Étude de la dynamique du microphytobenthos des vasières intertidales aux latitudes tempérées : approche combinée modélisation couplée physique-biologie et analyse de données satellitales

Study of microphytobenthos dynamics in temperate intertidal mudflats by using physical-biological coupled modelling and remote sensing data analysis

• Auteur / Autrice : Raphaël Savelli
• Direction : Christine Dupuy, Vincent Le Fouest
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des populations, écologie
• Date : Soutenance le 12/12/2019
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Euclide (La Rochelle ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Littoral, Environnement et Sociétés (La Rochelle)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Barillé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christine Dupuy, Vincent Le Fouest, Laurent Barillé, Sébastien Lefebvre, João Serôdio, Ana C. Brito, Virginie Lafon, Graham Underwood
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sébastien Lefebvre, João Serôdio

Mots clés

Mots clés contrôlés

Productivité primaire (biologie)

Wadden

Plantes benthiques

Mots clés libres

Microphytobenthos

Vasière intertidale

Production primaire

Modélisation physique-biologie

Télédétection

Microphytobenthos

Intertidal mudflat

Primary production

Physical-biological modelling

Remote sensing

Résumé

La production primaire (PP) élevée des vasières intertidales aux latitudes tempérées est principalement assurée par le microphytobenthos (MPB), qui soutient les réseaux trophiques benthiques et pélagiques. Dans cette thèse, nous utilisons un modèle couplé physique-biologie pour étudier la variabilité spatio-temporelle de la dynamique du MPB sur une vasière intertidale de la côte Atlantique française. Le modèle simule explicitement la biomasse du MPB et du brouteur Peringia ulvae. Les résultats fournissent des conclusions clés sur la dynamique du MPB. À l’hiver et au printemps, une lumière et une température de surface de la vase (TSV) optimales pour la croissance du MPB donnent lieu à une efflorescence printanière du MPB. La lumière est le facteur le plus limitant annuellement. Cependant, la TSV limite la croissance du MPB 40 % du temps en été. La photoinhibition pourrait se superposer à la thermoinhibition au printemps et en été. Le broutage et la remise en suspension (RES) du MPB façonnent également la dynamique du MPB. La bioturbation par P. ulvae contribue à une RES chronique du MPB du sédiment vers la colonne d’eau au printemps et en été. Les vagues contribuent à la RES du MPB par le biais d’événements de RES massive en hiver, au printemps et en automne. 50 % de la PP annuelle du MPB est exporté vers la colonne d’eau par le biais de RES chroniques et massives. Nous avons également développé une méthode qui combine les données de télédétection et les résultats du modèle couplé physique-biologique en un algorithme capable de prédire la PP à partir de données satellitales. En plus d’apporter de nouvelles perspectives sur la dynamique du MPB, ce travail propose de nouveaux outils numériques pour surveiller et prédire la PP du MPB et son devenir dans les eaux côtières dans un contexte de changement climatique.

The high primary production (PP) of intertidal mudflats at temperate latitudes is mostly supported by microphytobenthos (MPB), which support both benthic and pelagic food webs. In the present thesis, we use a physical-biological coupled model to investigate the spatial and temporal variability of MPB dynamics on a large temperate intertidal mudflat of the French Atlantic coast. The model explicitly simulates the MPB biomass and the grazer (Peringia ulvae) biomass and density. The outputs provide key findings on MPB dynamics. In winter-spring, optimal light and mud surface temperature (MST) conditions for MPB growth lead to a MPB spring bloom. Light is the most limiting driver over the year. However, a high MST limits the MPB growth 40% of the time during summer. The photoinhibition of MPB photosynthesis can potentially superimpose on thermoinhibition in spring-summer. Grazing and resuspension of MPB biomass also shape the dynamics of the MPB biomass. Bioturbation by P. ulvae contributes to a chronic export of MPB biomass from the sediment to the water column in spring-summer. Waves contribute to the MPB resuspension through massive resuspension events in winter, spring and fall. 50% of the annual MPB PP is exported to the water column through chronic and massive resuspension events. We also developed a new method that combine remote sensing data with outputs of the physical-biological coupled model into a single algorithm that can predict PP from satellite data. In addition to bring new insights on the MPB dynamics, this work proposes new numerical tools to monitor and predict MPB PP and its fate in coastal waters in a context of climate change.