Caractérisation microphysique et biochimique des nuages précipitants et impact sur la dynamique du phytoplancton

Characterization of the rain and cloud microphysical properties and impact on the phytoplankton dynamic of a eutrophic lake

• Auteur / Autrice : Fanny Noirmain
• Direction : Delphine Latour, Joël Van Baelen
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 20/11/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Microorganismes : Génome et environnement - Laboratoire de météorologie physique (Clermont-Ferrand)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Mailhot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Enora Briand
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Catherine Quiblier, Brice Boudevillain

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phytoplancton d'eau douce

Bioaérosols

Écologie des lacs

Mots clés libres

Bioaérosols

Microphysique de la pluie et du nuage

Dépôts humides

Dynamique phytoplanctonique

Métabolomique non ciblée

Bioaerosols

Microphysical cloud and rain characteristics

Wet deposition

Phytoplankton

Untargeted metabolomics

Résumé

Les précipitations peuvent d'une part être vecteur de dissémination de polluants et de particules biologiques au sein d'écosystèmes aquatiques éloignés, et d'autre part induire des modifications hydro-physiques de la colonne d'eau. Ces évènements peuvent ainsi jouer un rôle majeur dans la dynamique du phytoplancton, un élément clé à la base des réseaux trophiques. Les conséquences complexes de ces épisodes pluvieux sur le fonctionnement d'un écosystème lacustre, sont actuellement encore trop peu considérées et donc comprises.L'objectif de cette thèse est de prendre en compte les différents aspects relatifs aux événements précipitants, depuis leur caractérisation bio-physico-chimique jusqu'à leurs effets sur la dynamique du phytoplancton. L'utilisation d'un dispositif instrumental combinant le suivi des précipitations et d'un lac a souligné l'importance des propriétés microphysiques de la pluie dans le lessivage des cellules photosynthétiques. Bien que ces quantités lessivées dans un écosystèmes aquatique de type eutrophe, tel que le lac d'Aydat, ne semblent pas avoir d'impact immédiat sur la biomasse phytoplanctonique à court terme, l'analyse des rétro-trajectoires révèle un transport à longue distance de cellules non-endémiques, ce qui pourrait interférer dans le fonctionnement de l'écosystème à long terme. D'autre part, alors que les précipitations semblent favoriser chaque année la croissance des diatomées en accentuant le mélange de la colonne d'eau, elles engendrent cependant des effets contrastés sur la dynamique des cyanobactéries, selon les genres considérés, les conditions abiotiques et les événements météorologiques antérieurs aux précipitations. Plus spécifiquement, nos résultats mettent en évidence que la survenue d'une période de sécheresse précédent des précipitations favoriserait la croissance de cyanobactéries diazotrophes, en particulier Dolichospermum, pouvant ainsi synthétiser des cyanopeptides et des cyanotoxines lorsque les concentrations de nutriments augmentent après des précipitations.Dans l'ensemble, ces résultats mettent en évidence l'importance de considérer la complexité des réponses du phytoplancton face aux événements météorologiques, tout en prenant en compte les conséquences à long terme de l'apport de nutriments et de cellules non-endémiques lié aux précipitations sur le fonctionnement des écosystèmes aquatiques.

Precipitation can act as a vector for the dissemination of pollutants and biological particles within distant aquatic ecosystems, while also induce hydro-physical changes in the water column. These events can thus play a major role in phytoplankton dynamics, a fundamental component of trophic networks. The complex consequences of these rainy episodes on the functioning of an aquatic ecosystem are currently not well understood.The objective of this thesis is to consider various aspects related to precipitation events, from their bio-physico-chemical characterization to their effects on phytoplankton dynamics. The use of an instrumental device combining precipitation and lake monitoring highlight the importance of the microphysical properties of rain in the scavenging efficiency of photosynthetic cells. Although the quantities of cells scavenged into a eutrophic aquatic ecosystem, such as Lake Aydat, do not seem to have an immediate impact on short-term phytoplankton biomass, the analysis of back-trajectories reveals long-distance transport of non-endemic cells, which could interfere with the ecosystem's long-term functioning.On the other hand, while precipitation appears to promote the growth of diatoms each year by enhancing water column mixing, it produces contrasting effects on the dynamics of cyanobacteria, depending on the genera considered, abiotic conditions, and meteorological events preceding the precipitation. More specifically, our results highlight that the occurrence of a drought period preceding precipitation favors the growth of diazotrophic cyanobacteria, especially Dolichospermum, which can synthesize cyanopeptides and cyanotoxins when nutrient concentrations increase after precipitation.Overall, these results underscore the importance of considering the complexity of phytoplankton responses to meteorological events, while also considering the long-term consequences of nutrient and non-endemic cell input associated with precipitation on the functioning of aquatic ecosystems.