Dans un contexte de gestion des systèmes côtiers, l'approche développée dans cette étude -associer un suivi des paramètres environnementaux avec celui des peuplements pélagiques et benthiques- permet d'appréhender le fonctionnement global de l'écosystème. La veille écologique menée depuis plus de 20 ans en rade de Brest a fait apparaître un nouveau risque écologique (et économique): la prolifération d'un filtreur benthique exotique, compétiteur potentiel de la coquille Saint-Jacques, la crépidule Crepidula fornicata (L.). Ses mécanismes de prolifération étaient encore inconnus en rade, notamment concernant l'accélération récente (15-20 ans) du processus. L'approche multidisciplinaire de ce travail permet d'étudier les mécanismes d'adaptation et de régulation naturelle de la crépidule en rade de Brest face aux fluctuations naturelles de l'environnement (hydroclimat) et aux perturbations anthropiques (eutrophisation...) et d'identifier ses impacts sur le fonctionnement de l'écosystème.<br />Les causes de la prolifération actuelle de la crépidule en rade et ses impacts sur la structuration et le fonctionnement de l'écosystème ont été précisés : les filtreurs exercent un rétro-contrôle de la production primaire (filtration, biodépositions). L'analyse des conditions favorables à la prolifération de la crépidule a montré la place importante prise par cette espèce dans l'écosystème et a permis de mieux appréhender les processus d'évolution de son aire de répartition et de son stock. La description réalisée des peuplements benthiques soumis à cette invasion constitue un état de référence de la mégafaune de la rade en 2000. Les impacts de la crépidule sur l'écosystème (colonne d'eau, sédiment, biocénoses) ont été précisés. Des évolutions futures sont envisagées et des recommandations sont faites pour en limiter l'extension et pérenniser la pêcherie de coquilles Saint-Jacques en rade de Brest. Des perspectives sont proposées dans le cadre de la gestion intégrée de cet écosystème.

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.

Depuis plusieurs décennies la production mondiale de plastiques ne cesse d’augmenter, menant à une contamination des écosystèmes aquatiques à l’échelle de la planète qui a été récemment estimée à plus de cinq mille milliards de débris de plastiques flottants à la surface des océans. Les microplastiques (particules de plastique < 5 mm), introduits dans l’environnement aquatique directement en tant que microparticules (granulés plastiques industriels, cosmétiques, fibres textiles) ou lors de la fragmentation de plus gros débris plastiques, représentent une préoccupation scientifique et sociétale grandissante. Ces travaux de thèse se sont focalisés sur la contamination par les microplastiques de la rade de Brest (Bretagne, France), un système côtier macrotidal où l’activité anthropique est importante. Les objectifs de ces travaux sont (1) d’évaluer la contamination des matrices environnementales (eau de surface, sédiment subtidal et biote) par les microplastiques, et (2) d’identifier leur rôle potentiel en tant que vecteurs de contaminants chimiques et de bactéries dans la rade de Brest.Pour cela, des développements analytiques ont été nécessaires afin d’améliorer leur extraction des matrices environnementales ainsi que leur caractérisation morphologique et chimique via la microspectrométrie Raman. Les observations in situ ont montré que l’ensemble de l’écosystème de la rade de Brest est contaminé par les microplastiques, avec des concentrations de 0,24 ± 0,35, et 0,97 ± 2,08 (moyenne ± écart-type). L’eau de surface et le sédiment sont contaminés par le polyéthylène, le polypropylène et le polystyrène. Leur distribution à la surface de l’eau semble être liée à l’urbanisation très présente au nord de la rade, mais également à l’hydrodynamisme de cette région marine. Les premiers résultats concernant les bivalves marins ont montré un niveau relativement faible de contamination par les microplastiques (0,01 ± 0,04 et 0,08 ± 0,34 pour les moules et les coques, respectivement), cependant cela est probablement dû aux choix méthodologiques appliqués ici (exclusion des fibres). Les observations in situ ont montré que certains polluants organiques (HAP, PCB et pesticides) étaient détectés sur les microplastiques flottants à des valeurs (non détecté – 49763 ng.g-1, moyenne ± écart-type) similaires de celles retrouvées dans les sédiments et les bivalves locaux, ce qui suggère un risque faible dans le transfert des contaminants chimiques vers les organismes marins en cas d’ingestion. Enfin, les résultats concernant la colonisation bactérienne des microplastiques flottants ont montré des communautés distinctes de celles retrouvées dans l’eau de mer environnante, et l’identification du genre Vibrio en tant que biomarqueur discriminant de cette matrice. Dans l’ensemble, ces travaux fournissent une première évaluation approfondie de l’état de contamination de la rade de Brest par les microplastiques ainsi que de solides recommandations méthodologiques pour des travaux futurs. / World production of plastics has increased steadily for the past decades leading to a major contamination of the worldwide aquatic ecosystems recently estimated at more than five trillion plastic pieces floating the surface of the oceans. Microplastics (plastic particles < 5 mm) are introduced into aquatic environments directly as industrial raw material (plastic pellets, cosmetics, clothing) or indirectly via the fragmentation of larger plastics. This emerging contaminant represents an increasing ecological concern for science and society. The present study focused on the microplastic contamination of the Bay of Brest (Brittany, France), a macrotidal coastal ecosystem characterized by intense anthropogenic activity. The main objectives were: (1) to evaluate the contamination of environmental matrices (surface water, subtidal sediment and biota) by microplastics, and (2) to identify their potential role as vector of chemicals and bacteria in the bay of Brest.Methodological developments were first conducted to improve microplastic extraction from environmental matrices as well as their rapid morphological and chemical identification by Raman micro-spectrometry. The field investigations showed that the ecosystem of the bay of Brest is contaminated by microplastics with mean concentrations of 0.24 ± 0.35, and 0.97 ± 2.08 (mean ± standard deviation) in surface water and sediment, respectively. Microplastic contamination in surface water and sediment was dominated by polyethylene, polypropylene and polystyrene microparticles.Spatial microplastic distribution appeared to be related to proximity to urbanized areas and to hydrodynamic in the bay. Preliminarily results of microplastic contamination in marine bivalves demonstrated relatively low contamination (0.01 ± 0.04, and 0.08 ± 0.34 for mussels and cockles, respectively) by microplastics (mainly polyethylene and polypropylene fragments), however this could be partly related to the methodological limitation identified here (e.g. exclusion of fibers). Organic pollutant (PAH, PCB and pesticides) were detected on floating microplastics at levels (not detected – 49,763 ng g-1, mean ± SD) similar to those measured in sediment and bivalves suggesting low risks in transferring hazardous chemicals in local marine organisms upon microplastic ingestion. Finally, distinct bacterial community assemblages were demonstrated on microplastics as compared with surrounding surface water; the Vibrio genus was identified as a discriminant biomarker of the plastic matrix. Overall, this work provides a first and thorough assessment of the microplastic contamination in the bay of Brest and solid methodological recommendations for further work.

Dans le contexte actuel de changement global et particulièrement de réchauffement climatique et de pollution chimique chronique, se pose la question de la vulnérabilité des écosystèmes côtiers et notamment des populations d’invertébrés filtreurs jouant un rôle structurant dans la plupart de ces écosystèmes. Dans ces travaux de thèse, une approche couplée d’écophysiologie et de génomique fonctionnelle a été mise à profit afin de mieux comprendre les processus moléculaire, cellulaire et physiologique de réponse à une contamination chimique chronique modérée et d’évaluer la capacité à faire face à une augmentation de température chez des populations naturelles de moules bleues (Mytilus spp.) de la Rade de Brest. Les résultats obtenus révèlent qu’une contamination chronique modérée induit des réponses adaptatives au niveau subcellulaire chez les moules exposées, prévenant ainsi l’apparition de souffrances physiologiques et permettant aux populations de se maintenir dans un environnement variable. Ces réponses impliquent en particulier, une activation des mécanismes de défense cellulaire (métabolisme énergétique et défenses antioxydantes) et d’élimination des xénobiotiques. Par ailleurs, l’exposition à une augmentation de température en conditions expérimentales ne met pas en évidence de sensibilité particulière au stress thermique chez les moules provenant d’un site exposé à une contamination chronique modérée. En revanche, les résultats indiquent que ces dernières pourraient avoir une plus grande capacité à compenser grâce à des réponses adaptatives, les effets délétères générés par une augmentation de température. Cependant, le fort coût énergétique généré par la contamination chimique ainsi que les effets importants du stress thermique mis en évidence dans ces travaux indiquent que la combinaison de ces deux sources de stress pourrait provoquer des dysfonctionnements métaboliques et représenter à l’avenir, une menace pour les populations naturelles de moules bleues. Ces travaux de thèse ont également contribué au développement de nouvelles méthodologies permettant respectivement, de quantifier des contaminants environnementaux dans des tissus biologiques marins, d’étudier des réponses génomiques précoces de stress et de mesurer des paramètres physico-chimiques in situ. Ces méthodologies pourront contribuer à améliorer les performances du diagnostic de l’état de santé des populations naturelles de moules et au delà, d’espèces-sentinelles de mollusques bivalves dans un contexte de contamination chimique mais également de changements climatiques. / In the current context of chronic chemical pollution and on-going climate change, coastal ecosystems, and in particular keystone filter-feeding bivalve populations inhabiting them, appear vulnerable. In this thesis, an approach coupling ecophysiology and functional genomics was used to study the molecular, cellular and physiological responses of wild blue mussel populations of the Bay of Brest to a moderate chronic chemical contamination, and to assess the ability of these populations to face a heat stress. Results indicate a moderate chronic chemical contamination induces adaptive responses in wild mussel populations from the Brest harbour area, which prevents severe physiological disturbances and sustain long-term population survival. These responses include an activation of cellular stress response [energetic metabolism and antioxidant defences) and xenobiotic elimination mechanisms. Furthermore, experimental heat stress exposure does not highlight a higher sensitivity to a temperature increase in mussels sampled in a moderately contaminated area but suggests that these mussels could have a better ability to offset the adverse effects of heat stress thanks to adaptive responses. However, the high energetic cost of chemical contamination and the strong effects of heat stress presented in this work, suggest combined chemical and heat stress could be a future threat for wild blue mussel populations. This work also contributes to the development of new methodologies to, respectively, quantify environmental contaminants in marine biota, study early warning genomic stress responses and to survey physicochemical parameters in situ. These methodologies contribute to improving the health diagnostics of natural mussel populations and thus, appear as useful tools to assess health of bivalve sentinel species populations in biomonitoring studies, in a context of chemical contamination and climate change.

La rade de Brest constitue un cadre idéal pour étudier et restituer les transferts sédimentaires terre-mer dans un contexte de bassin côtier semi-fermé macrotidal. Dans cette perspective, deux axes majeurs, d’échelle temporelle différente, ont été développés avec pour objectifs (a) de caractériser le modèle sédimentaire et sa dynamique par charriage à l’actuelle, (b) de déterminer la mise en place des dépôts sédimentaires au cours de la dernière transgression marine.(a) L’analyse combinant une approche sédimentaire et analogique a permis de montrer le contrôle majeur des courants de marée sur la dynamique sédimentaire actuelle. La morphologie du littoral et des fonds marins renforcent l’intensité des courants tidaux qui facilite les échanges en sables coquilliers entre la rade interne et la mer d’Iroise. Le système est néanmoins en érosion et enregistre un déséquilibre en apports sédimentaires. Les sédiments fins sont remobilisés par les courants de flot et les actions anthropiques colmatant les secteurs peu profonds.(b) L’étude litho- et chronostratigraphique de la séquence sédimentaire, a mis en évidence le recul successif des processus estuariens lors de la dernière remontée du niveau marin (holocène). La morphologie héritée du substratum, combinée à la transgression marine, a fortement influencé l’architecture des dépôts, leur préservation et leurs variations lithologiques latérales et longitudinales. Après la stabilisation du niveau marin (3 000 BP), les variations climatiques (optimum climatique médiéval, et petit âge glaciaire) et les activités anthropiques impactent d’avantage la dynamique des particules en suspension.La rade a donc eu un impact différent sur le transfert des sédiments au cours de la remontée du niveau marin. Actuellement, elle acte comme un « piège à sédiment fin » et enregistre dans le même temps un déficit de stock sédimentaire grossier potentiellement remobilisable. Cette configuration favorise une érosion des parties les plus profondes du système. / The bay of Brest is a tide-dominated, semi-enclosed coastal basin, which is connected with two rivers (Aulne and Elorn). Its jagged shoreline and seabed morphology constitute an ideal setting to understand sedimentary transfer at the land-sea interface. In this aim, this study is divided in two different time scale. The first (a) focuses on the present-day sedimentary bedload dynamic and the second (b) on the reconstruction of the Holocene infilling, during the last marine transgression. (a) A analyse combining a sedimentology approach and numerical has highlighted the major control of the tidal currents. Swells and rivers have a minor impact, because the inherited morphology accentuates and promotes tidal currents. There are responsible of a shelly sandy exchange between the oceanic domain (Iroise Sea) and confined (bay of Brest). At present, the bay of Brest suffers from an imbalance of shelly sand. Fine sediments are eroded and redistributed in the shallow parts of the bay. In ideal conditions (strong tidal current) they can be exported.(b) From the stratigraphic and chronostratigraphic analyses, the successive landward retreat of estuarine processes, during the last marine transgression, has been observed. The sea level acts as the major factor control of the sedimentary geometry deposits. However, the morphological particularity of the bay of Brest influenced their preservation and it is possible to determinate the longitudinal and transversal asymmetry. After the sea level stabilisation (3 000 BP), the Holocene climatic variations and anthropic activities have disturbed the suspension dynamic.The bay of Brest had a different impact on the sedimentary transfer during the last marine transgression. At present, it acts as a « sediment trap » for the fine particles and has not enough sandy sediment. This configuration tends to an erosion of the system.