Dynamique du carbone organique et efficacité de production du bactérioplancton dans la zone pélagique des lacs PDF Download
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Book Description
La contribution des bactéries hétérotrophes à la dynamique du carbone organique dans la zone pélagique des lacs a été étudiée dans cinq lacs profonds européens. La biomasse bactérienne est comparée à l'ensemble des formes dissoutes (biodégradable/réfractaire) et particulaires du carbone organique au cours de plusieurs cycles annuels. La production bactérienne peut égaler, voire dépasser la production primaire. La forte pression de prédation des flagellés, mesurée dans notre étude, montre que les bactéries jouent un rôle important en terme de lien vers les étages trophiques supérieurs. Une attention particulière a été portée à la mesure de la respiration bactérienne sur les stocks de matières organiques : une méthode de mesure de production de CO2 a été développée. L'activité métabolique des bactéries (production de CO2, quotient respiratoire) semble traduire les contraintes physiques (stratification) et trophiques (origine allochtone/autochtone des apports) subies par le système. La médiane de l'efficacité de production de biomasse est de 5 % (10 % en moyenne). La valeur de 50 % souvent admise dans la bibliographie conduit à une sous-estimation des flux de carbone transitant par le compartiment bactérien. Une étude préliminaire de la distribution spatio-temporelle de la composition spécifique des communautés bactériennes, évaluée par une technique moléculaire (FISH), est présentée. Elle montre que les changements de dominance constatés sont probablement liés à des modifications qualitatives des apports trophiques. Sur un plan général, l'ensemble des résultats montre l'intérêt de na pas considérer l'activité bactérienne uniquement à travers la production de biomasse. La mesure directe de la production de CO2, notamment, apparaît incontournable pour l'étude de l'interface matières organiques - bactéries. La pertinence des descripteurs bactériens dans l'évaluation du niveau trophique des milieux lacustres et dans l'étude de leur évolution, est discutée.
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La contribution des bactéries hétérotrophes à la dynamique du carbone organique dans la zone pélagique des lacs a été étudiée dans cinq lacs profonds européens. La biomasse bactérienne est comparée à l'ensemble des formes dissoutes (biodégradable/réfractaire) et particulaires du carbone organique au cours de plusieurs cycles annuels. La production bactérienne peut égaler, voire dépasser la production primaire. La forte pression de prédation des flagellés, mesurée dans notre étude, montre que les bactéries jouent un rôle important en terme de lien vers les étages trophiques supérieurs. Une attention particulière a été portée à la mesure de la respiration bactérienne sur les stocks de matières organiques : une méthode de mesure de production de CO2 a été développée. L'activité métabolique des bactéries (production de CO2, quotient respiratoire) semble traduire les contraintes physiques (stratification) et trophiques (origine allochtone/autochtone des apports) subies par le système. La médiane de l'efficacité de production de biomasse est de 5 % (10 % en moyenne). La valeur de 50 % souvent admise dans la bibliographie conduit à une sous-estimation des flux de carbone transitant par le compartiment bactérien. Une étude préliminaire de la distribution spatio-temporelle de la composition spécifique des communautés bactériennes, évaluée par une technique moléculaire (FISH), est présentée. Elle montre que les changements de dominance constatés sont probablement liés à des modifications qualitatives des apports trophiques. Sur un plan général, l'ensemble des résultats montre l'intérêt de na pas considérer l'activité bactérienne uniquement à travers la production de biomasse. La mesure directe de la production de CO2, notamment, apparaît incontournable pour l'étude de l'interface matières organiques - bactéries. La pertinence des descripteurs bactériens dans l'évaluation du niveau trophique des milieux lacustres et dans l'étude de leur évolution, est discutée.
Author: Valentin Essert Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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Les lacs sont des écosystèmes cruciaux pour la régulation du cycle global du carbone, pouvant fixer le carbone inorganique via la photosynthèse et minéraliser le carbone organique pour produire du CO2 et du CH4. L'intensification récente des pressions anthropiques a conduit à un bouleversement du cycle biogéochimique du carbone pour de nombreux lacs, se traduisant par une intensification des processus de minéralisation de la matière organique. Ces dynamiques peuvent conduire à un déséquilibre de la balance entre les processus d'émission, de stockage et de transport dans les réseaux trophiques du carbone. Les facteurs de contrôle et les mécanismes de transfert du carbone dans les réseaux trophiques restent cependant mal connus, notamment en ce qui concerne les réseaux trophiques pélagiques. Cette thèse vise donc à étudier les sources et voies de transferts du carbone aux consommateurs pélagiques à des échelles temporelles variables, et à évaluer l'influence des perturbations touchant les systèmes lacustres. La stratégie mise en œuvre combine des approches synchroniques et diachroniques et s'appuie sur l'analyse des isotopes stables du carbone des daphnies et de leurs restes subfossiles, les éphippies. Les résultats acquis au cours de cette thèse ont contribué à montrer une variabilité saisonnière des sources de carbone consommées par les daphnies avec notamment des transferts soutenus de carbone méthanogénique (C-CH4) en période hivernale. Nos résultats montrent également que la signature isotopique des éphippies reflète plus ou moins les transferts hivernaux de C-CH4 en fonction de leur période de production par rapport à la période du brassage automnal des lacs. Nous avons ainsi proposé une stratégie originale basée sur l'utilisation des éphippies combinée à celle d'autres restes subfossiles ayant une intégration temporelle plus large pour l'étude du cycle du carbone en paléolimnologie. Enfin, les approches néo- et paléolimnologiques développées dans cette thèse mettent en évidence l'influence de la stratification thermique, de l'occupation des bassins-versant et du niveau trophique des lacs sur les processus de production et de transfert du CO2 et du CH4 dans les réseaux trophiques pélagiques.
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L'ANALYSE DES CARACTERISTIQUES DES SEDIMENTS ET DE LA DYNAMIQUE DES NUTRIMENTS ORGANIQUES ET DES BACTERIES HETEROTROPHES DANS L'INTERFACE LEYSSE-BOURGET A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'EXISTENCE DE CARACTERISTIQUES PROPRES DE CETTE ZONE VIS-A-VIS DES ECOSYSTEMES ADJACENTS ET SON ROLE VIS-A-VIS DES APPORTS CONCRETISES AU LAC DU BOURGET. LA MOSAIQUE SONAR DE LA ZONE DE CONFLUENCE ENTRE LA LEYSSE ET LE LAC DU BOURGET A PERMIS DE DETERMINER SES DIMENSIONS LONGITUDINALES ET TRANSVERSALES. LA REPARTITION SPATIALE DES DESCRIPTEURS PHYSIQUES, CHIMIQUES ET BIOLOGIQUES DANS LES SEDIMENTS ONT MONTRE QUE L'INTERFACE LEYSSE-BOURGET N'ETAIT PAS UNE SIMPLE ZONE DE TRANSITION ENTRE LE MILIEU LOTIQUE ET LE MILIEU LENTIQUE MAIS PLUTOT UN VERITABLE ECOTONE IMPOSANT DES TRANSFORMATIONS SPECIFIQUES AUX FLUX CHIMIQUES TRANSITANT ENTRE LES DEUX MILIEUX. L'ETUDE DE LA DYNAMIQUE DE LA MATIERE ORGANIQUE DANS LA COLONNE D'EAU DE L'INTERFACE LEYSSE-BOURGET A ETE REALISEE A L'AIDE D'UNE METHODE D'ANALYSE INTEGREE DE LA QUALITE DE LA MATIERE ORGANIQUE (LA BOITE CODB). CETTE METHODE, PROPOSEE ET VALIDEE AU COURS DE CE TRAVAIL, A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE QUE LA QUANTITE ET LA QUALITE DE LA MATIERE ORGANIQUE EN TERME DE BIODEGRADABILITE, DE DIVERSITE ET DE VALEUR ENERGETIQUE CHANGENT DANS LA COLONNE D'EAU DE L'INTERFACE LEYSSE-BOURGET QUELQUE SOIT LE DEBIT DE LA RIVIERE. LA MATIERE ORGANIQUE PRODUITE DANS CET ECOTONE PENDANT LES FAIBLES DEBITS DE LA LEYSSE SEMBLE ETRE DE MEME QUALITE QUE CELLE PRESENTE DANS LES SYSTEMES ADJACENTS ALORS QUE SA DECOMPOSITION DANS L'INTERFACE LORS DES CRUES CONDUIRAIT A UNE DIMINUTION DE SA DIVERSITE ET UNE AUGMENTATION DE SA VALEUR ENERGETIQUE. NEANMOINS, LA NICHE TROPHIQUE BACTERIENNE PARTIELLE DE L'INTERFACE S'EST AVEREE PLUS PETITE QUE LA NICHE TROPHIQUE CUMULEE DE LA LEYSSE ET DU LAC DU BOURGET. CETTE INTERFACE APPARAIT DONC COMME UNE ZONE ESSENTIELLE DANS LA REGULATION DES FLUX DE NUTRIMENTS APPORTES PAR LA LEYSSE AU LAC DU BOURGET. LA VALIDATION IN SITU DU MODELE HYDRAULIQUE ET UNE MEILLEURE COMPREHENSION DE LA PART RELATIVE DES DIFFERENTS FACTEURS POUVANT EXPLIQUER SON EFFET FILTRE SUR LE MATERIEL DISSOUS (PARTICULES, ALGUES, BACTERIES) DEVRAIT PERMETTRE DE PRECISER LE FONCTIONNEMENT DE CETTE ZONE, AFIN QU'ELLE PUISSE ETRE INTEGREE DANS LE MODELE BIOGEOCHIMIQUE DU LAC DU BOURGET.
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Au cours des dernières décennies, le réchauffement climatique a entraîné des réductions importantes de l'épaisseur et de la durée du couvert de glace des lacs et des rivières à travers le monde. Considérant que près de 50% des lacs du monde sont couverts de glace de façon saisonnière, il y a un évident besoin de mener des recherches sur les écosystèmes de glace afin de pouvoir prédire les effets de la perte du couvert de glace sur l'écologie et la productivité des lacs. Malgré l'attention croissante portée à l'écologie hivernale, seulement 2% de la littérature revue par les pairs sur l'écologie des lacs comprend l'étude de processus sous glace. Ce projet de maîtrise vise à i) mesurer la répartition de la biomasse algale entre la glace et l'eau pour étudier la glace de lac en tant qu'habitat pour les algues et autres micro-organismes qui pourraient contribuer à la productivité de l'écosystème des lacs, ii) comparer les fractions dissoutes et particulaires de matière organique dans la glace et l'eau pour évaluer comment le carbone et les nutriments sont stockés dans la glace des lacs, iii) caractériser la source de carbone dans la glace et iv) évaluer la façon dont la matière organique est répartie entre la glace et l'eau au cours de la saison. Pour atteindre ces objectifs, nous avons échantillonné la glace et l'eau de 16 lacs boréaux et arctiques qui couvraient un large gradient latitudinal, de la forêt boréale à 48°N au désert polaire à 83°N. Nos résultats montrent qu'il y avait de la chl-a dans toute la glace des lacs que nous avons échantillonnée, ce qui suggère que les algues de glace d'eau douce ne sont peut-être pas aussi rares qu'on ne le pensait auparavant. Dans les lacs boréaux du Saguenay, la glace contenait beaucoup plus de chl-a que l'eau sous-jacente. Tous les échantillons de glace contenaient à la fois du carbone organique particulaire et dissous et leur concentration variait différemment entre la glace et l'eau pour différentes variables. Nous avons également mesuré des sources de carbone totalement différentes dans la glace et l'eau sous-jacente, la glace contenant des proportions plus élevées d'acides gras terrestres, indiquant une importante source allochtone de carbone. Enfin, ce mémoire rapporte des tendances saisonnières intéressantes. Dans le lac boréal Simoncouche (Saguenay, QC), nous avons mesuré, au cours de l'hiver et à mesure que la couverture de glace gagnait en épaisseur, une diminution de la concentration de COD dans la glace, soutenant l'exclusion de COD pendant la formation de la glace, alors que les propriétés dissoutes et particulaires de la glace et de l'eau du lac arctique Greiner (Cambridge Bay, NU) ne semblaient pas beaucoup fluctuer pendant l'hiver. L'hiver est la saison la plus inexplorée en écologie, en particulier pour les écosystèmes recouverts de glace. Nos résultats montrent que la glace forme une importante réserve de carbone organique dans les lacs nordiques. Toute la matière organique accumulée dans la glace pourrait potentiellement être transformée physiquement et par les bactéries présentes dans la glace en hiver en particules plus petites, disponibles pour les organismes lorsque la glace fond au printemps. Ce rejet de matière accumulée dans la glace pourrait également augmenter à l'avenir, à mesure que les pluies hivernales et le ruissellement associé du bassin versant augmenteront dans les régions boréales, et que le sol gelé en permanence, le pergélisol, continue de dégeler en Arctique, exposant de nouveaux sols et du carbone organique à l'effet du vent. Over the last decades, global warming has led to significant reductions in the thickness and duration of lake and river ice cover worldwide. Considering that nearly 50% of the world's lakes are seasonally covered with ice, there is an urgent need to evaluate the impacts of the loss of this ice cover on the ecology and productivity of lakes. Despite the increasing attention to winter ecology, only 2% of the peer-reviewed literature on lake ecology includes under-ice processes. This M.Sc. project aimed i) to measure the partitioning of algal biomass between ice and water and thereby study lake ice as a habitat for algal and other microorganisms that could contribute to lake ecosystem productivity, ii) to compare the dissolved and particulate fractions of organic matter within the ice and the water to evaluate how carbon and nutrients are stored in lake ice, iii) to characterize the carbon source within the ice and iv) to evaluate how the organic matter is distributed among the ice and water throughout the season. To address these objectives, we sampled the ice and water column of 16 northern lakes that covered a broad latitudinal range, from boreal forest at 48°N to Arctic polar desert at 83°N. Our results show that there was chl-a in all the lake ice we sampled, suggesting that freshwater ice algae may not be as rare as previously thought. In boreal lakes of Saguenay, the ice had significantly more chl-a than the underlying water. All ice samples contained both particulate and dissolved organic carbon, and the concentrations varied differently between ice and water for different variables. We also measured different carbon sources in the ice and the underlying water, the ice containing higher terrestrial fatty acid proportions, indicating a large allochthonous source of carbon. Finally, this study identified contrasting seasonal patterns. In the boreal Lake Simoncouche (Saguenay, QC), we measured, over the winter and as the ice cover gained in thickness, a decrease of DOC concentration in the ice, indicating DOC exclusion during ice formation. In Arctic Greiner Lake (Cambridge Bay, NU), the dissolved and particulate properties of the ice and water appeared to show little fluctuation during the winter. Winter is the most unexplored season in ecology, especially for ice-covered ecosystems. Our results show that the ice forms a large reserve of organic carbon in northern lakes. All of the organic material accumulated in the ice could potentially be transformed physically and biologically (by bacteria present in the ice in winter) into smaller particles, available to organisms when the ice melts in the spring. This accumulated material release from the ice may also increase in the future, as winter rain events and associated runoff from the catchment increase in the boreal regions, and as the permanently frozen ground, permafrost, continues to thaw in the Arctic, exposing new ground to wind that may transport organic carbon to the lake ice.
Author: Lucas Barbedo de Freitas Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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« Dans l’océan Arctique et les mers sub-Arctiques, le réchauffement et les pertes de glace de mer constituent des changements climatiques marquants de cette nouvelle Ère que l’on nomme désormais l’Anthropocène. Ces changements spectaculaires imposent un ajustement de la dynamique du phytoplancton, ce qui affecte l’ensemble du réseau trophique marin, la fonctionnalité des écosystèmes et la pompe à carbone. Dans le système de la baie d’Hudson, la plus grande mer intérieure du monde, la perte de glace de mer est deux fois plus importante que celle observée dans l’océan Arctique, et les taux de réchauffement atmosphérique sont plus rapides que ceux enregistrés à la fin de la dernière période glaciaire, il y a environ 12 000 à 11 000 ans. La radiométrie satellitaire de la couleur de l’océan (OCR) est l’outil le plus approprié pour l’observation systématique du phytoplancton, en particulier dans les environnements difficiles d’accès et les mers infestées de glace. Cependant, les communautés d’algues adaptées à une faible luminosité solaire, la persistance d’un maximum de chlorophylle en profondeur et la production sous la glace remettent en question les algorithmes de couleur de l’océan. Le drainage continental des constituants terrigènes optiquement actifs et les doubles efflorescences (c’est-à-dire les efflorescences dans la zone marginale de glace de mer et d’automne) renforcent la complexité bio-optique. Les interactions entre le climat, les processus océanographiques, les propriétés bio-optiques et la dynamique du phytoplancton restent un sujet ouvert. Dans le chapitre 1, deux décennies d’observations par satellite ont révélé comment les téléconnexions planétaires influent sur l’équilibre entre les efflorescences sous la glace, les algues de la banquise et les efflorescences dans les zones de glace marginale. Dans le chapitre 2, en utilisant en parallèle les données issues de modèles couplés océan-atmosphère-glace de mer, de réanalyses climatiques, d’observations de la Terre par satellite (OCR), nous avons étudié le contrôle des processus atmosphériques et océaniques sur les efflorescences automnales. Dans le chapitre 3, nous avons présenté une analyse de sensibilité de la production primaire nette de phytoplancton (NPP) dérivée du satellite aux paramétrisations et aux processus océanographiques dans l’est de l’Arctique canadien. Les principales contributions de cette thèse à la dynamique du phytoplancton des mers polaires du Nord sont les suivantes : i.) l’efflorescence de phytoplancton dans la zone marginale de glace, c’est-à-dire le pic de [Chla] trouvé immédiatement après le retrait de la glace de mer, présente une variabilité spatiale et interannuelle substantielle. Cependant, en règle générale, un retrait précoce de la glace de mer entraîne une intensification de l’efflorescence de la lisière de la glace, car le phytoplancton sous la banquise a moins de temps pour épuiser l’inventaire des nutriments de la couche supérieure de la colonne d’eau ; ii.) dans la polynie de Kivalik, dans le nord-ouest de la baie d’Hudson, une zone de forte production primaire et d’agrégation de la faune marine, la corrélation entre les indices climatiques de l’oscillation nord-atlantique, de l’oscillation arctique (NAO/AO) et de la concentration de chlorophylle-a indique que l’efflorescence répond à la circulation atmosphérique à grande échelle dans l’hémisphère nord. Comme le vortex polaire est fort pendant les phases positives de NAO/AO, la force des vents d’ouest favorise la dynamique de la polynie, la production/exportation de glace de mer, le rejet de saumure et la reconstitution des nutriments. Par conséquent, le climat hivernal préconditionne la couche supérieure de la colonne d’eau pour le développement ultérieur des efflorescences à la lisière des glaces. Dans le contexte d’un déclin de la NAO/AO, la polynie de Kivaliki devrait subir une diminution de sa productivité avec des conséquences sur l’ensemble de la HBS ; iii.) le mélange convectif, forcé principalement par le refroidissement atmosphérique et dans une moindre mesure par la turbulence dueau vent, étend la couche mélangée, ventile la pycnocline et érode probablement la nitracline, ce qui déclenche les efflorescences de phytoplancton tôt à l’automne. La variabilité saisonnière de l’état de photo-acclimatation estimé par satellite OCR et du carbone phytoplanctonique (c’est-à-dire le rapport carbone-chlorophylle) suggère que ces efflorescences automnales sont productives en terme de fixation du carbone organique; et iv.) Le réglage régional des modèles de production primaire et la modélisation des adaptations photo-physiologiques du phytoplancton sont essentiels pour améliorer l’évaluation satellitaire de la NPP. La production d’algues peut renforcer la pompe à carbone et atténuer le réchauffement de l’Arctique en éliminant les gaz à effet de serre (dioxyde de carbone). Toutefois, la capacité biochimique des mers arctiques et subarctiques à assimiler la forte teneur en matières organiques déversées par les rivières et produites in situ par les efflorescences de phytoplancton dans ce scénario arctique en évolution rapide reste un sujet ouvert. »--
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Les processus d’accumulation du carbone organique dissous (COD), ont été étudiés dans les eaux côtières de la Méditerranée Nord-Occidentale et ont été liés à la variation de l’activité et la structure de la communauté bactérienne. Nous avons suivi les changements de la concentration du COD en fonction de l’abondance microbienne et l’activité bactérienne, durant 16 mois d’étude (Avril 2005-Juillet 2006) et à partir d’un échantillonnage hebdomadaire dans la baie de Villefranche. Nos résultats ont montré des concentrations périodiques élevées de COD et une accumulation de COD dans le milieu naturel durant la période de stratification estivale. Les concentrations de COD été corrélées positivement avec l’abondance des bactéries et négativement avec les abondances des ciliés et des virus. Parallèlement, notre étude à montré que la lyse virale été négativement corrélée avec l’abondance bactérienne et l’efficacité de croissance, ce qui conduit à une faible assimilation du carbone durant les périodes de pics viraux. On a également testé, durant trois périodes, les changements saisonniers de l’activité bactérienne et les variations des concentrations du COD dans la colonne d’eau de surface (5, 20, 50m). Les valeurs les plus élevées de COD ont été observées durant la période de stratification et ont été reliés aux faibles valeurs de BGE (8.52%). En comparaison, les valeurs les plus élevées de BGE (22.38%) ont été mesurées durant la période de « bloom » de phytoplancton. La faible efficacité de croissance était la conséquence d’un taux de respiration élevé et une production bactérienne faible mesurée durant la même période.Afin de compléter notre connaissance sur les processus d’accumulation du COD, on a testé l’hypothèse du mauvais fonctionnement de la boucle microbienne dans une approche expérimentale examinant le rôle des additions de phosphates sur les réponses bactériennes dans différentes expérimentations saisonnières. L’expérience réalisée en Juillet a montré que les additions de phosphates augmentent la consommation de COD jusqu'à 10 fois, en passant de 0.036μmol C l-1h-1 dans les témoins à 0.356μmol C l-1h-1 dans les traitements P2 (1 μmol P l-1). En plus des précédents paramètres, nous avons testé les relations saisonnières de la concentration de COD et la diversité de l’assemblage bactérien en étudiant le gène 16S RNA par gel électrophorèse à gradient dénaturant (DGGE) basé sur la PCR. On a démontré que l’intensité relative des phylotypes spécifiques appartenant à SAR11, Roseobacter et Bacteroidetes, étaient corrélés avec les concentrations du COD. L’addition de phosphates augmente les intensités relatives de ces phylotypes impliqués dans la consommation du COD. Ainsi la limitation en phosphates était responsable de l’accumulation du COD observée durant la période de stratification.
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CE MEMOIRE TRAITE D'UNE PART, DE L'INCORPORATION PHOTOSYNTHETIQUE ET HETEROTROPHE DU CARBONE, DE L'ALLOCATION DE CE DERNIER DANS LES MACROMOLECULES, ET, D'AUTRE PART, DE L'EXCRETION PHYTOPLANCTONIQUE CARBONEE ET DE LA REASSIMILATION DES COMPOSES EXCRETES PAR LES MICROORGANISMES DE LA BOUCLE MICROBIENNE. CES TRAVAUX ONT ETE MENES DANS DEUX LACS DE NIVEAUX TROPHIQUES DIFFERENTS: LE LAC PAVIN ET LE LAC DE VASSIVIERE. PAR AILLEURS, CES PROCESSUS ONT ETE APPREHENDES A DES ECHELLES TEMPORELLES COMPLEMENTAIRES: SAISONNIERE ET NYCTHEMERALE. L'INCORPORATION DU CARBONE INORGANIQUE DANS LES MACROMOLECULES EST DEPENDANTE: 1) DE LA COMPOSITION TAXONOMIQUE DES PEUPLEMENTS: LES DIATOMEES SONT CARACTERISEES PAR UNE FORTE INCORPORATION DE CARBONE INORGANIQUE DANS LES POLYSACCHARIDES ; 2) DE LA PROFONDEUR: L'INCORPORATION DU CARBONE INORGANIQUE DANS LES POLYSACCHARIDES DECROIT AVEC LA PROFONDEUR ; 3) DES VARIATIONS DIURNES: IL EXISTE UNE INCORPORATION PREFERENTIELLE DE CARBONE DANS LES PROTEINES POUR LES INCUBATIONS ASSOCIEES A DE FAIBLES INTENSITES LUMINEUSES. PAR AILLEURS, AU LAC PAVIN, L'EXCRETION DES COMPOSES FORMES AU COURS DE L'ACTIVITE PHOTOSYNTHETIQUE REPRESENTE, EN MOYENNE, 10% DE LA PRODUCTION PRIMAIRE ALGALE (VALEURS EXTREMES: 2 A 45%). CE POOL DE MATIERE ORGANIQUE EXCRETEE, ESSENTIELLEMENT CONSTITUE DE COMPOSES DE FAIBLE POIDS MOLECULAIRE (
Author: Dahédrey Payandi-Rolland Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 298
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Dans le contexte actuel du réchauffement climatique et de son amplification dans les régions nordiques, l'objectif principal de cette thèse est d'évaluer les facteurs pouvant influencer la dégradation de la matière organique (MO) contenue dans les tourbières à pergélisol. Dans ce but, nous avons étudié l'effet des paramètres, directement ou indirectement influencés par le changement climatique, sur la dégradation de la MO. Des études de terrains et des expérimentations ont été effectuées dans des zones à pergélisol discontinu de la Suède et de l'Est Sibérien, associées à des expériences en laboratoire utilisant des substrats de ces régions et du Nord-Est de l'Europe. Ces études ont eu pour but de déterminer l'influence des paramètres physico-chimiques suivant sur la dégradation de la MO: la température, la biomasse microbienne, l'origine de la MO, le type de végétation, l'hétérogénéité des plans d'eau, les cycles de gel-dégel (CGD), les conditions anoxiques et la profondeur des sols. L'originalité de ce travail réside dans la combinaison d'analyses (bio)géochimiques variées, utilisées à la fois lors des missions de terrain et en laboratoire, liant la microbiologie et la géochimie, pour comprendre la transformation de la MO dans les régions arctiques. Après une introduction générale présentant l'impact et la rétroaction positive que peut avoir le dégel du pergélisol sur le réchauffement climatique, le premier chapitre de cette thèse présente le contexte général du sujet d'étude, traitant de la MO et des problèmes actuels des régions arctiques face à ce réchauffement. Il contient aussi les techniques, analyses et méthodes utilisées durant cette thèse. Le second chapitre décrit les 3 sites d'étude et les caractéristiques générales des travaux réalisés sur le terrain, dont l'étude du comportement de la MO durant les cycles nycthéméraux. Le troisième chapitre traite de l'influence de l'origine de la MO et de l'hétérogénéité des plans d'eau sur la biodégradation de la MO. Le chapitre quatre s'intéresse aux effets des CGD subis par les eaux des tourbières durant les périodes de transition (début du printemps et fin de l'automne). Finalement, le cinquième chapitre traite d'expérimentations aérobies et anaérobies de dégradation de la MO. Les expérimentations aérobies traitent de l'effet de la température et des bactéries hétérotrophes sur la biodégradation, et les expérimentations anaérobies ont été effectuées pour déterminer le potentiel de production en gaz à effet de serre d'un profil de sol issu d'une tourbière. Parmi les résultats les plus importants de cette thèse, on retiendra que : i) durant la nuit les petits lacs thermokarstiques relarguent jusqu'à 3 fois plus de CO2 que durant la journée et que les grands lacs passent de puits à source de CO2 ; ii) le long d'un continuum hydrologique (des dépressions jusqu'aux rivières en passant par les lacs thermokarstiques), la vitesse de biodégradation de la MO diminue et la biodégradabilité des eaux augmente ; iii) les CGD fréquents durant les périodes de transition n'influencent pas la dégradation de la MO mais favorisent la complexation MO-métaux dans les eaux à pH neutres des grands lacs et rivières; iv) les températures de ces périodes (4°C environ) ont le même impact sur la biodégradation de la MO que celles observées en été (25°C) ; v) enfin, lors du dégel anaérobie du pergélisol, la biodégradation de la MO de ce dernier ne produit pas plus de CH4 ni de CO2 que celle de la couche active. Les études menées lors de cette thèse devraient préciser les effets, directs et/ou indirects, du changement climatique sur la dégradation de la MO dans les régions à pergélisol discontinu. De plus, l'étude du devenir du carbone contenu dans les sols et les eaux des tourbières ainsi que les émissions de CO2 et de CH4, permettra d'appréhender l'influence du changement climatique sur les interactions entre le carbone biodégradé de la pédo- et de l'hydrosphère pouvant être émis vers l'atmosphère.
Author: Marie Eichinger Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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Cette thèse a pour but l'étude de la croissance des bactéries pélagiques hétérotrophes qui se servent du carbone organique dissous (COD) comme ressource nutritive en utilisant les approches conjointes de l'expérimentation et de la modélisation. Deux axes principaux émergent de ce travail : (1) l'étude de modèles de croissance, construits grâce à des résultats expérimentaux, en vue de leur implémentation dans les modèles d'écosystèmes, et (2) l'étude de l'influence des facteurs environnementaux sur l'efficacité de croissance bactérienne (BGE) grâce à ces mêmes modèles. L'objectif principal consiste à étudier les bactéries dans différents contextes environnementaux dans le but d'en déduire une formulation mathématique adaptée pour décrire leur interaction avec le COD afin d'être ultérieurement incorporée dans un modèle biogéochimique. Dans un premier temps, des données de production et de respiration bactériennes, issues de la campagne POMME qui s'est déroulée dans l'Océan Atlantique Nord-Est selon différentes profondeurs et saisons, ont permis l'application du modèle de Monod qui utilise des cinétiques de type Michaelis-Menten. L'étude conjointe du modèle et des données nous a permis de montrer que le BGE varie en fonction de la saison et de la profondeur. Le BGE a été calculé expérimentalement directement à partir des données mais aussi grâce au modèle, puisque le BGE est un des paramètres du modèle. Nous avons donc mis en évidence que ce modèle, souvent utilisé dans les modèles biogéochimiques pour décrire la croissance des bactéries, n'est pas suffisant. Dans le but d'utiliser des modèles mécanistes pour décrire la croissance bactérienne, nous avons décidé de réaliser des expériences de biodégradation, en milieu artificiel et contrôlé, avec une souche bactérienne mono-spécifique et un substrat carboné unique. Deux types d'expériences ont été réalisées: des expériences de type batch où tout le substrat carboné est apporté dès le début de l'expérience, et des expériences où le substrat carboné a été apporté de façon périodique et pulsée. Cette expérience a pour but d'imiter la variabilité spatiale et temporelle de la distribution du COD. La quantité totale de substrat apporté est cependant la même dans les deux expériences. Elles ont tout d'abord permis de mettre en évidence des processus clés : la production de COD réfractaire qui s'accumule dans les batchs expérimentaux, la variation du contenu spécifique carboné bactérien au cours d'une expérience, le processus de maintenance au niveau de la respiration lorsque les bactéries sont en état de carence ainsi que la réponse instantanée à une perturbation environnementale. Les BGE ont également été estimés pour chacune de ces expériences et selon différentes méthodes: expérimentalement directement à partir des données et à partir de différents modèles, chacun d'eux comprenant un niveau de complexité différent. Trois modèles ont été utilisés: le modèle de Monod, le modèle de Marr-Pirt et un modèle mécaniste issu de la théorie DEB (Dynamic Energy Budget) et construit spécialement pour l'expérience à substrat pulsé. Nous avons mis en évidence que quelle que soit la méthode utilisée, la valeur du BGE est toujours plus élevée pour l'expérience pulsée que pour l'expérience de type batch. Ceci indique qu'une représentation plus réaliste de la dynamique du COD a un fort impact sur l'estimation de la valeur du BGE. La valeur des BGE estimés avec des modèles prenant en compte le processus de maintenance (Marr-Pirt et DEB) est également plus élevée que l'estimation sans prendre en compte ce processus (Monod et estimation expérimentale). Ces résultats peuvent indiquer que la valeur du BGE est sous-estimée avec les méthodes classiques d'estimation, i.e. dans des systèmes de type batch sans prendre en compte la maintenance. Ceci pour mener à la conclusion que le rôle des bactéries en tant que productrices de CO2 est surestimé avec ces méthodes classiques d'estimation. Le modèle DEB, très complexe pour la représentation d'une seule espèce bactérienne et d'un seul substrat, a également été simplifié en vue de son introduction dans un modèle biogéochimique. Nous avons montré que le système d'origine à 4 équations différentielles peut être réduit à un système à 2 équations différentielles, où la croissance peut être exprimée par une équation logistique avec une capacité limite variable. La simplification de ce modèle n'entraîne aucune perte de performance au niveau des dynamiques du modèle et réduit le temps de calibrage et de simulation.
Author: Sylvie Viboud
Author: Sylvie Viboud
Author: François Guillemette
Author: Valentin Essert
Author: XAVIER.. GAYTE
Author: Elise Imbeau
Author: Lucas Barbedo de Freitas
Author: Asma Trabelsi
Author: NADINE.. MAURIN
Author: Dahédrey Payandi-Rolland
Author: Marie Eichinger