Search

International audience; Il est aujourd’hui largement reconnu que l’océan subit de plein fouet les conséquences du changement climatique lié aux émissions croissantes de gaz à effet de serre par les activités humaines, en particulier de CO2. A cet égard, le rapport spécial du GIEC1 sur les océans et la cryosphère, adopté le 24 septembre 2019 à Monaco, est édifiant. Ce travail imposant, rassemblant sur plus de mille pages l’évaluation et la synthèse de près de7000 publications scientifiques, fait le point sur les conséquences déjà observables du changement climatique sur les océans : montée du niveau de la mer, réchauffement des eaux, migrations de certaines espèces, dégradation des écosystèmes, acidification, extension des zones mortes, cette longue liste montre à quel point il est urgent de préserver la santé des océans et les populations qui en dépendent, particulièrementvulnérables dans les pays du Sud. Une part considérable des efforts de recherche en océanographie vise à anticiper ces effets, afin d’avertir les politiques publiques pour tenter d’en limiter les dégâts et ainsi participer à la mise en place de solutions d’adaptation et de mitigation.

International audience

International audience; For years, piezometric times series recorded in boreholes located nearby the shore clearly highlight multifarious interactions between the aquifer and the shoreface. Beyond the usual signature of earth tide observed almost everywhere, measurements show that piezometric cycles and trends, as well as particular groundwater flows in the coastal aquifer, may be driven by oceanic tide, infragravity/wave spectra, shoreline edge wave or wind-/wave-driven setup. At a given station, the groundwater dissipation of the marine signal should be proportional (i) to the frequency of the source and (ii) to the distance between the station and the shoreline. Assuming that those two effects can be distinguished, a full spectral analysis of piezometric time series at the station would reveal the nature of the marine processes at the source of the recorded perturbations. Along the western French Mediterranean coast, a high-resolution hydro-geophysical observatory (several boreholes qualifying each layer of the Roussillon aquifer) was set up to quantify such interactions in terms of piezometric level and conductivity dynamics. We use data from this observatory to characterise how and how much coastal groundwaters are controlled by meteomarine forces. We define a set of prospective meteo-marine conditions (mainly wave, wind and water level) ranging from fair to extreme weather. Then, a non-hydrostatic Darcy solver with free water table is designed by our team to question this specific problem. After a model calibration with data from the observatory, we massively calculate marine-controlled water table and groundwater flow dynamics. From such a comprehensive dataset, we delineate numerical-derived relationships between marine forcings and coastal groundwater behaviours. This exploratory work highlights the fact that marine influence on coastal aquifers may have been underestimated and could result in severe consequences on coastal water resources under certain conditions, which are discussed.

In this thesis, we show the effects of the surface current on the wave field with a particular interest in the significant wave height (Hs) variability and how Hs spatial gradients are related to the underlying current gradients. With a theoretical and idealized framework, we show that the current-induced refraction leads to a spatial redistribution of the wave action resulting in an inhomogeneity in the Hs field. Then, this inhomogeneity is described in an idealized numerical framework in an isolated mesoscale eddy. The nonlocal effects of the current in the Hs field have been highlighted in this study. Also, the variability of the Hs field is much more important in an eddy field dynamical at the meso- and the submesoscale range than in an eddy with a Gaussian shape. As eddies are not isolated in the ocean, we studied Hs gradients in a realistic framework in the Agulhas current. The sharp Hs gradients monitored by the new filtered altimeter data, are, on average, reproduced by the numerical wave models if forcing currents are sufficiently resolved. It proved the importance of small scale currents in the wave action spatial redistribution. The proportionality between the spatial gradients of the surface Kinetic Energy and Hs has been verified both by the numerical outputs and altimeter data at the mesoscale range. The directional data from SWIM sensors have shown first results motivating for future studies of current effects on the waves., Dans cette thèse, nous présentons les effets des courants sur les vagues avec un intérêt particulier pour la variabilité de leurs hauteurs significatives (Hs) et comment leurs gradients spatiaux sont liés aux gradients spatiaux des courants sous-jacents. Dans un premier temps, nous montrons, dans un cadre théorique et simplifié que la réfraction des vagues induite par les gradients de courants se traduit par une redistribution spatiale de l’action des vagues, conduisant à une inhomogenéité dans le champ des Hs. Ensuite, cette inhomogéneité est étudiée dans un cadre numérique idéalisé dans un tourbillon océanique isolé de mésoéchelle. Cette étude permet de souligner l’effet non local des courants sur les Hs. Aussi, dans un tourbillon dynamique à la fois à la méso- et à la sousmésoechelle, la variabilité du champ des Hs est bien plus importante que pour un tourbillon gaussien.Comme les tourbillons ne sont pas isolés en réalité, nous étudions les gradients spatiaux des Hs dans un cadre réaliste dans le courant des Aiguilles. Les forts gradients observés par les nouvelles données altimétriques filtrées sont, en moyenne, reproductibles par les modèles de vagues si les courants de forçages sont suffisamment résolus démontrant l’importance des petites échelles dans la redistribution de l’action des vagues par les courants. La proportionnalité entre les gradients d’énergie cinétique de surface et les gradients de Hs est vérifiée à la fois par les données altimétriques et le modèle sur toute la gamme de la mésoéchelle. Les mesures directionnelles du capteur SWIM ont montré de premiers résultats motivant quant à l’observation des effets des courants sur le champ de vagues et de ses paramètres.

Fluorescence is a practical method implemented in the BioGeoChemical-Argo (BGC-Argo) network for estimating the chlorophyll a concentration (Chla), a widely used proxy of phytoplankton biomass. Despite a strong correlation between the Chla and fluorescence signal on restricted spatial and temporal scales, large regional variations with a clear latitudinal gradient in the Chla-to-fluorescence ratio, referred to as “slope factor”, have been observed in the global ocean. This indicates the potential influence of phytoplankton community composition, resulting from the combined effects of phytoplankton absorption and quantum yield of fluorescence. As phytoplankton communities play a key role in global biogeochemical cycles, it is critical to understand their variability to accurately determine Chla. In order to examine the role of phytoplankton community composition on the fluorescence signal, we used a global concurrent dataset of Chla estimated from BGC-Argo float fluorescence measurements and High-Performance Liquid Chromatography determinations, as well as phytoplankton absorption measurements. The community composition of phytoplankton shows a strong influence on absorption, with smaller cells characterized by reduced package effect and high absorption by accessory pigments in the blue spectral region. The quantum yield of fluorescence presents a clear trend with lower values in oligotrophic areas than in high latitude regions. In oligotrophic regions, picophytoplankton exhibit low values of the fluorescence quantum yield, which we attribute to the non-photosynthetic pigment zeaxanthin. The present work, showing that the slope factor is significantly correlated to the size structure of phytoplankton communities, is a first step towards a better estimation of Chla from BGC-Argo floats. Different methods have been proposed for assessing community size structure from BGC-Argo floats and thus could be used to better constrain the calibration of fluorescence in Chla.

Sediment transport modeling in shallow coastal waters is a challenging topic, especially in macrotidal environments where large intertidal areas are subjected to rapid wave transformation and breaking, complex patterns of tidal currents, and dynamic bedforms. Quantifying the sediment fluxes from the inner shelf to the shoreface is crucial to understand the long-term evolution of such embayment. The bay of Somme, facing the English Channel in North-West France, is a particularly relevant environment to tackle these issues. Known for its megatidal range (up to 10m in spring tides), it is in front of a large subtidal sediment source known as the Picard prism. The intertidal area, more than 6 km-wide, features highly dynamic dune fields and tidal channels. The aim of the study is to evaluate the sediment fluxes between the Picard prism and Bay of Somme using numerical modeling and in-situ observations. The first step is to build a numerical configuration which combines the hydrodynamic model CROCO, the spectral wave model WaveWatch-III and the USGS sediment transport model. Three nested grids have been created (100m, 30m, 10m) that are forced at the boundaries by tide, wind, wave spectra and fluvial discharge. Numerical results were tested against ADCP and tidal gauge data. The main conclusions are: i) the flow velocity and the sea surface height are in agreement with observations with a mean RMSE around 0.1m/s and 0.17m for current velocity and sea surface height, respectively ii) a time delay varying between 10 and 30 minutes is observed at some locations, iii) the contribution of the Somme River has very little influence on the results due the low flow discharge for the considered period, iv) the longshore current is well simulated by the coupled model. One of the main limitations of our modeling is due to a bathymetry that was not recorded at the same time as the measurements. Prospects for future work will be to add the USGS sediment transport model in the coupling and to simulate sediment fluxes.

The dynamics of suspended particulate matter play a major role in water quality, carbon fluxes and ecosystem dynamics in the coastal ocean. However, the interlocking spatial (from meters to hundreds of kilometers) and temporal (from seconds to months) scales of coastal processes make the study of hydro-sedimentary dynamics challenging, especially during extreme events such as storms and floods. Improving our ability to understand, simulate and predict sediment dynamics in the coastal zone requires improving the resolution, extent and duration of oceanographic measurements. In this context, the contribution of autonomous underwater gliders, which allow the observation of fine-scale hydrology and hydrodynamics over part or all of the continental shelf, and over long periods of time, is investigated. The objective of this thesis is to develop the processing chain and to explore the capability of a glider newly equipped with an acoustic Doppler current profiler to study hydro-sedimentary processes, particularly during extreme events. The methodology used is based on a combined analysis of data from traditional platforms (moorings, ships, satellites), numerical simulations and data acquired in situ from gliders, through experiments conducted in the Rhone plume (2016 and 2017 campaigns) and on the continental shelf of the Gulf of Lion (2018). The thesis details the development and validation of a processing chain allowing the simultaneous analysis of hydrological and hydrodynamic data from underwater gliders. This open-source code of this “toolbox” was made available to the community on the GitHub platform. The first experiment detailed (i) the fine-scale hydrological and hydrodynamic structures of the region under the influence of the Rhone plume, (ii) the contribution of acoustic and optical measurements to differentiate the granulometric populations (fine vs. aggregates) of suspended particles, and (iii) the complementarity with satellite ocean colour data. The second experiment observed the spatiotemporal variability of currents and sediment dynamics induced by a strong easterly storm on the continental shelf. Coupled with numerical modeling, it highlighted the role of waves on resuspension on the outer shelf and made it possible to characterize the trajectories and extent of particle transport during this energetic event. The results clearly demonstrate the interest of gliders equipped with optical and acoustic sensors for monitoring currents and turbidity in the coastal zone over periods of several weeks to several months, essential for capturing episodic flood and storm events, the main drivers of sediment dynamics., La dynamique de la matière en suspension joue un rôle majeur dans la qualité de l’eau, les flux de carbone et la dynamique des écosystèmes de l’océan côtier. Cependant, l’imbrication des échelles spatiales (du mètre à la centaine de kilomètres) et temporelles (de la seconde à plusieurs mois) des processus côtiers rend l’étude de la dynamique hydro-sédimentaire délicate, notamment lors d’événements extrêmes, comme les tempêtes et les crues. L’amélioration de notre capacité à comprendre, simuler et prévoir la dynamique des sédiments dans la zone côtière nécessite d’améliorer la résolution, l’étendue et la durée des mesures océanographiques. Dans ce contexte, l’apport des planeurs sous-marins autonomes est examiné, leur conception permettant d’observer sur des périodes longues et à fine échelle l’hydrologie et l’hydrodynamique d’une partie ou de l’ensemble du plateau continental. L’objectif de cette thèse est d’élaborer une chaîne de traitement et d’explorer la capacité d’un planeur nouvellement équipé d’un profileur de courant acoustique à effet Doppler pour l’étude des processus hydro-sédimentaires, en particulier lors d’événements extrêmes. La méthodologie utilisée se base sur une analyse combinatoire de données provenant de plateformes traditionnelles (mouillages, navires, satellites), de simulations numériques et de données acquises in situ à partir des planeurs, au travers d’expériences conduites au niveau du panache rhodanien (campagnes de 2016 et 2017) et sur le plateau continental du Golfe du Lion (2018). La thèse détaille le développement et la validation d’une chaîne de traitement permettant d’analyser simultanément les données hydrologiques et hydrodynamiques de planeurs sous-marins. Le code source libre de cette « boîte à outils » a été mis à disposition de la communauté sur la plateforme GitHub. La première expérience a permis de détailler (i) les structures hydrologiques et hydrodynamiques à fine échelle de la région sous influence du panache du Rhône, (ii) l’apport des mesures acoustiques et optiques pour différentier les populations granulométriques (fines vs. agrégats) des particules en suspension, et enfin (iii) la complémentarité avec les données satellites de couleur de l’eau. La seconde expérience a permis d’observer la variabilité spatio-temporelle des courants et de la dynamique sédimentaire induits par une tempête d’est sur le plateau continental. Couplée à la modélisation numérique, elle a mis en évidence le rôle des vagues sur la resuspension au niveau du plateau externe, et permis de caractériser les trajectoires et l’étendue du transport particulaire durant cet événement énergétique. Ces résultats démontrent clairement l’intérêt des planeurs équipés de capteurs optiques et acoustiques pour le suivi des courants et de la turbidité dans la zone côtière sur des périodes de plusieurs semaines à plusieurs mois, essentiels pour capter des événements épisodiques de crues et tempêtes, principaux moteurs de la dynamique sédimentaire.

In the marine realm, many coastal species disperse thanks to ocean currents during their early life stages by drifting propagules (eggs, larvae, fruits, etc.). Such exchanges of individuals or genes induce connectivity, which influences fundamental processes like population dynamics and genetic diversity. In this thesis, we combine Lagrangian modelling of transport processes with biological as well as genetic data observed in the Mediterranean Sea for almost 50 phylogenetically divergent species, to characterise spatial patterns of demographic connectivity and model genetic connectivity arising from consecutive dispersal events. We assess, for the first time, genetic cohesiveness among populations that share a common ancestor and show that it outperforms all previous approaches of gene flow predictions. Our work offers great promises to better understand and evaluate connectivity through passive dispersal, an essential pre-requisite for appropriate management and conservation of marine ecosystems and biodiversity., Dans l’océan, de nombreuses espèces sédentaires dispersent durant leurs premiers stades de vie en relâchant dans la colonne d’eau des cohortes de propagules (œufs, larves, fruits, etc.) qui sont ensuite transportées par les courants marins. La connectivité, processus qui caractérise de tels échanges d’individus et de gènes dans l’espace, est cruciale dans la dynamique démographique et la diversité génétique des populations marines. En combinant des simulations de transport de propagules par les courants marins avec des données biologiques et génétiques observées en mer Méditerranée pour près de 50 espèces différentes, cette thèse a permis de caractériser les patrons spatiaux de connectivité démographique et de définir la connectivité génétique à partir d’événement successifs de dispersion. On a pour la première fois estimé la probabilité pour deux populations de partager des ancêtres communs, ce qui s’avère être le meilleur modèle pour prédire le flux de gènes. Ces travaux proposent de nouvelles avancées méthodologiques favorisant la compréhension de la connectivité multi-échelle qui est essentielle à une bonne gestion et sauvegarde des écosystèmes.

The vertical mixing in the deep ocean is an important process for the functioning of thermohaline circulation and also for the global climatic system. L'actinium-227 (227Ac) is a natural radioactive isotope product by the protactinium-231 (231Pa) decay in deep marine sediment. The short half-life of this isotope (22 years) makes it a specific tracer of vertical mixing of deep ocean. 227Ac analysis by nuclear counting used until now required from 50 to several hundred liters of water for a limited accuracy. This limited strongly the use of 227Ac in oceanography until today. During this thesis, we developed a join 231Pa-227Ac purification protocol suitable for 10L seawater sample, to perform analysis by MC-ICPMS. In addition to these two isotopes, this separation protocol provides different fractions that can be used to other tracers (Nd, Ra or Th isotopes) from the same water sample.This protocol was applied to archival samples collected during the Bonus GoodHope cruise, in the Southern Ocean. 231Pa was measured at the same time as 227Ac because its analysis is essential to exploit 227Ac data. These new 231Pa data support the previous hypothesis of a strong affinity toward the opal produced by the diatoms and allow to refine the transport of radionuclides along slopping isopycnal surfaces at the South of the ACC. Results from 227Ac data gave estimates of the vertical eddy diffusion coefficient of 1 cm2/s over the mid-ocean ridge, of 14 cm2/s near the African margin due to an enhanced turbulence and of the order of 30 cm2/s in the Weddell gyre. An application of these values is proposed to describe the concentration and isotopic signature distributions of Nd near the continental margin., Le mélange vertical dans l'océan profond est un processus important pour le fonctionnement de la circulation thermohaline océanique et donc pour le système climatique global. L'actinium-227 (227Ac) est un isotope radioactif naturel produit par désintégration du protactinium-231 (231Pa) dans les sédiments marins profonds. Comme il est soluble, il diffuse dans les eaux de fond. Sa demi-vie courte (22 ans) en fait un traceur spécifique du mélange vertical dans l'océan profond. L'analyse de 227Ac par comptage nucléaire utilisé jusqu'à maintenant nécessite de 50 à plusieurs centaines de litres d'eau et reste malgré tout peu précises. Ceci a limité l'utilisation du 227Ac en océanographie. Au cours de cette thèse, nous avons développé un protocole commun de séparation et d'analyse de 227Ac et 231Pa par MC-ICPMS à partir de 10L d'eau de mer. En plus de ces deux isotopes, ce protocole de séparation produit différentes fractions pouvant permettre d'analyser d'autres traceurs (isotopes du Nd, Ra ou Th) sur un même échantillon d'eau.Ce protocole a été appliqué à des échantillons d'archives prélevés lors de la campagne Bonus GoodHope, dans le secteur Atlantique de l'océan Austral. Le 231Pa a été analysé en parallèle du 227Ac, dont l'analyse est primordiale pour exploiter les données de 227Ac . Ces nouvelles données de 231Pa ont conforté la théorie de sa forte affinité pour l'opale produite par les diatomées et a permis d'affiner le modèle de transport des radionucléides le long des isopycnes remontant au sud de l'ACC. Les résultats obtenus de 227Ac ont permis d'estimer des coefficients de mélange turbulent de 1 cm2/s au-dessus de la dorsale océanique, de 14 cm2/s à cause d'une turbulence accrue près de la marge africaine et de l'ordre de 30 cm2/s dans le gyre de Weddell. Une application de ces valeurs est notamment proposée pour décrire la distribution de la concentration et de la signature isotopique du Nd, à l'aide d'un modèle prenant en compte les processus près de la marge continentale.

International audience; The offshore eastern Mayotte area has been extensively studied since the outbreak of the seismo-volcanic crisis in May 2018. Several oceanographic surveys have been carried out by REVOSIMA – https://doi.org/10.18715/MAYOTTE.REVOSIMA (MAYOBS cruises -https://doi.org/10.18142/291) for monitoring purpose, or for academic research (SISMAORE - https://doi.org/10.17600/18001331 and SCRATCH cruises - https://doi.org/10.17600/18002274). They offer a complete coverage of the eastern slope and abyssal plain with multibeam bathymetry and backscatter imagery, sub-bottom profiler (SBP), and several sediment cores. This set of data offers the opportunity to describe the morphology of the area and details the first tens of meters of the sedimentary succession on the abyssal plain.We discover several features including faults, domes and massive chaotic deposits that developed or occurred during Quaternary in the vicinity of the new Fani Maore Volcano. Domes are interpreted as forced folds related to the intrusion of a large sill at depth. The main fault crossing the largest forced fold is a succession of en-echelon segments with vertical throws of up to 8 meters and a preferential N130° strike compatible with the present day regional dextral context. Analysis of the SBP profiles reveals that faulting and doming associated to sill intrusion occurred simultaneously, and together with the deposition of two massive (several km3) and chaotic lobes at the foot of the Mayotte slope. Sediment cores collected over or close to the massive deposits indicate a mixed bioclastic-volcanoclastic content with a large amount of pumices, whose aspect and chemical composition are identical to volcanic edifices located on the upper slope (Horseshoe Volcano) or onshore (Petite-Terre). Backscatter imagery also reveals streaks that cover the lobes and trace back to the same upper slope area. Analysis of bioclasts from a core catcher stopped in the upper part of the deposit shows a large variety of foraminifers, shells fragments, with a little proportion originating from the upper-slope and shelf. We propose that these massive lobe deposits might have occurred as the pumice-dominated material ejected at HV or PT flows downslope, thus reworking and incorporating a substantial amount of hemipelagic deposits along the slope and over the abyssal plain. These observations suggests that a tectono-magmato-volcanic event occurred during recent geological time (Late Pleistocene according to early estimations). At least one comparable set of similar and synchronous features appears on our dataset thus implying the occurrence of a similar event, earlier in the Pleistocene. The correlations between these events and the activity at HV and PT volcanic centers are critical, as it would provide a recurring scenario to compare with present day seismo-volcanic crisis at Mayotte.This work is funded by REVOSIMA, ANR funded COYOTES project, and internal BRGM Project PDEV MAYOTTE.

International audience; The Sargassum is an invasive species of algae that aggregates and drifts in the open ocean. Since the last decade, Sargassum is observed at unusually high quantities from the Caribbean Sea to Brazil up to the coast of Northwest Africa. Remote sensing is a powerful mean to detect these brown algae in the open ocean and estimate their abundance. The Maximum Chlorophyll Index (MCI) is able to detect Sargassum at the sea surface using their specific red and NIR reflectances. However, the Caribbean Sea, rough waters and strong winds (>4m.s-1) can often immerse the aggregations to more than 1 meter deep. However, water strongly absorbs in the red and NIR domain, then the MCI could fail to detect the immersed Sargassum aggregations. One previous study (Descloitres et al 2021) adapted the semi-analytical model developed by Lee et al. (Appl. Opt., 1999) to estimate the abundance and the depth of the Sargassum aggregation from the surface reflectance. A neural network was trained here using simulated data based on the physical model, to estimate parameters (coverage and depth) of the Sargassum aggregations from Sentinel-3/OLCI surface derived reflectances. The neural network enables to analyze large datasets of Sentinel-3/OLCI scenes for a short computing time.In this study, more than 300 Sentinel-3/OLCI scenes centered in the Caribbean Sea were analyzed using the neural network, to determine the Sargassum coverage and the depth of the aggregations. The work focuses on the year 2021 for which the Caribbean Sea was strongly impacted by Sargassum strandings. Satellite data will enable to better understand the spatial distribution and the seasonal cycle of the immersed Sargassum aggregation in the Caribbean waters. The purpose of the study is also to identify existing patterns and factors leading to the immersion of Sargassum. As an example, a correlation was found between the wind speed (> 4m s-1) and the amount of immersed Sargassum aggregation. The temporal variability of the immersed Sargassum aggregation would improve the stranding forecast.

International audience; The effect of environmental change in structuring the phytoplankton communities of the coastal waters of the Eastern English Channel was investigated by applying a trait-based approach on two decades (1996-2019) of monitoring on diatoms and Phaeocystis . We show that phytoplankton species richness in an unbalanced nutrient supply context was influenced by wind-driven processes, ecological specialization for dissolved inorganic phosphorous, temporal niche differentiation, and a competition-defense and/or a growth-defense trade-off, a coexistence mechanism where weak competitors (i.e., slower growing) are better protected against predation. Under the influence of both environmental perturbations (e.g., wind-driven processes, freshwater influence, unbalanced nutrient levels) and biotic interactions (e.g., competition, predation, facilitation), phytoplankton species exhibited specific survival strategies such as investment on growth, adaptation and tolerance of species to environmental stresses, silicification and resource specialization. These strategies have led to more speciose communities, higher productivity, functional redundancy and stability in the last decade. Our results revealed that the unbalanced nutrient reduction facilitated Phaeocystis blooms and that anthropogenic climate warming and nitrate reduction may threaten the diatom communities of the eastern English Channel in a near future. Our results provide strong support for biogeographical historical and niche-based processes in structuring the phytoplankton community in this temperate region. The variety of species responses that we characterized in this region may help to better understand future changes in pelagic ecosystems, and can serve as a basis to consider functional approaches for future ecosystem management.

The distinction between two origins of uncertainty has become standard practice in risk analysis, namely random uncertainty (representing variability) and epistemic uncertainty (related to imperfect knowledge). While the former can be adequately represented using classical probabilities, there is no simple, single answer for the latter. New theories of uncertainty based on "imprecise probabilities" have been developed in recent years to go beyond the systematic use of a single probabilistic law. In this tutorial we analyse the advantages and disadvantages for the assessment of natural hazards (e.g. earthquakes, marine floods, landslides, etc.) with a comparison to the traditional probabilistic approach. We discuss the problems that have been solved and the interesting open questions and challenges that remain, in particular how to appropriately support decision making under uncertainty, how to provide guidance for future actions and how to deal with multiple forms of uncertainty along the assessment chain.

International audience; Plastic pollution in marine ecosystems constitutes an important threat to marine life. For vertebrates, macro/microplastics can obstruct and/or transit into the airways and digestive tract whereas nanoplastics (NPs; < 1000 nm) have been observed in non-digestive tissues such as the liver and brain. Whether NPs cross the intestinal epithelium to gain access to the blood and internal organs remains controversial, however. Here, we show directly NP translocation across the intestinal barrier of a fish, the European seabass, Dicentrarchus labrax, ex vivo. The luminal side of median and distal segments of intestine were exposed to fluorescent polystyrene NPs (PS-NPs) of 50 nm diameter. PS-NPs that translocated to the serosal side were then detected quantitatively by fluorimetry, and qualitatively by scanning electron microscopy (SEM) and pyrolysis coupled to gas chromatography and high-resolution mass spectrometry (Py-GC-HRMS). Fluorescence intensity on the serosal side increased 15–90 min after PS-NP addition into the luminal side, suggesting that PS-NPs crossed the intestinal barrier; this was confirmed by both SEM and Py-GC-HRMS. This study thus evidenced conclusively that NPs beads translocate across the intestinal epithelium in this marine vertebrate.

Avec plus de 2 500 espèces actuellement répertoriées, la faune des poissons de l'Amazone représente plus de 15 % de l'ensemble des espèces de poissons d'eau douce décrites au monde. De nouvelles espèces sont décrites chaque année. La faune de poissons n'est pas seulement riche en espèces, mais montre également une diversité exceptionnelle de formes et de stratégies écologiques au regard des autres cours d'eau de la planète. Les raisons de cette méga-biodiversité ont intrigué les naturalistes depuis le XIXe siècle et continuent de rendre perplexes les systématiciens, écologues et paléontologues contemporains.

Variations in ocean bottom pressure are important for understanding ocean circulation and climate. While most studies have focused on atmospherically driven variability, here we use eddy-permitting large ensemble simulation output from the OceaniC Chaos – ImPacts, strUcture, predicTability (OCCIPUT) project to isolate chaotic intrinsic variability generated by nonlinear oceanic processes. Analyzing separately the mean seasonal cycle and remainder variability in intra-annual (60–365 days) and subseasonal (2–60 days) bands, we find intrinsic variations larger than atmospherically driven ones over eddy-active regions across all timescales, particularly in the intra-annual range, where intrinsic variations dominate in almost 25% of the oceans. At scales larger than mesoscale, intrinsic variability is still considerable, supporting the process of energy inverse cascade towards lower frequency and larger scales. Results highlight the importance of intrinsic variability over a range of spatiotemporal scales and provide new insights on the interpretation of GRACE-like observations and their de-aliasing procedures. Plain Language Summary Variations in ocean bottom pressure reflect ocean mass redistribution and surface freshwater fluxes. The changes in ocean bottom pressure can be attributed to atmospherically driven signals and an oceanic intrinsic component, which is generated by the ocean itself and shows random and chaotic characteristics. While the former has been relatively well understood, the latter is less studied but important in interpreting bottom pressure measurements and model simulations. In this work, we use a large ensemble of global ocean/sea-ice model simulations from the OceaniC Chaos – ImPacts, strUcture, predicTability (OCCIPUT) project to isolate the intrinsic variations of ocean bottom pressure on subseasonal (periods

International audience; Sea surface temperature (SST) can influence the phytoplankton biomass, measured as sea surface chlorophyll concentration (SSCC), by affecting the physical and chemical properties of the seawater, living environment, and the consumption of zooplankton in a complex way. Yet, the quantitative assessment of the spatiotemporal variation of the inherent synchronous association between SSCC and SST at large spatial and temporal scales is still lacking. Accordingly, in the present study a synthetic approach was proposed that combines wavelet coherency analysis (WCA) with Bayesian maximum entropy (BME) modeling and hotspot analysis in order to evaluate the association between SSCC and SST globally during the period July 2002-February 2019. The WCA-based statistical results showed that SSCC has strong association with SST; particularly strong synchronous variations between SSCC and SST were found at the 1-year and the 5-year periods. During the 1-year period, cluster characteristics were explored in the BME-generated space–time maps of the association strength as well as in the corresponding hotspot maps. Geographically, high association strengths between SSCC and SST were detected in the mid-latitude regions of the Pacific Ocean, in the south and north of the tropical regions of the Atlantic Ocean, and in the southern part of the Indian Ocean. Temporally, most of the sub-regions exhibited a stable level of association strength during the entire study period (only a few sub-regions exhibited fluctuations or a slightly decreasing association strength trend). In conclusion, by assimilating the available knowledge bases at each grid point the proposed synthetic approach assessed quantitatively the strength of the periodic association between SSCC and SST globally; and the approach could be employed to map the space–time variation of the association strength between related natural attributes in the space–time-frequency domain.

The tropical Indian Ocean is under the influence of both, the Indian monsoon characterized by southwesterly winds during summer and northeasterly winds during winter, and the zonal Walker circulation characterized by annual mean equatorial westerly winds. These mechanisms impact marine primary productivity (PP) today and in the past. However, a very few paleo-PP reconstructions exist in that area so far, and this is particularly the case when dealing with the last 25 000 years (kyrs) despite their major contribution in understanding low-latitude climate patterns under changing boundary conditions such as insolation, ice volume, sea-level, and greenhouse gases concentrations. It also witnesses significant changes in the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) that modulates latitudinal heat transport, particularly during the Heinrich Stadial 1 (HS1; 17.5-15 ka) and the Bølling–Allerød (B-A; 14.7-13 ka), and during the Younger Dryas (YD; 12.9-11.5 ka), characterized by cold and warm conditions in the northern hemisphere, respectively. The aim of this work is to reconstruct orbital to millennial scale PP patterns of the tropical Indian Ocean since the Last Glacial Maximum (LGM) based on coccolith assemblage analyses of four sediment cores retrieved in the Bay of Bengal (BoB) and the Arabian Sea (AS), and understand their relationships with the Indian Monsoon and Walker circulations using paleoclimate model outputs. It appears that all reconstructed PP patterns obtained over the last 25 kyrs are closely related to the nutrient content in sea surface, that is paced by stratification vs mixing. In the northeastern BoB, changes in PP are associated to changes in sea surface salinity (SSS)-related stratification that are driven by freshwater input from the Irrawaddy-Salween river systems and hence, by changes in the Indian summer monsoon (ISM). In the northwestern AS, changes in PP are related to changes in sea surface temperature (SST)-related stratification that are associated to northeastern surface wind dynamics and hence, changes in the Indian winter monsoon (IWM). Higher PP in the northern BoB and the AS during the LGM, HS1 and YD compared to preindustrial times, highlight lower SSS and SST-related stratifications respectively, and document weaker ISM and stronger IWM. Conversely, lower PP during the B-A and the (early-) Holocene documents opposite condition as the ISM strengthens, and the IWM weakens. In all cases, it appears that the early Holocene patterns are closely related to a summer insolation maximum in the Northern Hemisphere, and that the shutdown (reinvigoration) of the AMOC during HS1 and YD (B-A), creates a weaker (stronger) poleward heat transport over the Atlantic that makes the Eurasian continent cooler (warmer).In the southern parts of the BoB, changes of PP obtained off northwestern Sumatra and southern India, are related to variations in coastal upwelling dynamics. Studied sites are under the influence of zonal winds and thus, appears to be sensitive to the Walker circulation dynamic. The Walker circulation appears to be weaker during the LGM and the Early Holocene compared to preindustrial times as equatorial easterly and southeasterly winds dominate, respectively. This is probably linked to the exposure of continental shelves of Maritime Continent during the LGM and to the insolation maxima during the early Holocene. In all cases this work helps better understanding the patterns and timing of the Indian monsoon and its link to the AMOC and the Walker circulation with probable applications for model projections under the recent global warming., L'océan Indien tropical est sous l'influence de la mousson indienne caractérisée par des vents du sud-ouest en été et du nord-est en hiver, et de la circulation zonale de Walker caractérisée par des vents d'ouest équatoriaux. Ces deux mécanismes climatiques influencent la distribution de la productivité primaire marine (PP) actuelle et passée. Très peu de reconstructions de paléo-PP existent dans cette zone, et c'est particulièrement le cas lorsqu'on s’intéresse aux 25 000 dernières années malgré des changements importants des conditions climatiques limites telles que l’insolation, le volume de glace, le niveau marin ou les concentrations en gaz à effet de serre. Cette période enregistre par ailleurs, d'importants changements dans la circulation méridienne de retournement Atlantique (AMOC) qui module le transport latitudinal de chaleur, en particulier pendant le Stade Heinrich 1 (HS1 ; 17.5-15 ka) et le Bølling-Allerød (BA ; 14.7-13 ka) et pendant le Dryas récent (YD ; 12.9-11.5 ka), respectivement caractérisés par des conditions froides et chaudes dans l'hémisphère Nord. L'objectif de ce travail est i) de reconstruire la dynamique orbitale à millénaire de la PP de l'océan Indien tropical depuis le dernier maximum glaciaire (DMG) via l’analyses des coccolithes de quatre carottes sédimentaires récoltées dans le golfe du Bengal (GdB) et la Mer d'Arabie (MArb) et ii) de comprendre leurs relations avec les circulations de mousson indienne et de Walker via l’utilisation des sorties de modèles paléoclimatiques. Il s’avère que les changements de PP des derniers 25 ka sont étroitement liés à la teneur en nutriments des eaux océaniques de surface et sont rythmés par la stratification vs le mélange des eaux. Plus particulièrement, dans le NE du GdB, ils sont associés à des modifications de la salinité des eaux de surface en lien avec les apports en eau douce du système fluviatile de l'Irrawaddy et du Salween pendant la mousson indienne d’été (MIE). Dans le NO de la MArb, ils sont liés aux changements de température des eaux océaniques de surface (SST) et à la dynamique des vents du NE pendant la mousson indienne d'hiver (MIH). Une PP plus élevée dans le GdB et la MArb pendant le DMG, le HS1 et le YD, reflète des eaux océaniques de surface plus faiblement stratifiées en raison d’une diminution des apports en eaux douce (GdB) et d’une augmentation de l'intensité des vents du NE (MArb), documentant ainsi une MIE plus faible et une MIH plus forte, tandis que des conditions opposées sont enregistrées pendant le B-A et l'Holocène. Il semble que les conditions de l'Holocène inférieur soient liées à un maximum d'ensoleillement estival dans l’hémisphère nord, tandis que l'arrêt (reprise) de l'AMOC pendant HS1 et YD (BA), est associé à un transfert de chaleur plus faible (plus fort) entre les basses et hautes latitudes, ce qui rend le continent eurasien plus frais (plus chaud). Les changements de PP enregistrés dans le GdB au large de Sumatra et au Sud de l'Inde, sont liés aux variations de la dynamique d’upwellings côtiers. Les sites étudiés sont sous l'influence des vents zonaux et semblent refléter la dynamique de la circulation de Walker qui reste faible pendant le DMG et le début de l'Holocène en raison de vents équatoriaux d'Est et de vents équatoriaux du SE respectivement dominants pendant ces périodes. Ces conditions sont probablement liées à l'exposition des plateformes du continent maritime pendant le DMG et au maximum d'ensoleillement au début de l'Holocène. Dans tous les cas, cette étude permet de mieux comprendre les schémas spatio-temporels de la mousson indienne et leurs liens avec l'AMOC et la circulation de Walker. Il ne fait aucun doute qu’elle permettra d’améliorer les projections futures dans le contexte du réchauffement climatique actuel.

Bottom-up forces control a large fraction of marine ecosystem variability. In the Southern Ocean, intense contrasts in the distribution of pelagic ecosystems are driven by the iron limitation of biological productivity and the vigorous Antarctic Circumpolar Current. Massive phytoplankton blooms stemming from islands support large trophic chains. By comparison, the impact of deep nutrient sources on the pelagic production appears negligible. Conservation efforts in the Antarctic Circumpolar Current are in line with this description, with Marine Protected Areas only occurring around islands. By combining multi-satellite data, in-situ observations, animal telemetry data and model outputs, this thesis revaluates the ecological role of deep nutrient sources. Lagrangian analyses of altimetry-derived velocity fields link vast phytoplankton blooms to hydrothermal vents or seamounts. The studies contained in this thesis demonstrate that bottom-up forcings driven by deep nutrient sources shape the pelagic seascape at basin scale (O(103 km)) from primary producers up to megafauna species. These findings underline the ecological importance of the open Southern Ocean waters and advocate for a connected vision of future conservation actions along the Antarctic Circumpolar Current. The analyses of bottom-up forcings are consequentially considered within the CCAMLR’s effort for developing a representative system of Marine Protected Areas and within the ongoing extension project of the French Saint Paul and Amsterdam islands’ Marine Protected Areas., Les processus bottom-up contôlent une portion importante de la variabilité des écosystèmes marins. Dans l'océan Austral, des contrastes intenses dans la distribution des écosystèmes pélagiques sont génerés par la limitation de la production primaire par le fer et la Courant Circumpolaire Antarctique. Les efflorescences massives en phytoplancton en aval des îles entretiennent des vastes réseaux trophiques. En comparaison, l'impact des sources profondes de nutriments sur la production pélagique semble négligeable. Les programmes de conservation dans la Courant Circumpolaire Antarctique vont de pair avec cette description, avec des Aires Marines Protégées uniquement autour des îles. En combinant des données multi-satellites, des observations in-situ, des données de télémétrie animale et des sorties de modèles, cette thèse réévalue le rôle écologique des sources profondes de nutriments sur les écosystèmes pélagiques. L’analyse Lagrangienne des courants géostrophiques relie des vastes blooms phytoplanctoniques à des sources hydrothermaux ou des monts sous-marins. Les études contenues dans cette thèse démontrent que les forçages bottom-up induits par les sources profondes en nutriments façonnent le paysage marin pélagique à l'échelle du bassin, des producteurs primaires aux mégafaunes. Les résultats issus de cette thèse sont ainsi considérés dans le contexte des programmes de conservation. Il s’agit notamment des travaux de la CCAMLR visant à développer un système représentatif d’Aires Marines Protégées et dans le projet actuel d'extension de l’Aire Marine Protégée des îles françaises Saint-Paul et d'Amsterdam.

International audience; Seafloor heterogeneity is a key parameter structuring seamount biodiversity at multiple spatial scales. However, substrates characterization at very small (meter) scale from manual processing of optical images is time-consuming and difficult to be objectively applied on a large dataset. Consequently, quantification of several substrate types per image is usually lacking.To automize seafloor classification, we proposed to use a supervised machine learning algorithm. First, a substrates dataset with 772 annotations composed of four classes was produced (volcanic, carbonate, gravel, and soft) and splitted randomly into two parts: 90% for training, 10% for validation. A biogenic class was also extracted but set aside because of its small size towards others. Note that several annotations refinements were made to respect computer vision standards.To classify theses substrates, we used a texture specialized convolutional neural network based on wavelets [1]. For the training step we used a pretrained VGG19 network as basis and we applied a transfer learning approach to tune our network for our substrates dataset. We artificially increased the number of annotations by applying a data augmentation technique. The wavelets network was improved, and we obtained a classification rate close to 84% on validation set. Finally, due to the seafloor heterogeneity, an image segmentation process based on sliding windows was applied to extract statistics over tests images with a 224x224 patch size.This substrate classification algorithm was used to assess percent cover of the four substrate classes per image from nine towed camera surveys (i.e. 9000 images) on seven seamounts and volcanic island slopes along the Mozambique Channel. From this dataset, the variability of substrate composition along and among these seamounts was tested as structuring factors of benthic megafaunal assemblages (Hanafi-Portier et al., this meeting).

Submitted to the International Journal: Limnology and Oceanography: Methods; International audience; Accurate plankton biomass estimations are essential to study marine ecological processes and biogeochemical cycles. This is particularly truefor copepods, which dominate mesozooplankton. Such estimations can efficiently be computed from organism volume estimated from images.However, imaging devices only provide 2D projections of 3D objects. The classical procedures to retrieve volumes, based on the Equivalent Spherical Diameter (ESD) or the best-fitting ellipse, are biased. Here, we present a method to correct these biases. First a new method aims to measure body area and fit an ellipse. Then, the body of copepods is modeled as an ellipsoid whose 2D silhouette is mathematically derived. Samples of copepod bodies are simulated with realistic shapes/sizes and random orientations. Their total volume is estimated from their silhouettes using the two classical methods and a correction factor is computed, relative to the known, total, volume. On real data, individual orientations and volumes are unknown but the correction factor still holds for the total volume of a large number of organisms. The correction is around -20% for the ESD method and +10% for the ellipse method. When applied to a database of ∼ 150 000 images of copepods captured by the Underwater Vision Profiler, the corrections decreased the gap between the two methods by a factor of 54. Additionally, the same procedure is used to evaluate the consequence of the bias in theestimation of individual volumes on the slopes of Normalised Biovolume Size Spectra and show that they are, fortunately, not sensitive to the bias.

The aim of this thesis is the analysis of the sub-mesoscale variability of the Gironde plume. In the first part, using idealized numerical simulations I demonstrated the influence of different forcings on the dynamics, instabilities and vertical mixing of the plume. It is forced by downwelling winds and evolve into an unstable coastal current. Under the influence of tide, it evolves into two dynamic regions: the bulge and a coastal current. In this situation, mixed baroclinic/barotropic instabilities are locally generated in both regions. Symmetric and vertical shear instabilities then develop near the mouth of the estuary. In this study, I showed that frontogenesis intensifies stratification and non-conservative fluxes erode the potential vorticity under downwelling winds.In the second part, I was interested in the dynamics of a stratified and sheared plume under the influence of different physical parameters. They give rise to the instabilities of Kelvin-Helmholtz with a small spatial scale and a very short period. The turbulent mixing in this study is sensitive to Holmboe instabilities.Finally, the interaction of the plume in a turbulent coastal ocean was studied with realistic simulations.In the frontal region, the surface source of mixing is due to density/salinity gradients. The interaction of the front with the forcings induces injections/erosions of potential vorticity related to variable and intermittent wind dynamics, atmospheric fluxes and summer internal wave dynamics., L’objectif de cette thèse est l’analyse de la variabilité à sous mésoéchelle du panache de la Gironde. Dans la première partie, en utilisant des simulations numériques idéalisées j’ai démontré l’influence de différents forçages sur la dynamique, les instabilités et le mélange vertical du panache. Il est forcé par des vents de downwelling à évoluer en courant côtier instable. Sous l’influence de la marée, il se transforme en deux régions dynamiques : le bulge et un courant côtier. Dans cette situation, les instabilités mixtes baroclines/barotropes sont localement générées dans les deux régions. Les instabilités symétriques et de cisaillement vertical se développent alors à proximité de l’embouchure de l’estuaire. Dans cette étude, j’ai montré que la frontogénèse intensifie la stratification et les flux non conservatifs érodent la vorticité potentielle dans le cas de vents de downwelling. Dans la seconde partie, je me suis intéressé à la dynamique d’un panache stratifié et cisaillé sous l’influence de paramètres physiques. Ils donnent lieu à des instabilités de Kelvin-Helmholtz à petite échelle spatiale et de très courte période. Le mélange turbulent dans cette étude est sensible aux instabilités de Holmboe. Dans la dernière partie, l’interaction du panache dans un océan côtier turbulent a été étudiée avec des simulations réalistes. Dans la région frontale, la source de mélange à la surface est due aux gradients de densité/salinité. L’interaction du front avec les forçages induit des injections/érosions de vorticité potentielle liées à une dynamique variable et intermittente du vent, des flux atmosphériques et une dynamique d’ondes internes estivale.

The aim of this thesis focus on the restitution of the hydrology of intermediate and deep water masses during the last 24 ka in the Mediterranean Sea in the Siculo-Tunisian Strait.We firstly generated high-resolution biochronological records extending from the last glacial period. These records are based on oxygen isotopic analyses, micropaleontology (planktonic foraminifera) and surface water temperature (SST) carried out along 4 deep-sea sediment cores collected in the Siculo-Tunisian Strait, in the Tyrrhenian Sea, in the Ionian Sea and in the Levantine basin respectively. The quantitative distribution of planktonic foraminifers allowed to identify seven biozones based on the appearance and / or disappearance of the main taxa or their peaks of abundance. The abundance records show that the major changes in the planktonic foraminifera assemblages are similar in the central and western basins. Indeed, 4 bioevents have been recognized and can be used as reference markers to establish or improve the chronology of marine sediment cores from the Mediterranean basin.Successively, we have reconstructed changes in the ventilation rate of the intermediate and deep water masses since the last glacial period by measuring the 14C age difference between monospecific species of benthic and planktonic foraminifera (BP) recovered from deep seas cores bathed by intermediate and deep water masses (KET80-37 and REC13-53). The results show that the deposition of the last Sapropel S1 does not require a period of preconditioning, often evoked by climate models to explain the time lag between the beginning of the increase in the Nile river flow and the start of the establishment of S1., Les objectifs de cette thèse se focalisent sur la restitution de l’hydrologie des masses d’eaux intermédiaires et profondes au cours des derniers 24 ka en mer Méditerranée dans le détroit Siculo-Tunisien.Nous avons généré, dans un premier temps, des enregistrements biochronologiques à haute résolution s’étendant depuis la dernière période glaciaire. Ces enregistrements sont basés sur des analyses isotopiques de l’oxygène, micropaléontologiques (foraminifères planctoniques) et de température des eaux de surface (SST) effectuée le long de 4 carottes de sédiments mains profonds prélevées dans le détroit Siculo-Tunisien, en mer Tyrrhénienne, en mer Ionienne et dans le bassin Levantin respectivement. Les modèles de distribution quantitatifs des foraminifères planctoniques ont permis d’identifier sept biozones en se basant sur l’apparition et/ou la disparition des principaux taxons ou de leurs pics d’abondance. Les enregistrements d’abondance montrent que les changements majeurs dans les assemblages de foraminifères planctoniques présentent sont similaires principalement dans les bassins central et occidental. En effet, 4 bioévènements ont été reconnus et peuvent être utilisé comme marqueurs de référence pour établir ou améliorer la chronologie des carottes de sédiments marines du bassin méditerranéen.Dans un deuxième temps, et dans le cadre de la restitution des éventuelles variations du temps de ventilation des masses d’eaux plus profondes depuis la dernière période glaciaire, nos résultats basés sur les mesures de la différence d’âge 14C entre des espèces monospécifiques de foraminifères benthiques et planctoniques (B-P) prélevées dans des carottes marines baignées par des masses d’eaux intermédiaires et profondes (KET80-37 et REC13-53), respectivement démontrent que le dépôt du dernier sapropel S1 ne nécessite pas une phase de préconditionnement, longtemps évoquée par les modèles climatiques pour expliquer le décalage entre le début de l’augmentation du débit du Nil et l’amorce de la mise en place de S1.

The thermohaline structure of the southwest tropical Atlantic (SWTA) has prime impact on global climate and plays a driving role in the vertical structuring of pelagic habitats. To fill information gaps on the thermohaline structure in the SWTA and to bring insights into the relationships between these physical processes and the distribution of the acoustic energy, we took advantage of the two scientific surveys, ABRAÇOS, performed in austral spring 2015 and fall 2017. First, we characterize the 3D thermohaline structure of the upper SWTA by applying a Functional Data Analysis on temperature and salinity profiles. Our results reveal a clear spatial pattern with the presence of three areas with significantly different thermohaline characteristics. Area 1, located along the continental slope corresponds to the western boundary current system. Area 2, located along the Fernando de Noronha chain corresponds to the South Equatorial Current system and Area 3 behaves as a transition zone between these areas. Second, we examined the feasibility of extracting the upper thermohaline structure from echosounder data. Our results show that, even if the thermohaline structure impacts the vertical distribution of acoustic scatters, the resultant structuring does not allow for a robust estimation of the thermohaline limits. However, studying the proportion of acoustic biomass within each layer provides insights on ecosystem structure in different thermohaline, which led us to investigate the fine-scale vertical relationships between acoustic biomass and other environmental factors, as the third objective. We show that fluorescence, oxygen, current and stratification are important drivers, but that their relative importance depends on the area, the depth range and the diel cycle., La structure thermohaline de l'Atlantique tropical sud-ouest (SWTA) a un impact primordial sur le climat global et joue un rôle moteur dans la structuration verticale des habitats pélagiques. Afin de combler le manque d'information sur la structure thermohaline dans l’SWTA et d'apporter un éclairage sur les relations entre ces processus physiques et la distribution de l'énergie acoustique, nous avons profité des deux campagnes scientifiques, ABRAÇOS, réalisées au printemps 2015 et à l'automne 2017. Tout d'abord, nous caractérisons la structure thermohaline 3D de l'SWTA supérieure en appliquant une analyse fonctionnelle des données sur les profils de température et de salinité. Nos résultats révèlent un schéma spatial clair avec la présence de trois zones aux caractéristiques thermohalines significativement différentes. La zone 1, située le long de la pente continentale, correspond au système de courants de la limite ouest. La zone 2, située le long de la chaîne Fernando de Noronha, correspond au système du courant équatorial sud. Et la zone 3 se comporte comme une zone de transition entre ces zones. Deuxièmement, nous avons examiné la possibilité d'extraire la structure thermohaline supérieure à partir des données d'échosondeurs. Nos résultats montrent que, même si la structure thermohaline a un impact sur la distribution verticale des dispersions acoustiques, la structuration résultante ne permet pas une estimation robuste des limites thermohalines. Cependant, l'étude de la proportion de la biomasse acoustique au sein de chaque couche donne un aperçu de la structure de l'écosystème dans différentes thermohalines, ce qui nous a conduits à étudier les relations verticales à fine échelle entre la biomasse acoustique et d'autres facteurs environnementaux, comme troisième objectif. Nous montrons que la fluorescence, l'oxygène, le courant et la stratification sont des facteurs importants, mais que leur importance relative dépend de la zone, de la gamme de profondeur et du cycle diurne.

Antarctica and its surrounding seas are an important area regarding the climate regulation as well as an region highly impacted by climate change. Despite the paramount importance of this region, it is still largely under sampled in comparison with the other oceanic basins. Oceanic circulation around the antarctic margins regulates ice shelves melts and their buttressing effect on the antarctic Ice sheet, as well as the deep heat storage induced by vertical water masses movements. Thus understading the water mass circulation around Antarctica is fundamental for our comprehension of the global oceanic circulation, as well as the contribution of the Antarctic ice sheet to the sea level rise. In this manuscript I propose a study of a region on the antarctic margins : the Weddell Sea. This sea is the home region of the largest of the antarctic ice shelf, it is also the region producing the most important volume of deep waters. However the ocean-cryosphere processes in this region as still poorly understood. Some studies showed a subtle equilibrium and that the Weddell Sea, in response to the climate change, could be deeply modified and lead to a important melt of the ice shelf and a drastic reduction of the deep water formation. However, as long as our observations don’t allow us the better understand the processes at work, we can not refine our understanding of the Weddell Sea., L'Antarctique et les mers l'entourant sont des zones centrales pour la régulation du climat terrestre ainsi qu'une des zones sujettes à de nombreuses modifications sous l'action du changement climatique. Malgré l'importance de cette région, celle-ci reste largement sous-échantillonnée par rapport au reste des grands bassins océaniques. La circulation océanique sur le pourtour antarctique conditionne la fonte des plateformes glaciaires flottantes et leur effet arc-boutant pour la calotte glaciaire dans son ensemble, ainsi que le stockage de chaleur profond lié à la circulation verticale des masses d’eaux. Ainsi, comprendre la circulation des masses d'eaux sur le pourtour antarctique est fondamental pour notre compréhension de la circulation océanique globale, et celle de la contribution de la calotte polaire antarctique à l'élévation du niveau des mers. Dans cette thèse j'étudie une mer se situant sur le pourtour antarctique : la mer de Weddell. Cette mer, en plus d’accueillir la plus volumineuse des plateformes glaciaires du pourtour antarctique, est également une des régions produisant un volume important d’eaux profondes. Cependant les processus d'interactions océan-cryosphère dans cette région sont encore mal compris. Certaines études ont montré que cet équilibre est subtil et que la mer de Weddell, en réponse au changement climatique, pourrait être drastiquement modifiée et connaître une importante fonte de la plateforme glaciaire et une réduction drastique de la formation d'eaux de fond. Cependant, tant que nos observations ne nous permettront pas de mieux comprendre les processus à l'œuvre, nous ne pourrons pas affiner notre compréhension de la mer de Weddell.

International audience; Biogeochemical Argo floats (BGC-Argo) provide an unprecedented availability of high-resolution biogeochemical and optical vertical profiles at near real time. The integration of biogeochemical and optical observations with marine ecosystem models allows to improve the model capability to describe marine ecosystem dynamics at different spatial and temporal scales, also resulting in an increase of the model skill. Recent advancements and future upgrades of the Copernicus Marine Service (CMS) Mediterranean Sea biogeochemical modelling system include the use of BGC-Argo data for validation and assimilation of both biogeochemical and optical components. The focus of this work is to present the upgrade of the BGC-Argo data stream quality check for the CMS Mediterranean Sea biogeochemical modelling system workflow and to discuss a novel skill assessment framework oriented to evaluate key biogeochemical processes and ecosystem dynamics (e.g. deep chlorophyll maximum depth, nitracline depth, minimum oxygen depth) and optical characteristics (bbp700 converted data) that benefit from the particularly rich and high quality level of the BGC-Argo network in this semi-enclosed sea.

Basket geothermal heat exchanger buried at shallow depth and connected to heat pumps can be used to heat and/or cool buildings. Heat transfers and performance related to geothermal basket are complex due to heterogeneous petrophysical properties of the soil, freezing of ground and surface environmental conditions e.g. air temperature variations. To study heat transfers, a geophysical monitoring of electrical conductivity and induced polarization has been developed using three experiments at different scales. First, a petrophysical model was designed from laboratory measurements. This model describes at the pore scale, the variation of electrical conductivity and chargeability according to the soil temperature and frost. This model was applied to an in-situ experiment to monitor the growth of an ice-core. We have also designed an analogic experiment at small scale and under controlled conditions in order to study the heat transfers and the effect of the soil freezing according to different environmental conditions. This study shows the importance of lateral flow and the influence of freezing during system operation. The petrophysical model was tested and validated with several datasets and geophysical monitoring was able to detect the formation and melting of the ice core., Les corbeilles géothermiques sont des échangeurs thermiques hélicoïdaux implantés dans le proche sous-sol qui couplés à une pompe à chaleur, permettent de chauffer et/ou de rafraichir les bâtiments. Comprendre les transferts thermiques liés à ces systèmes et étudier leurs performances requiert de prendre en compte les propriétés pétrophysiques hétérogènes du sol, les phénomènes de changement de phase et les conditions environnementales, dont les variations de température de l’air et la pluviométrie. Dans ce but un monitoring géophysique en conductivité électrique et en polarisation provoquée a été développé à l’aide de trois expériences à différentes échelles. Tout d’abord, un modèle pétrophysique a été élaboré à partir d’une série d’expériences en laboratoire. Ce modèle décrit la variation de la conductivité électrique et de la chargeabilité en fonction de la température et du gel du sol à l’échelle porale. Ce modèle a été appliqué à une expérience in-situ pour suivre la formation d’un noyau de glace. Nous avons aussi développé une expérience analogique à échelle réduite et en conditions contrôlée pour mieux comprendre les transferts de chaleur au sein du sol et étudier l’impact du gel dans différentes conditions environnementales. Ces études ont montré l’importance des apports thermiques latéraux et l’impact du changement de phase lors du prélèvement de chaleur par la corbeille. Le modèle pétrophysique a été validé sur plusieurs jeux de données et les résultats du monitoring géophysique permettent de détecter la formation et la fonte d’un noyau glace.

This dissertation is based on regional numerical simulations and addresses, from an energetic perspective, the Meso (O(10-100)km) and Submesoscale (O(0.1- 10)km) variability in the Agulhas Current region.(i) Submesoscale variability at the transition between the two Agulhas Current branches (28◦E-26◦E) is dominated, in the absence of mesoscale meanders, by cyclonic frontal eddies forming a ’vortex street’. The frontogenetic background strain intensifies the frontal shear which triggers the barotropic instability leading to submesoscale eddies generation.(ii) A modal Eddy Kinetic Energy budget is derived to characterize the energy transfers between the different vertical structures. Interactions canalized by topography (3 processes) globally result in a larger energy loss for mesoscale eddies than dissipation processes (bottom friction and wind) and an inverse vertical cascade (triadic interactions) reinforces mesoscale eddies in offshore areas.(iii) Our modal budget allows to characterize the Agulhas Current region as a net energy source for mesoscale eddies in contradiction with one inferred from altimetry data. The discrepancies come from altimetry data not accounting for the main contribution of the dynamics to mesoscale eddies energy sources and sinks (ageostrophic linear part of the dynamics of the barotropic and 1st baroclinic modes)., Cette thèse est basée sur des simulations numériques régionales et aborde, d’un point de vue énergétique, la variabilité à Méso (O(10-100)km) et Sous-mésoéchelle (O(0.1-10)km) dans la région du Courant des Aiguilles.(i) La variabilité de sous-mésoéchelle à la transition entre les deux branches du Courant des Aiguilles (28◦E-26◦E) est dominée, en l’absence de méandres de mésoéchelle, par des tourbillons cycloniques frontaux formant un ‘vortex street’. La tension ambiante frontogénétique intensifie le cisaillement frontal qui déclenche l’instabilité barotrope menant à la génération de tourbillons de sous-mésoéchelle.(ii) Un budget modal d’Energie Cinétique des Tourbillons est développé pour caractériser les transferts d’énergie entre les différentes structures verticales. Les interactions canalisées par la topographie (3 processus) résultent globalement en une perte d’énergie pour les tourbillons de mésoéchelle plus grande que les processus de dissipation (friction au fond et vent) et une cascade verticale inverse (interactions triadiques) renforce les tourbillons de mésoéchelle dans les zones au large.(iii) Notre budget modal permet de caractériser la région du Courant des Aiguilles comme une source nette d’énergie pour les tourbillons de mésoéchelle en contradiction avec celui estimé à partir de données d’altimétrie. Cette différence vient des données d’altimétrie ne tenant pas compte de la contribution principale de la dynamique aux sources et puits d’énergie des tourbillons de mésoéchelle (partie linéaire de la dynamique agéostrophique du mode barotrope et du 1er mode barocline).

Polar regions are particularly affected by the ongoing climate changes which have profound consequences on the development of phytoplankton and on the functioning of the biological pump (vertical transfer of particulate organic carbon from the surface to the deep ocean). Plankton community structure and species-specific properties (size, shape, cellular content in Si and C, physiological state, life stage, etc.) can strongly influence biogeochemical cycles and the export of organic matter (e.g. C, N) and biomineral (e.g. Si). In high latitudes, diatoms are a major contributor to primary production and exhibit a great diversity of species. The objectives of this PhD are (1) to identify the factors controlling the development and the structure of diatom communities, (2) to assess the influence of species diversity on the composition and stoichiometry of particulate matter, and (3) to understand mortality and export modes in the deep ocean. This work is based on the study of two subpolar regions located in both the northern and southern hemispheres: (1) the Baffin Bay, a seasonal ice zone in the Arctic, and (2) the Kerguelen region, a permanently open ocean zone in the Southern Ocean. In the latter region, we studied two contrasted environments: a low production HNLC (High Nutrient Low Chlorophyll) area versus a high production iron-fertilized area located above the Kerguelen plateau. In Baffin Bay, we highlight a diatom community succession in relation with sea ice melting and the strong west-to-east water masses gradient prevailing in the bay. A low productive community dominated by pennate diatoms was found beneath the consolidated ice pack (pre-bloom conditions), in ice-free Pacific influenced waters, and on the easternside of the bay (post-bloom conditions). In contrast, an actively growing diatom bloom composed of a mixed assemblage of centric (e.g. Chaetoceros, Thalassiosira) and pennate diatoms was found in the marginal ice zone. These results highlight the importance of the melting sea ice for the development of the spring bloom but also other parameters such as: the water masses gradient (Atlantic vs. Pacific), the bathymetry, and the melting snow cover. In the Kerguelen region, we confirm that iron is a key parameter controlling diatom community structure since we identified two distinct communities located either above the Fe-fertilized plateau or in adjacent HNLC waters. In the HNLC area, diatoms were more heavily silicified due to the combined effects of both taxonomic composition of the resident community and a direct physiological response to iron stress, resulting in higher Si:C elemental ratios in diatoms as well as in the bulk particulate matter. A deep and inactive diatom community was found within the pycnocline gradient, both on- and off-plateau, which likely resulted from the differential sinking and accumulation of denser species previously grown at the surface and more resistant to grazing and/or remineralization. In HNLC waters, detrital frustules belonging to the species Fragilariopsis kerguelensis and Chaetoceros atlanticus carried mostly Si below the mixed layer. Our results reveled that F. kerguelensis undergo a strong grazing pressure by micro- and mesozooplankton, a species usually considered as resistant to grazing. Above the Kerguelen plateau, intact Chaetoceros spores carried both Si and C below the mixed layer, giving further evidence to the role played by life stages for particulate matter export. The deployment of a Bottle-net, a recently available device that allows to concentrate and collect deep particles over a pre-determined water layer, revealed that 93 % of the intermediate (125-500 m) and deep (>500 m) particle stocks were single diatom cells — fecal pellets and aggregates represented less than 2% of the collected particles — providing new evidence of the importance of small particles for export fluxes. More generally, this thesis bring attention to the need to follow a species-centered approach in order to understand more finely the functioning of the biological carbon pump and predict its future role in the context of climate change., Les régions polaires sont particulièrement impactées par les changements climatiques en cours qui ont de profondes conséquences sur le développement du phytoplancton et le fonctionnement de la pompe biologique (transfert vertical de carbone organique particulaire depuis l’océan de surface vers l’océan profond). La structure des communautés planctoniques et les propriétés spécifiques aux espèces (taille, forme, contenu cellulaire en Si et C, état physiologique, stade de vie, etc.) influencent les cycles biogéochimiques et l'export de la matière organique (e.g. C, N) et biominérale (e.g. Si). Aux hautes latitudes, les diatomées contribuent de manière importante à la production primaire et présentent une grande diversité d'espèces. Cette thèse a pour but (1) de déterminer les facteurs contrôlant la structure et le développement des communautés de diatomées dans les régions polaires, (2) d'évaluer l'influence de la diversité des espèces sur la composition et la stœchiométrie de la matière particulaire, et (3) de comprendre les modes de mortalité et d'export des diatomées dans l'océan profond.Ces travaux reposent sur l'étude de deux régions subpolaires situées aux antipodes : (1) la baie de Baffin, une zone de glace saisonnière située en Arctique (programme Green Edge), et (2) la région des Kerguelen située dans la zone ouverte en permanence de l'océan Austral (programme MOBYDICK), où nous avons comparé deux zones contrastées, l'une dite HNLC (High Nutrient Low chlorophyll), l'autre influencée par le plateau naturellement fertilisé par le fer. Dans la baie de Baffin, nous avons mis en évidence une succession des communautés de diatomées en lien avec la fonte de la banquise et le gradient des masses d'eau. Une communauté peu productive constituée de diatomées pennées est présente sous la banquise (condition pré-bloom), dans les eaux dépourvues de glace mais influencées par le Pacifique, ou encore à l'extrémité́ est de la baie (condition post-bloom). À l'inverse, un bloom de diatomées centriques (e.g. Chaetoceros, Thalassiosira) et pennées, activement en train de silicifier, se développe dans la zone marginale des glaces. Ces résultats montrent l'importance de la fonte de la banquise pour le développement du bloom printanier mais également d'autres paramètres tels que : le gradient des masses d'eau (Atlantique vs. Pacifique), la bathymétrie, ou encore la fonte de la couverture neigeuse. Dans la région des Kerguelen, nous avons confirmé le rôle du fer avec l'identification de deux communautés distinctes situées de part et d'autre du plateau. Dans la zone HNLC, les diatomées sont davantage silicifiées — ce qui s'explique par la composition taxonomique de l'assemblage et par une réponse physiologique des diatomées résultant d'une limitation par le fer — ce qui conduit à une augmentation des rapports BSi:POC des diatomées et de la matière particulaire. Une communauté inactive se trouve systématiquement dans le gradient de la pycnocline, issue probablement de la sédimentation rapide de certaines espèces/stades de vie plus denses et davantage résistants au broutage et/ou aux processus de reminéralisation. Dans la zone HNLC, cette communauté est constituée principalement de frustules vides de Fragilariopsis kerguelensis et de Chaetoceros atlanticus, qui transportent efficacement le Si sous la couche de mélange. Nos résultats révèlent une forte pression exercée par le micro- et le mésozooplancton sur F. kerguelensis, une espèce habituellement considérée comme résistante au broutage. Au dessus du plateau des Kerguelen, l'accumulation de spores de Chaetoceros encore intactes permet le transport du C et du Si en profondeur, ce qui souligne l'importance des stades de vie dans l'export de la matière particulaire. Grâce à l'utilisation du Bottle-net, un nouvel instrument permettant d'échantillonner les couches profondes de l'océan, nous avons montré que près de 93 % des particules >20 μm collectées dans les couches intermédiaires (125-500 m) et profondes (>500 m) sont des cellules individuelles de diatomées — les pelotes fécales et les agrégats ne représentant que 2 % des particules collectées — ce qui montre l'importance des petites particules dans les flux d'export. De manière générale, cette thèse met en exergue la nécessité d'étudier la composition spécifique des communautés de diatomées afin de de comprendre de manière plus fine le fonctionnement de la pompe biologique de carbone et de prédire son rôle futur dans le contexte des changements climatiques.

Aerosols are an important source of macro- and micronutrients for the open ocean. However, only dissolved nutrients are considered bioavailable, i.e. assimilable by phytoplankton. Thus, the quantification of their solubility is essential to (i) estimate the influence of aerosol deposition on phytoplankton, and (ii) closing the biogeochemical cycles of these elements. We thus established the solubility ranges of two types of aerosols (desert or volcanic) according to the deposition mode (dry and wet), by integrating the variability depending on the aerosol origin. Thus, the macronutrient silicon found in desert dust is more soluble compared to volcanic ash (up to 0.7 % against 0.2 %), in particular via the dissolution of quartz. The micronutrient iron dissolves mainly in rainwater during wet deposition of aerosols in the ocean via the dissolution of aluminosilicates, with solubilities generally below 0.14% and 0.02%, in rainwater and seawater respectively, regardless of the type of aerosol. Thus, these results allow a re-estimation of atmospheric nutrients fluxes to the surface ocean which could ultimately be integrated into global biogeochemical models. Finally; the biological response to an atmospheric nutrient input has been determined in the Southern Indian Ocean and the nutrients have mainly benefited the diatom community, especially at the Kerguelen plateau., Les aérosols constituent une source importante de macro- et micronutriments pour l’océan hauturier. Cependant, uniquement les nutriments dissous sont considérés comme biodisponibles, c’est-à-dire assimilables par le phytoplancton. Ainsi, la quantification de leur solubilité se révèle primordiale pour (i) estimer l’influence d’un dépôt d’aérosols sur le phytoplancton, et (ii) boucler les cycles biogéochimiques de ces éléments. Dans le cadre de cette thèse, nous avons établi des gammes de solubilité de deux types d’aérosols (désertique ou volcanique) selon le mode de dépôt (sec et humide), en intégrant la variabilité en fonction de l’origine des aérosols. Ainsi, le macronutriment silicium issu des poussières désertiques est plus soluble comparé aux cendres volcaniques (jusqu’à 0.7 % contre 0.2 %), notamment via la dissolution du quartz. Le micronutriment fer se dissout majoritairement dans l’eau de pluie lors d’un dépôt humide des aérosols à l’océan via la dissolution d’aluminosilicates, avec une solubilité généralement inférieure à 0.14 % et 0.02 %, dans l’eau de pluie et eau de mer respectivement, et ce indépendamment du type d’aérosol. L’ensemble de ces résultats permet ainsi une révision des flux de nutriments atmosphériques à l’océan de surface qui pourra être in fine intégrée dans les estimations globales de modélisation biogéochimique. La réponse biologique suite à un apport de nutriments par voie atmosphérique a été déterminée dans l’Océan Indien Austral et les nutriments ont majoritairement profité à la communauté de diatomées, notamment au niveau du plateau de Kerguelen.

In the Arctic Ocean, stratification is determined by salinity, unlike the mid-latitude oceans which are stratified by temperature. In other words, in the Arctic, salty water ends up at the bottom, even if it is warmer. The halocline of the Arctic Ocean is a 100-200m thick layer with strong vertical salinity gradients and is located between 100 and 350m depth. The halocline lies between the sea ice at the surface and the relatively warm Atlantic water. The halocline thus insulates the ice from the heat reservoir contained in the underlying Atlantic layer, and is a key element for the maintenance of the sea ice cover. During this thesis, we studied the evolution of the Arctic Ocean halocline since 2007, using several tools: hydrographic measurements obtained from autonomous drifting platforms or from sea campaigns, and high spatial resolution numerical model simulations ("PSY4")., Dans l'océan Arctique, la stratification est déterminée par la salinité, contrairement aux océans des latitudes moyennes qui sont stratifiés par la température. En d'autres termes, en Arctique, les eaux salées se retrouvent au fond, même si elles sont plus chaudes. La halocline de l'océan Arctique correspond à une couche épaisse de 100-200m avec de forts gradients verticaux de salinité et est située entre 100 et 350m de profondeur. Elle s'insère entre la glace de mer située en surface et la couche relativement chaude des eaux Atlantiques. La halocline isole ainsi la glace du réservoir de chaleur contenu dans la couche Atlantique sous-jacente, et constitue un élément clé pour le maintien de la couverture de glace de mer. Durant cette thèse, nous avons étudié l'évolution de la halocline de l'océan Arctique depuis 2007, en utilisant plusieurs outils : des mesures hydrographiques obtenues à partir de plateformes dérivantes autonomes ou de campagnes en mer, et les simulations du modèle numérique de haute résolution spatiale (« PSY4 »).

Chile, as the second largest salmon farming country in the world, reports the highest use of antibiotics and pesticides, which can be harmful to both the environment and humans. These compounds tend to be sequestered by suspended particles, transported by currents and finally deposited in sediments, where they are later consumed by the benthic community. Changes in the bacterial community, emergence of resistance genes and impacts at the ecological level have been described for antibiotics and pesticides, although most focus on the local impact of salmon farming. This study sought to understand the dynamics and fate of antibiotics throughout the Puyuhaupi Fjord and to understand the partitioning behavior of the antibiotics florfenicol and flumequine through adsorption experiments that simulate the average temperature of the fjord. In addition, the occurrence of deltamethrin and cypermethrin in total suspended solids and filtering benthic organisms (bivalves and sponges) in the Puyuhuapi Fjord was evaluated. Finally, an experiment of respiration in the water column and marine sediments obtained in an area without aquaculture activity (Banyuls Bay, France) was developed to evaluate if the presence of antibiotics and pesticides can affect the degradation process of organic material, through changes in community respiration and remineralized components.Our results show low concentrations of florfenicol (from trace to 23.1 ng L-1) and flumequine (trace level) detected after 180 and 360 days (respectively) since their last medication at a distance between 2 and 23 km from the culture sites. The fugacity model used in our study area, together with the decay model, predicts that flumequine can remain in sediments for more than two months at sub-minimum inhibition concentrations (sub-MIC). This condition may promote bacterial selection for antibiotic resistance and eventually pose a risk to human health from the consumption of seafood products. The values of the partition constants Kd and KOC, obtained by bacth experiments, suggest that the adsorption capacity of flumequine is twice that of florfenicol (Table 2, section 3.2), implying that flumequine has a greater tendency to be adsorbed and absorbed by sediments. From an environmental point of view, our results may imply that the fate of flumequine will be related to processes affecting particles, suspension transport and seafloor deposition, whereas florfenicol concentration be controlled by hydrodynamic processes such as dilution and transport by currents. In turn, a higher fraction of flumequine may be stored in the sediments in coastal areas housing salmon farming centers.The pesticides deltamethrin and cypermethrin were incorporated through dips to control outbreaks of caligus (Caligus rogercresseyi) infection. Very low concentrations of deltamethrin were detected in total suspended solids (0.01 to 0.05 ng L-1), which value would not have an effect on organisms (NOEC, LC50 and EC50) or at the ecological level (NOEAEC), which may come from sediment resuspension or external input from adjacent areas with active salmon culture centers. Although cypermethrin was not used in Puyuhuapi Fjord, low concentrations were detected in bivalves and sponges (0.04 and 0.05 ng g-1, respectively), values comparable to wild salmon caught for human consumption (0.04 ng g-1). These results suggest an indirect exposure of the compound may be associated with external input from adjacent fjords or unreported treatments because cypermethrin can remain for more than two years in sediments with high organic material and low oxygen content. [...], Chile, como segundo país con mayor producción en el cultivo de salmones a nivel mundial, reporta el mayor uso de antibióticos y pesticidas, lo que puede ser perjudicial tanto para el medioambiente como para el hombre. Estos compuestos tienden a ser secuestrados por las partículas suspendidas, transportados por las corrientes y, finalmente son depositadas en los sedimentos, donde eventualmente son consumidos por la comunidad bentónica. Cambios en la comunidad bacteriana, aparición de genes de resistencia e impactos a nivel ecológico han sido descritos para antibióticos y pesticidas, aunque la mayoría se enfocan en el impacto local de la actividad salmonera. Este estudio buscó entender la dinámica y el destino de los antibióticos en todo el fiordo Puyuhaupi y conocer el comportamiento particional de los antibióticos florfenicol y flumequina a través de experimentos de adsorción que simular la temperatura promedio de fiordo. Junto con esto se buscó evaluar la ocurrencia de deltametrina y cipermetrina en los sólidos totales suspendidos y los organismos bentónicos filtradores (bivalvos y esponjas) en el fiordo Puyuhuapi. Finalmente se desarrolló un experimento de respiración en columna de agua y sedimentos marinos obtenidos, una zona sin actividad acuícola (bahía Banyuls, Francia), para evaluar si la presencia de antibióticos y pesticidas pueden afectar el proceso de degradación del material orgánico, a través de cambios en respiración comunitaria y en las componentes remineralizadas.Nuestros resultados muestran bajas concentraciones florfenicol (desde traza a 23.1 ng L-1) y flumequina (nivel traza) detectados después de 180 y 360 días (respectivamente) desde su la última medicación a una distancia de entre 2 y 23 km de los centros de cultivo. El modelo de fugacidad utilizado en nuestra área de estudio, junto con el modelo de decaimiento, predicen que flumequina puede permanecer en los sedimentos más de dos meses a concentraciones de inhibición sub-Mínima (sub-MIC). Esta condición puedo promover la selección bacteriana por resistencia a los antibióticos y, eventualmente representar un riesgo para la salud humana por el consumo de productos marinos. Los valores de constantes de partición Kd y KOC, obtenidos experimentalmente en nuestro estudio, sugieren que la capacidad de adsorción de flumequina es dos veces mayor que la de florfenicol (Tabla 2, sección 3.2), lo que implica que flumequina tiene una mayor tendencia a ser adsorbido por los sedimentos. Desde el punto de vista ambiental, nuestros resultados pueden implicar que el destino de la flumequina estará más asociado a procesos como el transporte de partículas y la deposición en el fondo marino, mientras que el florfenicol debería estar másxxiiirelacionado con procesos acuáticos como la dispersión y el transporte por las corrientes, lo que sugiere que, eventualmente, una mayor fracción de flumequina puede quedar almacenada en los sedimentos en la zona con centros de cultivo de salmones.Los pesticidas deltametrina y cipermetrina se incorporaron a través de baños para controlar brotes de infección por caligus (Caligus rogercresseyi). Concentraciones muy bajas de deltametrina se detectaron en los sólidos totales suspendidos (0.01 a 0.05 ng L-1), cuyo valor no tendría un efecto sobre los organismos (NOEC, LC50 y EC50) o a nivel ecológico (NOEAEC), los que pueden provenir de la resuspensión de sedimentos o por aporte externo de áreas adyacentes con centros de cultivo activos. A pesar de no ser utilizada cipermetrina en fiordo Puyuhuapi, bajas concentraciones se detectaron en bivalvos y esponjas (0.04 y 0.05 ng g-1, respectivamente) valores comparables a salmones silvestres capturados para consumo humano (0.04 ng g-1)., Le Chili, deuxième pays d'élevage de saumons au monde, est celui qui utilise le plus d'antibiotiques et de pesticides, qui peuvent être nocifs pour l'environnement et l'homme. Ces composés ont tendance à être séquestrés par les particules en suspension, transportés par les courants et finalement déposés dans les sédiments, où ils sont finalement consommés par la communauté benthique. Des changements dans les communautés bactériennes, l'émergence de gènes de résistance et les impacts écologiques ont été décrits pour les antibiotiques et les pesticides, bien que la plupart se concentrent sur l'impact local de la salmoniculture. Le present travail vise à comprendre la dynamique et le devenir des antibiotiques dans le fjord de Puyuhaupi, à caractériser la partition des antibiotiques florfénicol et fluméquine par une approche expérimentale simulant les températures moyennes du fjord en hver et été. En outre, la présence des pesticides deltaméthrine et cyperméthrine dans les particules en suspension et les organismes benthiques filtrants (bivalves et éponges) dans le fjord de Puyuhuapi a été évaluée. Enfin, une expérience d’exposition des organismes vivants dans la colonne d'eau et dans les sédiments marins d'une zone sans activité aquacole (baie de Banyuls, France) a été réalisée pour évaluer si la présence d'antibiotiques et de pesticides affecte le processus de minéralisation de la matière organique, à travers des changements dans la respiration de la communauté et les composants reminéralisés.Nos résultats montrent de faibles concentrations de florfénicol (de trace à 23,1 ng L-1) et de fluméquine (niveau de trace) détectées après 180 et 360 jours (respectivement) depuis leur dernière médication à une distance comprise entre 2 et 23 km des sites d’aquaculture. Le modèle de fugacité utilisé dans notre zone d'étude, associé au modèle de décomposition, prévoit que la fluméquine peut rester dans les sédiments pendant plus de deux mois à des concentrations d'inhibition subminimales (sub-MIC). Cette situation peut favoriser la sélection bactérienne pour la résistance aux antibiotiques et, à terme, constituer un risque pour la santé humaine lié à la consommation de fruits de mer. Les valeurs des constantes de partage Kd et KOC, obtenues par des expériences en lots dans notre étude, suggèrent que la capacité d'adsorption de la fluméquine est deux fois supérieure à celle du florfénicol (Tableau 2, section 3.2), ce qui implique que la fluméquine a une plus grande tendance à être adsorbée et absorbée par les sédiments. D'un point de vue environnemental, le devenir de la fluméquine sera plus associé aux processus affectant les particules, comme leur transport et leur déposition sur le fond marin, alors que la concentration de florfénicol sera contrôlé par des processus hydrodynaques, comme la dilution et le transport par les courants. En conséquence, une fraction plus élevée de fluméquine pourrait être stockée dans les sédiments des zones côtières d'élevage de saumons. Les pesticides deltaméthrine et cyperméthrine ont été utilisés dans des bains de saumon pour contrôler les foyers d'infection de Caligus (Caligus rogercresseyi). De très faibles concentrations de deltaméthrine ont été détectées dans les particules en suspension (0,01 à 0,05 ng L-1), ce qui n'aurait aucun effet sur les organismes (NOEC, LC50 et EC50) ou au niveau écologique (NOEAEC). Cette occurrence peut traduire la remise en suspension des sédiments ou un apport externe provenant de zones adjacentes, dans lesquelles des sites d’aquaculture sont actifs. Bien que la cyperméthrine n'ait pas été utilisée dans le fjord de Puyuhuapi, de faibles concentrations ont été détectées dans les bivalves et les éponges (0,04 et 0,05 ng g-1, respectivement) avec des valeurs comparables à celles mesurées dans des saumons sauvage capturé pour la consommation humaine (0,04 ng g-1). [...]

Maintaining navigational conditions in estuarine ports and their accesses requires regular maintenance. In the Seine estuary, dredging carried out by port authorities of Rouen and Le Havre induces sediment fluxes of the same order of magnitude as the natural morphological changes and 10 times greater than continental sediment inputs.A 3D hydrodynamic model, coupled to a wave model, simulating the dynamics of sand and mud has been adapted to simulate dredging as a process. In dredged areas, sediments deposited above an elevation threshold are extracted and then dumped above deposition sites.The model simulates the right quantities of dredged sediments (within 10% and without drift), their distribution as sand and mud, and the dynamics of disposal areas.10-year simulations show that dredging is at its maximum during the winter period, when river discharge is high and waves are intense. The response to different forcing differs according to the sediment nature.In the Seine navigation channel, mud dredging is positively correlated to the tidal amplitude and to the river flow, particularly when the estuarine turbidity maximum is close, while sand dredging increases with the waves.Interannual fluctuations in river flows and storms cause a variability in annual dredging requirements of up to 50%.When maintenance dredging is carried out, despite the increased fluxes of marine sediment in the estuary, the sediment balance of the estuary is in deficit (-2.8 Mt/year) whatever the immersion strategy. The latter influences the recycling rate of dredged sediments, here quantified by numerical marking. Simulations without dredging show that the estuary tends to fill up (+4.5 Mt/year) and sediment facies become slightly muddier. Due to the intensity of natural sediment remobilization, the dynamics of suspended sediments seem little affected by maintenance dredging., Le maintien des conditions de navigation dans les ports d'estuaires et leurs accès nécessite des dragages d’entretien récurrents. Dans l’estuaire de la Seine, les dragages réalisés par les ports de Rouen et du Havre génèrent des flux sédimentaires du même ordre de grandeur que les évolutions morphologiques et 10 fois supérieurs aux apports continentaux.Un modèle numérique d'hydrodynamique 3D, couplé à un modèle de vagues, simulant la dynamique des sables et des vases a été adapté pour simuler les dragages comme un processus. Les matériaux déposés au-dessus d'une cote imposée sont extraits puis immergés au-dessus de sites de dépôt. Le modèle restitue les quantités de sédiments dragués à 10% près et sans dérive, leur répartition en sable et vase, et la dynamique des zones de rejet.Des simulations réalistes pendant 10 ans montrent que les dragages sont maximaux durant la période hivernale, lorsque le débit de la Seine et les vagues sont intenses.La réponse aux différents forçages diffère selon la nature du sédiment : dans le chenal de navigation de la Seine les dragages de vase sont corrélés à l'amplitude de marée et secondairement au débit fluvial, s'intensifiant lorsque le bouchon vaseux est proche, tandis que les dragages de sable croissent avec les vagues. Les fluctuations interannuelles des débits et des tempêtes sont à l’origine d’une variabilité des besoins annuels en dragages pouvant atteindre 50%.Lorsque les dragages sont pratiqués, le bilan sédimentaire de l'estuaire est en déficit (-2.8 Mt/an), malgré l’augmentation des flux de sédiments marins vers l’estuaire, quel que soit le mode d'immersion testé. Ce dernier influence le taux de recyclage de sédiments dragués, ici quantifié par marquage numérique. Sans dragage, l’estuaire tend à se combler (+4,5 Mt/an) et les faciès sédimentaires sont légèrement plus vaseux. En raison de l’intensité des remobilisations sédimentaires naturelles, la dynamique des MES semble peu impactée par les dragages d’entretien.

Among tools that are used to fill knowledge gaps on natural systems, ecological modelling has been widely applied during the last two decades. Ecological models are simple representations of a complex reality. They allow to highlight environmental drivers of species ecological niche and better understand species responses to environmental changes. However, applying models to Southern Ocean benthic organisms raises several methodological challenges. Species presence datasets are often aggregated in time and space nearby research stations or along main sailing routes. Data are often limited in number to correctly describe species occupied space and physiology. Finally, environmental datasets are not precise enough to accurately represent the complexity of marine habitats. Can we thus generate performant and accurate models at the scale of the Southern Ocean ? What are the limits of such approaches ? How could we improve methods to build more relevant models ? In this PhD thesis, three different model categories have been studied and their performance evaluated. (1) Mechanistic physiological models (Dynamic Energy Budget models, DEB) simulate how the abiotic environment influences individual metabolism and represent the species fundamental niche. (2) Species distribution models (SDMs) predict species distribution probability by studying the relationship between species presences and the environment. They represent the species realised niche. (3) Dispersal lagrangian models predict the drift of propagules in water masses. Results show that physiological models can be developed for marine Southern Ocean species to simulate the metabolic variations in link with the environment and predict population dynamics. However, more data are necessary to highlight detailed physiological contrasts between populations and to accurately evaluate models. Results obtained for SDMs suggest that models generated at the scale of the Southern Ocean and future simulations are not relevant, given the lack of data available to characterise species occupied space, the lack of precision and accuracy of future climate scenarios and the impossibility to evaluate models. Moreover, model extrapolate on a large proportion of the projected area. Adding information on species physiological limits (observations, results from experiments, physiological model outputs) was shown to reduce extrapolation and to improve the capacity of models to estimate the species realised niche. Spatial aggregation of occurrence data, which influenced model predictions and evaluation was also succefully corrected. Finally, dispersal models showed an interesting potential to highlight the role of geographic barriers or conversely of spatial connectivity and also the link between species distribution, physiology and phylogeny history. This PhD thesis provides several methodological advice, annoted codes and tutorials to help implement future modelling works applied to Southern Ocean marine species., Parmi les outils qui permettent de mieux comprendre les systèmes naturels, la modélisation écologique a connu un essor particulièrement important depuis une vingtaine d’années. Les modèles écologiques, représentation simplifiée d’une réalité complexe, permettent de mettre en avant les facteurs environnementaux qui déterminent la niche écologique des espèces et de mieux comprendre leur réponse aux changements de l’environnement. Dans le cas des faunes marines antarctiques, la modélisation écologique fait face à plusieurs défis méthodologiques. Les jeux de données de présence des espèces sont très souvent agrégés dans le temps et dans l’espace, à proximité des stations de recherche. Ces données sont souvent trop peu nombreuses pour caractériser l’espace environnemental occupé par les espèces ainsi que leur physiologie. Enfin, les jeux de données environnementales manquent encore de précision pour finement représenter la complexité des habitats marins. Dans ces conditions, est-il possible de générer des modèles performants et justes à l’échelle de l’océan Austral ? Quelles sont les approches possibles et leurs limites ? Comment améliorer les méthodes afin de générer de meilleurs modèles ? Au cours de ce travail de thèse, trois types de modèles ont été étudiés et leurs performances évaluées. (1) Les modèles physiologiques de type DEB (Dynamic Energy Budget) simulent la manière dont l’environnement abiotique influe sur le métabolisme des individus et proposent une représentation de la niche fondamentale des espèces. (2) Les modèles de distribution d’espèces (SDMs pour Species Distribution Models) prédisent la probabilité de distribution des espèces en étudiant la relation spatiale entre données de présence et environnement. Ils proposent une représentation de la niche réalisée des espèces. Enfin (3), les modèles de dispersion de type lagrangien prédisent le mouvement de propagules dans les masses d’eau. Les résultats montrent que les modèles physiologiques réussissent à simuler les variations métaboliques des espèces antarctiques en fonction de l’environnement et à prédire les dynamiques de populations. Cependant, davantage de données sont nécessaires pour pouvoir caractériser finement les différences physiologiques entre populations et évaluer correctement les modèles. Les résultats obtenus pour les SDMs montrent que les modèles générés à l’échelle de l’océan Austral et leurs prédictions futures ne sont pas fiables du fait du manque de données disponibles pour caractériser l’espace occupé par les espèces, du manque de précision des scénarios climatiques futurs et de l’impossibilité d’évaluer les modèles. De plus, les modèles extrapolent sur une très grande proportion de l’espace projeté. L’apport d’information complémentaire sur les limites physiologiques des espèces (observations, résultats d’expériences, sorties de modèles physiologiques) permet de réduire l’extrapolation et d’augmenter la capacité des modèles à décrire la niche réalisée des espèces. L’agrégation spatiale des données, qui influençait les prédictions et l’évaluation des modèles a également pu être corrigée. Enfin, les modèles de dispersion ont montré un potentiel intéressant pour révéler le rôle des barrières géographiques ou à l’inverse, la connectivité spatiale, mais également le lien existant entre distribution, physiologie et histoire phylogénétique des espèces. Ce travail de thèse propose de nombreux conseils et fournit des codes annotés parfois sous forme de tutoriels, afin de constituer une aide utile aux futurs travaux de modélisation sur les espèces marines antarctiques.

In the Arabian Sea, eddies have a greater impact on the circulation than the large-scale circulation.In this manuscript, we present the three-dimensional structure of mesoscale eddies in the Arabian Sea, through the joint use of altimetry and in situ measurements. We then describe the lifecycle of these eddies using numerical simulations, under the assumption that they are isolated from the rest of the dynamics. For these simulations, a composite vortex extracted from in situ data is used as an initial condition. We discuss the impact of vortex stability on the vortex lifetime and the generation of submesoscale structures at the surface.We also discuss the interaction between eddies and the western boundaries of ocean basins, and relate these results to the measurement of a cyclonic submesoscale vortex performed during the PHYSINDIEN 2019 experiment.Because mesoscale eddies are actually not isolated from the ambient eddy field, we finally discuss one part of the eddy interactions that occur in the Arabian Sea: mergers. One of the main results of this study is that the comparison between the distance for which two eddies in the ocean merge, and the critical merging distance obtained from idealized studies of two eddies isolated on an f-plane omits the main parameters involved in merging: the ambient turbulent field and the β-effect., Dans des régions particulières du globe, les tourbillons ont un impact sur la circulation plus grand que la circulation grande échelle elle-même. C'est le cas en mer d'Arabie ou le transport des propriétés de la colonne d'eau est dominé par le transport induit par les tourbillons. Dans ce manuscrit de thèse, nous présentons tout d’abord la structure tridimensionnelle des tourbillons de méso-échelle en mer d'Arabie, grâce à l'utilisation conjointe de mesures altimétriques et de mesures in situ. Nous décrivons ensuite le cycle de vie de ces tourbillons à l’aide de simulations numériques, sous l'hypothèse qu’ils sont isolés du reste de la dynamique. Pour ces simulations, un tourbillon composite extrait des données in situ est utilisé comme condition initiale. Cela permet de réaliser des simulations très idéalisées, mais pour la première fois pertinentes et représentatives de la dynamique tourbillonnaire d'une région particulière. Nous discutons de l’impact de la stabilité des tourbillons sur leur durée de vie et sur la génération de structures de sousméso-échelle à la surface. Nous discutons également l’interaction entre les tourbillons et les frontières ouest des bassins océaniques, et mettons en relation ces résultats avec la mesure d'un tourbillon cyclonique de sousméso-échelle effectuée durant la campagne PHYSINDIEN 2019. Comme les tourbillons de méso-échelle ne sont en réalité pas isolés du champ tourbillonnaire ambiant, nous discutons finalement d'une partie des interactions entre tourbillons qui se produisent en mer d’Arabie : les fusions. Un des résultats principaux de cette étude est que la comparaison entre la distance pour laquelle deux tourbillons dans l'océan fusionnent, et la distance critique de fusion obtenue à partir d'études idéalisées de fusion de deux tourbillons isolés sur un plan f omet les paramètres principaux impliqués dans la fusion : le champ turbulent ambiant et l'effet β.

The book Floating Marine Debris along Indonesian Coasts. An Atlas of Strandings based on Lagrangian Modelling was conceived within the framework of a collaborative research project conducted jointly by the Indonesian Ministry of Marine Affairs and Fisheries (KKP), Collecte Localisation Satellite (CLS), and the French National Research Institute for Sustainable Development (IRD), and funded, since early 2020, by the Agence Française de Développement (AFD). The project aims to sustain the monitoring and modelling of marine debris in the Indonesian seas and beyond. The final goal is to strengthen Indonesian agencies in their efforts to rise public awareness about marine pollution by plastics, and to implement adapted mitigation strategies. Due to their high durability and relatively low-cost production, plastics constitute by far the predominant fraction of solid waste products, a substantial proportion of which is eventually discharged into the oceans. Emissions and circulation of plastic and marine debris follow complex pathways that vary locally according to waste management, population density and hydrology, but the majority of litter runs off from rivers. A major priority is to understand the sources of floating plastic debris and their eventual beaching locations and to identify potential connectivity patterns at the regional and basin ocean scales. A Lagrangian assessment of the debris dispersion originating from 21 major rivers in Indonesia was carried out as a means to identify the concentration at sea, as well as the geographic and temporal distribution of stranding along Indonesian coastlines based on a state-of-art ocean modelling. The present atlas detailing the results of this assessment at the regional scales should be viewed as a first effort to establish the river connectivity implied in the marine dispersion of surface plastic debris in Indonesia.

International audience; É rosion de la biodiversité marine : quelles solutions ? Plus de 300 000 espèces de plantes et d'animaux ont été décrits dans les mers et océans. Il est probable que le nombre total d'espèces, y compris celles qui restent à décrire, atteigne 1 à 10 millions, car la biodiversité marine est beaucoup moins bien connue que la biodiversité terrestre. Cela ne représente que 15 % de toutes les espèces décrites, mais la vie a débuté en mer et un grand nombre de groupes sont essentiellement ou exclusivement marins. Par ailleurs, ces estimations ne concernent que les espèces évoluées et pas les unicellulaires, ni les bactéries, archées et virus. De nombreux facteurs érodent cette biodiversité, mais des solutions éprouvées existent pour interrompre ce déclin et restaurer la vie marine.

The spatial and seasonal variability of the mixed layer depth (MLD) was studied using hydrological data from several databases collected over the period October 1973 to March 2017 at 10 °W between latitudes 2 °N and 10 °S in the Gulf of Guinea. The density threshold method with 0.03 kg m-3 criterion was used to calculate the MLD. In the equatorial band, the seasonal average MLD is 20 m whatever the season. At 6 °S and 10 °S, the MLD is relatively higher during the cold season. The MLD varies between 21 and 37 m at 6 °S, and the seasonal averages MLD are 21 and 40 m respectively during the hot and cold seasons. At 10 °S, during the hot season, the MLD varies between 28 and 52 m and the seasonal average is 39.5 m. During the cold season, the MLD varies between 45 and 55 m with a seasonal average of 49 m.

National audience; Episodes of Environmental Changes (EECs) correspond to reinforced greenhouseconditions associated to modifications of the carbon cycle that punctuated the EarlyCretaceous. From the latest Hauterivian to the Barremian, three EECs occurred (theFaraoni, Mid-Barremian and Taxy events). Despite the δ13Ccarb shows various trendsduring these events, they are all associated to short-lived geographic expansion oforganic-rich deposits in the western Tethys. We propose here an astronomicalcalibration of the latest Hauterivian-earliest Aptian from the Subbetic Domain (SESpain) to better constrain the pacing of these events and understand their forcingmechanisms. The sedimentary series studied are composed of orbitally-forcedhemipelagic marl-limestone alternations. Magnetic susceptibility was measured every 7cm using a Kappabridge KLY-3. Spectral analyses revealed the pervasive presence ofthe eccentricity cycles. Interpretations are notably validated by lithostratigraphic andbiostratigraphic correlations between the sections. The duration of the BarremianStage is calculated at 4.25 ± 0.17 Ma. Anchoring this duration to recently publishedradio- astrochronological time scales, the base of the Barremian Stage is dated at 125.91± 0.06 Ma and the top of the Barremian Stage at 121.67 ± 0.16 Ma. The EECs of thelatest Hauterivian and Barremian stages show a pacing of 2.34 Myr, suggesting acontrol of the long eccentricity cycle on the expansion of oceanic anoxic conditions inthe Tethys through changes in humid/arid cycle, weathering, sea level and fertilizationof the sea surface.

International audience; Capitella spp. is considered as an important ecological indicator of eutrophication due to its high densities in organic-rich, reduced, and sometimes polluted coastal ecosystems. We investigated whether such ability to cope with adverse ecological contexts might be a response to the microorganisms these worms are associated with. In populations from the French Atlantic coast (Roscoff, Brittany), we observed an epibiotic association covering the tegument of 20–30% specimens from an anthropized site while individuals from a reference, non-anthropized site were devoid of any visible epibionts. Using RNAseq, molecular and microscopic analyses, we described and compared the microbial communities associated with the epibiotic versus the non-epibiotic specimens at both locations. Interestingly, data showed that the epibiosis is characterized by sulfur-oxidizing bacteria among which the giant bacterium Thiomargarita sp., to date only described in deep sea habitats. Survey of Capitella combined with the geochemical analysis of their sediment revealed that epibiotic specimens are always found in muds with the highest concentration of sulfides, mostly during the summer. Concomitantly, tolerance tests demonstrated that the acquisition of epibionts increased survival against toxic level of sulfides. Overall, the present data highlight for the first time a peculiar plastic adaptation to seasonal variations of the habitat based on a transcient epibiosis allowing a coastal species to survive temporary harsher conditions.

This memoir proposes an introduction to the asymptotic mathematical modeling of surface and interfacial gravity water waves. It aims at providing a unified approach to the derivation and rigorous justification of many standard and less-standard models., Ce mémoire présente une introduction à la théorie de modélisation asymptotique de l'évolution des vagues ou d'ondes d'interface. Il propose une approche unifiée quant à la dérivation et la justification rigoureuse de nombreux modèles standards et moins standards dans la littérature.

International audience