Les dinoflagellés forment un groupe complexe de protistes avec une grande diversité de morphologies, physiologies, et cycles de vies qui leur confèrent une forte capacité d'adaptation à l'ensemble des milieux (marins et dulçaquicoles) et habitats (pélagiques et benthiques) aquatiques rendant difficile l¿étude de leur diversité et de leur écologie. L'objectif de cette thèse a été la recherche de patrons globaux de biodiversité et de structuration des communautés de dinoflagellés pélagiques marins à l'échelle planétaire. Un protocole d'échantillonnage morphogénétique, couvrant la totalité de leur spectre de taille et une partie importante de leurs variabilités spatio-temporelles, a été développé (Tara-Oceans). Divers outils d'acquisition automatique à haut débit des données ont été testés. La diversité, l'abondance relative et la distribution géographique des espèces du genre Neoceratium ont été évaluées en mer Méditerranée par FlowCAM. Une étude de la structuration de la biodiversité a été réalisée par metabarcoding de l¿ADNr 18S (fragment V9). La construction d'une base de séquences ADNr de référence (DinR2) a permis l¿assignation taxonomique des metabarcodes environnementaux. L¿approche par metabarcode révèle une diversité remarquable et insoupçonnée des pico-dinoflagellés (<5µm) et que, indépendamment de l'écosystème étudié et de la période d'échantillonnage, l¿abondance des différents ordres dépend essentiellement de la taille (pico-, nano-, micro-, et meso-plancton). La structuration des communautés de dinoflagellés de différentes fractions de tailles de la zone photique a été confrontée à certains facteurs environnementaux ouvrant des pistes de recherche prometteuses / Dinoflagellates form a complex group of protists with a variety of morphologies, physiologies, and life cycles that give them a strong adaptation to all aquatic environments (marine and freshwater) and habitats (pelagic and benthic) making difficult to study their diversity and ecology. The objective of this thesis was the search for global biodiversity patterns and community structure of marine pelagic dinoflagellates across the world?s oceans. A morphogenetic sampling protocol, covering the entire spectrum of their size and an important part of their spatio-temporal variability, was developed (Tara-Oceans). Various tools for an automatic acquisition broadband data were tested. Diversity, relative abundance and geographical distribution of the genus Neoceratium were evaluated by FlowCAM in Mediterranean Sea. A study of the structure of biodiversity was conducted by metabarcoding with 18S rDNA (V9 fragment). Building a base of rDNA reference sequences (DinR2) allowed the taxonomic assignment of environmental metabarcodes. The metabarcode approach reveals a remarkable and unexpected diversity of pico-dinoflagellates (<5?m) and, regardless of the studied ecosystem and the sampling period, that abundance of different levels mainly depends to the size fractions (pico-, nano-, micro- and meso- plankton). Structuring of dinoflagellates communities in different size fractions of the photic zone was facing to some environmental factors and opens promising avenues for research

Les dinoflagellés forment un groupe complexe de protistes avec une grande diversité de morphologies, physiologies, et cycles de vies qui leur confèrent une forte capacité d'adaptation à l'ensemble des milieux (marins et dulçaquicoles) et habitats (pélagiques et benthiques) aquatiques rendant difficile l¿étude de leur diversité et de leur écologie. L'objectif de cette thèse a été la recherche de patrons globaux de biodiversité et de structuration des communautés de dinoflagellés pélagiques marins à l'échelle planétaire. Un protocole d'échantillonnage morphogénétique, couvrant la totalité de leur spectre de taille et une partie importante de leurs variabilités spatio-temporelles, a été développé (Tara-Oceans). Divers outils d'acquisition automatique à haut débit des données ont été testés. La diversité, l'abondance relative et la distribution géographique des espèces du genre Neoceratium ont été évaluées en mer Méditerranée par FlowCAM. Une étude de la structuration de la biodiversité a été réalisée par metabarcoding de l¿ADNr 18S (fragment V9). La construction d'une base de séquences ADNr de référence (DinR2) a permis l¿assignation taxonomique des metabarcodes environnementaux. L¿approche par metabarcode révèle une diversité remarquable et insoupçonnée des pico-dinoflagellés (<5µm) et que, indépendamment de l'écosystème étudié et de la période d'échantillonnage, l¿abondance des différents ordres dépend essentiellement de la taille (pico-, nano-, micro-, et meso-plancton). La structuration des communautés de dinoflagellés de différentes fractions de tailles de la zone photique a été confrontée à certains facteurs environnementaux ouvrant des pistes de recherche prometteuses

L'objectif de cette thèse est de développer des approches statistiques pour l'évaluation systématique et quantitative de simulations océaniques multi-décennales globales à l'aide d'observations altimétriques et hydrographiques. La première étape consiste à extraire des simulations la contrepartie exacte (en temps et en espace) des observations pour construire des données synthétiques. La comparaison entre les données observées et simulées colocalisées permettent d'évaluer les simulations et de les comparer entre elles par rapport à des références communes (observations). De plus, la comparaison entre les sorties des modèles considérées chaque point de grille et colocalisées permet d'évaluer l’impact du sous-échantillonnage des réseaux d’observations sur l'estimation de certaines quantités océaniques importantes pour le climat. Nous quantifions l'impact de la résolution de nos modèles (2°, 1°, ½°, ¼°) sur le réalisme des simulations au regard des observations. Résoudre une gamme d'échelles spatio-temporelles plus large améliore de façon significative la représentation de la circulation océanique moyenne, de la structure thermohaline, de la variabilité saisonnière de la couche de mélange et de la variabilité du niveau de la mer sur plusieurs échelles spatio-temporelles, notamment à l'échelle interannuelle. Ce résultat nouveau montre l’intérêt d’utiliser un modèle au 1/4°, capable de représenter en partie la méso-échelle, pour les scénarios climatiques. Nous mettons également en évidence la capacité du modèle au 1/4° à simuler une variabilité interannuelle intrinsèque du niveau de la mer, non corrélée avec les observations en raison de son caractère chaotique, mais probablement réaliste et nécessaire pour mieux représenter l'intensité de la variabilité interannuelle.A l’aide des simulations, nous montrons également que l'inhomogénéité de la couverture spatio-temporelle du réseau d'observations Argo induit une surestimation des profondeurs et des contenus thermiques de la couche de mélange, et que les limitations géographiques du réseau actuel induisent des biais en amplitude sur les estimations des variabilités saisonnière et interannuelle du contenu thermique de l'océan global. / This work aims to develop statistical approaches to systematically and quantitatively assess 50-year global ocean simulations against altimetric and hydrographic observations. Simulation outputs are first sub-sampled exactly like observations to build pseudo (synthetic) observations. We use collocated misfits between synthetic and real observations to assess the simulations at the same dates and locations, and compare the simulations together. We then use the sub-sampled and fully sampled model outputs to assess the impact of sub-sampling in real observing systems on the estimation of oceanic quantities with climatic relevance. We first quantify how the resolution of our ocean models (2°, 1°, ½°, ¼°) affects the realism of their solutions with respect to both observational datasets. We quantify how broadening the range of resolved space scales significantly improves the representation of the mean surface circulation, the thermohaline structure, the seasonal cycle of mixed layers, as well as sea-surface height variability at most space and time scales; this is particularly the case at interannual time scales, highlighting the potential of eddy-permitting resolutions for climate simulations. We also show the capacity of the 1/4° model to simulate an interannual intrinsic variability of sea-level, decorrelated from observed timeseries because of its chaotic character, but probably realistic and necessary to better represent the intensity of the interannual variability.The simulations also show that the spatio-temporal dispersion of the Argo floats induces overestimations of the mixed layer depths and heat contents, and the geographical restrictions of the actual Argo array induce biases in amplitude on the seasonal and interannual variabilities of the global ocean heat content.

La biosphère marine joue un rôle fondamental dans la dynamique du Système Terre (cycle du carbone, composition atmosphérique, etc.) et rend un certain nombre de services essentiels à l’humanité (pêcheries, séquestration du carbone notamment). Sa vulnérabilité aux changements globaux (changement climatique, exploitation croissante des ressources naturelles et pollution en particulier) rend nécessaire et urgente l’anticipation de ses évolutions possibles. Dans cette perspective, il s’agira dans cette thèse d’étudier comment les écosystèmes marins sont structurés par leur environnement et comment cette structuration peut influer sur leur fonctionnement jusqu'à l’échelle de l’océan global. Dans un premier temps un cadre de modélisation a été développé pour prendre en compte l'impact de l'environnement des individus aux populations aux communautés. Il est basé sur un modèle de spectre de biomasse représentant les communautés de poisson en utilisant seulement la taille des individus et la taille maximum des espèces comme variables. Issu d'un modèle détaillé par Maury O. & Poggiale J.C. (2013) il est implémenté pour la représentation d'une communauté de poisson générique. Des indicateurs de structure, diversité et métabolisme sont développés pour étudier les écosystèmes ainsi représentés. Une fois le cadre méthodologique définit le modèle est utilisé pour l'étude idéalisée des propriétés du spectre de biomasse contraint par des conditions environnementales variables. L'impact de la variation de production primaire ainsi que la variation de température du milieu sont plus particulièrement étudiés. Tout d'abord en statique, c'est à dire en imposant différents niveaux constants. Indépendamment du forçage les communautés ont des propriétés similaires en augmentant la production primaire, en diminuant la température du milieu. Quatre domaines se succèdent en augmentant la production primaire, diminuant la température, à l'intérieur desquels les communautés de poissons ont des caractéristiques similaires. Les différentes propriétés dans les différents domaines induisent diverses sensibilités des écosytèmes à des niveaux de production primaire et/ou température distincts. Afin de lier les résultats de ces expériences numériques à la réalité, les propriétés des écosystèmes à différentes latitudes sont simulées. Le spectre de communauté est calculé le long d'une section latitudinale de l'équateur au pôle en forçant avec des niveaux moyens de production primaire et température. Les propriétés des écosystèmes ainsi représentés éclairent sur l'observation de tailles d'espèces croissantes de l'équateur aux pôles, la règle de Bergmann. Après ces résultats pour des spectres statiques, les propriétés dynamiques des spectres de communauté sont étudiées par l'étude de la saisonnalité. En forçant les communautés à différentes latitudes par un cycle saisonnier de production primaire et température, la succession d'espèces au sein de celles-ci joue un rôle sur les propriétés des communauté. Des pôles à l'équateur cette succession est plus ou moins marquée et impact la capacité des écosystème à maintenir les espèces les plus larges tout au long de la période de basse production entre deux blooms. Une fois les propriétés du spectre de biomasse évaluées de façon idéalisée, le modèle est implémenté dans le modèle d'écosystème APECOSM afin de prendre en compte les interactions spatiales et les interactions avec l'habitat. Appliqué à l'échelle de l'océan global et forcé par les champs physiques et biogeochimiques du modèle NEMO-PISCES il permet la modélisation des caractéristiques des écosytèmes en fonction de leur environnement. Différentes caractéristiques connues des écosystèmes marins sont reproduites, notamment la règle de Bergmann. Les modèles actuels décrivant le fonctionnement des écosystèmes marins ne comportent que des représentations très simplifiées de la biodiversité / The marine biosphere plays a fundamental role in the earth system dynamics (carbon cycle, atmosphere composition, etc.) and provides numerous essential services to humanity (fisheries, carbon sequestration). Its vulnerability to global change (climate change, growing exploitation of natural resources, pollution) makes the study of its evolutions imperative. In this framework, the aim of this thesis is the study of the structuring of the marine biodiversity by hydro-climatic variability of the global ocean, as well as how this structuring impacts on the ecosystems functioning. First, a modelling framework is developed to account for the impact of environment from individuals to populations to communities. It is based on a biomass size spectrum model which represents fish communities with individuals size and species maximum length as only variables. Detailed in Maury O. & Poggiale J. C. (2013) the model is implemented to represent a generic fish community. Indicators of structure, diversity and metabolism are developed to study so represented ecosystems. Once the methodogical framework defined the model is used for the idealized study of the biomass size spectrum properties when constrained with different environmental conditions. The impact of distinct constant primary production and temperature levels are investigated. First the static impact, forcing ecosystems with constant levels. Communities present similar properties for increasing primary production or decreasing water temperature. A succession of four domains characterized by similar fish community features are observed with increasing primary production, decreasing temperature. These distinct charateristics will induce distinct sensitivities of ecosystems function of the level of primary production or temperature. In order to link the results of these numerical experiments to reality the properties of ecosystems along latitudes are also computed. The community biomass spectrum is simulated along stations at different latitudes from pole to equator forcing with mean primary productions and temperatures. The properties of so represented communities enlight the observation of increasing species length with latitude, the so called Bergmann's rule. After the results for static spectra, the dynamic properties of fish community spectra are analyzed through the seasonality. Forcing communities at different latitudes with a seasonal primary production and temperature cycle a more or less strong species sucession is observed. The succession impacts the capacity of communities to maintain larger species during the bad season of poor conditions between two peaks of primary production. Once the properties of the biomass community spectrum investigated in an idealized manner, the model is implemented in the ecosystem model APECOSM in order to account for the spatial interactions and the link with habitat. Applied in the global ocean and forced with physical and biogeochemical NEMO-PISCES domains the model allows the modelling of ecosystems characteristics. Different known characteristics of marine ecosystems are reproduced, especially Bergmann's rule. The current models describing marine ecosystems provide a simplified representation of biodiversity (e.g. NPZD type biochemical models, Ewe or Atlantis type box models, OSMOSE and APECOSM type models). It induces a limitation of their use in the study of the impact of climate change on biodiversity and reversely; for the study of the impact of biodiversity changes on the functioning of ecosystems. The model we describe mechanistically allows the representation of the dynamic of ecosystems from individual bioenergetic and predation interactions while keeping diversity.