Distribution et fonction du mésozooplancton dans le premier kilomètre de l’océan mondial

Distribution and function of mesozooplankton in the first kilometer of the global ocean

• Auteur / Autrice : Yawouvi Dodji Soviadan
• Direction : Lars Stemmann, Kissao Gnandi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océanographie et Écologie Marine
• Date : Soutenance le 20/07/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie de Villefranche (Alpes-Maritimes ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Éric Thiébaut
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Baptiste Romagnan, Benoît Sautour
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Léo Berline, Jean-Louis Jamet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eau de mer -- Teneur en composés organiques

Écologie pélagique

Zooplancton

Mots clés libres

Mésozooplancton

Océan Mondial

Structure de la communauté

Flux de particules

Taux d'atténuation

Spectre de taille

Imagerie du plancton

Zone mésopélagique

Mesozooplankton

Global Ocean

Community structure

Particles flux

Attenuation rates

Size spectrum

Plankton images

Mesopelagic zone

Résumé

Le mésozooplancton désigne l'ensemble des animaux aquatiques compris entre 200 µm et 2000 µm, qui ne peuvent pas s’affranchir des courants. La variabilité du mésozooplancton joue un rôle majeur dans le cycle du carbone et les changements globaux à travers des effets directs et indirects. Il se distribue sur toute la colonne d’eau depuis la surface jusqu’aux abysses. La zone mésopélagique (entre 200 et 1000 m de profondeur) constitue une couche d’eau critique en raison des processus physiques et biologiques affectant les flux de carbone qui s’y déroulent. Toutefois, le mésozooplancton mésopélagique est rarement étudié, en raison des contraintes d'échantillonnage et de la méconnaissance taxonomique d’une communauté encore peu étudiée. La collection d’échantillons de l'expédition Tara Océans analysée par imagerie au Laboratoire d'Océanographie de Villefranche sur Mer a permis de générer une base de données de mésozooplancton d’emprise globale, de la surface jusqu’à la limite inférieure de la zone mésopélagique (1000 m). La combinaison des données taxonomiques et morphométriques générées par l’imagerie permet: i) de décrire la structure faunistique du mésozooplancton ; ii) d'étudier sa structure en taille; et iii) de calculer les taux physiologiques des crustacés pour estimer leur contribution au budget de carbone dans l'océan global, de la surface jusqu’à 1000 m. Ces données ont été augmentées des données de la campagne Malaspina, des récentes campagnes Geomar et des données d’imagerie in-situ de profils verticaux de particules (profileur de vision sous-marine, UVP) de Tara Océans. Cette thèse est une première étape vers l'analyse des variables descriptrices et la distribution des communautés de mésozooplancton dans la zone mésopélagique à l’échelle globale, en relation avec les flux verticaux de particules et les variables hydrologiques et biogéochimiques. Nos résultats montrent que la structure des communautés mésozooplanctoniques épipélagiques à l'échelle globale dépend essentiellement de la température, de la composition du phytoplancton, et de la matière organique particulaire produite en surface. Dans la couche mésopélagique, les principaux facteurs structurant le mésozooplancton sont la composition du phytoplancton de surface, la concentration en particules, la température et la concentration en oxygène dissous. La structure en taille du mésozooplancton a été étudiée à travers l’analyse des pentes et des formes des spectres de taille en biomasse normalisée ou en biovolume normalisé (NBSS). Nos résultats montrent que la position dans la colonne d’eau (profondeur) est un facteur plus important que l’effet de la latitude pour expliquer les différences entre communautés de mésozooplancton (abondances relatives des taxons, biomasse, NBSS). Les NBSS observés dans les régions tropicales sont le reflet d’une diminution drastique de l'abondance du mésozooplancton, s’accompagnant d’une diminution de leurs pentes spectrales (plus pentues), tandis que leurs formes changent peu. Les NBSS du grand mésozooplancton et des particules > 500 µm ESD obtenus à partir de deux méthodes différentes (collecte au filet et imagerie par ZooScan, et imagerie in situ, UVP, respectivement) ont permis de comparer et intercalibrer directement leurs NBSS, des systèmes oligotrophes aux systèmes eutrophes. Les résultats montrent que les filets sous-échantillonnent significativement les organismes fragiles tels que les rhizaires et que l’UVP sous-échantillonne les copépodes, avec une forte variabilité en fonction de la latitude et de la profondeur. Les NBSS du mésozooplancton estimés par les deux instruments concordent aux endroits où les copépodes dominent, dans les océans tempérés et polaires [...]

Mesozooplankton refers to all aquatic animals between 200 µm and 2000 µm that drift with the currents. The variability of mesozooplankton plays a major role in the carbon cycle and global changes through direct and indirect effects. It is distributed throughout the water column from the surface to the abyss. The mesopelagic zone (between 200 and 1000 m depth) is a critical water layer because of the physical and biological processes affecting carbon fluxes that take place there. However, mesopelagic mesozooplankton is rarely studied, due to sampling constraints and the lack of taxonomic knowledge of a community that is still poorly studied. The collection of samples from the Tara Oceans expedition analyzed by imaging at the Laboratoire d'Océanographie de Villefranche sur Mer has allowed the generation of a global mesozooplankton database, from the surface to the lower limit of the mesopelagic zone (1000 m). The combination of taxonomic and morphometric data generated by the imaging technique allows: i) to describe the faunal structure of the mesozooplankton; ii) to study its size structure; and iii) to calculate the physiological rates of crustaceans to estimate their contribution to the carbon budget in the global ocean, from the surface to 1000 m. These data have been augmented with data from the Malaspina cruise, recent Geomar cruises and in-situ imaging data of vertical particles profiles (underwater vision profiler, UVP) from Tara Oceans. This thesis is a first step towards the analysis of descriptor variables and the distribution of mesozooplankton communities in the mesopelagic zone at the global scale, in relation with vertical particles fluxes and hydrological and biogeochemical variables. Our results show that the structure of epipelagic mesozooplankton communities at the global scale depends mainly on temperature, phytoplankton composition, and surface-produced particulate organic matter. In the mesopelagic layer, the main factors structuring the mesozooplankton are surface phytoplankton composition, particulate concentration, temperature and dissolved oxygen concentration. The size structure of the mesozooplankton was studied through the analysis of slopes and shapes of the normalized biomass size spectrum or the normalized biovolume size spectrum (NBSS). Our results show that position in the water column (depth) is a more important factor than the effect of latitude in explaining differences between mesozooplankton communities (relative abundances of taxa, biomass, NBSS). NBSS observed in tropical regions reflect a drastic decrease in mesozooplankton abundance, accompanied by a decrease in their spectral slopes (steeper), while their shapes were less affected. NBSS of large mesozooplankton and particles > 500 µm ESD obtained from two different methods (net collection and imaging by ZooScan, and in situ imaging, UVP, respectively) allowed to directly compare and intercalibrate their NBSS from oligotrophic to eutrophic systems. Results show that nets significantly underestimate fragile organisms such as rhizarians and UVP underestimates copepods, with high variability with latitude and depth. Mesozooplankton NBSS estimated by both instruments are in agreement at locations where copepods dominate, in the temperate and polar oceans. Analysis of tropical crustacean NBSS reveals the existence of five types communities, associated with distinct habitats: surface rich environment, upper mesopelagic rich environment, lower mesopelagic poor environment, oligotrophic mesopelagic and oxygen minimum zones (OMZ) [...]