Les diatomées diminuent-elles dans l'océan Austral? Conséquences écologiques

Are diatoms decreasing in the Southern Ocean? Ecological consequences

• Auteur / Autrice : Ziad Sari el dine
• Direction : Charles-André Bost, Lucile Duforet
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie de l'environnement, des populations, écologie
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : EUCLIDE
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études Biologiques de Chizé

Mots clés

Mots clés libres

Océan Antarctique

Phytoplancton

Eléphant de mer du Sud

Télédétection couleur océan

Southern Ocean

Phytoplankton

Southern elephant seals

Ocean-colour remote sensing

Résumé

L'océan Austral (OA) capture 50 % du carbone absorbé par l'océan mondial grâce à l'action combinée des pompes physiques et biologiques. De plus, l'OA fournit la moitié de la production primaire de la biosphère. Bien que l'étiquetage formel de ces groupes de phytoplancton ne puisse être établi pour l'OA en raison du manque d'échantillons de phytoplancton in situ correspondant aux données satellitaires, un résultat frappant concerne une diminution de la concentration en Fucoxanthine, suggérant une probable diminution des diatomées. La diminution des diatomées est soutenue à la fois par le SOM (El Hourany et al. 2019) et par les approches de classe de taille du phytoplancton (L. Le Ster ; thèse de doctorat). De plus, dans le cadre de son Master II, Z. Sari El Dine a trouvé une forte corrélation entre le succès de la recherche alimentaire des éléphants de mer du Sud (SES) au printemps et en été et la présence de Fucoxanthine. Cependant, la causalité de cette relation reste à comprendre. Le succès de la recherche alimentaire des SES est également plus élevé au sein des systèmes frontaux. Cette thèse abordera les objectifs suivants : O.1. Les structures (sub-)mésoéchelle influencent-elles l'émergence et la distribution spatiale de communautés phytoplanctoniques contrastées (PC) dans l'OA ? O.2. Évaluer la relation causale entre la dynamique des fronts, les PC et la composition des niveaux trophiques moyens (MTL), ainsi que le succès de la recherche alimentaire des SES. O1. Tout d'abord, la robustesse des algorithmes opérationnels de détection de PC reposant sur des données satellitaires, afin de développer et d'optimiser un algorithme régional adapté, en utilisant une base de données enrichie de mesures in situ, sera évaluée. Ainsi, avec la participation de différents algorithmes, plusieurs niveaux de données et d'informations seront exploités pour une meilleure compréhension de la structure à l'échelle (sub-)mésoéchelle du phytoplancton dans l'OA. Ensuite, la structure des PC en relation avec les fronts (sub-)mésoéchelle sera étudiée. Les diatomées ont des besoins élevés en nutriments par rapport aux autres groupes de phytoplancton. Leur présence sous-tend généralement des processus advectifs verticaux nécessaires à l'injection de nutriments dans la couche euphotique. Au printemps, les diatomées forment d'intenses floraisons dans les eaux stratifiées enrichies en nutriments pendant l'hiver. En été, les processus advectifs verticaux associés aux fronts peuvent favoriser la poursuite de la production de diatomées. Les fronts sont des habitats de recherche clés pour les SES (Cotté et al. 2014 ; Rivière et al. 2019). Le deuxième objectif vise à décrypter le lien de causalité entre la composition des PC et le succès de la recherche alimentaire des SES. Cette relation pourrait être indirecte, c'est-à-dire que les processus physiques favorables à l'émergence des diatomées entraînent également l'accessibilité des proies des SES le long des fronts ; ou directe, c'est-à-dire que la présence de diatomées favorise l'émergence de réseaux trophiques plus favorables aux SES. Nous proposons d'explorer ces hypothèses au moyen d'un micro-sonar nous permettant de caractériser le MTL en termes de taille, d'abondance et d'intensité des échos. Deux nouveaux enregistreurs déployés sur les SES compléteront ces données. Une caméra contrôlée par la détection du micro-sonar permettra de qualifier la composition du MTL, et un système d'imagerie holographique est en cours de développement (CEBC-InPhyNi-OBERON Science) pour l'évaluation in situ de la composition des PC.

The Southern Ocean (SO) captures 50% of the carbon absorbed by the global ocean through the combined action of physical and biological pumps. Moreover, the SO provides half of the primary production of the biosphere. Although the formal labeling of these phytoplankton groups cannot be established for the SO due to the lack of in-situ phytoplankton samples matching satellite data, a striking result concerns a decrease in Fucoxanthine concentration, suggesting a likely decrease in diatoms. Diatoms decrease is supported both by the SOM (El Hourany et al. 2019) and by the phytoplankton size class approaches (L. Le Ster; PhD). Furthermore, as part of his Master II, Z. Sari El Dine found a strong correlation between the foraging success of southern elephant seals (SES) during spring and summer with the presence of Fucoxanthine. However, the causality of this relationship remains to be understood. Foraging success of SES is also higher within frontal systems. This thesis will address the following objectives: O.1. Do (sub-)mesoscale structures influence the emergence and spatial distribution of contrasted phytoplankton Community (PC) within the SO? O.2. Evaluate causal relationship between front dynamic, PC and the mid trophic levels (MTL) composition, and the foraging success of SES. O1. First, the robustness of operational algorithms for the detection of PC relying on satellite data, to develop and optimize a suitable regional algorithm, using a database enriched with in-situ measurements will be assessed. Thus, with different algorithms involved, several levels of data and information will be exploited for a better understanding of the structure at the (sub-)mesoscale of phytoplankton in the SO. Second, the structure of the PC in relation to (sub-)mesoscale fronts will be investigated. Diatoms have high nutrient requirements compared to other phytoplankton groups. Their presence generally underlies vertical advective processes necessary for the injection of nutrients into the euphotic layer. In spring, diatoms form intense blooms in stratified waters enriched in nutrients during winter. In summer, vertical advective processes associated with fronts may favor the continuation of diatoms production. Fronts are key foraging habitats for SES (Cotté et al. 2014; Rivière et al. 2019). The second objective aims at deciphering the causal link between PC composition and SES foraging success. This relationship could be indirect, i.e. physical processes favorable to the emergence of diatoms also drive the accessibility of SES prey along fronts; or direct, i.e. the presence of diatoms favors the emergence of food webs more favorable to SES. We propose to explore these hypotheses by means of micro-sonar allowing us to characterize the MTL in terms of size, abundance and intensity of echoes. Two new recorders deployed on SES will complete these data. A camera controlled by the micro-sonar detection to qualify MTL composition and a holographic imaging system is being developed (CEBC-InPhyNi-OBERON Science) for in-situ assessment of the composition of PC.