Etude des Particules Exopolymériques Transparentes (TEP) en milieu marin. Dynamique et rôle dans le cycle du carbone - Université Pierre et Marie Curie Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2003

Etude des Particules Exopolymériques Transparentes (TEP) en milieu marin. Dynamique et rôle dans le cycle du carbone

Résumé

The study of Transparent Exopolymeric Particles (TEP) has been a field of increasing interest over the past ten years. Their main source is exsudation of polysaccharides by phytoplankton and bacteria. These particles, which are formed abiotically, essentially by coagulation of colloidal organic matter, are strongly involved in marine biogeochemical processes. Two techniques for determining the presence of TEP were compared (“Filter-Transfer-Freeze” and “Frosted White Slides”) and their limits and advantages were evaluated in order to establish an optimal procedure. In the following work, the second method was preferred for its better results in terms of precision and accuracy. A study of the seasonal variations of TEP in the North-western Mediterranean from February 1999 to February 2000 was carried out at two sites, one being at the coast and the other offshore (DYFAMED-JGOFS program). The TEP remained very abundant during the whole year (from 2.104 to 2.105 TEP ml-1) in the euphotic zone. Their dynamics tended to reflect the trophic status of the ecosystem rather than the regional differences. Generally, an increase of the TEP pool was observed after the spring bloom, persisting during the summer period. The present in situ study also revealed the importance of this pool of matter as a stock of organic carbon (from 0.6 to 20.5 µmol.C.l-1; up to 15% of total organic carbon). Furthermore, these particles have a C/N molar ratio which is significantly greater than the Redfield ratio (C/N = 21 in average). The formation of TEP would therefore have a major role in the transfer of carbon when over-consumption of dissolved inorganic carbon (DIC) by phytoplankton during oligotrophic conditions takes place. TEP consequently represent an important component in the carbon cycle by trapping organic carbon in a particulate form. The effect of the trophic regime associated to different degrees of turbulence on the dynamics of TEP has been monitored in controlled conditions, under the European project NTAP (Nutrient dynamics mediated through Turbulence And Plankton interactions). This showed that strong turbulence (1.10-4cm2s-3) enhances the persistence of this pool at the surface by encouraging the aggregation of particles. It is equally favourable towards bacterial colonisation of TEP. Hence, the hydrodynamics of the ecosystem should be able to influence the formation of TEP as well as the outcome of this pool of matter (accumulation and/or sedimentation). Transmission electronic microscopy coupled to an X-ray micro-analysis was applied to determine the elementary composition (C, N, P, Mg, Ca, Fe, Mn) of TEP as a function of the trophic conditions. Results confirmed the importance of these particles in terms of carbon as well as their role in the over-consumption of DIC when the environment is nitrogen-deficient. Furthermore, TEP are able to adsorb iron and manganese (up to 1.7 nM Mn and 18.7 nM Fe in a Norwegian fjord), thus pointing to their role in the biogeochemical cycle of trace elements.
L'étude des Particules Exopolymériques Transparentes (TEP) fait l'objet d'une attention grandissante depuis les dix dernières années. Leur source principale est l'exsudation de polysaccharides par le phytoplancton et les bactéries. Ces particules formées de façon abiotique, principalement via la coagulation de matière organique colloïdale, sont fortement impliquées dans les processus biogéochimiques des milieux aquatiques. Nous avons comparé deux techniques de mise en évidence des TEP (« Filter-Transfer-Freeze », et méthode des lames blanches dépolies) et évalué leurs limites et avantages afin d'établir un protocole le plus efficace possible. Dans la suite de ce travail, nous privilégierons la méthode des lames blanches dépolies qui offre de meilleurs résultats en termes de précision et de reproductibilité. Une étude des variations saisonnières des TEP en Méditerranée Nord-Occidentale de février 1999 à février 2000 a été effectuée, en deux sites, l'un côtier, l'autre océanique (programme DYFAMED-JGOFS). Les TEP sont présentes en forte abondance durant la totalité de l'année (de 2x104 à 2x105 TEP ml-1) en zone euphotique. Leur dynamique reflète davantage le statut trophique de l'écosystème plutôt que des différences régionales. Globalement, on observe une augmentation du pool de TEP après la floraison printanière et une persistance de ce pool durant la période estivale. Cette étude in situ a révélé également l'importance de ce pool de matière en tant que réservoir de carbone organique (de 0,6 à 20,5 µmol C l-1 ; jusqu'à 15% du carbone organique total). De plus, ces particules possèdent un rapport molaire C/N largement supérieur au rapport de Redfield (C/N = 21 en moyenne). La formation des TEP serait une voie majeure de transfert du carbone lors de la surconsommation de carbone inorganique dissous (CID) par le phytoplancton en période oligotrophe. Les TEP représentent donc une composante importante dans le cycle du carbone en séquestrant le carbone organique sous forme particulaire. L'effet des conditions trophiques, associées à différentes intensités de turbulence sur la dynamique des TEP a fait l'objet d'un suivi en milieu contrôlé, dans le cadre du projet européen NTAP (Nutrient dynamics mediated through Turbulence And Plankton interactions). Une forte turbulence (1x10-4 cm2 s-3) induit la persistance de ce pool en surface entraînant l'agrégation des particules. Elle favorise également la colonisation bactérienne des TEP. L'hydrodynamisme de l'écosystème influencera donc la formation des TEP ainsi que le devenir de ce pool de matière (accumulation et/ou sédimentation). L'utilisation de la microscopie électronique à transmission couplée à une micro-analyse aux rayons X a permis de déterminer la composition élémentaire (C, N, P, Mg, Ca, Fe, Mn) des TEP en fonction des conditions trophiques du milieu. Les résultats confirment l'importance de ces particules en termes de carbone et leur rôle dans la surconsommation de CID lorsque le milieu est déficient en azote. De plus, les TEP adsorbent du fer et du manganèse (jusqu'à 1,7 nM Mn et 18,7 nM Fe dans un fjord Norvégien) laissant présumer de leur rôle dans le cycle biogéochimique des éléments-traces.
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Citer

Sophie Beauvais. Etude des Particules Exopolymériques Transparentes (TEP) en milieu marin. Dynamique et rôle dans le cycle du carbone. Autre. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2003. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00003711⟩
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