Évaluation de la capacité de bioremédiation des sédiments aquacoles par les espèces halophytes et leur microbiote associé dans les fermes de Nouvelle-Calédonie

Assessment of the bioremediation capacity of aquaculture sediments by halophytes species and their associated microbiota on farms in New Caledonia.

• Auteur / Autrice : Marie Colette
• Direction : Luc Della Patrona, Linda Guentas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes
• Date : Soutenance le 05/10/2023
• Etablissement(s) : Nouvelle Calédonie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale du Pacifique (Faaa ; 2005-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer. Délégation outre-mer (Nouvelle-Calédonie) - Institut de Sciences exactes appliquées (Université de la Nouvelle-Calédonie ; 2017-..)
• Jury : Président / Présidente : Valerie Burtet-Sarramegna
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luc Della Patrona, Linda Guentas, Valerie Burtet-Sarramegna, Joséphine Peigne, Marie Simonin, Thierry Laugier, Joël Fontaine, Cyril Marchand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joséphine Peigne, Marie Simonin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biotechnologie appliquée à l'environnement

Halophytes

Microbiologie

Sols

Effets de la qualité de l'eau

Écologie microbienne

Maladies -- Lutte intégrée contre

Crevettes

Nutrition

Larves

Penaeus

Nouvelle-Calédonie

Crevetticulture

Mots clés libres

Bioremédiation

Halophytes

Aquaculture

Physico-chimie des sols et sédiments

Ecologie microbienne

Bioremediation

Halophytes

Aquaculture

Physical chemistry of soils and sediments

Microbial ecology

Résumé

En Nouvelle-Calédonie, l’élevage de la crevette bleue du Pacifique, Penaeus stylirostris se déroule en bassins de grossissement, où cette culture génère une quantité importante de déchets organiques qui finissent piégés dans les sédiments. En excès, l’accumulation de ces déchets organiques peut conduire à une eutrophisation de l’écosystème aquacole et nuire à la santé des crevettes. C’est pourquoi, à la fin de chaque cycle de production crevetticole, les bassins en terre sont entièrement vidés et asséchés à l’air libre pendant plusieurs mois lors des « assec ». Cette technique a pour objectif d’accélérer la décomposition microbienne de la matière organique accumulée dans les sédiments. Cependant, la mise en assec des bassins n’est pas toujours efficace car l’assèchement excessif des sédiments peut freiner les activités de décomposition microbiennes. Une voie prometteuse pour traiter ces accumulations de déchets organiques serait la bioremédiation en utilisant des plantes halophiles et le microbiote associé à leurs rhizosphères. Par une approche intégrée et pluridisciplinaire, ce projet de thèse visait à évaluer si la culture d’halophytes et de son microbiote de la rhizosphère permet d’épurer les sédiments impactés par l’activité aquacole. A travers des expérimentations menées en serre, ce travail a démontré que la culture d’halophytes et de leur microbiote associé, permet de réduire les teneurs en azote, soufre et phosphore du sédiment mais que l’efficacité de la bioremédiation dépend en grande partie des caractéristiques physico-chimiques du sédiment. Par ailleurs, les cortèges microbiens recrutés dans la rhizosphère sont différents entre les espèces halophytes Atriplex jubata, Sarcocornia quinqueflora ou Suaeda australis. Il en résulte que les fonctions et guildes microbiennes liées aux cycles biogéochimiques du sédiment diffèrent également entre les espèces halophytes. Ainsi, l’intégration de la culture d’halophytes aux activités crevetticoles présente un fort potentiel d’application et de valorisation mais des essais sont encore nécessaires avant de pouvoir développer ce système à l’échelle d’un bassin. Ces travaux ouvrent des perspectives sur une meilleure gestion des fonds de bassins pendant les périodes d’assec mettant en oeuvre une ou plusieurs méthodes de bioremédiation : culture d’halophyte, assèchement des sédiments, chaulage, combinaison de plusieurs méthodes, afin d’assurer une fertilité favorable du sédiment pour maximiser le confort des post-larves à l’ensemencement et en phase de grossissement. A plus grande échelle, ce projet pourrait s’exporter dans d’autres pays du monde et contribuer au développement de pratiques aquacoles plus durables.

In New Caledonia, the farming of the Pacific blue shrimp, Penaeus stylirostris, takes place in grow-out ponds where this culture generates a significant amount of organic waste that ends up trapped in the earthen pond sediments. Excessive accumulation of these organic wastes can lead to eutrophication of the aquaculture ecosystem and harm the health of the shrimps. Therefore, at the end of each shrimp production cycle, the earthen ponds are completely emptied and dried in the open air for several months during the ''dry-out'' period. The objective of this technique is to accelerate the microbial decomposition of the organic matter accumulated in the pond sediments. However, the drying out of the ponds is not always efficient as excessive sediment drying can hinder microbial decomposition activities. A promising approach to treat these organic waste accumulations is the bioremediation, using halophytic plants associated with their rhizosphere microbiota. Through an integrated and multidisciplinary approach, this thesis project aimed to evaluate whether the cultivation of halophytes and their rhizosphere microbiota can clean up the sediments impacted by aquaculture activities. Through greenhouse experiments, this study demonstrated that the cultivations of halophytes and their associated microbiota help to reduce nitrogen, sulfur, and phosphorus levels in the sediment. However, the effectiveness of bioremediation largely depends on the physical and chemical characteristics of the sediment. Furthermore, the microbial communities recruited in the rhizosphere differ among the tested halophyte species: Atriplex jubata, Sarcocornia quinqueflora, or Suaeda australis. Consequently, the microbial functions and guilds related to the biogeochemical cycles of the sediment also vary according to the halophyte species. Thus, integrating the cultivation of halophytes into shrimp farming activities could lead to a great potential for application and valorization, but further tests are necessary before developing this system on a pond-scale. These findings offer new insights into better pond management during dry-out periods, by implementing one or several bioremediation methods such as halophyte cultivation, sediment drying, liming, or combinations of several methods. In the aims to ensure a beneficial sediment fertility to maximize the wellness of post-larvae during seeding and grow-out phases. On a larger scale, this project could be widespread to other worldwide countries and could contribute to the development of more sustainable aquaculture practices.