Flux d'azote dans les sédiments marins sous influence de la conchyliculture et processus microbiens associés

Nitrogen fluxes in marine sediments under influences of shell farming and associed microbial process

• Auteur / Autrice : Laura Minjeaud
• Direction : Patricia Bonin, Valérie Michotey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement marin
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Océanologie (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diversité microbienne

Dénitrification

Azote -- Fixation

Fos-sur-Mer, Golfe de (France)

Cycle de l'azote

Résumé

L’excès de nitrate et d’ammonium dans le sédiment côtier peut être la cause de développement phytoplanctonique important, avec potentiellement une production de toxine causant l’arrêt des ventes des produits de la conchyliculture du fait de risques sanitaires et ainsi avoir des répercussions économiques négatives. L’étude des processus microbiens permettant l’entrée ou l’élimination de l’azote des écosystèmes a donc été entreprise dans deux zones côtières présentant des activités conchylicoles : le golfe de Fos et le bassin d’Arcachon. Les processus impliqués dans les flux d’azote ont été déterminés en utilisant une nouvelle méthode d’appariement isotopique mise au point dans cette étude et prenant en compte non seulement la dénitrification mais également la nitrification et le processus d’Anammox. Les calculs théoriques ont été validés par des données expérimentales. L’application de cette méthode sur des sédiments de l’anse de Carteau (Golfe de Fos) étudiés au cours d’un cycle annuel nous a permis de montrer que la dénitrification, processus principal d’élimination de l’azote dans cette zone, a vu son activité multipliée par 20 au cours des dix dernières années pour atteindre, à l’heure actuelle, sa potentialité maximale. A l’heure actuelle, les flux sortant d’azote restent supérieurs à la fixation du N2, ce qui permet l’élimination de nitrate du sédiment. La nitrification et l’Anammox n’étant détectés qu’occasionnellement, l’ammonium du sédiment n’est quasiment pas éliminé par les processus bactériens. Dans le bassin d’Arcachon, zone conchylicole soumise à la marée, des études ont été menées au cours de deux missions, l’Anammox peut constituer jusqu’à 58% de la production de N2 même si le processus de dénitrification reste majoritaire dans la plupart des cas. Un impact de la marée et de l’année sur la production de N2 a été remarqué sans que soit notée une variation de la structure quantitative et qualitative de la communauté dénitrifiante. De même les effectifs des procaryotes nitrifiants et fixateurs d’azote n’ont pas présenté de variation importante. Dans cette zone l’activité fixatrice d’azote est plus importante et a entraîné des flux positifs d’azote en 2005. Enfin une production d’oxyde nitreux intermédiaire de la dénitrification a été démontré, montrant que ce type de sédiment pouvait dans certaines conditions, être une source non négligeable de biogaz.

The excess of nitrate and ammonium in coastal sediment can have as consequences an important phytoplanctonic development with potential production of toxin causing the stopping of shellfish sales due to health risks and so can have adverse economic repercussions. The study of the microbial processes allowing the entrance or the elimination of nitrogen from ecosystems was therefore undertaken in two coastal shellfish zones: Fos and Arcachon Gulf. Processes implicated in nitrogen fluxes were determined by using a new method of isotope paring developed in this study and taking into account not only denitrification but also nitrification and Anammox process. Theoretical data was validated by experiments. The application of this method on the sediment of the Carteau gulfe (Gulf of Fos) studied in the course of an annual cycle allowed us to show that the denitrification, that is the main process of elimination of nitrogen in this zone, saw its activity multiplying by 20 in the course of last ten years to reach its maximum potentiality, in present time. In present time, out going nitrogen fluxes remain higher than N2 fixation rate, having as consequence the elimination of nitrate from sediment. The nitrification and Anammox being only occasionally detected, the ammonium of sediment is not efficiently eliminated by bacterial processes. In the basin of Arcachon, shellfish zone subjected to the tide, studied in the course of two missions, Anammox could constitute up to 58 % of the production of N2 although denitrification process remained majority in most cases. An effect of the tide and of the year on the N2 production has been noticed without notable variation of qualitative or quantitative structure of the denitrifying community. In the same way, the number of nitrifying or N2-fixing prokaryotes did not show important variation. In this area, the N2-fixation activity was more intense and has lead to positive flux in 2005. A Nitrous oxide production, a by product of denitrification, has been highlighted showing this kind area, under certain condition, could emit this green house gas.