Biodiversity and functioning of the benthic ecosystem in the West Gironde Mud Patch
Biodiversité et fonctionnement de l’écosystème benthique dans la Vasière Ouest Gironde
Résumé
Major rivers freshwater and sediment discharges strongly affect biodiversity and functioning of coastal marine ecosystems. They define marine regions influenced by continental inputs and high sedimentation rates (River-dominated Ocean Margins, or RiOMar), which are associated with benthic communities and biogeochemical processes whose functioning vary according to the temporal dynamics of particulate fluxes and the interaction of these latter with hydrodynamics. The West Gironde Mud Patch (WGMP) constitutes a pertinent model for this type of systems since it is the main preferential depositional area for particles from the Gironde estuary, and is located in a high-energy environment. Although its past and present sedimentary dynamics have been the subject of many studies, the analysis of the characteristics of its surface sediments in relation to organic matter, and of its biological compartment has been largely neglected. This thesis is aiming at better describing and understanding the spatio-temporal structure of the WGMP benthic ecosystem through the study of the sedimented particulate organic matter (POM) and the composition and activity of benthic macrofauna. A comparison is also achieved with the Rhône prodelta (RP)system, which has already been extensively studied. Although also characterized as a temperate area RiOMar, the RP differs from the WGMP both by the more pronounced seasonality of fluvial inputs and by the lower intensity of hydrodynamics in the receiving area. One synoptic (June 2018, 32 stations) and 4 seasonal (5 stations along an inshore-offshore gradient, October 2016-April 2018) sampling cruises were conducted in the WGMP under contrasting flow and hydrodynamics conditions. A wide range of parameters was measured: (1) surface sediment characteristics (grain size, sediment surface area, quantitative and qualitative descriptors of POM), (2) benthic macrofauna composition, and (3) biological activity traces (Sediment Profile Imaging). Based on the analysis of the spatial distribution of these parameters, my results confirm the WGMP subdivision into a proximal and a distal area, which had already been observed by sedimentological studies. They show the existence of marked gradients (i.e., between proximal and distal areas, and within the distal area) for most of the assessed parameters. The analysis of the correlation between these spatial changes and those of several controlling factors suggests the predominant role of hydrodynamics compared to Gironde estuary flow and bottom trawling. My results also show the evidence of significant temporal changes, with a seasonal component related to the spring bloom, overlaid with an inter-annual trend between 2016 and 2018 for the benthic macrofauna composition. In the latter, and for the 3 stations already sampled in 2010, my results finally point to the existence of major temporal changes between 2010 and 2016-2018. These changes are attributed to the succession of exceptionally severe storms that occurred during the 2013/2014 winter, which are suspected to have profoundly disturbed the WGMP benthic ecosystem and initiated a cicatrization sequence. Overall, an important distinction with the RP relates to the major role of hydrodynamics (i.e., compared to riverine inputs) in controlling the spatio-temporal structuration of the studied parameters. This difference tends to validate the transposition to temperate areas of the current RiOMar typology, which has been established on biogeochemical grounds and mostly based on the study of tropical and subtropical systems.
Les grands fleuves influencent fortement certaines régions côtières (i.e., les Riverdominated Ocean Margins, ou RiOMar), qui présentent de forts taux de sédimentation et auxquelles sont associés des communautés benthiques et des processus biogéochimiques dont le fonctionnement varie en fonction de la dynamique temporelle des flux particulaires et de leur interaction avec l'hydrodynamisme. La Vasière Ouest-Gironde (VOG) constitue un modèle pertinent pour ce type de systèmes puisqu’elle constitue la principale zone de dépôt primaire des particules issues de l'estuaire de la Gironde, et qu’elle est située dans un environnement hautement énergétique. Bien que sa dynamique sédimentaire ait fait l’objet de nombreux travaux, l’étude des caractéristiques (dont la matière organique associée) des sédiments superficiels, et de la macrofaune benthique y a été jusqu'à présent négligée. L’objectif de cette thèse consiste à mieux décrire la structuration spatio-temporelle de l’écosystème benthique de la VOG, via l’étude de la matière organique particulaire (MOP) sédimentée ainsi que de la composition de la macrofaune benthique et de son activité. Une comparaison a par ailleurs été effectuée avec le prodelta du Rhône qui a déjà beaucoup été étudié. Bien qu’également situé en zone tempérée, celui-ci diffère en effet de la VOG à la fois par la saisonnalité plus marquée des apports fluviaux ainsi que par la plus faible intensité de l'hydrodynamisme dans la zone réceptrice. Une campagne synoptique (juin 2018, 32 stations) et 4 campagnes saisonnières (5 stations le long d’un gradient côte-large, octobre 2016-avril 2018) ont été réalisées sur la VOG dans des conditions de débits et d’hydrodynamisme contrastées. Une large gamme de paramètres a été mesurée : (1) caractéristiques des sédiments superficiels (granulométrie, surfaces spécifiques, descripteurs quantitatifs et qualitatifs de la MOP), (2) composition de la macrofaune, et (3) traces d’activité biologique (imagerie de profils sédimentaires). Sur la base de l’analyse de la distribution spatiale de ces paramètres, les résultats obtenus confirment la subdivision de la VOG en une zone proximale et une zone distale qui avait déjà été mise en évidence par des études sédimentologiques. Ils montrent l’existence de gradients de profondeur (i.e., entre zones proximale et distale et à l’intérieur de la zone distale) marqués pour la plupart de ces paramètres. L’analyse des corrélations entre ces variations spatiales et celles de plusieurs facteurs de contrôle potentiels suggère le rôle prédominant de l’hydrodynamisme comparé à celui du débit de la Gironde et du chalutage de fond. Mes résultats montrent également l’existence de variations temporelles dont la composante saisonnière est liée à l’efflorescence printanière, et à laquelle se superpose une tendance interannuelle entre 2016 et 2018 pour la composition de la macrofaune benthique. Dans le cas de cette dernière, et pour les 3 stations déjà échantillonnées en 2010, mes résultats montrent enfin l’existence d’importants changements temporels entre 2010 et 2016-2018. Ces changements sont attribués à la succession de tempêtes exceptionnelles intervenues durant l’hiver 2013/2014, qui aurait profondément perturbé l’écosystème benthique de la VOG et initié une séquence de cicatrisation. De manière générale, une différence importante avec le prodelta du Rhône réside dans le rôle majeur joué par l’hydrodynamisme (i.e., par rapport aux apports fluviaux) dans le contrôle de la structuration spatio-temporelle des paramètres étudiés. Cette différence tend à valider la transposition aux zones tempérées de la typologie des RiOMar jusqu’ici établie sur des bases biogéochimiques et principalement à partir d’exemples tropicaux et subtropicaux.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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