Les travaux récents sur la relation entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes ont souligné certains des aspects les plus dynamiques du fonctionnement des écosystèmes, tout en reconnaissant que la diversité répond à la fois aux variations le long de gradients environnementaux et à la dispersion des espèces entre les communautés locales. Les définitions de la diversité ont été de plus en plus caractérisés en intégrant la notion de traits fonctionnels et ont reconnu la nature flexible de la distribution des traits dans une communauté. Les chapitres de cette thèse se concentrent sur des questions liées à la façon dont la distribution des traits de la communauté est définis, comment ils peuvent informer les écologistes sur les processus associés à l'assemblage de la communauté, comment la composition des communautés pourrait changer sous différentes ampleurs de dispersion, et comment la fonctionnalité pourrait interagir avec la disponibilité des éléments nutritifs pour influencer le fonctionnement global de la communauté. Chaque chapitre va présenter l'un de ces thèmes dans les communautés zoo-et phytoplanctonique, qui emploient des analyses des données déjà recueillies, études de terrain et des expériences contrôlées en mésocosme. Les objectifs de cette thèse spécifiques sont: (1) de comparer les différentes mesures de la diversité (taxonomique et fonctionnelle) dans leur capacité de rendre compte de la biomasse dans les communautés de diatomées benthiques et planctoniques, (2) d'identifier un seuil de dispersion, au-delà duquel différentes communautés de zooplancton pourrait commencer à homogénéiser la composition, (3) de mieux comprendre les communautés de zooplancton naturelles en focusant sur les modèles de distribution dans les traits fonctionnels pour examiner les signes de filtrage ou de de compétition dans l'habitat en tant que facteurs influençant la structure de la communauté, et (4) de vérifier si la diversité fonctionnelle et la disponibilité des nutriments interagissent dans la production phytoplanctonique. En général, les mesures fonctionnelles de la diversité n'ont pas été surutilisées pour les mesures taxonomiques afin de modéliser le fonctionnement des écosystèmes, ils ont souvent permis de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent les relations de l'importance. En outre, les processus de dispersion et les interactions locales ont tous deux été jugés influents dans la structure des communautés de zooplancton. La dispersion expérimentale de plus de 1% a été jugée suffisante pour ouvrir une homogénéisation de la composition, et, sur le terrain, les filtres reliés à l'habitat ont été jugés plus influents que la compétition dans la définition de la diversité fonctionnelle du zooplancton. Finalement, aucune preuve n'implique la diversité fonctionnelle alguale comme étant un moteur important de la production primaire, ce qui suggère une redondance fonctionnelle qui pourrait définir les communautés phytoplanctoniques à des niveaux modestes de la richesse des espèces. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diversité fonctionnelle, Fonctionnement des écosystèmes, Zooplancton, Phytoplancton, Dispersion.

L'hétérogénéité spatiale dans la colonne d'eau d'un lac joue un rôle important sur le contrôle de la distribution du phytoplancton et sur le maintien de sa diversité. Des gradients verticaux environnementaux (p. ex. de température, de lumière ou de nutriments) bien prononcés favorisent la distribution du phytoplancton dans des couches plus définies et, à travers une différenciation des niches disponibles pour plus d'espèces, sa diversité. Ces relations entre l'hétérogénéité de l'habitat et le phytoplancton ont été montrées par des études expérimentales ou à partir d'observations sur un ou quelques lacs. Cependant, il reste à déterminer si les patrons pour un ensemble de lacs présentant différentes caractéristiques morphométriques et chimiques sont conformes à ces attentes et si la diversité fonctionnelle se révélera plus sensible à ces gradients que les indices taxonomiques traditionnels. Dans les lacs tempérés de l'Hémisphère Nord, la thermocline estivale et le gradient de lumière dans la colonne d'eau constituent les principales structures physiques susceptibles d'affecter le phytoplancton. L'objectif principal de cette étude était ainsi d'évaluer comment la structure physique de la colonne d'eau [pénétration de lumière, profondeur et forme (coefficient de variation de la température) de la thermocline et résistance thermique relative au mélange] affecte la distribution et la diversité du phytoplancton. Les mesures de distribution utilisées incluent la profondeur du maximum de biomasse et le coefficient de variation de la chlorophylle a totale et des différents groupes spectraux de phytoplancton, tandis que pour la diversité deux indices taxonomiques (la richesse en espèces et l'indice de Shannon) et un indice de diversité fonctionnelle ont été utilisés. Afin d'atteindre cet objectif, 45 lacs de deux régions distinctes du Sud du Québec (Canada), l'Estrie et les Laurentides, ont été examinés. Les deux régions diffèrent dans la géologie de leurs bassins versants et dans leur chimie de l'eau. Les patrons dans la distribution, la composition et la diversité du phytoplancton au regard des facteurs environnementaux ont également été examinés dans 18 lacs de l'Estrie lors de trois périodes distinctes de la stratification estivale : le printemps tardif, la mi-été et le début de l'automne. Les résultats de cette étude ont montré que pour l'ensemble des lacs, des gradients plus prononcés de température favorisaient la distribution du phytoplancton dans des couches plus définies de biomasse, tandis que le maximum de chlorophylle a était plus profond dans les lacs présentant des eaux plus claires et caractérisés par un coefficient de variation de la température plus élevé. D'autre part, la distribution des différents groupes de phytoplancton était distinctement reliée à la couleur de l'eau et à la concentration du phosphore total dans l'épilimnion. En comparant les deux régions, les lacs des Laurentides ont montré des thermoclines moins profondes, et un coefficient de variation de la température ainsi qu'une résistance thermique relative au mélange plus élevés que dans les lacs de l'Estrie. Par conséquent, la biomasse totale et la biomasse des groupes spectraux de phytoplancton étaient distribuées de façon plus hétérogène dans les Laurentides. Sur l'ensemble des lacs, les indices de diversité s'appuyant sur la taxonomie traditionnelle étaient plus élevés dans les lacs présentant une plus grande hétérogénéité verticale de la température mais sujets au mélange induit par le vent. L'indice de Shannon était également plus faible dans les lacs plus eutrophes. L'autre indice de diversité, la diversité fonctionnelle, était uniquement et plus fortement relié à la profondeur maximale du lac, une variable qui intègre d'autres variables physiques associées à la différentiation et à la stabilité de l'habitat pour le phytoplancton (p. ex. le coefficient de variation de la température et la résistance thermique relative au mélange). Alors que les mesures de diversité taxonomique différaient peu entre les régions, la diversité fonctionnelle était plus élevée en Estrie. D'autre part, l'indice de Shannon et la diversité fonctionnelle diminuaient avec la profondeur maximale du lac en Estrie, mais suivant une relation opposée dans les Laurentides. Dans la plupart des lacs étudiés, les changements dans la composition des communautés phytoplanctoniques durant la saison de croissance suivaient le patron de succession du phytoplancton prédit pour les lacs dimictiques tempérés, sauf pour quelques exceptions. Dans les trois périodes examinées, des gradients de température plus prononcés favorisaient la distribution du phytoplancton dans des couches plus définies, alors que le maximum de biomasse était moins profond dans les lacs eutrophes avec peu ou pas de stratification. La position verticale du maximum de biomasse des différents groupes de phytoplancton ne variait pas avec la période examinée, alors que leur biomasse était distribuée de façon plus homogène au début de l'automne, particulièrement pour les cyanophytes et les cryptophytes. Cependant, la plus grande variation temporelle dans les variables phytoplanctoniques a été observée pour les trois mesures de diversité, avec des valeurs plus élevées à la mi-été quand la stratification thermique était plus prononcée et plus stable. En conclusion, les résultats de cette étude montrent que pour un ensemble de lacs une hétérogénéité spatiale plus élevée de la colonne d'eau favorise la formation d'agrégats de phytoplancton et sa diversité. De plus, l'indice de diversité fonctionnelle montre des réponses plus simples et plus fortes aux facteurs environnementaux que les indices de diversité taxonomique traditionnels. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : phytoplancton, distribution verticale, diversité, hétérogénéité de l’habitat, structure thermique, lumière.

Com a finalidade de atender a demanda energética, muitos reservatórios foram construídos no Brasil e, notadamente na região Sudeste, as construções das barragens não somente atenderam aos usos múltiplos (geração de energia, irrigação, lazer e abastecimento público), como também foram elementos propulsores da economia regional, contribuindo para a expansão das atividades industriais e rurais, bem como, um desordenado crescimento urbano. Em conseqüência da falta de planejamento, áreas naturais foram desmatadas, sendo substituídas por formas de plantio inadequadas e por projetos de especulação imobiliária não condizentes com a sustentabilidade ambiental. No decorrer das últimas décadas, os impactos aumentaram em magnitude e extensão, ocasionando sérios problemas aos recursos hídricos, culminando em conflitos pelo uso da água. Dentro deste contexto, destaca-se o rio Tietê, o qual percorre importantes cidades e extensas áreas rurais no Estado de São Paulo, sendo que, neste longo percurso, recebe a contribuição de diversos tributários (poluídos ou não) e efluentes urbanos, industriais e aqueles derivados de fontes não pontuais, além do processo de fragmentação que foi instalado a partir da construção de inúmeras barragens. De forma conjunta, todos os fatores promoveram alterações significativas no sistema e, procurando avaliar a situação atual dos reservatórios, desenvolveu-se uma pesquisa direcionada à análise da composição, densidade e distribuição da comunidade fitoplanctônica e sua relação com as variáveis limnológicas, climatológicas e hidrodinâmicas dos reservatórios da Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão, Nova Avanhandava, Três Irmãos, além dos rios Tietê e Piracicaba e parte do rio Paraná (reservatório de Jupiá e a Jusante do reservatório de Ilha Solteira). Para tanto, foram realizadas coletas nos meses de fevereiro, maio, julho e outubro de 2000 e os resultados obtidos demonstram uma elevada concentração de nutrientes, com redução na seqüência dos reservatórios, além da variabilidade temporal, com efeito significativo da precipitação no transporte de materiais, promovendo alterações no estado trófico de cada sistema. A disponibilidade de nutrientes, transparência da água, vazão e tempo de residência, associados aos fatores climatológicos, foram elementos importantes no estabelecimento das populações, influenciando a composição, densidade e distribuição da comunidade fitoplanctônica, a qual apresentou maior dominância das classes Cyanophyceae e Chlorophyceae, com maior contribuição em densidade e riqueza de espécies, respectivamente. / For the purpose to attend the energy requirement, many reservoirs had been constructed in Brazil, and mostly in Southeast, the barrages construction not only attended to the multiple uses (energy generation, irrigation, leisure and public supply) but were propellant elements for the regional economy, contributing to the expansion of industrial and rural activities, as well as to an disarranged urban development. In consequence of the absence of planning, natural areas had been cleared and replaced by inadequated types of plantation and by land speculation projects not suitable to the environmental sustainability. During the last decades, the impacts increased in magnitude and extension, causing serious problems to the water resources, culminating with disagreements with regards to the water utilization. In this context, Tietê River should be pointed out, since it goes through important cities and large rural areas of São Paulo State and receives, through this long route, the contribution of several tributaries (contaminated or not) and urban, industrial and other effluents, derivated from not punctual sources, besides the calving that occurred after the construction of countless barrages. Conjunctly, all the factor promoted expressive alterations in the system. Aiming to evaluate the actual reservoir situation, a research was developed, focalizing the analysis of composition, density and distribution of the planctonic community and their relationship with limnological, climatic and hydrodinamical variables from Barra Bonita, Bariri, Ibitinga, Promissão, Nova Avanhandava, and Três Irmãos reservoirs, besides Tietê and Piracicaba rivers and part of Paraná River (Jupiá Reservoir, downstream Ilha Solteira Reservoir). For this, collections had been accomplished in February, March, May, July and October 2000. The results demonstrated a high nutrient concentration, which reduces through the reservoir sequence, besides the temporal variability, with significant effect of precipitation in the material transportation, promoting alterations in the trophic condition of each system. Nutrient availability, water transparency, flow, and residence time, associated to the climatic factors, were important elements in the populations establishment, influencing composition, density and distribution of the planctonic community, which presented highest dominance of Cyanophyceae and Chlorophyceae classes, with highest density and species richness contribution, respectively.

Dans le cadre de l’implantation d’une centrale pilote à énergie thermique des mers (ETM) prévue au large des côtes caribéennes de la Martinique d’ici 2020, ces travaux de thèse visent à évaluer les impacts potentiels de la décharge d’eau profonde en surface sur le phytoplancton. La centrale pilote offshore NEMO conçue par DCNS et mise en oeuvre par Akuo Energy prévoit une production d’environ 10 MW. Les eaux froides et riches en nutriments pompées au fond et rejetées en surface par la centrale ETM avec un débit d’environ 100 000 m3.h-1 devraient enrichir les eaux de surface du site d’étude, particulièrement pauvres en nitrate et phosphate. Deux campagnes de mesures sur le terrain à deux saisons contrastées (saison humide en juin 2014 et saison sèche en novembre 2013) ont permis d’apporter une description des différents paramètres physiques et biogéochimiques susceptibles d’induire une modification de la communauté phytoplanctonique. Une variabilité saisonnière marquée de la stratification et des paramètres biogéochimiques a été mise en évidence avec en saison humide une forte influence océanique (advection d’eaux originaires de l’Amazone et de l’Orénoque) et atmosphérique (brumes des sables) enrichissant potentiellement la couche de surface en nutriments et en métaux traces. Des microcosmes in situ ont été développés afin de simuler le rejet d’eau de fond dans la couche de surface sous différents scénarios. De l’eau de surface prélevée dans le maximum de chlorophylle (45 m, où le phytoplancton est le plus abondant) et à la base de la couche euphotique (80 m, où le phytoplancton est présent en très faible abondance) a été enrichie avec un faible (2%) ou fort apport (10%) d’eau de fond (1100 m) et mise à incuber in situ pendant 6 jours. La production primaire a également été estimée dans le milieu naturel et dans les microcosmes. Ces expérimentations ont mis en évidence qu’un fort apport (10%) stimule le développement du micro-phytoplancton, des diatomées en particulier, au détriment des Prochlorococcus, tandis qu’un apport de 2% ne modifie que faiblement la communauté. La réponse des diatomées pourrait être liée à l’apport en nitrate et phosphate par les eaux profondes. La production primaire serait quant-à-elle dépendante de l’assemblage phytoplanctonique en présence, plutôt que de l’intensité de l’apport d’eau profonde. Enfin, les perturbations thermiques liées au rejet d’eau froide de fond ont été évaluées à partir du modèle numérique ROMS. Les seuils d’impact thermique de -3°C préconisés par la World Group Bank et de -0,3°C correspondant à 2% de dilution d’eau profonde ont été considérés. Même au seuil le plus bas (-0,3°C), la surface impactée sur les premiers 150 m de la colonne d’eau était trop faible pour être détectable par la simulation, quelle que soit la profondeur du rejet. L’impact thermique lié au rejet d’eau froide devrait donc être négligeable, et elle serait limitée à moins de 3 km2. Ces travaux constituent la première étape indispensable dans la compréhension de ce que pourrait être l’impact de ce rejet sur l’écosystème à plus long terme. / As part of the implementation of an Ocean thermal energy conversion (OTEC) pilot plant planned off the Caribbean coast of Martinique by 2020, this thesis aims to assess the potential impacts of deep seawater discharge at the surface on the phytoplankton. The offshore pilot plant NEMO, designed by DCNS and implemented by Akuo Energy anticipates production of approximately 10 MW. The cold and nutrient-rich waters that are pumped in the bottom and discharged at the surface by the heat engine with a flow of roughly 100 000 m3 h-1 should enrich surface waters of the study site, which are particularly poor in nitrate and phosphate. Two campaigns of field measurements in two contrasting seasons (the dry season in November 2013 and the wet season in June 2014) have allowed the description of different physical and biogeochemical parameters that may induce changes in the phytoplankton community. Marked seasonal variability in stratification and biogeochemical parameters occurred, with strong oceanic influences (advection of waters from the Amazon and Orinoco) and atmospheric influences (African dust) potentially enriching the surface layer in nutrients and trace metals during the wet season. In situ microcosms were designed to simulate the discharge of bottom waters into the surface layer under different scenarios. Surface water collected at the chlorophyll maximum(45 m, where the phytoplankton is the most abundant), and at the base of the euphotic layer (80 m, where the phytoplankton is present, but in very low abundance) was enriched with either a weak (2%) or strong (10%) input of bottom waters (1100 m), and incubated for 6 days. Primary production was estimated in both the natural environment, and in the microcosms. These experiments have shown that high input (10%) stimulates the development of micro-phytoplankton, especially diatoms, to the detriment of Prochlorococcus. The response of diatoms could be linked to the input of nitrate and phosphate by the deep seawater.Primary production would be dependent on the composition of the phytoplankton assemblage rather than on the intensity of deep water discharge. Finally, thermal disturbances linked to the discharge of cold water at the surface were assessed using a numerical model (ROMS), which considered the thermal impact threshold of -3°C as recommended by the World Bank Group, and -0.3 °C, corresponding to a 2% dilution with deep water. Even at the lowest threshold (-0.3 °C), the area impacted in the first 150 m of the water column was too low to be detected by the simulation, regardless of the discharge depth. The thermal impact of cold water should therefore be negligible and limited to an area of less than 3 km2. This work provides the first critical step in understanding how bottom water discharge may impact the ecosystem in the longer-term.

Les efflorescences phytoplanctoniques nuisibles et/ou toxiques impactent depuis très longtemps les écosystèmes marins du monde entier. Ces développements massifs ont un effet néfaste sur les écosystèmes et leur exploitation. Les lagunes du Languedoc-Roussillon sont touchées depuis plusieurs décennies. En plus des risques sanitaires récurrents dus aux genres Dinophysis (toxines DSP) et Alexandrium (toxines PSP), Vulcanodinium rugosum a été identifiée en 2011 dans la lagune d’Ingril. Cette nouvelle espèce est productrice de pinnatoxines (neurotoxines). A travers ces travaux de thèse, la biologie de cette nouvelle espèce (cycle de vie, condition de croissance, production de toxines), ses capacités de contamination des mollusques et sa distribution géographique dans les lagunes limitrophes ont été étudiées sur des cultures au laboratoire et via des suivis environnementaux.Les résultats de cette étude ont mis en évidence le caractère thermophile et euryhalin de cette microalgue (croissance optimale à 25°C et à une salinité de 40 ) avec des plages de croissance comprises entre 20 et 30°C. Sa capacité à croître sur une source azotée organique (urée) a été observée in vitro. Son expansion à des lagunes du Languedoc-Roussillon autre que l’étang d’Ingril, a été confirmée par la mise en évidence de la contamination des moules par la pinnatoxine G. La survie de ce dinoflagellé dans le tractus digestif des moules et des huîtres prouve que le transfert de coquillages est une source de contamination potentielle des écosystèmes non impactés par cette espèce toxique.Le cycle de vie de V. rugosum n’a pu être élucidé que partiellement, le kyste de résistance n’ayant pas été identifié formellement. Les kystes temporaires apparaissent comme des stades très importants à prendre en considération en raison de leur capacité à se diviser et de leur forte présence sur les macrophytes. Ces formes temporaires de résistance peuvent constituer une source de contamination non négligeable des mollusques dans la lagune de l’Ingril même lorsque les cellules végétatives de V. rugosum sont peu présentes dans la colonne d’eau. En raison des faibles densités de V. rugosum in situ et la difficulté de son identification sur des critères morphologique, sa surveillance dans le cadre du REPHY demeure difficile. Ainsi l’utilisation de systèmes d’échantillonnage passifs (SPATT) constitués de résines qui adsorbent les toxines dissoutes dans l’eau permettrait la détection précoce des toxines associées à ces espèces benthiques émergentes. Cette étude met en évidence la prolifération d’une espèce émergente thermophile qui pourrait avec d’autres et à la faveur de changements climatiques constituer des problèmes sanitaires et économiques importants dans les écosystèmes lagunaires vulnérables de la Méditerranée. / Harmful and / or toxic phytoplankton blooms impact for a long time marine ecosystems worldwide. These massive developments have an adverse effect on ecosystems and their exploitation. The lagoons of the region Languedoc-Roussillon are affected for decades. In addition to recurring health risks from Dinophysis (DSP toxins) and Alexandrium (PSP toxins), Vulcanodinium rugosum was identified in 2011 in the lagoon Ingril. This new species product pinnatoxins (neurotoxins). Through this thesis work, the biology of this new species (life cycle, growth condition, toxin production), its shellfish contamination capacity and geographic distribution in neighboring lagoons were studied on cultures in the laboratory and via environmental monitoring.The results of this study have demonstrated its thermophilic and euryhaline features (optimum salinity and temperature of 25°C and 40 respectively) and its growth ranges between 20 and 30°C. Its ability to grow on an organic nitrogen source (urea) has been showed in vitro. Its expansion in other lagoons of Languedoc-Roussillon, was confirmed by the contamination of the mussels by the pinnatoxin G. The survival of this organism in the digestive tract of mussels and oysters proves that the transfer of shellfish is potentially a source of contamination of new ecosystems not yet affected by this toxic species.The life cycle of V. rugosum has not been fully described because the resistance cyst has not been formally identified. Temporary cysts appear as very important stages to be considered because of their ability to divide and their strong presence on macrophytes. These temporary forms of resistance may be a significant source of contamination of shellfish in the lagoon of the Ingril even when the vegetative cells of V. rugosum are weakly present in the water column. Because of the low densities of V. rugosum in situ and the difficulty of its identification on morphological criteria, the monitoring within the REPHY protocol remains difficult. Thus the use of passive sampling systems (Spatt) made with resins which adsorb toxins dissolved in water would make possible the early detection of toxins associated with these emerging benthic species. This study highlights the growth of an emerging thermophilic species that might with others and thanks to climate change provide important health and economic problems in vulnerable lagoon ecosystems of the Mediterranean.

Les organismes unicellulaires photosynthétiques formant le phytoplancton sont la base de la production primaire marine. Ne pouvant pas réguler leur température ce facteur physique contraint fortement leur croissance. L'étude de son impact est d'une actualité brûlante dans un contexte de changement climatique. Dans cette thèse, nous nous sommes efforcés de comprendre comment le phytoplancton s'acclimate à la température. En analysant la réponse du taux de croissance à la température de centaines d'espèces nous avons mis en évidence les liens existant entre températures cardinales ainsi que leurs fondements thermodynamiques grâce au modèle mécaniste de Hinshelwood. Nous avons testé l'hypothèse de Eppley plus chaud implique plus rapide pour 5 groupes phylogénétiques de phytoplancton et défini leurs limites évolutives intrinsèques. Nous avons examiné les mécanismes d'adaptation induits à long terme par des variations de température et construit un modèle évolutif en utilisant la théorie de la dynamique adaptative afin de prévoir l'issue évolutive de l'adaptation d’une espèce à un cycle de température simple. Nos résultats ont été confrontés à une expérience de sélection réalisée en laboratoire sur Tisochrysis lutea. Notre méthode a été étendue pour prédire l'adaptation d'une souche soumise à un profil de température périodique et étudier l'adaptation thermique du phytoplancton à l'échelle de l'océan mondial. Des données in situ de température de surface de l'océan ont permis de forcer le modèle et de montrer qu'une augmentation de température sera critique pour certains groupes dans les zones où l’amplitude thermique annuelle est grande, comme par exemple la mer Méditerranée. / Unicellular photosynthetic organisms forming the phytoplankton are the basis of primary production. Because these organisms cannot regulate their inner temperature, the medium temperature strongly constrains their growth. Understanding the impact of this factor is topical in a global change context. In this PhD thesis we have investigated how phytoplankton adapts to temperature. By analyzing the growth rate as a function of temperature for hundreds of species we highlighted the characteristics that can be accurately described by a mathematical model. We have identied the links between the cardinal temperatures as well as their thermodynamical fundament using the mechanistic Hinshelwood model. We then challenged the Eppley hypothesis `hotter is faster' for 5 phylogenetic phytoplankton groups and determined the evolutionary limits for each of them. We have also studied the adaptation mechanisms associated to long term temperature variations by developing an evolutionary model using the adaptive dynamics theory allowing to predict the evolutionary outcome of species adaptation to a simple temperature cycle. Our results have been compared to a selection experiment carried out in a controlled device on Tisochrysis lutea. Our method has been extended to predict the adaptation of a strain to periodic temperature profiles and study phytoplankton adaptation at the global ocean scale. In situ data of sea surface temperature have been used as a forcing variable and have permitted to show that the elevation of temperature will be critical for several species in particular for those living in areas where the annual temperature fluctuation is high such as the Mediterranean Sea.

L'étude des données hydrologiques et biogéochimiques (fCO2, CT, nutriments et chlorophylle-a) récoltées entre Hobart et Dumont D'Urville d'octobre à mars (4 trajets en 1996/97 et 8 en 2002/03) montre que :<br />La région subantarctique (43-53°S) est un puits intense de CO2 au printemps comme en été et la variabilité interannuelle n'y semble pas significative.<br />La région située au sud de 62°S présente une forte variabilité spatio-temporelle due en grande partie à l'influence des glaces.<br />La zone ouverte de l'océan Austral (POOZ) présente la variabilité estivale interannuelle la plus importante: En février elle est presque à l'équilibre en 1997 (–0.3 mmol.m-2.j-1) et présente un puits intense en 2003 (–20.6 mmol.m-2.j-1). Une augmentation de la biomasse phytoplanctonique est à l'origine de ce puits. L'exploitation de différents paramètres révèle que l'augmentation de biomasse n'a pas pu être favorisée par une augmentation de SST, ni par un régime mélange/lumière ou par un contenu intégré d'ozone stratosphérique différents. Par contre, les processus à l'origine de cet accroissement semblent être liés à la présence d'un évènement ENSO en 2002/03 et à des apports de fer épisodiques provenant d'Australie.

L'océan est un milieu fortement turbulent caractérisé notamment par de nombreuses structures tourbillonnaires très énergétiques interagissant entre elles. Dans les couches de surface, les observations ainsi que les modèles montrent que cette dynamique mésoéchelle et submésoéchelle combinée à la dynamique de la couche mélangée, contraint fortement la distribution des espèces phytoplanctoniques. L'objet de cette thèse est de réaliser une étude de processus en modélisation numérique afin de rationaliser l'effet de la turbulence méso- et subméso-échelle d'une part et du mélange vertical d'autre part, sur la diversité phytoplanctonique. L'étude analytique de la dynamique intrinsèque d'un modèle d'écosystème simple avec deux espèces de phytoplancton à l'aide de la théorie des systèmes dynamiques a tout d'abord permis de déterminer les équilibres non-linéaires ainsi que leur stabilité en fonction des paramètres. Nous avons montré ensuite que la diffusion verticale turbulente est un moteur de la coexistence des espèces phytoplanctoniques. La sensibilité de ces résultats a été testée à la fois vis à vis de la profondeur de la couche mélangée, de l'intensité du mélange et du nombre d'espèces phytoplanctoniques. Enfin, nous avons montré que la turbulence quasi-géostrophique de surface permet également la coexistence de deux espèces phytoplanctoniques sur une ressource limitante à l'équilibre statistique. De plus, ce type de turbulence organise différemment les espèces selon les structures : les structures filamentaires sont favorables au grand phytoplancton alors que les tourbillons apparaissent comme des niches écologiques pour le petit phytoplancton. Cette étude révèle que dans tous les cas, les injections verticales de nutriments sont un facteur important induisant cette différence de distribution entre les espèces.

L'objectif principal de cette thèse était d'étudier l'impact de pesticides sur les communautés naturelles de phytoplancton côtier et sur le naissain d'huître creuse, en microcosmes in situ. Les communautés microbiennes (<200 µm) ont été exposées à six pesticides (quatre herbicides, un insecticide et un fongicide) à 0.1, 1, 10 et 100 µg/L de substance active, lors de dix expérimentations in situ. Le contenu des microcosmes a été analysé par trois méthodes :<br />- la « Temporal Temperature Gradient gel Electrophoresis » (TTGE), ou gel d'éléctrophorèse avec gradient de température dans le temps, permettant d'obtenir les empreintes génétiques des communautés procaryotes (avec l'ADN codant pour l'ARN ribosomal 16S) et eucaryotes (avec l'ADN codant pour l'ARN ribosomal 18S) ;<br />- la cytométrie en flux, qui permet de discriminer certaines populations photosynthétiques en fonction, notamment, de leurs signaux d'autofluorescence ;<br />- la Chromatographie Liquide Haute Pression (HPLC), permettant d'obtenir les empreintes pigmentaires des communautés photosynthétiques.<br />Des observations microscopiques ont complété l'analyse de certaines expériences. Les principaux résultats obtenus suggèrent une meilleure sensibilité de la TTGE pour la détection d'effets sur la structure de l'ensemble des communautés eucaryotes ou procaryotes, comparée aux deux autres méthodes qui concernent plus spécifiquement les communautés photosynthétiques. <br />Parmi les six formulations commerciales testées à 0.1 µg/L, aucun effet n'est détecté. Par contre, quatre formulations sont susceptibles de représenter un danger pour les communautés microbiennes à partir de 1 µg/L : les herbicides Basamaïs (bentazone), Roundup (glyphosate), Frontier (diméthénamide), ainsi que l'insecticide Dursban 4 (chlorpyrifos).<br />L'herbicide Basamaïs et le fongicide Opus ont été testés sur le naissain d'huître creuse, seuls à 10 et 70 µg/L, et en mélange à 10 µg/L chacun, au cours d'une expérimentation in situ. Les résultats obtenus démontrent un effet synergique des deux pesticides en mélange à 10 µg/L : la croissance du naissain est réduite de moitié, alors qu'elle n'est pas affectée par les pesticides seuls à 10 µg/L. <br />Cette thèse permet d'illustrer les dangers potentiels représentés par certains pesticides en milieu côtier, en particulier par le Roundup dont les effets apparaissent pour des concentrations testées proches des concentrations environnementales. Les résultats obtenus sur le naissain posent la question des interactions entre molécules et donc de la pertinence des seuils de toxicité réglementaires pour les substances seules, alors même que ces seuils peuvent être différents lorsque des interactions se produisent dans l'environnement.

La pollution des milieux aquatiques est un problème majeur qui a des répercussions importantes au niveau récréatif et commercial, mais également sur la santé des populations humaines, animales et végétales. Les écosystèmes aquatiques sont susceptibles d'être contaminés par une multitude de polluants provenant de sources anthropiques qui peuvent entrainer plusieurs conséquences directes ou indirectes. Le développement de tests rapides pour détecter les polluants aquatiques est essentiel afin d'évaluer le potentiel de risque d'un plan d'eau ou d'une source d'eau potable. L'objectif de mon mémoire a été d'évaluer l'efficacité des bioessais basés sur la fluorescence chlorophyllienne de phytoplancton dans l'étude de problématiques environnementales émergentes telles que la prolifération des cyanobactéries toxiques et la pollution par les perturbateurs endocriniens. Les bioessais basés sur l'activité photosynthétique d'algues ont démontré une grande sensibilité à divers polluants. Or, ils n'ont jamais été utilisés avec les perturbateurs endocriniens et très peu pour les microcystines (MCs). Nous avons donc évalué si ces toxiques influencent l'efficacité photochimique et comment les flux d'énergie du photosystème II (PSII) sont affectés. Pour y parvenir, quatre algues vertes (Chlamydomonas reinhardtii, Pseudokirchneriella subcapitata, Scenedesmus obliquus et Chlorella vulgaris) ont été exposées à des standards de MC (variantes LF, LR, RR, YR) ainsi qu'à des extraits de MC provenant de culture de Microcystis aeruginosa CPCC299, une cyanobactérie toxique. Aussi, ces mêmes espèces (à l'exception de C. vulgaris) ainsi que deux souches de cyanobactéries, M. aeruginosa CPCC299 et CPCC632 ont été exposées aux perturbateurs endocriniens (4-octylphénol, 4-nonylphénol et β-estradiol). Des mesures de l'efficacité photochimique ont été effectuées à l'aide des f1uorimètres PEA (Hansatech Ltd.) et LuminoTox (Lab_Bell Inc.). Nous avons démontré qu'en seulement 15 minutes d'exposition, les toxiques testés ont un effet significatif sur l'activité photosynthétique des organismes utilisées. Une différence de toxicité entre les standards de MC et une plus grande toxicité ont été mesurées pour l'extrait de MC comparativement à la toxine pure équivalente, soit MC-LR. Les trois perturbateurs endocriniens testés ont affecté les flux d'énergie du PSII des phytoplanctons exposés mais l'espèce P. subcapitata s'est avérée tolérante. De plus, les algues étudiées ont manifesté une sensibilité différente face aux toxiques testés, l'espèce la plus sensible face aux MCs et aux perturbateurs endocriniens étant respectivement S. obliquus et M. aeruginosa (CPCC632). Le choix de l'espèce est donc à considérer dans l'élaboration d'un bioessai sensible. Finalement, bien que le PEA s'est avéré moins sensible que le LuminoTox face aux MCs, il a permis d'obtenir de l'information sur le mode d'action des MCs au niveau du PSII. À la lumière de ces résultats, nous pouvons envisager l'utilisation des bioessais basés sur l'efficacité photochimique du phytoplancton pour détecter les MCs et les perturbateurs endocriniens dans un échantillon d'eau. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : bioessais, photosynthèse, perturbateurs endocriniens, microcystines, phytoplancton.