Rising temperature caused by global warming alters physiology, phenology and/or distribution in a wide array of plant and animal species, which has dramatic knock-on effects at different levels of organisation. This study investigates the individual and interactive effects of temperature (18ᵒC, 22ᵒC and 30ᵒC) and additions of the macroalga Gracilaria gracilis (high and low) on the performance of the seagrass Zostera capensis, which occurs in Langebaan Lagoon, South Africa over a seven-week period. Results from the laboratory experiment revealed that G. gracilis did not significantly affect the performance of Z. capensis although temperature did result in greater leaf width, fouling and senescent biomass, as well as marginally greater leaf area and lower below-ground biomass at 30ᵒC. Increasing temperature also increased G. gracilis biomass, percent cover and fouling by microalgae. In addition, there was no interaction between temperature and the additions of Gracilaria. The overall findings of this study indicate that Z. capensis abundance is likely to decrease while G. gracilis will conversely increase in abundance in response to warming. Changes in abundance of those two ecosystem engineers highlight the possibility of a phase shift from a seagrass- to macroalgal-dominated state in Langebaan Lagoon.

Seagrasses are well known for the important ecological roles they play in coastal marine waters worldwide. However, the severe rate of decline observed in seagrasses this century is expected to accelerate with climate change. Conservation efforts can be improved by quantifying physiological thresholds of seagrasses and using these estimates in modeling to forecast changes in distribution. This study examines the response of eelgrass (Zostera marina L.) across current temperatures to look for early warning signs of vulnerability and to evaluate the ways we determine critical thresholds for survival. Whole eelgrass ramets, collected from three beds in Morro Bay, California, were used to develop photosynthesis-irradiance (P-I) curves from 10-20°C. Productivity was not affected by changes in temperature when traditionally measured as the light-saturated photosynthetic rate to dark respiration rate (P:R) ratio. However, photosynthesis in light-limited conditions declined at higher temperatures, suggesting a decrease in productivity when coupled with the increased respiration rates observed at higher temperatures. Irradiance thresholds increased with temperature; critical irradiance was the most sensitive to increases in temperature due to the inclusion of overnight energy use, which also increases with temperature. Measurements of root and rhizome respiration, overnight respiration, and variation across eelgrass beds reveal that these are important components to consider when calculating survival thresholds to use in modeling. Differences in physiological responses across beds suggest that some eelgrass beds operate more efficiently than others in current conditions and are likely to be more resilient to the progressing stressors of climate change. Management of eelgrass in the face of climate change will require reliable distribution forecasts, and therefore accurate estimates of physiological thresholds, to guide mitigation and restoration efforts.

Seagrasses are ecosystem engineers, forming extensive meadows that provide critical habitat and modulate local morphodynamics. Their canopies induce drag on flow to attenuate mean flow and reduce near-bed flow velocities, which can shield the bed from erosion and sediment suspension. Alternatively, seagrass loss can enhance erosion and sediment suspension, which can be initiated through short-lived extreme events, or chronic long-term disturbances. Physical process and disturbances can govern the evolution of seagrass meadow ecosystems. In two separate chapters, this research examined 1) the influence of climate variability and storms on seagrass loss and erosion at a high spatial resolution, and 2) how flow attenuation by seagrass varies across tidal cycles and at different locations in the Choked Passage meadow, on the Central Coast of British Columbia. We used high resolution multibeam echosounder (MBES) bathymetry and backscatter data from 2018 to 2021, drone mapped seagrass delineations from 2014 to 2021, and wind and wave data from 2014 to 2021. Flow data (i.e. velocity magnitude, velocity direction, and acoustic backscatter) above the seagrass canopy was collected with an Acoustic Doppler Current Profiler (ADCP) along transects and moored to the seafloor over a tidal cycle. Sediment samples were collected from the bed to estimate critical shear stress and verify sediment classes from an acoustic backscatter analysis. From 2018 to 2021, the meadow experienced significant erosion (net surface lowering of -18,768 m3) and loss of seagrass (10% reduction), which we attribute to the preceding winter storm activity driven by moderate La Niña conditions. The spatial patterns of erosion and seagrass loss was non-uniform across the meadow. Coupled erosion and seagrass loss resulted in the generation and/or expansion of blowouts. We observed a trend of a reduction in seagrass coverage following winters with a high number of storm events and/or high recorded storm intensity from 2014 to 2021. We believe the Choked Passage seagrass meadow undergoes cyclic behaviour with reduction in seagrass coverage during energetic ENSO years, followed by a recovery period during weak years. The ADCP was used to detect the seagrass canopy height, measure flow, and estimate shear stress. Overall, flow is fastest in the northern section of the main meadow, particularly in the north-west corner where the meadow is patchy. Moreover, flow appears to accelerate through the meadow interior, which suggests that topographic steering and the strength of incoming currents exceeds the ability of seagrass to dampen flow velocity. During the transition from peak flood to ebb, flow velocity remained heightened for longer above the southern meadow and lagged the other sections. Shear stress results indicate that sediment can be transported as bedload and in suspension under peak flow velocities at some of the sites examined within the meadow. Shear stress is largest in the meadow center and lower towards the southern margin of the main meadow. Based on our results, when sediment transport is initiated under peak tidal and/or extreme conditions, sediment is likely primarily transported as bedload, creating the observed sand wave and blowout bedforms. This research demonstrated linkages between extreme storms (during ENSO years), seabed morphology, and seagrass coverage, and examined the variability in the interaction between flow, seagrass, and sediment transport. Geomorphic processes and disturbances have an important influence on ecosystem structure and function over time, therefore, it is important to understand how these processes operate and are modified by external drivers. The results of this study have significant implications on seagrass conservation, restoration, and the evolution of coastal landscapes. / Graduate

No description available.

La Barge à queue noire Limosa limosa est un oiseau limicole communément rencontré tout au long de l’année sur le territoire Français. Les individus présents sur la partie ouest de l’Europe sont représentés par deux sous-espèces : la sous-espèce L. l. limosa, dite barge à queue noire « continentale », est principalement observée pendant les phases de migration et en très faibles effectifs reproducteurs sur les marais ouest Atlantique; la sous-espèce L. l. islandica, dite « islandaise », est quant à elle, exclusivement présente en hivernage le long des côtes atlantiques et de la Manche. L’étude menée au cours de ces travaux de thèse porte principalement sur la barge « islandaise » en dehors de la période de reproduction sur les sites d’hivernage le long de la façade atlantique Française. Contrairement à L. l. limosa, la population de L. l. islandica connaît sur l’ensemble de son aire de répartition, une expansion aussi bien en termes d’effectif qu’en nombre de sites fréquentés. La synthèse des effectifs nationaux hivernants montre que la population hivernante en France suit cette même tendance, avec une progression de 1350 à 27000 individus au cours des vingt dernières années. Actuellement, la France accueille environ 30 % de la population sur un nombre de sites grandissant mais néanmoins restreint, principalement représentés par les Réserves Naturelles littorales abritant des vasières intertidales utilisés comme zone d’alimentation. À partir de données biométriques, génétiques ou encore des historiques de vie des oiseaux équipés de bagues couleurs, les périodes de présence des deux populations sur le territoire Français ont pu être mis à jour. De plus, au sein de la sous-espèce islandaise, plusieurs durées d’hivernage en France ont été avancées, pouvant varier de 2 à 8 mois selon les individus. La phénologie des effectifs étudiée sur chacun des sites suggère une utilisation très variée des sites ainsi que de nombreux échanges entre ces sites au cours d’un même hiver. Couramment utilisée dans la compréhension de la distribution des populations d’oiseaux, la disponibilité de la ressource trophique a également été étudiée au regard du régime alimentaire de la Barge queue noire à partir d’échantillonnages de macrofaune, de collecte de fèces mais aussi d’analyses d’isotopes stables. Au cours de l’hiver, à l’échelle des Pertuis Charentais, les barges montrent deux régimes distincts mais néanmoins monospécifiques. Elles s’alimentent de rhizomes de zostères (Zostera noltii) sur les herbiers des vasières de l’Ile de Ré et de bivalves (Macoma balthica) sur les vasières nues. Au cours de l’hiver, il est supposé que la déplétion de ces ressources conduit à une redistribution des effectifs de barges sur de nouvelles zones d’alimentation voire de nouveaux reposoirs. Les deux régimes alimentaires sont majoritairement retrouvés à l’échelle de la distribution nationale des barges. Néanmoins, leurs distributions au sein des sites français dépend des caractéristiques sédimentaires, des interactions intra et interspécifiques, de la disponibilité de reposoirs de marée haute et des dérangements tels que la chasse. Ce travail a permis d’établir de solides connaissances et aboutit à la collecte de données détaillées et complémentaires qui vont permettre de tester les modèles théoriques de distribution spatiale des organismes à l’échelle d’une région de leur aire de distribution. / The Black-tailed godwit Limosa limosa is a shorebird species commonly observed in France throughout the year. Two sub-species are dissociated in West European. The so called “continental” Godwit L. l. limosa is observed in France during migration cycles and some pairs breed in marshes on the Atlantic coast; the so called “Icelandic” Godwit winters exclusively along coast of the Western Europe. This present work mainly investigates the wintering ecology of Icelandic–godwit in coastal mudflats of France. Contrarily to the continental sub-species, the whole Icelandic-godwit L. l. islandica population increased quantitatively as long as the number of sites used. In France, national counts pointed out that wintering population follows this trend and have increased from 1350 to 27000 individuals during the last twenty years. This population represents now around 30% of the whole islandica population but individuals stage in large flocks in a very limited number of sites, mainly included in Nature Reserves. From standard biometrics, molecular analyses and resighting data, phenologies of the both sub-species can then be specified for France. Furthermore, this study allowed to define how long the wintering period lasts in France for Icelandic-Godwits, between 2 and 8 months depending on individuals. Phenology at site scale suggested that godwits used several sites throughout the winter. As currently used for understanding the distribution of bird populations, trophic resource availability was studied in regard to the diet of the Black-tailed godwit from macrofauna sampling, droppings collection and stable isotope analyses. At the Pertuis Charentais scale, two feeding behaviors were clearly distinguished: seagrass grazing (Zostera notlii) or bivalve probing (Macoma balthica). Food depletion along the winter is expected to lead to the decrease of local populations, and to the selection of new feeding area or roost. Considering the distribution of the species at the national level, the diets were recorded depending on the mudflats’ characteristics. Even if food distribution is commonly used to understand at first the bird population distribution, our observations point out that, here at a local level, more parameters may influence the wintering distribution such as sediment characteristics, intra and inter-specific interactions, high tide roosts availability and human disturbances as the hunt. This work allowed to establish a solid knowledge and to collect many complementary data to test the distribution theories on the Black-tailed Godwit population wintering in France.

Au début du 20ème siècle, l'étang de Berre était occupée par de larges prairies sous-marines de Zostera qui ont fortement réduit sous l'impact des pollutions et arrivées massives d'eau douce par le canal EDF. Pollutions et arrivées d'eaux ont beaucoup réduit mais les herbiers ne s'étendent pas vers le large. Cette thèse a donc pour but d'analyser les interactions entre les herbiers sous-marins de l'étang de Berre basé sur l'hypothèse que la dynamique hydro-sédimentaire peut jouer un rôle dans le maintien des herbiers à l'état relique. Dans cette lagune, le vent conditionne l'hydrodynamisme en générant des vagues de vent et des courants.L'atténuation des vagues par l'herbier est en lien avec la hauteur des vagues (dépendant de la vitesse du vent, la longueur de fetch et des effets de réfraction lié à la morphologie de la anse) et est modulée par la biométrie de l'herbier, le niveau d'eau ou la présence de courants. Alors qu'au dessus de l'herbier, les courants sont rapides et fortement influencés par le vent et les vagues de vent, une couche de transition eau-canopée permet la dissipation de l'énergie des vagues et des courants. Dans la canopée, les courants sont très atténués grâce à la présence de l'herbier. L'herbier apparaît comme un élément important de la dynamique sédimentaire car il peut, par sa simple présence, réduire l'hydrodynamisme et modifier l'évolution du fond dans et en arrière de l'herbier et protéger la plage. Le niveau de récurrence de vents forts semble contrôler les évolutions sédimentaires.Les fortes interactions de l'herbier avec la dynamique hydro-sédimentaire laissent penser qu'elle pourrait limiter leur extension dans des zones plus exposées. / Berre lagoon was occupied by extensive meadows at the turn of the 20th century which regressed down under the impact of urban and industrial pollution and inflow of the EDF canal. Even though freshwater inputs and pollutions were drastically reduced respectively in the 1980s and 1990s, meadows have not significantly gained ground. This thesis aims at analysing the interactions between seagrass meadows of Berre lagoon, hydrodynamics and sedimentary processes, based on the postulate that these mechanisms are important in the maintenance of the meadows in their present dispersed form. In the lagoon, winds constitute the dominant influence on hydrodynamics in the lagoon by generating wind waves and currents. Wave attenuation is linked to wave height, which is, in turn, dependent on wind intensity and fetch length and modified by the bay morphology. Wave attenuation is also modulated by meadow biometry, and by water levels and currents.Whereas currents are strong and strongly influenced by wind and wind waves above the meadow, a transition canopy-water layer dissipates waves and currents. In the canopy, currents are thus attenuated.The meadow is not just a passive element in the overall sediment dynamics since it reduces energy and thus modifies substrate changes within and in the back of the meadow, thus protecting the shoreline. However, it is the recurrence of strong wind that seems to drive sedimentary changes. The strong interactions between the meadow and the hydrodynamic and sedimentary processes could limit the extension of the meadow in areas more exposed to waves.

Les phanérogames marines constituent un compartiment biologique fondamental et fournissent de nombreux services écosystémiques. Comprendre leur évolution et les interactions avec leur environnement physique est un enjeu scientifique majeur à l’échelle mondiale. Dans le bassin d’Arcachon, des herbiers de Zostera noltei (le plus grand d’Europe) et de Zostera marina ont vu leur surfaces régresser fortement ces deux dernières décennies. La régression s’est accompagnée d’une augmentation des concentrations en sédiments en suspension et de modifications morphologiques significatives. Dans ce contexte, et à travers cet exemple régional, les objectifs de la thèse sont de mieux comprendre les causes physiques de la régression des herbiers de zostères et de démêler et de quantifier les conséquences physiques de la régression et les effets de rétrocontrôle.Un monitoring exhaustif des herbiers (suivi des paramètres biologiques, chimiques et physiques sur neuf sites durant une année) a montré d’une part l’extrême variabilité des conditions environnementales auxquelles sont soumis les herbiers de zostères naines du Bassin et d’autre part d’importantes différences démographiques, morphologiques et biochimiques entre les plantes des différents sites. Certaines de ces différences reflètent leur capacité d’adaptation à l’intensité d’un forçage. Un modèle logistique croissance a montré qu’outre la lumière, les paramètres principaux qui contrôlent le développement de Z. noltei à l’échelle du Bassin sont les forçages hydrodynamiques. Toutefois à l’échelle locale, d’autres facteurs tels que la teneur en matière organique ou la microtopographie s’avèrent prépondérants.Dans un second temps, une analyse associant des données historiques et des scénarios de modélisation hydrodynamique a montré que la profondeur maximale colonisée par les deux espèces de zostères avait fortement diminué entre 1989 et 2016, suggérant un effet du manque de lumière sur l’évolution de la distribution des deux espèces. Par ailleurs, il s’est avéré que la régression des zostères naines avait débuté au niveau des zones les plus pentues des estrans, qui correspondent aux rebords des chenaux et sont donc soumises aux courants les plus intenses, suggérant là encore un effet de l’intensité des courants sur la distribution de Z. noltei.Les résultats des simulations numériques ont montré que la régression des deux espèces induit une augmentation importante de l’énergie hydrodynamique, non seulement localement dans les zones où les herbiers ont régressé, mais également à distance, au niveau des chenaux principaux et jusqu’à près de l’embouchure.De plus, les effets hydrodynamiques induits par la régression initiale de Z. marina (1989-2007) ont contribué à la première phase du déclin des herbiers de Z. noltei. Ces résultats confirment en partie l’hypothèse que des processus de rétrocontrôle entre hydrodynamique et régression des herbiers de zostères sont intervenus au cours de la première phase du déclin des zostères. Par ailleurs, les conséquences hydrodynamiques directes de la première phase de régression des deux espèces (1989-2007) expliquent plus de 75 % de la seconde phase de régression de Z. noltei (2007-2012). Ces résultats confirment pleinement l’existence des processus de rétrocontrôle et met en évidence leur rôle prépondérant sur la dynamique des herbiers de Z. noltei.En ce qui concerne Z. marina, il apparaît enfin que les conditions actuelles ne permettent pas sa reconquête des zones d’où elle a disparu. Au contraire, du fait de sa position intertidale la rendant moins sensible aux fortes turbidités, Z. noltei pourrait recoloniser un certain nombre d’estrans qui leur sont favorables sur le plan hydrodynamique. Ce processus de recolonisation, conduisant à une réduction de l’énergie hydrodynamique et à l’amélioration locale des conditions lumineuses, pourrait s’auto-amplifier de proche en proche et favoriser la reprise de Z. marina dans les chenaux. / Seagrass meadows are a fundamental biological component and provide many ecosystem services in coastal areas. Understanding their evolution and interactions with their physical environment is a major scientific issue. In Arcachon Bay, seagrass meadows of Zostera notlei (the largest in Europe) and Zostera marina have sharply regressed over the last two decades. In the meantime, an increase in suspended sediment concentrations and significant morphological changes were observed. Based on this regional case study, the objectives of this thesis are to better underestand the physical causes of seagrass bed regression, and also to quantify the physical consequences of the egression and possible feedback processes.An extensive monitoring of biological, chemical and physical parameters at nine sites during one year showed the extreme variability of the environmental conditions to which the Z. noltei beds are subject in Arcachon Bay, the important demographic, morphological and biochemical differences between plants of different sites. Some of these differences reflect their ability to adapt to the intensity of a forcing. A logistic growth model has shown that in addition to light, the main parameters that control the development of Z. noltei at the scale of the bay are hydrodynamic forcing. However, at the local scale, other factors such as organic matter content or microtopography may be predominant.In a second step, an analysis combining historical data and hydrodynamic modelling scenarios showed that the maximum depth colonized by the two species of seagrass strongly declined between 1989 and 2016. This analysis suggests that lack of light had an effect on the evolution of the distribution of the two species. In addition, it was found that the regression of Z. noltei began on the steepest areas of the tidal flat, which correspond to the edges of the channels and were therefore subject to the most intense currents, suggesting again an effect of intensity of currents on the distribution of Z. noltei.The results of numerical simulations showed that the regression of both species induces a significant increase in hydrodynamic energy, not only locally in areas where the seagrass have declined, but also remotely, at the level of main channels and up to near the mouth.In addition, the hydrodynamic effects induced by the initial regression of Z. Marina (1989-2007) contributed to the first phase of the decline of Z. noltei meadows. These results partially confirm the hypothesis that feedback processes between hydrodynamics and regression of seagrass beds occurred during the first stage of seagrass decline. Furthermore, the direct hydrodynamic consequences of the first regression phase of the two species (1989-2007) accounted for more than 75% of the second regression phase of Z. noltei (2007-2012). These results fully confirm the existence of feedback processes and highlight their predominant role in the dynamics of Z. noltei meadows.As far as Z. marina is concerned, it finally appears that the current conditions do not allow colonization of the areas from which it disappeared. On the contrary, due to its intertidal position making it less susceptible to high turbidity, Z. noltei could recolonize some tidal flats that present favourable hydrodynamic conditions. This process of recolonization, leading to a reduction of the hydrodynamic energy and to the local improvement of the light conditions, could self-amplify by adjaceting to each other and then promote the recovery of Z. marina in the channels.

Ålgräs fungerar som ekosystemingenjörer som förser både människan och naturen med en mängd viktiga ekosystemtjänster och tillhandahåller olika ekosystemfunktioner. Ålgräsängens vegetation skapar en fysisk struktur till den annars kala, mjuka ler- eller sandbottnen och ökar den biologiska mångfalden. En annan viktig funktion som ålgräsängar skapar är habitat som fungerar som barnkammare för olika fiskarter, såsom torsk, flundror och sej. Det uppskattas att cirka 30% av de kända arealerna av ålgräsängar har försvunnit globalt och att 7% försvinner årligen. I Sverige kan liknande historiska förluster av ålgräs visas, bara i Bohuslän har 60% försvunnit sedan 1980-talet och ålgräsängarna fortsätter att minska till följd av fortsatt exploatering av kustområden. I detta projekt har vi undersökt ålgräsets förmåga till etablering samt dess tillväxt efter förflyttning och omplantering i ett nytt habitat vid Hallands kust. Plantering av ålgräs har inte tidigare gjorts i Halland och syftet med denna studie var att se om plantering var möjligt och hur stor tillväxt det sker på blad samt antal nya tillväxande vegetativa skott.Våra resultat visade att det fanns signifikanta skillnader för ålgräsets överlevnad mellan de tre olika metoder som vi utförde vid plantering. Vår metod singelskottsmetoden visade sig vara mest lyckad vid platsen, som låg på ett område med relativt hög våg- och vindexponering, vilket vi anser är typiskt för den Halländska kusten. De andra två metoderna, nätmetoden samt grillspettsmetoden, som användes inkluderade förankring av plantorna vilket resulterade i sämre överlevnad. Detta kan ha berott på att det fanns flera stressfaktorer vid platsen som vågor, vind och algpåväxt och att förankring störde ålgräsets etablering. / Eelgrass act as ecosystem engineers, providing both humans and nature with a variety of important ecosystem services and providing various ecosystem functions. The vegetation that eelgrass beds provide is a physical structure to the otherwise bare, soft clay or sand seabed and increases biodiversity. Another important function that eelgrass beds provide is that they create habitats that act as nurseries for various fish species, such as cod, flounder and pollock. It is estimated that around 30% of the known areas of eelgrass meadows have disappeared globally and that 7% is decreasing annually. In Sweden, similar historical losses of eelgrass can be seen, only in Bohuslän, 60% has disappeared since the 1980s and continues to decrease as a result of continued exploitation of coastal areas.  In this project, we have investigated the ability of eelgrass to establish as well as its growth after relocation and replanting in a new habitat on the coast of Halland. Planting of eelgrass has not previously been done in Halland, so the purpose of this study was to see if this was possible and how much growth occurs on leaves and the amount of new growing vegetative shoots. Our results showed that there were significant differences in the survival of the eelgrass between the three different methods we used when planting. Our method the single-shoot method proved to be most successful at the site, which was in an area with relatively high wave and wind exposure, which we believe is typical for the coast of Halland. The other two methods used, the netmethod and skewermethod, included anchoring the plants which resulted in poorer survival. This may have been because there were several stress factors at the site such as waves, wind and algae growth and that anchoring disturbed the establishment of the eelgrass.

Le remaniement sédimentaire, défini comme l’ensemble des mouvements de particules sédimentaires induits par les organismes benthiques, est l’une des deux composantes du phénomène de bioturbation. Il constitue un processus clé du fonctionnement des écosystèmes côtiers. Ce manuscrit présente une étude intégrée de ce depuis l’échelle de la simple particule sédimentaire jusqu’à celle de la communauté benthique in toto.Le développement d’une nouvelle approche expérimentale basée sur l’acquisition à haute fréquence et l’analyse de séries temporelles d’images de mouvements de luminophores le long de la paroi d’aquariums plats a permis de mesurer directement les mouvements élémentaires de particules de sédiment effectués par le bivalve A. alba. Cette approche a ainsi conduit à la première détermination expérimentale d’ « empreintes » du remaniement sédimentaire d’un invertébré marin, d’après le formalisme du modèle CTRW (Continuous Time Random Walk).Dans un second temps, le déploiement de cette nouvelle approche a permis d’évaluer, de manière dynamique (i.e. pendant des expériences de 48h) et sur l’ensemble de la partie de la colonne sédimentaire affectée par ce bivalve, le contrôle exercé par la température et par la disponibilité de matière organique fraîche sur les caractéristiques du processus de remaniement sédimentaire effectué par A. alba.Enfin, l’intensité du remaniement sédimentaire effectué par l’ensemble de la communauté benthique a été mesurée in-situ dans le Bassin d’Arcachon, à la fois dans un herbier à Zostera noltii et dans une zone de vase nue d’où celui-ci a disparu. Ceci a permis de déterminer les effets limitant de la présence d’herbier et de certaines espèces benthiques clés, sur le remaniement sédimentaire. / Sediment particle mixing, defined as the movements of sediment particles induced by benthic fauna, is one of the two components of bioturbation by benthic organisms. It is a key process of the ecological functioning in coastal areas. This manuscript presents an integrated study of sediment particle mixing process from the single sediment particle to the whole benthic community.The development of a new experimental approach, coupling high frequency acquisition of time series images of luminophores motions along thin aquaria glass walls, allowed for the direct measurement of elementary particle motions induced by the bivalve Abra alba. This constitutes the first experimental assessment of sediment particle mixing “fingerprints” in a marine invertebrate, according to the CTRW (Continuous Time Random Walk) model formulation.The deployment of this new approach also allowed for the determination of the control of water temperature and of fresh organic matter availability on sediment particle mixing induced by Abra alba. Moreover, the temporal (i.e., during 48h experiments) and spatial (i.e., over the whole section of the sediment column affected) dynamics of these effects were considered.At last, sediment particle mixing intensities induced by the whole benthic community were assessed in-situ in Arcachon Bay, within both a Zostera noltii meadow and a bare sediment mudflat where phanerogams were previously present. These results highlighted the restrictive effect of phanerogams themselves and of a restricted number of key benthic species, on sediment particle mixing.

Les environnements lagunaires, interfaces entre le continent et l'océan, sont sujets à d'importants apports continentaux qui supportent une forte production biologique. Cette richesse écologique unique en fait des écosystèmes parmi les plus productifs de la planète à l'origine d'une activité économique importante. La gestion et la préservation de ces milieux sont difficiles car l'étude des cycles biogéochimiques est encore incomplète. Dans le cadre de cette thèse, qui s'inscrit dans le Programme National d'Environnement Côtier " Chantier Littoral Atlantique " et l'ANR PROTIDAL, un effort particulier est mis sur le rôle des zones intertidales dans le bilan du métabolisme net du système lagunaire du Bassin d'Arcachon, les processus biogéochimiques aux différentes interfaces et leurs interactions avec les cycles tidaux, les mécanismes pélagiques et le degré de colonisation biologique du substrat à différentes échelles de temps (marée, saison). Il a été démontré que les eaux des chenaux tidaux drainant les platiers intertidaux à marée descendante étaient le résultat de la percolation, diffusion et advection d'eaux interstitielles anoxiques depuis les sédiments vaseux et sableux. Ces eaux sont enrichies en produits de dégradation de la matière organique, tels que l'ammonium, les phosphates, le SCO2, le CH4 et les métaux dissous. Un premier essai de bilan à l'échelle de la lagune démontre l'importance de ce processus de pompage tidal dans le budget global en sels nutritifs de la lagune. La colonisation du substrat par les herbiers de macrophytes apparaît comme un facteur déterminant sur les associations biologiques et les distributions géochimiques des espèces biogènes. Une stratification de l'eau interstitielle est observée sur certains profils reflétant leur production, leur consommation par les processus de minéralisation de la matière organique, leur prélèvement par le système racinaire des macrophytes, et des mécanismes de transports biologiques ou physiques. A la différence des sédiments subtidaux et stationnaires, dans lesquels la diffusion moléculaire est le premier mécanisme de transport des solutés, la distribution verticale géochimique dans les sédiments intertidaux est dominée par la bioirrigation et les interactions avec les macrophytes, conférant une très forte hétérogénéité spatiale et saisonnière. Une interaction très forte entre les cycles du fer et du phosphore avec la dynamique annuelle de ces herbiers a été découverte, précisant que le rapport entre la surface couverte par les herbiers et celle non-végétalisée est un paramètre majeur du bilan de masse en phosphore dans le Bassin d'Arcachon. Ce travail propose également la première estimation d'un bilan des sources, puits et flux de méthane aux différentes interfaces dans le Bassin d'Arcachon et dans un environnement lagunaire tempéré. Les rivières et les sédiments lagunaires représentent les deux sources pour la colonne d'eau. L'essentiel du méthane produit est oxydé dans les sédiments par les sulfates entrainant de faibles flux benthiques. Les flux atmosphériques depuis les eaux et les sédiments du Bassin d'Arcachon sont faibles en comparaison à ceux estimés dans d'autres systèmes côtiers. Ce bilan montre que la totalité du CH4 apporté par les rivières et diffusé depuis les sédiments vers la colonne d'eau de la lagune, est transférée vers l'atmosphère au cours de la résidence des eaux dans la lagune, et que cet écosystème est une source nulle de méthane pour l'océan côtier ouvert.