Caractérisation de la réponse des macroalgues aux stress de la zone intertidale : impact sur la distribution des espèces et sur les rendements de production

Characterization of the response of macroalgae to stress in the intertidal zone : impact on species distribution and production yields

• Auteur / Autrice : Florian Douay
• Direction : Nicolas Spilmont, François Gévaert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : SCIENCES AGRONOMIQUES ET ECOLOGIQUES. Spécialité Sciences de la Mer - Biologie et écologie
• Date : Soutenance le 08/06/2022
• Etablissement(s) : Littoral
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Océanologie et de Géosciences (LOG) - Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences (LOG) - UMR 8187
• Partenaire(s) de recherche : Financeur : Pôle métropolitain de la Côte d'Opale
• Jury : Président / Présidente : Laurent Barillé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fanny Noisette, Myriam Valero
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Barillé, Fanny Noisette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Photoinhibition

Écologie de la zone intertidale

Carbone

Photosynthèse

Mots clés libres

Macroalgues

Production primaire

Imagerie spectrale

Stress abiotique

Macroalgae

Primary production

Spectral imagery

Abiotic stress

Résumé

Les macroalgues, en tant qu’organismes photosynthétiques, jouent un rôle prépondérant dans le stockage du carbone en milieu côtier. Une grande partie d’entre elles se développent dans la zone intertidale, qui potentiellement constitue un environnement stressant, dû à l’alternance des phases d’immersion et d’émersion au cours des cycles de marée. Cependant, la compréhension des réponses de ces organismes aux stress de cet environnement particulier reste encore incomplète. Ce travail de thèse a pour objectif d’étudier les effets potentiels des stress de la zone intertidale sur la production primaire ainsi que sur l’évolution de l’aire géographique de répartition de différentes espèces de macroalgues. L’utilisation de chambres benthiques à l’émersion et à l’immersion a permis de suivre l’évolution saisonnière de la production primaire, tandis qu’une nouvelle approche de discrimination des espèces de macroalgues, basée sur l’utilisation des spectres de réflectance hyperspectral des individus, a été développée pour répondre aux besoins de suivis des stocks. La présente étude s’est focalisée sur quatre espèces d’Ochrophyta, caractéristiques du littoral du Pas-de-Calais. Le long de ces côtes, Pelvetia canaliculata, Fucus spiralis, Fucus serratus et Saccharina latissima sont caractéristiques de différents étages de la zone littorale et expérimentent donc des périodes d’émersion variées. Les bilans de production journaliers obtenus confirment que les macroalgues constituent l’un des écosystèmes les plus productifs sur la planète, comparable aux systèmes terrestres les plus productifs. Ces mesures ont également montré que la phase d’émersion constituait une période critique pour la production en été, avec l’apparition de phénomènes de photoinhibition important lié aux forts éclairements et aux fortes températures. Cependant, la présente étude a également montré que cette phase d’émersion avait un rôle primordial dans les bilans de production, principalement en hiver. En effet, au cours de cette période, la quasi-totalité de la production des macroalgues est réalisée au cours de l’émersion. La mise en place d’une nouvelle procédure de discrimination des macroalgues par leur signature hyperspectrale a permis de différencier, pour la première fois, les principales espèces caractéristiques de l’estran rocheux de la zone d’étude en conditions contrôlées. Cette nouvelle procédure a ensuite été appliquée sur des spectres acquis in situ à la fois au cours du découvrement des organismes et lors de la basse mer afin d’étudier l’effet de la dessiccation sur les spectres de réflectance. La dessiccation favorise une discrimination plus efficace des signaux de réflectance hyperspectrale, au travers de la diminution de la variabilité intra-spécifique des réponses spectrales. Un suivi mensuel des spectres de réflectance hyperspectrale des macroalgues a également été réalisé et les résultats de discrimination spectrale obtenus ont montré que la période la plus propice à la réalisation de survols cartographiques était l’été.

Macroalgae, as photosynthetic organisms, play a major role in carbon storage in coastal environments. A large proportion of them develop in the intertidal zone, which potentially constitutes a stressful environment, due to the alternation of immersion andemersion periods during the tidal cycles. However, the understanding of the responses of these organisms to the stresses of this particular environment is still incomplete. The objective of this thesis was to study the potential effects of intertidal stresses onprimary production as well as on the evolution of the geographic range of different macroalgal species. The use of benthic chambers both under emersed conditions and underwater allowed to follow the seasonal evolution of primary production, while a new approach to discriminate macroalgal species, based on the use of hyperspectral reflectance spectra of individuals, was developed to meet the needs of stock monitoring. The present study focused on four species of Ochrophyta, characteristic of the Pas-de-Calais coast. Along this coasts, P. canaliculata, F. spiralis, F. serratus and S. latissima are characteristic of different tidal levels and thus experience different emersion durations. The daily production budgets obtained confirmed that macroalgae constitute one of the most productive ecosystems on the planet, comparable to productive terrestrial systems. These measurements also showed that the emersion phase is a critical period for production in summer, with the appearance of important photoinhibition phenomena linked to high light levels and high temperatures. However, the present study also showed that this emersion phase had a primordial role in the production budgets, mainly in winter. Indeed, during this period, it was shown that almost all the macroalgal production was realized during emersion. The implementation of a new procedure of discrimination of macroalgae by their hyperspectral signature allowed to differentiate, for the very first time, the main characteristic species of the rocky shore of the study area under controlled conditions. This new procedure was then applied to spectra acquired in situ both just after individuals were emersed and at low tide in order to study the effect of desiccation on reflectance spectra. Finally, desiccation favors a more efficient discrimination of hyperspectral reflectance signals, through the decrease of the intra-specific variability of spectral responses. Monthly monitoring of hyperspectral reflectance spectra of macroalgae was also carried out and the spectral discrimination results obtained showed that the most favorable period for mapping overflights was summer.