Bioturbation et hétérogénéité de l'oxygène dans les sédiments marins appréendées par une méthode optique de quantification 2D : incidence sur les communautés microbiennes sédimentaires

Bioturbation and heterogeneity of oxygen in marine sediments investigated by a 2D optical quantification method : influence on sedimentary bacterial communities

• Auteur / Autrice : Laura Pischedda
• Direction : Franck Gilbert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement marin
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Océanologie (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries marines

Sédiments marins -- Teneur en composés organiques

Polymorphisme génétique

Résumé

Ce travail porte sur l’étude de l’hétérogénéité (variabilité spatiale et temporelle) de l’oxygène dans les sédiments marins, générée par l’activité de bioturbation de la macrofaune benthique. Pour ce faire, des optodes planaires permettant de cartographier en 2 dimensions (2D) et à haute résolution la distribution et la dynamique de l’oxygène ont été utilisées. Dans un premier temps, un indice d’hétérogénéité permettant de quantifier la variabilité spatiale à partir d'images 2D de la distribution de l’oxygène a été mis au point et testé avec succès sur des organismes présentant des modes de remaniement sédimentaire différents. Ayant constaté que les organismes construisant des terriers (diffuseurs à galeries) induisent une forte hétérogénéité de l’oxygène dans les sédiments, nous avons voulu l’explorer plus en détail en réalisant un suivi de la distribution et de la dynamique de l’oxygène au niveau du terrier du polychète Nereis diversicolor. Cette étude met en évidence d’importantes variations de concentration à l’échelle de la minute au sein du terrier ainsi qu’une forte variabilité spatiale multiéchelle (cm, mm). Une troisième étude nous indique que la communauté bactérienne du terrier de N. Diversicolor présente une forte biodiversité par rapport aux sédiments avoisinants. Cette communauté est de plus spécifique de cet environnement qui, de part ses caractéristiques biogéochimiques (e. G. Oscillations redox), est unique. Enfin, lors d’une dernière étude, nous avons cherché à comprendre l’interaction potentielle d’un contaminant inorganique avec l’activité de bioturbation et son incidence sur les flux d’oxygène. Pour cela nous avons testé l’impact d’un métal lourd radioactif, l’uranium (238U), en milieu bioperturbé. En dépit d’une activité de remaniement réduite, les flux diffusifs d’oxygène des sédiments contaminés sont plus élevés (24%) par rapport aux sédiments non contaminés. Cette étude souligne par ailleurs, le degré de complexité engendré par les interactions entre la macrofaune, la microfaune et ce type de contaminants. L’ensemble de ces travaux confirme que l’hétérogénéité de la distribution de l’oxygène dans les sédiments est intimement liée à la bioturbation qui, en agissant sur la structure et l’activité des communautés microbiennes, influence de manière indirecte les processus d’oxydation de la matière organique.

This work concerns the study of oxygen heterogeneity (spatial and temporal variability) in marine sediments induced by benthic macrofaunal bioturbation activity. For that, planar optodes that enable the mapping of two-dimensional (2D) oxygen distribution and dynamics at high resolution were used. First, a heterogeneity index that allows quantifying the spatial variability from 2D oxygen distribution images was developed and successfully tested with organisms presenting different reworking modes. Since we noticed that burrow builder organisms (i. E. Gallery-diffusors) induced higher sediment oxygen heterogeneity, we thus explored it in detail by recording oxygen distribution and dynamics within a burrow structure of the polychaete Nereis diversicolor. This study underlined strong variations in oxygen concentration on a short temporal scale (min) within the burrow structure and a strong multiscale spatial variability (cm, mm). A third study showed that the bacterial community of the N. Diversicolor burrow structure exhibited higher biodiversity compared with surrounding sediments. This community was also specific of that environment which is unique, notably in terms of biogeochemical characteristics (e. G. Redox oscillations). Finally, in a last work, we wanted to understand the potential interaction of an inorganic contaminant with bioturbation activity and its influence on oxygen fluxes. For that, we tested the impact of a radioactive heavy metal, the uranium (238U), in a bioturbated environment. Despite reworking activities were reduced, the oxygen diffusive fluxes in contaminated sediments were higher (24%) compared with the non contaminated sediments. This study also reflected the degree of complexity generated by interactions between macrofauna, microfauna and that kind of contaminant. These works corroborated the idea that oxygen distribution heterogeneity is intimately linked to bioturbation which, by acting on the bacterial community structure and activity, indirectly influences organic matter oxidation processes.