Impact du phytoplancton sur les juvéniles de bar (Dicentrarchus labrax) en milieu aquacole. Approches in situ et expérimentales - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2015

Phytoplankton impacts on juvenile sea bass (Dicentrarchus labrax) in rearing conditions. In situ and experimental approaches

Impact du phytoplancton sur les juvéniles de bar (Dicentrarchus labrax) en milieu aquacole. Approches in situ et expérimentales

Résumé

To balance human growing food demand, aquaculture production has increase by more than 50% since the 1980s. Developed fish farms in coastal areas (e.g. inland fish farms or cages) are thus exposed to environmental constraints, particularly, to unmanageable natural events such as phytoplankton blooms. In a coastal fish farm of the North Sea, sea bass mass mortalities (Dicentrarchus labrax, >20 tons over April-May) often coincide with the spring bloom but cannot be explained by classical finfish diseases (e.g. bacterial and viral infections, parasitism). In this context, deleterious effects induces by phytoplankton were suspected and investigated during a four-step approach. Firstly, studies focused on co-occurrence between phytoplankton blooms and fish mortality increase over the 2005-2013 period. Data analyses carried out allowed to correlate weekly fish mortality to phytoplankton standing stocks and taxonomy as well as to identify potential deleterious taxa with regard to their toxicity (e.g. Pseudo-nitzschia), their effects on seawater properties (e.g. viscosity and anoxia, Phaeocystis globosa) and the mechanical damages they can trigger (e.g. sharp and needle-shaped diatoms; Rhizosolenia, Pseudo-nitzschia). Secondly, seasonal surveys carried out in seawater fuelling the fish farm from February to November 2012 and during spring 2013, allowed an acute identification of deleterious phytoplankton species considering mechanical damages and/or toxicity. Species belonging to the Pseudo-nitzschia genus have seldom been identified in the area and were thus specifically targeted. Scanning Electron Microscopy analyses (SEM) allowed to acknowledge a rather low diversity of Pseudo-nitzschia spp. as only three species (P. delicatissima, P. fraudulenta and P. pungens) were present in 2012 and 2013. Associated domoic acid concentrations unambiguously revealed the automnal toxicity of P. pungens whereas toxicity could only be suggested during spring for both P. fraudulenta and P. delicatissima. Environmental and biological parameters (e.g. associated phytoplankton communities) measured over these surveys revealed that Pseudo-nitzschia sp. were present under nitrogen limiting conditions and highlighted a strong association between P. delicatissima and P. globosa bloom. Thirdly, since P. delicatissima was the dominant diatom during the 2012 spring bloom, its implication in juvenile sea bass mortalities was tested during a 45-day fish-diatom exposure experiment. Although P. delicatissima did not produce domoic acid, it seemed to affect gills integrity which was visible by mucus overproduction. Stress induced by P. delicatissima exposure did not affect fish condition and physiological performances. This lack of effect on juvenile sea bass when considering single species exposure suggests that fish farm mortality rather result from a combination of processes linked to the whole phytoplankton community. This last hypothesis was tested by using mussel (Mytilus edulis) filtration efficiency upstream fish rearing tanks. The aim of this test case experiment was to estimate whether mussel efficiency significantly dampened the phytoplankton spring bloom and hence positively impacted on juvenile sea bass condition and physiological performances. As a result, juvenile sea bass reared in biofiltered seawater exhibited a significantly better condition (Fulton K Index) and physiological performances (growth and RNA:DNA ratio) than those reared in bulk seawater. This work highlights the need to generalize phytoplankton monitoring in aquaculture areas in order to identify potentially deleterious species, and to understand their dynamics. Methods permitting the early detection of potentially noxious species and associated phycotoxines are necessary to reach an optimal management of aquaculture facilities. Experimental approaches and test case experiments are also crucial to develop and test mitigation tools for dampening phytoplankton blooms impact on aquaculture.
Depuis les années 1980, la production aquacole a progressé de plus de 50% afin de répondre à la demande alimentaire d’une population humaine en constante augmentation. Le développement d'installations piscicoles en zones côtières, qu'il s'agisse de fermes à terre ou de cages en mer, les soumet aux contraintes environnementales et en particulier, les expose à des phénomènes naturels difficilement contrôlables tels que les efflorescences phytoplanctoniques. En mer du Nord, des mortalités printanières massives de bars (Dicentrarchus labrax; > 20 tonnes en avril-mai) sont observées dans une ferme aquacole. Ces mortalités semblent coïncider avec le développement et le déclin de l’efflorescence phytoplanctonique printanière et n'ont pas pu être expliquées par des pathologies aquacoles classiques (e.g. infections virales et bactériennes, parasitisme). Dans ce contexte, des effets délétères induits par le phytoplancton ont été suspectés et étudiés par le biais de quatre volets de recherche. La première étape de cette étude a été de caractériser la coïncidence entre l’efflorescence phytoplanctonique printanière et l’augmentation des mortalités à l’échelle pluriannuelle (2005 – 2013). Une analyse de données a permis d’établir une corrélation entre les données hebdomadaires de mortalité de poissons et les données de biomasse et d’abondance spécifique du phytoplancton. Elle a aussi conduit à l’identification de taxons potentiellement délétères de par leur toxicité potentielle (diatomées du genre Pseudo-nitzschia), leur impact sur le milieu (viscosité et anoxie; Phaeocystis globosa) et/ou leur forme piquante (Rhizosolenia, Pseudo-nitzschia). Un suivi saisonnier des communautés phytoplanctoniques conduit de Février à Novembre 2012, ainsi qu'au printemps 2013, dans l’eau d’alimentation de la ferme aquacole a permis d'identifier les espèces potentiellement délétères pour les poissons en considérant les dommages mécaniques et/ou toxiques qu’elles peuvent engendrer. Cette partie du travail s’est intéressée aux diatomées du genre Pseudo-nitzschia dont la diversité spécifique n'avait jusqu'alors pas été étudiée en baie sud de la mer du Nord. La microscopie électronique à balayage (MEB) a permis l'identification de 3 espèces: P. delicatissima, P. fraudulenta et P. pungens. Les concentrations en acide domoïque associées à la présence de ces diatomées démontrent sans équivoque la toxicité de P. pungens en automne et suggère une toxicité de P. fraudulenta et P. delicatissima. L'étude des conditions environnementales et biologiques (e.g. communautés phytoplanctoniques accompagnatrices) favorables à leur apparition met en évidence une limitation en azote et l'association entre P. delicatissima et P. globosa. Pseudo-nitzschia delicatissima étant l'une des diatomées dominantes au cours du printemps 2012, son éventuelle implication dans les mortalités de juvéniles de bars a été étudiée au cours d'une expérience d'exposition de 45 jours. Une irritation des branchies illustrée par la production excessive de mucus sur l'épithélium branchial a été observée, suggérant un stress d'exposition. Cependant, ce stress n'a pas eu d'incidence sur la condition des poissons ni sur leurs performances physiologiques. Il en ressort que les mortalités observées in situ seraient davantage liées à un effet de communautés plutôt qu'à une seule espèce. Cette dernière hypothèse a été testée en utilisant le pouvoir de filtration des moules (Mytilus edulis, bivalves suspensivores) en amont des bassins d'élevage. L'idée était ici de vérifier si la filtration biologique de l'eau de mer permettait de limiter l'ampleur de l'efflorescence phytoplanctonique printanière et ainsi, d'améliorer la condition et les performances physiologiques des juvéniles de bar. Cette étude a démontré que les poissons élevés dans de l'eau préalablement filtrée par les moules avaient effectivement une meilleure condition (indice K) et de meilleures performances physiologiques (croissance, rapport ARN : ADN) que ceux élevés dans l'eau de mer non filtrée. Ce travail de thèse souligne la nécessité de généraliser le suivi des communautés phytoplanctoniques dans les régions aquacoles afin d'identifier les espèces potentiellement délétères et de mieux comprendre leur dynamique.A ce titre le développement de méthodes de détection rapide d’espèces potentiellement délétères et de toxines apparait fondamental pour une gestion optimale des exploitations aquacoles. Il démontre également l'importance de l'approche expérimentale pour tester et développer de nouveaux outils de mitigation permettant d'atténuer l'impact des efflorescences phytoplanctoniques sur l'aquaculture.
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Dates et versions

tel-01329790 , version 1 (09-06-2016)

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  • HAL Id : tel-01329790 , version 1

Citer

Alice Delegrange. Impact du phytoplancton sur les juvéniles de bar (Dicentrarchus labrax) en milieu aquacole. Approches in situ et expérimentales. Biodiversité et Ecologie. Université du Littoral Côte d'Opale, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01329790⟩
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