Dépendance spectrale de la photosynthèse du phytoplancton : processus de photorégulation et de photoacclimatation en mer côtières

Wavelength dependency of phytoplankton photosynthesis : photoregulation and photoacclimation processes in coastal seas

• Auteur / Autrice : Mónica Michel Rodriguez
• Direction : Sébastien Lefebvre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des organismes, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 29/01/2021
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Villeneuve d'Ascq, Nord)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG)
• Jury : Président / Présidente : Antoine Sciandra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Lefebvre, Antoine Sciandra, Christophe Brunet, Vona Méléder-Tard, Valérie David, Fabrice Lizon, Marianne Jaubert
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Brunet, Vona Méléder-Tard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Courants de turbidité

Milieu macrotidal

Lumière sous-marine

Fluorimétrie

Photosynthèse

Poussées phytoplanctoniques

Manche (mer)

Variations saisonnières

Adaptation

Effets de la lumière

Phytoplancton marin

Mots clés libres

Dépendance spectrale

Photoacclimatation

Photosynthesis

Wavelength dependency

Photoregulation

Photoacclimation

Variable fluorescence

Oceanology

Résumé

La photorégulation et la photoacclimatation du phytoplancton sont contrôlées par les variations du climat lumineux (c'est-à-dire la quantité et la qualité de la lumière) à différentes échelles temporelles et spatiales. Dans les zones côtières telles que la Manche, le climat lumineux est affecté par l'hydrodynamisme et les apports fluviaux. D'une part, le fort hydrodynamisme conduit à des processus de resuspension et à un intense mélange vertical, transportant les cellules à travers la couche euphotique et au-delà, dans la couche disphotique. D'autre part, les débits importants des rivières génèrent une augmentation de la turbidité avec les matières en suspension et avec la matière organique dissoute dans le carbone (CDOM). Tous ces processus induisent une diminution de la pénétration de la lumière dans la colonne d'eau et une modification générale du climat lumineux. Par exemple, le CDOM absorbe mieux les longueurs d'onde du bleu.Les processus de dépendance spectrale du phytoplancton tels que la photoregulation et la photoacclimation ont été étudiés pour la première fois sur des communautés naturelles grâce à un fluorimètre multispectral de nouvelle génération appelé MULTI-COLOR-PAM (Walz). Les relations photosynthèses-énergie (PE) ont été mesurées après une longue période d’acclimatation au noir à 5 longueurs d’onde, ainsi que le coefficient d’absorption fonctionnel de la lumière des photosystèmes II (Sigma(II)λ). Le développement d'un protocole original d'analyse de données combinant les techniques de Modèles linéaires à effets mixtes (LME), l'analyse triadique principale (PTA) et les analyses de redondance (RDA) a permis d'analyser un ensemble de données unique et complexe ainsi que de mettre en évidence la dépendance aux longueurs d'onde des processus photosynthétiques à différentes échelles spatiales et temporelles.

Phytoplankton photoregulation and photoacclimation are controlled by variations in the light climate (i.e. quantity and quality of light) at different temporal and spatial scales. In coastal and megatidal seas such as the English Channel, the underwater light climate is also affected by the hydrodynamics and river outputs. In one hand, the strong hydrodynamism leads to resuspension processes and to intense vertical mixing, transporting cells through the euphotic layer and beyond, in the disphotic layer. In another hand, large river outputs generate an increase of turbidity with particulate matter and with carbon dissolved organic matter (CDOM). All these processes induce a decrease of light penetration in the water column and a general modification of the light climate. For instance, the CDOM absorbs better blue wavelengths.The wavelength dependent processes of phytoplankton such as photoregulation and photoacclimation have been studied for the first time on natural communities thanks to a new generation of multi-spectral fluorometer called MULTI-COLOR-PAM PAM (Walz). Photosynthesis light curves (P-E) were measured after long dark acclimation at 5 wavelengths, as well as the functional light absorption coefficient of photosystem II (Sigma(II)λ). Furthermore, the development of an original protocol of data analysis including Linear Mixed Effects Models (LME), Principal Triadic Analyses (PTA) and Redundancy Analyses (RDA) have helped the interpretation of this unique dataset and have highlighted the wavelength dependency of photosynthetic processes at different spatial and temporal scales.