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

Ces dernieres annees, l'estimation de la biomasse phytoplanctonique et de la production primaire a grande echelle s'est developpee a partir de signaux satellitaires. Ces estimations sont basees sur la mesure de la couleur des oceans, une propriete optique largement determinee par les proprietes optiques inherentes (lOPs) des eaux de surface. Les IOPs des oceans, telles que les coefficients d'absorption et de diffusion de l'eau de mer, varient principalement en fonction du contenu de la masse d'eau en matiere particulaire, inorganique et organique (i.e., phytoplancton, bacteries et virus) ainsi qu 'en matiere organique dissoute coloree (CDOM). Les variations des IOPs peuvent resulter de changement d ' abondance ou de proprietes optiques des assemblages phytoplanctoniques. Le phytoplancton de petite taille «20 !lm) est le plus souvent dominant dans les oceans, et peut donc etre une source importante de variation des IOPs dans les oceans. Un programme de validation des donnees SeaWiFs a ete mi s en place dans l'Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent, afin d'elaborer des algorithmes permettant d'estimer les concentrations en chi-a. Dans ce contexte, ce projet de doctorat a pour objectif principal de definir l'impact du phytoplancton «20 !lm) sur les variations des proprietes optiques du Saint-Laurent. Afin d 'attei ndre cet objectif, il est necessaire de determiner en milieu controle les facteurs de variabilite des proprietes optiques cellulaires et des IOPs du phytoplancton «20 !lm) des eaux du Saint-Laurent, et d'evaluer la contribution du phytopl ancton «20 !l m) aux proprietes optiques totales des eaux du Saint-Laurent. La premiere experience visait a etudier les variations des proprietes optiques de deux especes communes dans les eaux du Saint-Laurent, Imantonia rotunda (haptophyte) et Thalassiossira pseudonana (diatomee) en reponse au cycle jour-nuit et a un stress lumineux. Les resultats ont montre, dans le cas d'I. rotunda, que les proprietes optiques cellulaires pouvaient presenter une periodicite liee a la synchronisation de la divi sion cellulaire. L'amplitude des variations journalieres des proprietes optiques et cellulaires etait generalement importante sous l'influence du cycle jour-nuit. De plus, l' augmentation de l'intensite lumineuse entrainait une augmentation du volume cellulaire (pour la di atomee) et des changements pigmentaires (pour les deux especes), et amplifiait les variations journalieres de la plupart des proprietes optiques et cellulaires. Par consequent, les variations journalieres des proprietes optiques et de la pigmentation associees au cycle journuit et amplifiees par des changements concomitants d'intensite lumineuse, contribueraient significativement a la variabilite des proprietes optiques observee dans les etudes biooptiques en milieu naturel. Dans la deuxieme experience, l' influence de l'etat physiologique, associe aux phases de croissance (latence, exponentielle, stationnaire et declin), sur les proprietes optiques du phytoplancton a ete etudiee sur quatre especes phytoplanctoniques egalement communes dans les eaux du Saint-Laurent (Thalassiossira pseudonana, Alexandrium tamarense, Imantonia rotunda et Nannochloropsis sp.). Les proprietes optiques totales et cellulaires differaient selon les especes, mai s aussi en fonction de la phase de croissance. Les phases de croissance alteraient le spectre d'absorption specifique a la chI-a, ainsi que les relations entre les ratios d' absorption du phytoplancton (aph(440)/aph(488) et aph(440)/aph(555» et les ratios pigmentaires (carotenoides photoprotecteurs (PPC)/chl-a et carotenoides photosynthetiques (PSC)/chl-a), qUI n'etaient significatives que pour les phases exponentielles et stationnaires. Le spectre de diffusion etait egalement affecte par les phases de croissance; en effet, aux courtes longueurs d'onde le coefficient de diffusion normalise (bpCA)/bp(555» etait plus fort pour des cellules phytoplanctoniques en phase de latence ou de declin. De plus, la presence de bacteries et de detritus, due au vieillissement des cultures, deformait le spectre de diffusion normalise et modifiait la relation entre le coefficient de diffusion du phytoplancton (bph) et la concentration en chi-a. Les bacteries et les particules detritiques affectaient la variabilite des IOPs totales, particulierement la diffusion, en modifiant la distribution de taille des particules. Par consequent, les variations des proprietes optiques associees aux assemblages planctoniques et/ou a la phase de croissance peuvent contribuer a alterer la couleur des oceans, particulierement pendant les periodes de floraison, et devraient etre prises en compte dans les etudes bio-optiques en milieu naturel. Afin d'evaluer la contribution du phytoplancton «20 /lm) a la variabilite des proprietes optiques totales des eaux de surface du Saint-Laurent, deux campagnes oceanographiques, SeaWiFs 2000 (mai-juin) et 2001 (avril-mai), ont ete conduites dans l'Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent (Canada), au cours desquelles la di stribution de l'abondance et des proprietes optiques du pico-, ultra- et nanophytoplancton «2, 2-5 et 5- 20 /lm, respectivement) ont ete examinees. La floraison printaniere, localisee dans l'Estuaire en mai 2000 et dans le Golfe en avril 2001, etait dominee par des especes de diatomees differentes entre les deux annees. Cependant, les abondances de phytoplancton <20 /lm les plus fortes etaient retrouvees dans le Golfe, et largement dominees par le picophytoplancton. En dehors des periodes de florai son, la contribution du phytoplancton <20 /lm a l'absorption du phytoplancton etait plus importante, et majoritairement due au nanophytoplancton. Les differences regionales etaient evidentes pour les proprietes d'absorption, qui resultaient de la composition taxonomique, et pour les proprietes de diffusion, par exemple, la contribution du phytoplancton <20 /lm a la diffusion totale etait plus elevee dans le Golfe que dans l'Estuaire, meme si elle etait generalement faible. En plus de la variabilite spatiale, les proprietes optiques cellulaires presentaient des variations journalieres. Ces variations etaient particulierement prononcees pour le picophytoplancton, dont la periodicite etait reliee a la synchronisation de la divi sion cellulaire; alors que les variations journalieres de l'ultra- et du nanophytoplancton refletaient des process us de photoacclimatation. Contrairement aux proprietes optiques cellulaires, les IOPs ou les relations entre IOPs et composition pigmentaire n'etaient pas affectees par les variations journalieres. D'autre part, la plupart des differences de proprietes bio-optiques, particulierement l'absorption, etaient attribuables a la contribution du phytoplancton <20 /lm; ceci confirme l'importance de la structure de taille des communautes phytoplanctoniques dans les modeles bio-optiques appl iques au Saint-Laurent. L'ensemble des resultats de cette these a permis de mettre en evidence l'importance des mecanismes de photoacclimatation et de synchronisation du cycle cellulaire du phytoplancton sur les variations journalieres des IOPs et l'importance de l'etat physiologique relie au stade de croissance sur les variations temporelles a long terme des IOPs. De plus, le phytoplancton <20 !lm contribue de maniere importante aux IOPs et a leur variabilite dans l'Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent, et ce particulierement pour l'absorption. Cette etude de doctorat souligne donc l'importance du phytoplancton <20 !lm sur la variabilite des IOPs des oceans.

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