No description available.

Since the industrial revolution human activities have more than doubled the amount of bioavailable nitrogen (N) on earth leading to far-reaching ecological consequences for coastal marine ecosystems. Salt marsh systems, including their intertidal creek and mudflat sediments, serve as nutrient filters transforming nitrogen and removing it through denitrification. However, as hotspots of nitrogen transformation, these ecosystems are also thought to be sources of nitrous oxide, a powerful greenhouse gas, to the atmosphere. We investigated the influence of various scales of anthropogenic fertilization on the nitrogen cycling in intertidal creek and mudflat sediments in the salt marsh ecosystem of Plum Island Ecosystem Long Term Ecological Research site in northern Massachusetts, USA. Benthic fluxes from whole core incubations showed that long-term fertilization of tidal creek sediment stimulated net denitrification with significantly higher rates in the fertilized creek compared to the reference (162.7 ± 32 and 0.74 ± 39 μmol N m^-2 hr^-1, respectively). However, fertilization also appeared to stimulate dissimilatory nitrate reduction to ammonium (DNRA) with calculated rates also significantly higher in the fertilized compared to reference creek and representing 45 and 11% of total nitrate uptake, respectively. These results indicate that DNRA may outcompete denitrification at higher nitrate concentrations, thus anthropogenic fertilization may be driving tidal creek sediments toward this N regeneration process and thus inhibiting the overall nitrogen removal capacity of the ecosystem. Conversely, a smaller scale, short-term nitrogen addition experiment had no significant impact on nearby tidal flat sediments likely because the fertilization exposure time on the tidal sediments was too short. Overall benthic flux rates were lower in the tidal flat compared to the tidal creeks. However, the tidal flat was also a net N filter with an average net N2 flux of 5.7 ± 2.6 μmol N N m^-2 hr^-1. Rates of nitrification and therefore coupled nitrification-denitrification appeared to be affected by the active microphytobenthos (MPB) community within the tidal flat sediments with oxygen production from photosynthesis fueling coupled denitrification in the light while N fixation dominated under dark conditions. As in the tidal creeks, we found evidence that DNRA is also an important N transformation process within tidal flat sediments. Finally, sediment microprofiling measurements showed these tidal mudflat sediments to be a net sink of N2O (average -6.9 ± 1.7 μmol N2O N m^-2 hr^-1) with significantly higher rates of uptake the longer sediments were exposed to the atmosphere at low tide. Fluxes were shown to be driven by nutrient supply and nitrate limitation of denitrifiers with tidal pulsing. Additionally, smaller, core scale nutrient additions revealed an increase in N2O flux with dissolved inorganic nitrogen (DIN) addition. Importantly, N2O uptake was found to be phosphorus limited. Again, nutrient enrichment appeared to stimulate DNRA over denitrification indicating that fertilization may not only hamper nitrogen removal capacity, but also increase N2O flux to the atmosphere.

L'état et l'évolution des écosystèmes côtiers font partie des principales préoccupations des institutions européennes. Leur fonctionnement global et leur structure sont fortement conditionnés par le comportement des premiers échelons de la chaîne alimentaire, et en particulier par les micro-algues qui se développent dans la colonne d’eau (phytoplancton) et au niveau du sédiment (microphytobenthos).Ces microalgues constituent les plus importants producteurs primaires des zones côtières (Pannard et al., 2008 ; Woelfel et al., 2010). Ils sont à la base de la chaine trophique et composent l’essentiel de la nourriture de la faune, en particulier des espèces économiquement importantes (praires, huîtres,….). Cependant, bien que le phytoplancton ait été largement étudié, le microphytobenthos est beaucoup moins connu, en particulier dans les zones subtidales. Il colonise tous les milieux (roche, vase…) dès lors qu’il y a suffisamment de lumière pour la photosynthèse (MacIntyre et al. 1996) et sa production peut égaler, voire même dépasser, la production du phytoplancton de la colonne d’eau qui le surplombe (Underwood and kromkamp, 1999). Dans cette étude, nous avons effectué un suivi hebdomadaire en Rade de Brest (55 sorties en mer en 2011), pour étudier simultanément la dynamique saisonnière du phytoplancton et du microphyto-benthos en relation avec les paramètres environnementaux.Nos résultats montrent que la dynamique du phytoplancton et du microphytobenthos dans la zone subtidale sont tout à fait différentes l’une de l'autre. Le microphytobenthos est le premier à se développer dans la saison. Il constitue un apport important d'énergie dans l'écosystème dès le début du printemps (avec 60% de la biomasse totale jusqu'en avril) et joue donc un rôle primordial dans le démarrage de l’activité biologique benthique. Le système se déplace ensuite d'un système dominé par la biomasse benthique au début du printemps, vers un système où la biomasse pélagique prend le dessus.Ces résultats mettent en évidence l’adaptation particulière du microphytobenthos aux faibles éclairements, puisqu’il est capable de produire la même biomasse que le phytoplancton de la colonne d’eau, mais avec 10 fois moins de lumière disponible. Le broutage par les hétérotrophes peut sans doute expliquer le déclin des biomasses microalgales et la différence de dynamique saisonnière après les premières floraisons. Le manque de nutriments, et en particulier les phosphates dissous dans l’eau pourrait aussi être avancé pour expliquer la chute de la biomasse microphytobenthique début d’avril, alors que le déclin du phytoplancton dans la première semaine du mois de mai coïncide à une carence en acide silicique. L’azote inorganique dissous devient ensuite potentiellement limitant dans la colonne d'eau avec des concentrations en dessous du seuil de détection, jusqu'à la fin d'octobre. D’un point de vue taxonomique, la communauté benthique est très spécifique et totalement différente de la communauté pélagique. Nous avons pu identifier 54 espèces, exclusivement des diatomées, toutes pennées, dominées par le genre Navicula. Dans la colonne d’eau, nous avons identifié 74 espèces, parmi lesquelles 51 étaient des diatomées (essentiellement centriques), dominées par Chaetoceros sp.. Le reste était partagé entre les dinoflagellés (dominé par Gymnodium sp.) et d’autres groupes fonctionnels comme les euglena, les cryptophycées, les prasinophycées, quelques rares coccolithophoridés et des petits flagellés non identifiés.Ces résultats très novateurs ouvrent de nouvelles perspectives de recherches. Il serait par exemple très intéressant de mieux comprendre les processus d’adaptation qu’ont développés les microalgues benthiques, pour être capables à des niveaux de lumière beaucoup plus faibles, d’être aussi efficace vis-à-vis de la photosynthèse que leurs homologues pélagiques. Différentes pistes sont à l’étude comme le contenu pigmentaire ou la structure de leur enveloppe siliceuse. / The most important primary producer groups of the coastal zones are suspended phytoplankton cells (Pannard et al, 2008) and microphytobenthos (MPB) (Woelfel et al., 2010). In these regions, phytoplankton and benthic microalgae are both recognized as being principal components of the diet for economically important suspension-feeding fauna (Gillespie et al., 2000). However, although phytoplankton has been vastly documented, MPB is often understudied.In sufficient light for photosynthesis they can inhabit the top few centimeters of the substrate layers (mud or sand) of marine sediment (Charpy and Charpy-Roubaud 1990, MacIntyre et al. 1996, MacIntyre and Cullen 1996) and play an important role as a food source for higher trophic levels (Revsbech et al. 1981, Sorokin 1991, Charpy and Charpy-Roubaud 1990 ). Benthic microalgal biomass mostly follows a similar distribution to the total organic matter content of surficial sediments indicating that sediment geochemical processes such as nutrient release from the breakdown of organic matter may be important in determining the distribution of MPB (Light, 1998). However, on the other hand, though not proportional with the MPB biomass, benthic production can even surpass the pelagic contribution (Underwood and kromkamp, 1999). With their ability of high primary production benthic microalgal communities can profoundly influence the flux, transformation and turnover of carbon and nutrients in coastal areas. Benthic primary producers contribute to the availability of energy and matter for benthic and pelagic food webs and define benthic and pelagic energy budgets, which affect the chemistry at the sediment-water interface, and regulate sediment stability. The shallow waters, where MPB thrives, allow a more direct interaction between pelagic and benthic processes keeping the benthos much less susceptible to physical and biochemical disturbances such as evaporation, eutrophication, and wind-forcing (Molen, 2011). Because attached microalgae can avoid advective processes and adapt to changes in light availability at short time scales, their importance is particularly enhanced (Phinney, 2004). As a result of the impact that MPB carries in a coastal ecosystem, along with the study of the functional role of MPB, investigations on their diversity have also gained some importance in the last two decades (Sundbaeck & Joensson, 1988; Blanchard, 1990; Montagna et al., 1995). Like phytoplankton, MPB communities can also act as sensitive indicators of water quality as the taxonomic composition of MPB assemblages can vary as per different nutrient levels (Lange-Bertalot, 1979; Kann, 1986). However, although the importance of MPB has been emphasized on intertidal zones (Pinckney & Zingmark, 1993; Colijn & De Jonge, 1984; Herman et al., 2000), the subtidal zones have generally been ignored till yet on this regard and as a result of which not much is known about the MPB dynamics in the subtidal zones. The subtidal zone of Bay of Brest was chosen for this study because there had been comprehensive input of nitrates to the zone in the past century .This zone has being amazingly resistant to eutrophication for quite some time, although silicate and nitrate ratio got down during the past 20 years. Research has been done previously on the spatial distribution of MPB in the zone in terms of primary productivity and biomass, but in order to achieve a more holistic view of these important photoautotrophs, a temporal study is necessary as well. The objectives of this work have been to characterize the temporal distribution of MPB in terms of biomass, productivity and biodiversity in the subtidal zone of Bay of Brest on a monthly scale, assess a comparative reasoning between MPB and the phytoplankton of the overlying water column complying on the same factors and draw an understanding on the significance of seasonal fluctuations of MPB in the overall seasonal distribution of photoautotrophs. […]

Les estuaires, de par leur position stratégique à l'interface entre les eaux continentales et les eaux marines jouent un rôle écologique de première importance et sont le siège de nombreuses activités humaines. L’estuaire de Seine est caractéristique des grands estuaires anthropisés. Le management à long terme de ces écosystèmes soumis à des pressions croissantes réside notamment en une meilleure connaissance de la dynamique spatiale et temporelle des réseaux trophiques estuariens. Le phytoplancton et le microphytobenthos sont les principaux contributeurs de la production primaire (PP) dans ces écosystèmes et sont à la base des réseaux trophiques. Ces compartiments sont souvent réduits à la teneur en chlorophylle du milieu et leur productivité n’a jamais été mesurée à l’échelle de l’estuaire de Seine. L’objectif de ces travaux a été d’estimer la PP de ces compartiments le long du gradient halin. Afin d’accéder à des mesures à une haute résolution spatiale, des mesures de fluorescence modulée (PAM) à haute fréquence ont été couplées à des mesures d’incorporation de carbone (13C) à basse fréquence. Les mesures de production primaire ont été mises en perspective avec la dynamique des paramètres physico-chimiques du milieu et la structure communautés phytoplanctoniques déterminés par différentes techniques (microscopie, cytométrie, biologie moléculaire). La dynamique du carbone excrété sous forme de TEP (Transparent Exopolymeric Particules) et EPS (Exopolymeric substances) a également été étudiée pour chacun des compartiments. Au-delà des méthodologies innovantes mises en place qui montre l’intérêt des mesures à haute fréquence dans ces écosystèmes très dynamiques, ce travail apporte une nouvelle vision de la dynamique du phytoplancton et de la richesse spécifique du microbiome estuarien et apporte une estimation fiable de la production primaire. / The estuaries play an important ecological role and are the site of many human activities because of their strategic position at the interface between continental and marine waters. Seine estuary is characteristic of large anthropized estuaries. Long-term management requires better knowledge of the spatial and temporal dynamics of the estuarine food webs. Phytoplankton and microphytobenthos are the main contributor of primary production (PP) in these ecosystems and are at the basis of trophic food webs. These compartments are often reduced to the chlorophyll concentration and their productivity has never been measured along the Seine estuary. The objective of this study was to estimate the PP of these compartments along the salinity gradient. In order to access to measurements at high spatial resolution, high-frequency measurements of modulated fluorescence (PAM) were coupled to low-frequency carbon (13C) incorporation measurements. The primary production measurements have been put into perspective with the dynamics of the physical and chemical parameters and the structure of phytoplankton communities determined by different techniques (microscopy, cytometry, molecular biology). The dynamics of carbon excreted as TEP (Transparent Exopolymeric Particles) and EPS (Exopolymeric substances) were also studied for each compartment. Beyond the innovative methodologies which demonstrate the interest of high-frequency measurements in these highly dynamic ecosystems, this work provides a new insight into the phytoplankton dynamics and the specific richness of the estuarine microbiome and provides a reliable estimate of primary production.

The objective of this study was to address the relationship between benthic microalgal communities and the phosphate nutrient dynamics of Florida Bay sediments and how they relate to benthic and water column primary production. In situ phosphate (P) flux between the sediment and the water column was measured in three regions of Florida Bay. Differences in the ratio of inorganic to organic phosphate flux were found between the three regions in relation to the amount of phosphate measured in the water column. Based upon the average sediment flux in my study, more than 1600 metric tons of P would be supplied by the sediment per year in Florida Bay. Based upon my measurements, dissolved nutrient flux from the sediment can be an important contribution to pelagic phytoplankton blooms in Florida Bay, accounting for 6.5 - 41% of demand and TDN accounts for 100% of the N demand. My findings were similar to others for both benthic nutrient flux and benthic microalgal chlorophyll a concentration. Benthic microalgae in Florida Bay contribute 700 kg Chl a per day to the system. Mesocosm experiments demonstrated that benthic microalgae and water column phytoplankton can respond differently to changes in nutrient availability. The dissolved nutrient in least supply in the water column does not necessarily correspond to the limiting nutrient for benthic microalgae. ³³P acted as a tracer between sediment and water column dissolved P pools. The presence of benthic microalgae enhanced the transport of ³³P to the water column as compared to simple Fickian diffusion. This was supported by the positive flux of dissolved P from the sediment to the water column pools in control treatments with a living benthic microalgal layer. Primary production by benthic microalgae were measured using dissolved O2 evolution and PAM fluorometry. Primary production for BMA habitat in Florida Bay was between 400 and 800 tons of C per day, based upon O2 production and PAM fluorometry, respectively.

Dans les zones euphotiques des écosystèmes côtiers, les producteurs primaires se développent à la fois dans l’espace pélagique (colonne d’eau) et benthique (sur ou près du fond). Dans ces écosystèmes, le couplage bentho-pélagique prend une place non négligeable qu’il convient d’étudier. Les consommateurs primaires benthiques en sont des acteurs à travers leur activité alimentaire. La relation trophique entre les différents producteurs primaires et les consommateurs primaires benthiques reste toutefois mal élucidée. Pour apporter des éléments d’informations, cette thèse s’est focalisée dans un premier temps sur la dynamique spatio-temporelle des producteurs primaires au sein de la matière organique particulaire en suspension (MOPS), notamment au niveau de l’interface eau-sédiment. Cette étude a permis de montrer une forte variation saisonnière de ce peuplement algal à toutes les profondeurs, mais également une importante contribution relative des diatomées benthiques dans la MOPS près du fond en hiver. Le second axe de recherche s’est concentré sur la relation trophique entre des consommateurs primaires benthiques (coquille Saint-Jacques, pétoncle noir, moule et ormeau) et les producteurs primaires présents dans la MOPS. L’analyse des isotopes stables dans les tissus mous des pétoncles noirs et des moules a indiqué une prédominance du phytoplancton assimilé et une potentielle contribution du microphytobenthos dans leur régime alimentaire (plus importante pour la moule), notamment en période hivernale et près du fond. Cependant, ces études ont mis en lumière l’effet du métabolisme sur les valeurs isotopiques dans les tissus mous. Un aspect novateur de cette thèse a été d’utiliser les exosquelettes des coquilles Saint-Jacques et des ormeaux pour caractériser leur régime alimentaire dans le milieu naturel, afin de s’affranchir des problèmes liés à l’utilisation des isotopes stables dans les tissus mous. Des études en conditions contrôlées ont validé l’intégration des sources d’alimentation à travers le carbone métabolique dans les carbonates de la coquille Saint-Jacques et la couleur de la coquille pour l’ormeau. Des études complémentaires doivent toutefois être menées. Enfin, une dernière étude s’est focalisée sur la capacité de la coquille Saint-Jacques à mettre en suspension les particules benthiques par leurs mouvements de valves. / In coastal euphotic areas, primary producers grow both in the pelagic (water column) and in the benthic zone (in or near the sediment). In these ecosystems, benthic-pelagic coupling is an important process which must be well described. Benthic primary consumers modify this coupling through their diet. Trophic relationships between primary producers and benthic primary consumers are not thoroughly understood. To gain additional information, this thesis was focused on the spatial and temporal dynamic of primary producers in suspended particulate organic matter (SPOM), especially at water-sediment interface. This study highlighted a seasonal variation of microalgal populations at all depths, and a relative dominance of benthic diatoms in SPOM near sediment and in winter. The second objective of the thesis was focused on the trophic relationships between benthic primary consumers (great scallop, black scallop, mussel and ormer) and primary producers in SPOM. Stable isotope analysis in soft tissues of black scallops and mussels showed a predominance of assimilated phytoplankton and the potential contribution of microphytobenthos in their diet (more important for mussel), especially in winter and near the sediment. However, this study highlighted the impact of metabolism on stable isotopic values of soft tissues. An innovative aspect of this thesis was the use of exoskeleton of great scallops and ormers to characterize their diet in natural environment and thus overcome problems related to the utilization of stable isotopes in soft tissues. Experiments in controlled conditions validated food sources integration through metabolic carbon in carbonates of great scallops and shell color for ormer but complementary studies are required on mollusk shell utilization. The last part of this thesis was focused on the ability of great scallops to achieve resuspension of benthic particles by valve movements.

La crépidule (Crepidula fornicata) est une espèce invasive des côtes européennes. Hermaphrodite protandre, cette espèce grégaire forme des chaines d’individus qui s’accumulent en forte densité sur les fonds. Longtemps considérée comme un envahisseur néfaste, la crépidule est aussi un ingénieur de l’écosystème, modifiant physiquement et biologiquement son habitat. Elle constitue un modèle biologique pour étudier comment les espèces invasives et ingénieurs peuvent structurer et modifier l’écosystème qu’elles colonisent. Dans le cadre de cette thèse, ces effets ont été examinés à travers le fonctionnement trophique des habitats à crépidules, en lien notamment avec la production primaire benthique. Il a été mis en évidence expérimentalement une stimulation du microphytobenthos (MPB) subtidal grâce à l’activité biologique de la crépidule. La niche trophique de C. fornicata a été redéfinie suite à la découverte de la présence de sphérules de carbonates dans ses tissus, surestimant la contribution du MPB dans son régime alimentaire. L’utilisation de différents marqueurs trophiques (pigments, acides gras, isotopes) a révélé que les jeunes individus mobiles étaient susceptibles de brouter le MPB associé au biofilm présent sur les coquilles. Les adultes sessiles, sont des filtreurs opportunistes, où la matière détritique mais aussi du MPB contribuent à leur régime alimentaire. L’analyse de différents suspensivores inféodés à cet habitat, a démontré que la crépidule n’était pas un compétiteur trophique pour des espèces commercialement importantes (pétoncle noir et huître plate) dû à leurs mécanismes de sélection trophique. À l’échelle du réseau trophique, la crépidule en très forte densité peut conduire à une homogénéisation du réseau trophique global dû à l’enrichissement en matière organique. Au contraire, un banc mort de crépidules montre une complexité trophique similaire à celle d’un banc de maërl, écosystème à forte biodiversité. Cette thèse, en plus d’avoir caractérisé le fonctionnement trophique des bancs de crépidules, montre qu’une espèce invasive, en facilitant certains compartiments biologiques (MPB, suspensivores), peut contribuer à la richesse d’un écosystème comme celui la rade de Brest. / The slipper limpet (Crepidula fornicata) is an invasive species of European coasts. Protandric hermaphrodite, this gregarious species forms individuals' stacks which accumulate in high density on bottom. For a long time considered as a detrimental invader, the slipper limpet is also an ecosystem engineer, modifying its habitat both physically and biologically. It is model to study how invasive and engineer species can structure and modify the ecosystem that they colonize. In this Ph.D. thesis, these effects have been examined through the trophic functioning of habitats colonized by the slipper limpet, with a special reference to the primary benthic production. Experimental stimulation of subtidal microphytobenthos (MPB) has been demonstrated by the biological activity of the slipper limpet.The trophic niche of C. fornicata has been redefined following the discovery of the presence of carbonate spherules in its tissues, overestimating the contribution of MPB in its diet. Several trophic markers use (pigments, fatty acids, isotopes)revealed that young motile individuals were likely to graze the MPB associated to shell biofilm. Sessile adults, were likely opportunistic filter-feeders, where detritus but also MPB contribute to their trophic diet. The analysis of several filter-feeders inhabiting Crepidula beds has demonstrated that the slipper limpet was not a trophic competitor for commercially important species (black scallop and flat oyster) due to their trophic sorting mechanisms. At the food web scale, the high density of slipper limpet can lead to a homogenization of the global food web due to organic matter enrichment. Dead Crepidula bed showed trophic complexity similar to maerl bed, which is a high biodiverse ecosystem. This thesis, in addition to characterize the trophic functioning of Crepidula beds, shows that an invasive species, in facilitating different biological compartments (MPB, filter-feeders), can contribute to the ecosystem richness such as the Bay of Brest.

Dans les écosystèmes littoraux, les communautés microphytobenthiques sont soumises à des conditions environnementales qui peuvent être extrêmes en particulier en ce qui concerne l'intensité lumineuse. Les mécanismes de protection mis en place dépendent étroitement du type d'habitat où se développent ces communautés et cette thèse a pour objectifs d'analyser les caractéristiques de l'activité photosynthétique et les mécanismes de protection développés par des assemblages microphytobenthiques dans deux écosystèmes littoraux très différents : les vasières intertidales atlantiques de la Baie de L'Aiguillon (France) et la lagune côtière non tidale de Puck Bay dans la Mer Baltique (Władysławowo, Pologne). Pour réaliser ces objectifs, trois études ont été réalisées : (1) la description des communautés microphytobenthiques, (2) la caractérisation de leur activité photosynthétique et (3) l'analyse des mécanismes de photoinhibition et de photoprotection.La structure taxonomique du microphytobenthos a été décrite en se basant sur des observations en microscopie optique et sur la mesure des caractéristiques des pigments photosynthétiques par chromatographie liquide à haute performance (HPLC). L'activité photosynthétique a été étudiée par des méthodes de microrespirométrie volumétrique et de spectrofluorométrie de la chlorophylle a. Les mécanismes de photoinhibition et de photoprotection ont été étudiés par fluorométrie en modulation d'amplitude pulsée (PAM).Les résultats obtenus nous ont permis de montrer que :1) Les communautés atlantiques sont fortement dominées par des diatomées épipéliques, alors que le microphytobenthos de la Mer Baltique est plus diversifié et comporte, outre des diatomées, une large part de cyanobactéries,2) Les microphytobenthos atlantique est bien acclimaté à des valeurs d'intensités lumineuses plutôt faibles, alors que les communautés de la Mer Baltique ont encore une bonne activité photosynthétique à de fortes irradiances,3) Les diatomées atlantiques présentent une plus forte photoinhibition que les microalgues de la Baltique,4) L'activité photosynthétique des communautés microphytobenthiques non perturbées montre un des rythmes circadien et tidal, qui semblent être contrôlés par des facteurs endogènes, qui mettent en jeu des adaptations comportementales comme la migration verticale pour les diatomées atlantiques,5) En ce qui concerne le microphytobenthos de la Mer Baltique, qui n'a pas de capacité migratoire, la photoprotection est assurée en premier lieu par la mise en jeu de processus physiologiques. Nous avons pu montrer la très grande flexibilité du photsystème PSII qui est capable de suivre très rapidement les changements à court terme de lumière ambiante. / The scope of this thesis includes the characteristics and comparison of photosynthetic activity and photoprotection mechanisms of microphytobenthos assemblages inhabiting the Atlantic intertidal mudflats of Aiguillon Bay (Esnandes, France) and the littoral zone of the Baltic Sea in non-tidal Puck Bay (Władysławowo, Poland). In order to accomplish the main aims of the work the following tasks were carried out: (1) characterization of microphytobenthic assemblages; (2) characterization of their photosynthetic activity and (3) description of photoinhibition and photoprotective mechanisms. The structure of microphytobenthos was described based on observation of the material in light microscope (LM) and through the characteristics of photosynthetic pigments using high performance liquid chromatography (HPLC). Photosynthetic activity was described using various methods including classical (volumetric micro-respirometer) and modern (chlorophyll a fluorescence) ones. In addition, the measurements of variable fluorescence were also used to study photoinhibition and photoprotective mechanisms. Based on the obtained results it was stated that:1.) the Atlantic assemblages were strongly dominated by epipelic diatoms, while the Baltic microphytobenthos was more diverse and cyanobacteria, next to diatoms, were also very important component,2.) it was shown that the Atlantic microphytobenthos was well acclimated to rather low light intensities, while the Baltic assemblages showed good utilization of higher irradiance,3.) the Atlantic diatoms were more susceptible to photoinhibition than the Baltic microalgae,4.) the photosynthetic activity described for the undisturbed microphytobenthos communities revealed circadian and circatidal rhythms, which seemed to be controlled by endogenous factors, supporting diatoms’ behavioural adaptations i.e., vertical migration,5.) in case of the Baltic microphytobenthos, the lack of the ability to move caused their physiological processes the first line of defence against excess irradiances. The analysis revealed extreme flexibility of PSII which was able to follow rapidly the short-term changes in ambient light

Le rôle de la méiofaune sur le fonctionnement des biofilms lotiques a été examiné par l'étude de son effet potentiel sur la capacité de consommation de l'azote des biofilms, au cours de quatre expérimentations. Les deux premières (Chapitres 2 et 3) concernent les biofilms épilithiques (phototrophes) tandis que les deux autres ont porté sur les biofilms (hétérotrophes) de la zone hyporhéique. Les biofilms sont soumis (1) à différents niveaux de densités (méiofaune) et à un enrichissement en nutriments ou (2) à différents niveaux de diversité (biofilm/méiofaune/macrofaune). Une partie des microcosmes présentant chaque niveau de diversité a été exposée à l'effet d'un herbicide, le diuron. Dans l'ensemble, la méiofaune associée aux biofilms des microcosmes était largement dominée par les rotifères. Les résultats basés sur les biofilms phototrophes montrent que les rotifères peuvent répondre à court terme, à un enrichissement en N-NO3 par une augmentation significative de leur densité et biomasse. De plus, le taux de consommation de N-NO3 est apparu significativement plus élevé dans les microcosmes dont les densités de méiofaune étaient les plus élevées. Cet effet positif de la méiofaune sur la consommation de N- NO3 par les biofilms a été retrouvé dans l'étude basée sur le biofilm hyporhéique pour les microcosmes non soumis aux effets du diuron. Dans l'ensemble, ce travail met donc en évidence le rôle significatif que peut avoir la méiofaune dans les processus de consommation de l'azote par les biofilms lotiques. De plus, les résultats suggèrent fortement que les invertébrés interagissent avec les micro-organismes impliqués dans les processus de réduction des concentrations en azote, dans le biofilm phototrophe comme dans le biofilm hyporhéique. Enfin, l'exposition à l'herbicide a engendré une modification significative du taux de consommation de N-NO3 dans les microcosmes hyporhéiques. Cependant, la comparaison du taux de consommation moyen de N-NO3 entre les traitements exposés à l'herbicide et ceux non exposés, a montré que la présence des invertébrés (méiofaune + macrobenthos) a significativement réduit l'effet du diuron sur ces processus. Cette étude met en exergue le rôle potentiellement important des interactions micro- organismes - invertébrés dans (1) le cycle de l'azote des biofilms et donc, dans les fonctions relatives à leur contribution aux processus " d'auto-épuration " des cours d'eau, et (2), dans la capacité de résistance des écosystèmes hyporhéiques face aux perturbations chimiques. / The role of meiofauna on the functioning of riverine biofilms was examined by studying their potential effect on nitrogen consumption capacity of biofilms in four experiments (Chapters 2 and 3: epilithic phototrophic biofilms; Chapters 4 and 5: heterotrophic biofilms of hyporheic zone). Biofilms are subjected to (1) different levels of densities (meiofauna) and nutrient enrichment or (2) different levels of diversity (biofilm/meiofauna/macrofauna). A part of the microcosms of each level of diversity was exposed to the effect of an herbicide, diuron. Overall, biofilm-associated meiofauna in microcosms was dominated by rotifers. Results in phototrophic biofilms showed that the response of rotifers to short-term nutrient enrichment was significant increases in their density and biomass. In addition, N-NO3 uptake rates appeared significantly higher in microcosms with highest meiofauna densities. This positive effect of meiofauna on biofilm N-NO3 uptake was also found in hyporheic biofilm microcosms, but not under the effect of diuron. Therefore, this thesis highlights that meiofauna can have a significant role in nitrogen consumption processes by lotic biofilms. In addition, the results strongly suggest that invertebrates interact with microorganisms involved in the reduction processes of nitrogen concentrations in the phototrophic biofilm as well as the hyporheic biofilm. Finally, the herbicide exposure resulted in a significant modification of N-NO3 uptake rate in hyporheic microcosms. However, the comparison of the average N- NO3 uptake rate between treatments exposed to herbicide and those unexposed, showed that the presence of invertebrates (meiofauna + macrofauna) significantly reduced the effect of diuron on these processes. This study highlights the potentially important role of microorganism-invertebrate interactions (1) in the nitrogen cycle of biofilms and thus functions related to their contribution to the "self-purification" process in streams, and (2) in resilient capacity of the hyporheic ecosystem to chemical perturbations.

This thesis focuses on the interactions among microbiota in clearwater lakes. Field sampling and field experiments were performed to evaluate interactions among microbiota and the importance of benthic versus pelagic microbiota in terms of biomass and production. In addition, carbon cycling in an oligotrophic clearwater lake was calculated. Biomass and production of microbiota was clearly focused to the benthic habitat. During natural nutrient concentrations growth of heterotrophic bacteria (benthic and pelagic) was coupled to production of microphytobenthos in Lake Eckarfjärden, indicating interactions between autotrophic and heterotrophic microbiota in, as well as between, habitats. At increased nutrient concentrations, growth of heterotrophic bacteria was not correlated to microphytobenthos production. This was explained by less release of dissolved organic carbon (DOC) from microphytobenthos when they got access to more nutrients. Further investigations showed different scenarios in oligotrophic clearwater lakes following increased nutrient concentrations. The interactions between microbiota may be altered following increased nutrient concentrations and the microbial mat either positively or negatively affect the pelagic microbiota. The most striking result was that the expected shift towards dominance of pelagic primary production does not necessarily occur. Major flows of carbon were identified between different habitats in the oligotrophic clearwater Lake Eckarfjärden, and the net result was that the benthic habitat provided carbon to the pelagial. High DOC concentrations in the lake together with low pelagic production are factors that would indicate net heterotrophy. Accordingly, the pelagial of Lake Eckarfjärden was net heterotrophic but when the benthic and littoral habitats were included in the calculations, the lake turned out to be net autotrophic. In conclusion, the benthic microbiota contributed significantly to the total production in the investigated lakes and had a major role in the lake metabolism. Thus, this thesis emphasises the importance of benthic microbiota in shallow clearwater lakes.