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

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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(trice) de mémoire/thèse : Demers, Serge
Information complémentaire : 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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