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Le rôle du phytoplancton de petite taille (<20 um) dans les variations des propriétés optiques des eaux du Saint-Laurent

Mas, Sébastien (2008). Le rôle du phytoplancton de petite taille (<20 um) dans les variations des propriétés optiques des eaux du Saint-Laurent. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 314 p.

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Résumé

Ces dernières années, l'estimation de la biomasse phytoplanctonique et de la production primaire à grande échelle s'est développée à partir de signaux satellitaires. Ces estimations sont basées sur la mesure de la couleur des océans, une propriété optique largement déterminée par les propriétés optiques inhérentes (lOPs) des eaux de surface. Les IOPs des océans, telles que les coefficients d'absorption et de diffusion de l'eau de mer, varient principalement en fonction du contenu de la masse d'eau en matière particulaire, inorganique et organique (i.e., phytoplancton, bactéries et virus) ainsi qu 'en matière organique dissoute colorée (CDOM). Les variations des IOPs peuvent résulter de changement d ' abondance ou de propriétés optiques des assemblages phytoplanctoniques. Le phytoplancton de petite taille «20 !lm) est le plus souvent dominant dans les océans, et peut donc être une source importante de variation des IOPs dans les océans. Un programme de validation des données SeaWiFs a été mi s en place dans l'Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent, afin d'élaborer des algorithmes permettant d'estimer les concentrations en chi-a. Dans ce contexte, ce projet de doctorat a pour objectif principal de définir l'impact du phytoplancton «20 !lm) sur les variations des propriétés optiques du Saint-Laurent. Afin d 'attei ndre cet objectif, il est nécessaire de déterminer en milieu contrôlé les facteurs de variabilité des propriétés optiques cellulaires et des IOPs du phytoplancton «20 !lm) des eaux du Saint-Laurent, et d'évaluer la contribution du phytopl ancton «20 !l m) aux propriétés optiques totales des eaux du Saint-Laurent. La première expérience visait à étudier les variations des propriétés optiques de deux espèces communes dans les eaux du Saint-Laurent, Imantonia rotunda (haptophyte) et Thalassiossira pseudonana (diatomée) en réponse au cycle jour-nuit et à un stress lumineux. Les résultats ont montré, dans le cas d'I. rotunda, que les propriétés optiques cellulaires pouvaient présenter une périodicité liée à la synchronisation de la divi sion cellulaire. L'amplitude des variations journalières des propriétés optiques et cellulaires était généralement importante sous l'influence du cycle jour-nuit. De plus, l' augmentation de l'intensité lumineuse entraînait une augmentation du volume cellulaire (pour la di atomée) et des changements pigmentaires (pour les deux espèces), et amplifiait les variations journalières de la plupart des propriétés optiques et cellulaires. Par conséquent, les variations journalières des propriétés optiques et de la pigmentation associées au cycle journuit et amplifiées par des changements concomitants d'intensité lumineuse, contribueraient significativement à la variabilité des propriétés optiques observée dans les études biooptiques en milieu naturel. Dans la deuxième expérience, l' influence de l'état physiologique, associé aux phases de croissance (latence, exponentielle, stationnaire et déclin), sur les propriétés optiques du phytoplancton a été étudiée sur quatre espèces phytoplanctoniques également communes dans les eaux du Saint-Laurent (Thalassiossira pseudonana, Alexandrium tamarense, Imantonia rotunda et Nannochloropsis sp.). Les propriétés optiques totales et cellulaires différaient selon les espèces, mai s aussi en fonction de la phase de croissance. Les phases de croissance altéraient le spectre d'absorption spécifique à la chI-a, ainsi que les relations entre les ratios d' absorption du phytoplancton (aph(440)/aph(488) et aph(440)/aph(555» et les ratios pigmentaires (caroténoïdes photoprotecteurs (PPC)/chl-a et caroténoïdes photosynthétiques (PSC)/chl-a), qUI n'étaient significatives que pour les phases exponentielles et stationnaires. Le spectre de diffusion était également affecté par les phases de croissance; en effet, aux courtes longueurs d'onde le coefficient de diffusion normalisé (bpCA)/bp(555» était plus fort pour des cellules phytoplanctoniques en phase de latence ou de déclin. De plus, la présence de bactéries et de détritus, due au vieillissement des cultures, déformait le spectre de diffusion normalisé et modifiait la relation entre le coefficient de diffusion du phytoplancton (bph) et la concentration en chi-a. Les bactéries et les particules détritiques affectaient la variabilité des IOPs totales, particulièrement la diffusion, en modifiant la distribution de taille des particules. Par conséquent, les variations des propriétés optiques associées aux assemblages planctoniques et/ou à la phase de croissance peuvent contribuer à altérer la couleur des océans, particulièrement pendant les périodes de floraison, et devraient être prises en compte dans les études bio-optiques en milieu naturel. Afin d'évaluer la contribution du phytoplancton «20 /lm) à la variabilité des propriétés optiques totales des eaux de surface du Saint-Laurent, deux campagnes océanographiques, SeaWiFs 2000 (mai-juin) et 2001 (avril-mai), ont été conduites dans l'Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent (Canada), au cours desquelles la di stribution de l'abondance et des propriétés optiques du pico-, ultra- et nanophytoplancton «2, 2-5 et 5- 20 /lm, respectivement) ont été examinées. La floraison printanière, localisée dans l'Estuaire en mai 2000 et dans le Golfe en avril 2001, était dominée par des espèces de diatomées diffèrentes entre les deux années. Cependant, les abondances de phytoplancton <20 /lm les plus fortes étaient retrouvées dans le Golfe, et largement dominées par le picophytoplancton. En dehors des périodes de florai son, la contribution du phytoplancton <20 /lm à l'absorption du phytoplancton était plus importante, et majoritairement due au nanophytoplancton. Les différences régionales étaient évidentes pour les propriétés d'absorption, qui résultaient de la composition taxonomique, et pour les propriétés de diffusion, par exemple, la contribution du phytoplancton <20 /lm à la diffusion totale était plus élevée dans le Golfe que dans l'Estuaire, même si elle était généralement faible. En plus de la variabilité spatiale, les propriétés optiques cellulaires présentaient des variations journalières. Ces variations étaient particulièrement prononcées pour le picophytoplancton, dont la périodicité était reliée à la synchronisation de la divi sion cellulaire; alors que les variations journalières de l'ultra- et du nanophytoplancton reflétaient des process us de photoacclimatation. Contrairement aux propriétés optiques cellulaires, les IOPs ou les relations entre IOPs et composition pigmentaire n'étaient pas affectées par les variations journalières. D'autre part, la plupart des différences de propriétés bio-optiques, particulièrement l'absorption, étaient attribuables à la contribution du phytoplancton <20 /lm; ceci confirme l'importance de la structure de taille des communautés phytoplanctoniques dans les modèles bio-optiques appl iqués au Saint-Laurent. L'ensemble des résultats de cette thèse a permis de mettre en évidence l'importance des mécanismes de photoacclimatation et de synchronisation du cycle cellulaire du phytoplancton sur les variations journalières des IOPs et l'importance de l'état physiologique relié au stade de croissance sur les variations temporelles à long terme des IOPs. De plus, le phytoplancton <20 !lm contribue de manière importante aux IOPs et à leur variabilité dans l'Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent, et ce particulièrement pour l'absorption. Cette étude de doctorat souligne donc l'importance du phytoplancton <20 !lm sur la variabilité des IOPs des océans.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Demers, Serge
Informations complémentaires: Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie (Philosophiae doctor (océanographie)). Publié aussi en version papier.
Mots-clés: Phytoplancton Petit Taille Effet Impact Role Variation Propriete Optique Eau Saint-laurent Estuaire Golfe
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 03 févr. 2011 18:17
Dernière modification: 03 févr. 2011 18:17
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/200

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