophages) influence fortement la distribution,la dynamique et le spectre de taille des TEP. Dans le traitement poisson, l’abondance des TEP, la chlorophylle a et la biomasse des chlorophycées sont fortement corrélées. De par son broutage sur le phytoplancton, le zooplancton a un effet négatif sur les TEP dans le traitement sans poissons mais il contribue sans doute à la formation de TEP e tinfluence le spectre de taille de ces dernières dans ce traitement. Ce travail souligne l’importance des particules de nature polysaccharidique en milieu pélagique lacustre qui doivent être considérées comme une part importante du carbone organique qui transite des producteurs primaires vers les décomposeurs et vers le sédiment. / This work adds to the knowledge of the significance of polysaccharidic detrital particles or TEP (= Transparent Exopolymer Particles) in freshwater pelagic environments. Studies in this thesis have mainly focused on the distribution of TEP and their relationships with phytoplankton and other microorganisms in natural environments (the oligo-mesotrophic Lake Pavin and the hypereutrophic reservoir of Grangent) and in limnetic enclosures (lake of Créteil). The intensity of bacterial colonization during spring in Lake Pavin was strongly related to temperature and decreased with particle size. The abundance of heterotrophic nanoflagellates (HNF) in this lake was more significantly related to the density of the particles than to the density of total bacteria and the intensity of bacterial colonization of TEP, suggesting that TEP is a more important factor for HNF development than attached and free bacteria. The abundance and the total surface area of the particles were significantly higher in the hypereutrophic Lake Grangent than in the mesotrophic Lake Pavin. Maximum TEP density in Lake Pavin was recorded during the spring diatom bloom, while TEP concentration peaked in late summer when the phytoplankton community was largely dominated by small-size chlorophytes with an abundant polysaccharide cell coating. In the hypereutrophic Lake Grangent,maximum values of TEP appeared during the summer development of the cyanobacterium Microcystis aeruginosa. Per cell production of TEP, expressed by the ratio between TEP concentration and chlorophyll a concentration, was significantly higher in the less productive lake and the analysis of the size spectra of the particles indicated a greater proportion of small particles in this lake. TEP therefore appear as more significant for microbial development and aggregates formation in the less productive environment. Results from limnetic enclosures (either dominated by planktivorous fish or fishless) indicated that food-web structure strongly influences the distribution and size spectra of TEP. TEP abundances were related to chlorophyll a concentrations and the biomass of chlorophytes in the fish treatment. As expected by the trophic cascades theory, zooplankton had an indirect negative effect on TEP abundance. Our results suggest, however, that metazoan probably influence the formation and the size spectra of the particles in the fishless treatment. TEP must be regarded as a major part of the organic carbon which is transferred from the primary producers to the microbial food web and the sediments in freshwater ecosystems.

En milieu marin, les communautés bactériennes hétérotrophes sont exposées à un mélange hétérogène de composés organiques dissous présentant différents degrés de labilité, qui peuvent contrôler à la fois leurs activités et leur composition. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié la réponse de communautés bactériennes présentes dans des environnements côtiers contrastés à l’ajout simple ou combiné de différentes sources naturelles de matière organique dissoute (MOD), préalablement photo oxydée ou non et présentant différentes bio réactivités. Dans un premier temps, nous avons étudié l’impact d’ajout de MOD labile provenant de méduses sur l’activité et la diversité bactériennes d’une communauté d’une lagune côtière méditerranéenne. Nous avons observé que la résilience des communautés bactériennes suite à cet ajout était plus importante pour les fonctions métaboliques que pour la diversité. Ceci suggère que les efflorescences de méduses peuvent entrainer des changements durables de la structure des communautés bactériennes en environnement côtier. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la possibilité d’un priming effect (accélération de la dégradation bactérienne de la MOD réfractaire en présence de MOD labile) en milieu côtier. Des expériences d’ajout simple ou combiné de MOD labile et récalcitrante ont été réalisées sur des communautés bactériennes de Mer Méditerranée et d’un fjord de Patagonie chilienne. Dans les deux cas, nous avons observé des changements plus importants de la composition communautaire bactérienne suite à un ajout combiné. Cependant, nous n’avons pas observé une plus forte consommation de MOD récalcitrante suite à l’ajout de composés labiles, ce qui suggère que le priming effect n’a pas eu lieu au cours de nos expériences. Enfin, nous avons étudié l’impact de la photodégradation de différentes sources de MOD (i.e. MOD récalcitrante de rivière, MOD labile provenant de phytoplancton) sur l’activité et la diversité de communautés bactériennes côtières. Nous avons observé que la photodégradation de la MOD issue d’une culture de phytoplancton entrainait à la fois une croissance bactérienne plus faible et une modification de la diversité bactérienne en faveur des Alphaprotéobactéries. / Heterotrophic bacterial communities in marine environment are exposed to a heterogeneous mixture of dissolved organic compounds with different bioavailability that may control both their activities and their composition. In the frame of this thesis, we studied the response of different coastal bacterial communities to the single or combined addition of various natural dissolved organic matter (DOM) photo-oxidized or not, presenting different bioavailability characteristics. Firstly, we studied the effects of the addition of highly bioreactive DOM derived from jellyfish on bacterial activities and community structure in a Mediterranean coastal lagoon. We observed that resilience of the bacterial community after the addition of DOM from the jellyfish was higher for metabolic functions than diversity, suggesting that jellyfish blooms can induce durable changes in the bacterial community structure in coastal lagoons. Secondly, we investigated the occurrence of priming effect (increase in microbial degradation of refractory DOM upon the addition of labile DOM) on coastal marine environments. Experiments with single or combined additions of recalcitrant and labile DOM sources were performed with a Mediterranean and a Patagonian fjord bacterial communities. In both cases we observed a greater effect of combined addition on bacterial community composition. However we did not observe an increase in recalcitrant DOM degradation of recalcitrant DOM following the addition of labile compounds, suggesting that priming effect did not occur during our experiments. Finally, we studied the impact of contrasted DOM (i.e. recalcitrant riverine DOM, labile phytoplankton-derived DOM) photodegradation on coastal bacterial communities activity and composition. We observed that photodegradation of phytoplankton-derived DOM led to a lower bacterial growth and changes in bacterial community diversity, in favour of Alphaproteobacteria.

La concentration croissante de CO2 dans l'atmosphère et les dangers potentiels qu'elle représente pour la terre au travers des changements climatiques, l'acidification des océans et l'élévation du niveau de la mer a conduit à un certain nombre de projets qui tentent de trouver un moyen sûr et inoffensifs pour capturer et stocker le CO2 dans des formations géologiques. Une de ces tentatives se déroule actuellement en Islande à la centrale géothermique Hellisheiði, située à proximité de la capitale, Reykjavik (le projet CarbFix). Le dioxyde de carbone et d'autres gaz comme H2S, N2, H2, CH4, et Ar sont des sous-produits de l'exploitation de l'énergie géothermique et l'objectif est de stocker tout ce CO2 dans les formations basaltiques qui se situent sous Hellisheiði. Le CO2 est dissous dans un courant d'eau injecté par pompage dans des puits jusqu'à à 350 mètres de profondeur et qui s'écoule ensuite au sein d'horizons mixtes de verre basaltique et de basalte cristallin. Les roches basaltiques sont caractérisées par des teneurs élevées en cations divalents comme Mg2+, Fe2+ et Ca2+ et des vitesses de dissolution relativement rapides. L'eau acide chargée en CO2 dissout le basalte, libérant ainsi des cations qui peuvent réagir avec les ions carbonates pour former des minéraux carbonatés (magnésite, sidérite, calcite, ankérite ainsi que des solutions solides (Ca-Mg-Fe)CO3)). Si on admet que c'est la dissolution des roches basaltiques qui contrôle ce processus de séquestration du carbone, on peut en déduire que tout ce qui pourra limiter cette dissolution sera préjudiciable à l'ensemble du processus de confinement du CO2. Mon rôle dans le projet CarbFix a été d'examiner les effets de la formation de revêtements de carbonate de calcium sur la dissolution des phases primaires de basalte. Je me suis concentrée sur le verre basaltique et le clinopyroxène, diopside, afin de comparer des phases cristallines et non cristallines. En outre, une série d'expériences ont été menées pour étudier l'effet de la structure du minéral primaire sur la nucléation de calcite. Ces expériences ont été faites pour vérifier si les différentes structures de silicate conduiraient à une différente étendue de la nucléation et croissance de la calcite à la surface des silicates. Enfin, de nombreuses expériences de dissolution de verre basaltique ont été menées en présence de bactéries hétérotrophes mortes et vivantes, Pseudomonas reactans, afin de déterminer l'effet des bactéries sur la dissolution des roches dans le système des eaux souterraines du site Hellisheiði. Les expériences de dissolution de verre basaltique et de diopside ont été réalisés à 25 et 70 °C pour un pH de 7-8 dans des réacteurs à circulation alimentés en solutions de forces ioniques > 0,03 mol / kg contenant CaCl2 ± NaHCO3. Deux séries d'essais ont été menés simultanément, une série appelée essais de 'précipitations' au cours de laquelle la solution dans le réacteur était sursaturée par rapport à la calcite, et l'autre série appelée essais de 'contrôle', pour laquelle la modélisation PHREEQC ne prévoyait pas formation de minéraux secondaires. Ainsi, il a été possible de comparer les vitesses de dissolution du verre basaltique et du diopside à 25 °C avec et sans la formation de carbonate de calcium et d'autres minéraux secondaires afin d'en déduire leur effet sur les vitesses de dissolution. Les images de microscopie électronique à balayage ont montré que des quantités importantes de carbonate de calcium ont précipité au cours des expériences de 'précipitations' mais, dans le cas du verre basaltique la croissance primaire se présente sous forme gros amas discrets de calcite et d'aragonite qui ne se forment pas sur le verre lui-même. Par contre, plusieurs des cristaux de diopside ont été largement envahis par des revêtements de calcite sans aragonite décelable. Dans les deux cas, la présence de calcite / aragonite n'a pas eu d'incidence sur les vitesses de dissolution du verre basaltique et de diopside qui sont les mêmes que celles mesurées dans la série 'contrôle'. Il semblerait que la couverture discontinue et poreuse de carbonates permet aux ions des phases primaires de continuer à diffuser sans entrave à travers la couche secondaire. Pour mieux évaluer l'effet de la surface des silicates sur la nucléation de la calcite, les vitesses de dissolution de six minéraux et roches silicatés ont été mesurées à 25 °C dans des réacteurs à circulation en présence de solutions de pH ~ 9,1 sursaturées par rapport à la calcite. Les phases silicatées étaient les suivantes: olivine, enstatite, augite, labradorite, verre basaltique et péridotite. Les résultats montrent que le temps d'induction pour la nucléation de calcite et l'étendue de la couverture de carbonatée avec le temps varient selon la phase silicatée. Dans un même laps de temps l'olivine, l'enstatite et la péridotite (principalement composé d'olivine riche en Mg) étaient les plus couvertes par les précipitations de calcite, suivis par l'augite, la labradorite et enfin le verre basaltique. Toute la croissance de calcite a eu lieu sur la surface du silicate, y compris sur le verre basaltique. La cinétique favorise la croissance de calcite par nucléation sur les minéraux orthorhombiques (enstatite et olivine) par rapport aux minéraux monocliniques et tricliniques. Les plus faibles quantités de calcite ont été trouvées sur le verre qui n'a pas de structure silicatée ordonnée. Des bactéries hétérotrophes, Pseudomonas reactans ont été extraites de l'un des puits de contrôle à Hellisheiði et ont ensuite été séparées, purifiées et cultivées en laboratoire. Avec le bouillon de culture utilisé, les conditions de croissance optimales de cette bactérie sont 5-37 °C et un pH de 7,0 à 8. Cette bactérie, très commune dans l'eau et le sol, est une bonne candidate pour tester l'impact des bactéries hétérotrophes en général lors de la séquestration du CO2 dans un aquifère naturel comme en Islande. Les vitesses de dissolution du verre basaltique ont été mesurés à 25 °C dans des nouveaux réacteurs à circulation permettant d'opérer en présence de bactéries (BMFR) dans des solutions tamponnées transportant 0,1 à 0,4 g/L de bactéries mortes et 0,9 à 19 g/L de bactéries vivantes à 4 ≤ pH ≤ 10. Les résultats ont montré que la présence de ces bactéries n'avait quasiment pas d'effet effet sur la vitesse de dissolution. La conclusion générale de cette étude est que ni les revêtements de carbonate, ni les bactéries n'ont d'impact majeur sur les vitesses de dissolution des phases primaires silicatées. Ainsi, leur effet devrait être négligeable sur le processus de séquestration du CO2 sur le site Hellisheiði en Islande. Le basalte cristallin pourrait être recouvert plus rapidement en carbonate de calcium, mais le verre basaltique pourrait aussi servir de support pour la nucléation de calcite.

Une approche in situ et expérimentale sont menées en baie de Marseille. Des mesures simultanées de PB, de RB, de la phosphatase alcaline (phos) et de la protéase (prot) sont réalisées. Des gradients de températures (12-32°C) de ces 4 activités sont effectués. Les résultats montrent que 1) les températures optimales et les Q10 varient saisonnièrement, 2) le BGE ne diminue pas nécessairement lorsque la température augmente et 3) quelles que soit les conditions in situ, l'assemblage bactérien possède un BGE à la température in situ proche de sa température optimale. Des expériences d'enrichissements en PO4 et glucose incubées à température in situ et température in situ + 3°C montrent que la nature de l'interaction entre la température et les ressources est principalement synergétique. L'hypothèse d'un scénario supposant des changements relatifs de PB, prot et phos lors d'un changement de température suggère que les taux prot/PB et phos/PB diminuent lors d'un réchauffement et augmentent lors d'un refroidissement. Enfin, ces expériences témoignent que la température et la disponibilité du PO4 sont les principaux facteurs limitant les activités hétérotrophes. L'étude du mode d'apport de la MO (pulsé ou en continu) menée sur 4 cultures saisonnières montre que selon les conditions environnementales et le mode d'apport de la MO, l'AB, la PB et la RB varient significativement. Toutefois, l'AB, la PB, la RB et le BGE ne montrent pas de différences significatives entre les réservoirs d'ajouts pulsés et d'ajouts continus de MO suggérant des communautés bactériennes peu sensibles à la nature de la perturbation nutritionnelle alors que leurs activités en sont fortement dépendantes. / In this work, in situ and experimental approaches have been carried out in Marseilles' Bay. Simultaneous measurements of bacterial production (BP), bacterial respiration (BR), alkaline phosphatase activity (phos) and protease activity (prot) have been performed. Kinetic temperatures (12-32°C) of these 4 activities have been also conducted. The results demonstrate that i) the optimum temperature and Q10 values vary seasonally, ii) BGE value does not necessarily decrease with increasing temperature and iii) whatever the in situ conditions, the bacterial assemblage has a in situ temperature BGE value close to its optimal temperature. Enrichments experiments in PO4 and glucose incubated at in situ temperature and in situ temperature + 3°C allow to observe that the synergistic nature of the interaction between temperature and resources. The assumption of a scenario assuming that BP, prot and phos changes during a temperature change suggests that prot:BP and phos:BP ratios decrease with a warming and increase with a cooling. Finally, these experiments show that temperature and PO4 availability are the main factors controlling heterotrophic activities. The study on OM availability and associated timing (pulsed or continuous) conducted during 4 seasonal cultures demonstrates that at different seasons and according to the delivery mode of OM, BA, BP and BR are varying significantly. However, the BA, BP and the BR does not show significant differences between the tanks with pulse OM addition and continuous OM addition suggesting that predominant bacterial communities are insensitive to the nature of nutritional disturbance whereas bacterial activities are highly dependent.