Thèse Année : 2024

Dynamics of particulate organic matter composition at the continent-ocean interface

Dynamique de la composition de la matière organique particulaire à l’interface continent-océan

Résumé

Particulate organic matter (POM) plays a key role in the functioning of the ecosystems of the continent-ocean aquatic continuum. POM can be composed of several sources produced in situ (phytoplankton, microphytobenthos, macroalgae) or imported from adjacent ecosystems (terrestrial POM, anthropogenic POM, river, estuarine or marine phytoplankton). Along the fluvial-estuarine continuum, the contribution of each source to the composition of POM varies seasonally and between ecosystems and is strongly influenced by environmental processes (e.g., primary production, deposition-resuspension, remineralisation). This thesis aims to improve (1) the characterisation of the isotopic and elemental signatures of POM sources, (2) the quantification of the composition of POM originating from rivers and being transformed in estuarine systems, (3) the description of the spatiotemporal variability of POM and (4) the understanding of the environmental forcings of this variability. To this end, the composition of POM was estimated using mixing models over twenty-four temperate fluvial-estuarine systems using isotopic and elemental ratios of carbon and nitrogen (δ13C, δ15N and C/N), as well as hydrogen as prospective methodological work (δ2Hn). The spatiotemporal variability of each of the POM sources was then linked to environmental parameters using multivariate statistics to determine their forcings. Finally, a comparison of systems based on the dynamics of POM composition was proposed. Four types were identified among the twenty-three rivers studied: (1) rivers with POM dominated by labile terrestrial material over the annual cycle, (2) rivers with POM composed of labile terrestrial material and phytoplankton, with marked seasonality due to seasonal blooms or (3) with no marked seasonality, and finally (4) rivers with POM composed of labile terrestrial POM, refractory POM and phytoplankton, linked to contrasting seasonal conditions. The five estuaries studied showed contrasting dynamics in terms of POM composition. In the Elorn and Leyre, riverine POM is replaced at low salinity by phytoplankton produced in the estuary throughout the year. The Aulne functioning is similar but there is a transport of riverine POM further downstream during winter. The Loire estuary POM is composed solely of autotrophic POM, alive in spring or degraded in winter. Finally, the Gironde estuary POM is dominated by refractory terrestrial material throughout the annual cycle. Along the fluvial-estuarine continuum, the fluvial POM has a contrasting composition and spatio-temporal dynamics. The composition of this river-borne POM is then transformed along the estuary into a refractory form by degradation and/or is supplemented by autotrophic living POM produced in situ.

La matière organique particulaire (MOP) joue un rôle clef dans le fonctionnement des écosystèmes constituant le continuum aquatique continent-océan. La MOP peut être composée de plusieurs sources produites in situ (phytoplancton, microphytobenthos, macroalgues) ou importées depuis les écosystèmes adjacents (MOP terrestre, MOP anthropique, phytoplancton fluvial, estuarien ou marin). Le long du continuum fluvio-estuarien, les proportions de chaque source dans la composition de la MOP varient au cours des saisons et entre les écosystèmes, fortement influencées par des processus environnementaux (ex. production primaire, sédimentation / remise en suspension, reminéralisation). L’objectif de cette thèse est d’améliorer (1) la caractérisation des signatures isotopiques et élémentaires des sources de MOP, (2) la quantification de la composition de la MOP provenant des fleuves et étant transformée dans les systèmes estuariens, (3) la description de la variabilité spatio-temporelle de la MOP et (4) la compréhension des forçages environnementaux à cette variabilité. Pour ce faire, la composition de la MOP a été estimée à l’aide de modèles de mélanges sur vingt-quatre systèmes fluvio-estuariens tempérés en utilisant les rapports isotopiques et élémentaires du carbone et de l’azote (δ13C, δ15N et C/N), ainsi que de l’hydrogène comme travail méthodologique prospectif (δ2Hn). La variabilité spatio-temporelle de chacune des sources de la MOP a ensuite été liée à des paramètres environnementaux à l’aide de statistiques multivariées pour en déterminer les forçages. Enfin, une comparaison des systèmes au regard de la dynamique de la composition de la MOP a été proposée. Quatre types ont été identifiés parmi les vingt-trois fleuves étudiés : (1) les fleuves à la MOP dominée par du matériel terrestre labile sur le cycle annuel, (2) les fleuves dont la MOP est composée de matériel terrestre labile et de phytoplancton, avec une saisonnalité marquée due à des efflorescences saisonnières ou bien (3) sans saisonnalité marquée, et enfin (4) les fleuves à la MOP composée de MOP terrestre labile, réfractaire et de phytoplancton, en lien avec des conditions saisonnières contrastées. Les cinq estuaires étudiés présentent des dynamiques de compositions de MOP contrastées. Dans l’Elorn et la Leyre la MOP fluviale est remplacée aux faibles salinités par du phytoplancton produit dans l’estuaire toute l’année. L’Aulne fonctionne de manière similaire mais transporte plus en aval la MOP fluviale dans des conditions hivernales. L’estuaire de la Loire présente une MOP composée uniquement de MOP autotrophe, vivante au printemps ou dégradée en hiver. Enfin, l’estuaire de la Gironde présente une MOP dominée par du matériel terrestre réfractaire sur tout le cycle annuel. Le long du continuum fluvio-estuarien, la MOP fluviale présente une composition et une dynamique spatio-temporelle contrastée. Cette MOP apportée par les fleuves voit sa composition ensuite transformée le long de l’estuaire sous une forme réfractaire par dégradation et/ou est additionnée de MOP vivante autotrophe produite in situ.

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Citer

Florian Ferchiche. Dynamique de la composition de la matière organique particulaire à l’interface continent-océan. Ingénierie de l'environnement. Université de Bordeaux, 2024. Français. ⟨NNT : 2024BORD0429⟩. ⟨tel-04932872⟩
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