Le lagon de la Nouvelle Calédonie (Pacifique Sud-Ouest), est drainé par les entrées fluviales et océaniques sous la pression de l’érosion des sols ultramafiques (enrichies en Nickel et Cobalt). Le but de cette thèse était de mieux comprendre les sources et la variabilité spatio-temporelle de la matière organique dissoute colorée (MODC) et fluorescente (MODF) le long de continuum rivière-côte-lagon-large en zone lagonaire tropicale du Pacifique dans un contexte de changement climatique et d’anthropisation locale (activité minière). Les côtes Est et Ouest calédoniennes ont été échantillonnées pendant 1 an et demi et pendant la campagne CALIOPE 3 (côte Est) lors d’un épisode El Niño fort (2015-2016), ponctués de forts épisodes pluvieux. L’analyse parallèle factorielle (PARAFAC) des matrices d’excitation-émission de fluorescence (MEEFs) a abouti à l’indentifications de 5 fluorophores : humique-like marin, 2 tyrosine-like, et tryptophane-like d’origine autochtone issus des compartiments phytoplanctoniques et bactériens, et un fluorophore humique-like d’origine allochtone provenant des rivières drainant les côtes. La MODC à 350 et 442 nm suivait une dynamique fortement dépendante des apports fluviaux pouvant être découplée de la dynamique de la MODF. La MODF sur la côte Est suivait un cycle saisonnier (saison sèche/humide) contrairement à la côte Ouest dépendante de d'évènements pluvieux sporadiques. Des fluorophores (humique, tyrosine et tryptophane-like) ont montré des affinités avec certains métaux traces (Nickel, Manganèse, Cobalt) ce qui a permis de développer une expérience de quenching de fluorescence pour déterminer le pouvoir complexant de la MODF naturelle. / New Caledonia (South-West Pacific) is a tropical area under strong environmental pressure (climate change and local anthropogenic forcing). The aim of this thesis was to gain a better understanding of the colored (CDOM) and fluorescent (FDOM) dissolved organic matter dynamic in the New Caledonia Lagoon where strong ultramafic erosion pressure is associated with trace metals (i.e., nickel, manganese and cobalt). 3D spectrofluorimetry was used to characterize the CDOM/FDOM. The West and East coasts were sampled during one year and a half in a context of El Niño (2015-2016), interrupted by strong rainy events (storms) and during CALIOPE 3 cruise (East coast). A parallel factor analysis (PARAFAC) of EEMF led to the identification of 5 fluorophores: marine humic-like, 2 tyrosine-like and tryptophan-like peaks (T2 peak) from the biological balance between phytoplankton and bacterioplankton and a terrestrial humic-like from rivers draining caledonian coast. The CDOM signal at 350 and 442 nm had a strong dependency on river inputs accentuated during storms and revealed photodegraded CDOM. The FDOM signal in the East showed a seasonal cycle (wet/dry season) contrary to the West coast depending on sporadic rainy events. Data acquired during the CALIOPE 3 were coupled with trace metal concentrations, biogeochemical parameters, and plankton communities. Some fluorophores displayed a preferential association with nickel and cobalt. The complexation capacities of these fluorophores toward trace metals were revealed by a quenching experiment that allowed to derive complexation constants.

Caractérisé par des eaux oligotrophes à mésotrophes, le lagon Sud Ouest de Nouvelle-Calédonie reçoit une part importante des effluents urbains de la ville de Nouméa. L'objectif de ce travail était d'évaluer les réponses des communautés phytoplanctoniques et bactériennes aux apports en nutriments dans ce système côtier lagonaire tropical. Un suivi annuel montre une faible saisonnalité des biomasses et productions bactériennes et phytoplanctoniques avec des maxima en Décembre-Janvier (été austral) et Avril-Mai et un minimum en Août, pendant l'hiver austral. Cette tendance saisonnière est entachée par d'importantes fluctuations à court terme de ces variables, vraisemblablement induites par le renouvellement des eaux lagonaires par les eaux océaniques sous l'influence du vent. Les gradients en nutriments au voisinage de Nouméa sont observables à ces 3 périodes caractéristiques. Elles ont donc été choisies pour évaluer la réponse des communautés bactérienne et phytoplanctonique aux enrichissements en nutriments. L'azote semble être l'élément limitant la production phytoplanctonique. La biomasse phytoplanctonique et la production primaire augmentent sensiblement en réponse aux accroissements en nutriments et cette stimulation s'accompagne d'une augmentation de la taille moyenne du phytoplancton. La production bactérienne augmente proportionnellement plus que la production primaire et la demande bactérienne en carbone excède largement la production primaire particulaire planctonique aux stations les plus enrichies. Au sein du picophytoplancton, les Prochlorococccus dominent largement dans les eaux océaniques proches et aux stations lagonaires les plus oligotrophes et sont remplacés par les Synechococcus et des picoeucaryotes autotrophes aux sites les plus enrichis. Au sein du nano- et du microphytoplancton, les peuplements des eaux oligotrophes dominés par les coccolithophoracées et les dinoflagellés sont remplacés par des peuplements où les diatomées prédominent aux sites les plus eutrophisés. La structure des communautés bactériennes étudiée par T-RFLP ne montre pas de variations spatiales importantes des communautés bactériennes libres et attachées aux particules, excepté dans les fonds de baie les plus altérés par les apports nutritifs. En une station représentative des conditions lagonaires, la structure des communautés bactériennes libres reste stable au cours de l'année et n'apparaît pas liée à la production bactérienne. A l'opposé, la structure des communautés bactériennes attachées aux particules montre d'importantes variations à court terme.

Devant l'intérêt croissant pour l'environnement et la conservation de la biodiversité, comprendre les principaux mécanismes des cycles biogéochimiques ayant lieu dans les écosystèmes coralliens et lagonaires est une priorité. Un modèle 3D couplé physique-biochéochimique a été mis en place sur le lagon de Nouvelle-Calédonie (NC) : un 'hot spot' de biodiversité sous l'influence de divers forçages d'origines naturelles et anthropiques.Les interactions terre-lagon ont été abordées à travers l'étude d'un événement extrême La Nina (2008) qui cause de fortes précipitations, amenant d'importants apports dans le lagon.Les résultats du modèle fournissent une vue synoptique de la réponse biogéochimique-physique du lagon, mettant en évidence que la totalité du lagon fût impacté par les apports des rivières et un hydrodynamisme plus actif, où les concentrations en chlorophylle-a ont été doublées.L'interaction complexe océan-lagon a été abordée à travers la modélisation des processus d'upwelling du Sud Ouest (SO) de la NC. Quatre étés australs ont été simulés, mettant en évidence l'importance des processus d'upwelling qui représentent un important forçage de la production primaire au SO de la NC. Une analyse lagrangienne du transport a montré que les eaux issues de l'upwelling peuvent atteindre le lagon SO sous certaines conditions, un phénomène pouvant avoir des conséquences sur le recrutement larvaire et l'enrichissement du lagon. Le modèle 3D couplé est un outil robuste pour l'étude de cet environnement très variable et complexe. Il peut représenter une aide à la décision des managers ainsi qu'un support d'analyse et de planification d'échantillonnage aux scientifiques. / In view of increasing environmental awareness and biodiversity conservation, understanding the main forcing mechanism driving biogeochemical cycles in coral reefs and lagoon coastal areas is a priority. We used a 3D coupled 'on-line' physical-biogeochemical model on the New Caledonia lagoon : a hot spot of biodiversity under several forcing from climate to human origin.Interactions between land and lagoon were investigated through the study of an extreme event La Niña (2008) that caused heavy rainfalls and large organic and inorganic inputs in the lagoon.Model results provided a synoptic view of the lagoon biogeochemical-physical response, highlighting that the whole lagoon was impacted by river inputs and stronger hydrodynamics were the chlorophyll-a concentration was almost double.The complex interaction between the ocean and the lagoon was investigated through the modeling of the South Western (SW) wind-driven upwelling. Four austral summers (2005-2008) were simulated and results were found to be in good agreement with measured data reported in previous publications, highlighting that upwelling processes represent strong drivers of the primary production in the SW of NC. A Lagrangian transport analysis showed that oceanic upwelled waters were able to reach the South West lagoon under certain conditions, representing an important issue for larvae recruitment and lagoon enrichment. The 3D coupled on-line biogeochemical-physical model was a robust tool to study such complex and highly variable environment. It could represent a support for decision makers to manage coastal areas as well as for scientists to plan sampling strategy or to analyse cruise data.

Variabilité spatiale multiéchelle du zooplancton dans un lagoon récifal côtier - L'identification des changements dans les patrons écologiques selon l'échelle spatiale et la compréhension des processus qui génèrent ces changements sont d'une importance considérable en océanographie. Dans ce contexte, comprendre comment une communauté biologique répond à l'hétérogénéité environnementale requiert la connaissance des processus impliqués et l'échelle spatiale à laquelle ils opèrent. Les relations spatiales entre la variabilité du zooplancton et l'hétérogénéité environnementale sont encore imprécises dans les écosystèmes tropicaux côtiers. L'objectif de ce travail de thèse a donc été de déterminer les échelles de dépendance spatiale des patrons du zooplancton associé à un lagon récifal côtier et des processus environnementaux sous-jacents. Dans ce contexte, les intérêts de cette recherche ont été de quantifier les patrons de la variabilité du zooplancton dans l'espace, de comprendre comment ces patrons changent avec l'échelle spatiale et de déterminer les processus physiques et biologiques responsables de ces patrons spatiaux. L'échantillonnage, effectué le long d'un transect de la côte vers le large dans le lagon du Grand-Cul-de-Sac Marin (Guadeloupe), a concerné deux classes de taille du zooplancton (190–600 µm et > 600 µm) pour lesquelles la biomasse et l'abondance ont été estimées. L'analyse multiéchelle a été utilisée pour caractériser les patrons du zooplancton aux différentes échelles spatiales (de l'échelle de l'habitat à celle du lagon tout entier) et pour identifier les processus responsables de ces structures spatiales. Cette étude a montré que la variabilité du zooplancton est un phénomène multiéchelle dont l'amplitude et la dépendance spatiale dépendent de la taille des organismes, de leur motilité et de la variable-réponse considérée (biomasse ou abondance). La biomasse et l'abondance du zooplancton varient en réponse à la distribution spatiale du phytoplancton, au comportement du zooplancton, à l'hétérogénéité de l'habitat, à l'hydrodynamique et aux évènements météorologiques. La nature et les effets de ces processus sont dépendants de l'échelle spatiale. Ce travail a montré comment le changement d'échelle spatiale met en évidence différents niveaux d'organisation de la communauté zooplanctonique en réponse à l'hétérogénéité environnementale.