Institut Méditerranéen d’Océanologie
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Félicitations à Katty DONOSO FEREZ (équipe EMBIO ), nouvellement docteur en océanologie du MIO !

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Son sujet de thèse était : "Structure et fonctionnement des communautés zooplanctoniques de Mediterranée Nord- Occidentale."

L’ensemble des personnels du MIO la félicite chaleureusement !


Katty entourée par les membres de son jury de thèse

Résumé :
La Méditerranée Nord-Occidentale (MNO) se caractérise par un processus de formation d’eau profonde en hiver qui induit une forte floraison phytoplanctonique au printemps, avec cependant de fortes variations spatiales. L’intensité et de l’extension de ce processus relié au forçage atmosphérique est connue pour contribuer à la productivité relativement élevée en MNO et au flux de carbone associé. L’objectif de cette thèse a été de caractériser la dynamique de la communauté mesozooplanctonique à l’échelle régionale de la MNO, y compris dans la zone de convection profonde (ZCP) hivernale, (1) en étudiant sa structuration en taxonomie et en taille et (2) en évaluant les liens trophiques phyto-zooplancton à partir des teneurs en isotopes stables et d’équations de modèles, en relation avec l’environnement hydrologique et biogéochimique. Trois campagnes océanographiques ont été menées pour cartographier la MNO, de la mer de Ligure à la mer Catalane, au nord d’une latitude reliant Majorque à la Sardaigne, en 3 saisons contrastées : hiver et printemps pour cartographier la dynamique de la convection profonde et son impact régional (DEWEX 2013), et en été pendant une période complètement stratifiée (MOOSE-GE 2014), fournissant un jeu de données unique à cette échelle régionale.
Le zooplancton de MNO est caractérisé par de faibles abondances et biomasses en hiver, les plus faibles valeurs étant trouvées dans la ZCP, puis par une augmentation générale printanière, en abondance et en biomasse (en moyenne x6 et x5, respectivement). Des différences spatiales s’observent, la partie centrale de la ZCP présentant les plus forts changements de biomasse de l’hiver au printemps (un ordre de grandeur en abondance et en biomasse). Alors que les biomasses d’été se sont révélées comparables aux valeurs hivernales, assez homogènes sur la zone d’étude, les abondances restent à la moitié des valeurs du printemps indiquant la prédominance des petites formes (à la fois des juvéniles et de petites espèces). Les pentes des spectres de taille normalisés (PSTN) ont légèrement diminué de l’hiver au printemps et plus encore en été, corroborant une production continue de nouveaux individus. En été, la partie centrale de la zone d’étude (où se situe la ZCP d’hiver) a eu les plus fortes valeurs de PSTN et la plus faible valeur d’indice de diversité de Shannon. La communauté zooplanctonique a été caractérisée en toutes saisons par une forte dominance des copépodes Clausocalanus / Paracalanus spp., Microsetella spp., Oithona spp., Oncaea spp., et Centropages typicus, taxons les plus fréquents (dans les 5 meilleurs rangs) de toutes les régions pour les trois périodes, mais avec des ordres variables. Des différences spatiales ont été trouvées entre la région centrale (ZCP hiver- printemps) et sa périphérie. Au printemps, cette zone centrale a été caractérisée par une forte augmentation d’espèces herbivores dominantes telles que Centropages typicus et Calanus helgolandicus.
Le rôle fonctionnel du mésozooplancton a été estimé pour les trois saisons : de l’hiver au printemps et au milieu de l’été. Les stocks de pico, de nano et de micro-phytoplancton, ainsi que la demande en carbone du zooplancton et l’impact du broutage sur ces fractions de taille phytoplanctoniques variaient saisonnièrement et spatialement. En moyenne, sur l’ensemble de la région, les stocks de micro et nano-phytoplancton ont fortement augmenté de l’hiver au printemps, mais le stock de picoplancton est resté stable, sauf dans le ZCP où les trois fractions ont montré la même augmentation printanière, et l’impact potentiel du broutage a été estimé augmenter d’un ordre de grandeur de l’hiver au printemps. Cependant, cela ne suffit pas pour contrôler globalement la floraison phytoplanctonique printanière, mais impacte significativement la structure de taille du phytoplancton. En toutes saisons, le microphytoplancton semble être mal utilisé par les différentes classes de taille du zooplancton, alors que le nanophytoplancton est bien utilisé par toutes les classes zooplanctoniques en hiver, et par les grands organismes zooplanctoniques au printemps. Le picoplancton a contribué de manière significative au broutage par toutes les classes de taille zooplanctoniques en hiver et au printemps, avec un rôle croissant avec l’avancée de la floraison en périphérie de la ZCP, probablement via une boucle microbienne très active. Inversement, dans la ZCP, l’impact du broutage sur le picoplancton au printemps était moins important et ne suffisait pas à le contrôler. La contribution des copépodes au broutage était généralement forte sur l’ensemble de la zone, mais principalement dans la ZCP. En avril, toute la MNO, à l’exception de la ZCP, a subi un contrôle « top-down » du zooplancton sur le phytoplancton, tandis que dans le ZCP, les valeurs de chlorophyll-a sont restées élevées malgré la forte demande en carbone du zooplancton, ce qui indique un contrôle « bottom-up ».
Cette étude souligne que la ZCP est probablement une zone de transfert d’énergie renforcé vers les niveaux trophiques plus élevés et vers l’export de matière organique en MNO.

Mots clés : Zooplancton, Méditerranée du Nord-Occidentale Impact de la convection profonde. Relations phytoplancton –zooplancton, transition hiver-printemps, situation estivale
Zooplankton Community Structure and Functioning in the North Western Mediterranean Sea
Abstract :
The North-Western Mediterranean Sea (NWMS) is characterized by a deep water convection process in winter, which induces a large phytoplankton bloom of new production in spring with large spatial variations. The strength and extension of this process connected to atmospheric forcing is known to contribute to the relatively high NWMS productivity and the associated carbon flux. The main objective of this thesis was to characterize the dynamics of the mesozooplankton community at the regional scale of NWMS including the winter Deep Convection Zone (DCZ), by (1) studying its taxonomy and size structures, and by (2) evaluating its phytoplankton-zooplankton trophic links based on stable isotope contents and model equations Three oceanographic cruises were conducted to map the NWMS from the Ligurian sea to the Catalan sea, north of a latitude joining Majorca to Sardinia, in 3 contrasting seasons : winter and spring to map the dynamics of the deep convection and its impact on the whole region, and in summer during a completely stratified period. This represents a unique data set of zooplankton at this regional scale.
The NWMS was characterized in winter by low zooplankton abundance and biomass, the lowest values being found in the Deep Convection Zone, and in spring by a general increase, both in abundance and biomass (X6 and X5 in average, respectively). Spatial differences occurred, and the central part of the DCZ presented the highest biomass changes from winter to spring (one order of magnitude in abundance and biomass). Whereas the summer biomasses were found comparable to their winter values, and quite homogenous in the study area, the abundance values were more than a half of the spring values indicating the dominance of small forms (both young stages and small species). The size spectrum slopes (NBSS) slightly decreased from winter to spring and further to summer, corroborating this continuous production of new individuals. The central part of the survey, where the winter DCZ occurs, presented the steepest NBSS slopes and the lowest Shannon diversity index in summer. The zooplankton community was characterized by a high dominance of copepods in all seasons. Clausocalanus/Paracalanus spp., Microsetella, Oithona spp. and Oncaea spp. Centropages typicus were the most frequent taxa found in the top 5 ranks over all regions for the three periods but with different orders. Spatial differences were found between the central region (DCZ in winter-spring) and its periphery ; in spring, this central was characterized by a strong increase of dominant herbivorous species such as Centropages typicus and Calanus helgolandicus.
The functional role of the mesozooplankton was estimated for three seasons : for the winter and spring transition (DEWEX 2013) and in mid-summer (MOOSE-GE 2014). The stocks of pico-, nano- and microphytoplankton as well as the zooplankton carbon demand and the grazing impact on these phytoplankton size fractions varied seasonally and spatially. On average over the whole region, the micro- and nano-phytoplankton stocks strongly increased from winter to spring, but the picoplankton stock remained equivalents, except in the DCZ where the three fractions showed the same spring increase. The potential grazing impact was estimated to increase by one order of magnitude from winter to spring. However, it was not sufficient enough to globally control the spring phytoplankton bloom, but it had a significant impact on the phytoplankton size-structure. In all seasons, the microphytoplankton appeared to be poorly used by the different size-classes of zooplankton, whereas the nanophytoplankton was well used by all zooplankton size classes in winter, and by large zooplanktonic organisms in spring high bloom situation. Picoplankton contributed significantly to grazing of all zooplankton size classes in winter and spring, with an increasing role in high bloom situation at the periphery of the DCZ where it is assumed that zooplankton control on picoplankton was probably indirect with a very active microbial loop. Conversely in the DCZ, the grazing impact on picoplankton in spring was less important and not sufficient to control its increase. The grazing impact by copepods on total phytoplankton represented a large contribution of the zooplankton grazing over the whole area, but was even the highest in the DCZ area. In April, all areas except the DCZ incurred top-down control by zooplankton on the phytoplankton stock, whereas in the DCZ, the chlorophyll-a values remained high despite the high zooplankton biomass and carbon demand, indicating a sustained bottom-up control.
This study indicates that the deep convection zone is likely an area of both enhanced energy transfer to higher trophic levels and organic matter export in NWMS.

Keywords : Zooplankton, North Western Mediterranean, impact of deep water formation, phytoplankton-zooplankton interactions, winter-spring transition, summer