Faure Vincent

06-03-02

• Les rivières ont des débits assez faible.

• Les temps de résidence des masses d’eau sont de l’ordre de 11 jours.

• L’élément limitant est l’azote. En ordre général, les valeurs des concentrations en nutriments et biomasse sont très faibles. Milieu oligotrophe.

C’est essentiellement les processus hydrologiques qui permettent de préserver le caractère oligotrophe du lagon, malgré l’anthropisation et l’eutrophisation (temps de résidence < temps de dégradation).

Les deux types de modèles

Les bactéries ne sont pas des variables d’état individualisée. Elles interviennent dans le compartiment microplanctonique ainsi que dans les processus de minéralisation.

Modèle à compartiment 

• 13 variables d’état
• différences finies (limite le nombre de variables d’état)
• temps explicite (1j)
• 2 couches d’eau dans le modèle bio + sédiment
• 28 compartiments horizontaux, maille 1km
• hydro force bio ( offline)

• Evolution du phyto, C,N sur l’année

• 7 variables d’état
• maillage 500 m
• 21 niveaux verticaux
• pas de temps de 20min

• Processus de transport et transformation de la MO (bloom, eutrophisation chronique)

• Sels nutritifs : Nitrate, ammonium, oxygène dissous (N_H , N_P, O)

• MOP : carbone et azote organique détritique particulaire (C_P, N_P)

• Biomasse phytoplanctonique : C_B, N_B (C_B = chloro a * 50 )

Schéma 

Elles sont du type :

où :

µ : Growth rate G : Grazing rate

m :Mortality rate r : Respiration rate

Concernant les variables d’état, il est nécessaire dans une phase d’évolution du modèle biogéochimique, de prendre en compte la boucle microbienne et de différencier le phytoplancton, entre autres…. :

• Biomasse bactérienne : C_bac et N_bac
• Phyto différencié en nano/pico en azote et carbone : C_nano, N_nano, C_pico, N_pico
• Phyto différencié en diatomées/flagellés
• Phyto différencié en autotrophes/hétérotrophes
• La matière organique dissoute : NOD, POD.

Avec les questions suivantes :

• Evaluation du rapport C/N dans les bactéries (littérature contradictoire). Est-ce que les bactéries sont capables de faire des réserves d’azote ? ->possibilité d’utiliser la notion de quota cellulaire, cad de faire varier C/N en fonction des conditions trophiques. Calcul de l’uptake de DIN.

• Prédation des bactéries. Pour l’instant, on considère production=grazing, si les virus ont un effet négligeable. -> A voir dans la littérature.

• Introduction du NOD et COD. Problème du dosage des formes organiques. Pour l’instant, les variations sont assez faibles. ->A voir dans le chapitre de thèse

• Nano/pico : ils n’ont pas les mêmes implications trophiques, ce qui implique des rendements finaux de transfert (pertes de MOD) différents.

• Effet sur le modèle de la modification du rapport C/chloro (sous-estimé à 50 ?).

Mais il ne faut pas oublier que l’on ait limité par les temps de calcul dans le modèle 3D…

Cependant, ces variables peuvent être rajoutées dans un premier temps dans un modèle 0D, afin de comparer leurs influences respectives.

Mais : cela est-il valable ? leurs influences peuvent-elle être liées à la physique ?

• COD : de 26 à 93 m M C. Moyenne de 77 ± 5 m MC .

• CHOTD (carbohydrates totaux dissous) : 10 ± 2 m M C ; ils représentent en moyenne 16% ± 3% du COD.

• NOD : de 3.9 à 8.1 m M N. Moyenne à 6.0 ± 1.3 m M N.

• POD : moyenne à 0.26 ± 0.07 m M P

• Les rapports atomiques de la MOD : C/N = 13.5± 2.7 ; C/P = 131 à 501.

(Résultat après 20 jours d’incubation)

• BCOD :

• BNOD :

• POD :

• RCB : rendement de croissance bactérienne : forte concentration de BCOD implique rendement plus faible.

La zone du lagon peut être découpé en 4 zones :

• Rivière Dumbéa : BCOD minimale, 3m M C
• Baie Dumbéa – Grande Rade : BCOD moyen de 11m M C . la baie est enrichie en MOD fraîche et sels nutritifs, mais cette MOD semble refractaire. La grande Rade subit des apports anthropiques en MID et MOD enrichie en N et P ; la biodégradabilité est supérieure.
• Zone centrale du lagon : BCOD moyen de 15m M C. Caractéristique des eaux lagonaires. Importance du réseau microbien : le flux vertical de COP = 15% de la production pélagique, le reste étant brouté ou étant relargué en COD par les bactéries.
• Baie de Sainte-Marie : BCOD moyen de 19 m M C. Apport d’origine anthropique en C,N,P organiques et de facon fluctuente en MID. MOD plus accessible aux bactéries

A remarquer : apparente homogénéisation résulte de la plus grande rapidité des processus physiques de mélange, hors P, dont la dissolution est très rapide.

• Corrélation entre chloro a, production primaire, production bactérienne et taux de croissance bacterien d’une part, et DIN -> Azote, élément le plus determinant.

• L’activité bactérienne semble liée au DIN et à la production phytoplanctonique.

L’apport d’élément nutritif ne provoque pas d’augmentation de l’abondance bactérienne -> contrôle par la prédation (?)

• L’apport d’élément nutritif ne provoque pas d’augmentation du taux de croissance phytoplanctonique, mais une augmentation de la biomasse ! ! possible contrôle par la prédation…les brouteurs peuvent être selectifs sur le phtyo…

• Augmentation des apports nutritifs -> Augmentation du nanoplancton, et diminution du picoplancton.

Les prokaryotes sont les producteurs de matière organique primaires et secondaires dominants dans les eaux oligotrophiques (Whitman et al, 1998).

Les bactéries hétérotrophes constitue le pool principal de C dans la zone euphotique, et cette biomasse peut etre plusieurs fois plus grandes que la masse de phytoplancton (Cho and Azam,1998 ;Fuhrman et al,1989).

Ainsi, le bacterioplancton contribue de façon significative au pool de N et P particulaire, et affecte les phénomènes d’absorption et de dispersion de la lumière (Morel et Ahn,1990).

Dans les zones océaniques tropicales et sub-tropicales, les producteurs primaires sont dominés par le picoplancton autotrophe prokaryote, appartenant à Prochlorococcus (Chisholm et al, 1998 ; Olson et al,1990) et Synechococcus (Waterbury et al, 1979 ; Burkill et al, 1993).

Le broutage par des hétérotrophes semble être la principale cause de perte du picoplancton autotrophe et hétérotrophes. (Wikner and Hagstrom,1998 ;Landry and al,1995).

Quelle est l’importance entre les substrats organiques et inorganiques (bottom-up) et la prédation (top-down) pour le contrôle de la biomasse bactérienne ? ?

Pas mal d’études penchent pour un contrôle bottom-up :

• Kirchman and Rich, 1997 : stimulation de la productivité par addition de DOM…
• Dufour et Torréton, 1996 : Corrélation entre le phytoplancton et la biomasse bactérienne
• Ducklow, 1992 : corrélation entre la production et la biomasse bactérienne…
• Billen, 1990 : le niveau moyen de la biomasse bactérienne reflète l’enrichissement du système. Mais le taux de turn-over semble être indépendant de la richesse du milieu : la croissance et la mortalité seraient donc indépendant des ressources du milieu.

Mais le contrôle top-down n’est pas à négliger : le broutage par les bactérivores peut intervenir suivant d’autres échelles spatiales et temporelles.

Mais le couplage entre les bactéries et les bactérivores n’est pas encore bien compris…

Une étude comparative a pu montré : top down pour les zones eutrophes, et bottom-up pour les zones oligotrophes, bien que le broutage et la production soient généralement équilibré (Sanders et al, 1992).

la croissance des bactéries et les pertes par prédation dans les systèmes océaniques oligotrophes sont probablement plus ou moins balancé. (Weisse,1989 ;Landry et al,1995 ; Goosen et al,1997 ; Caron et al, 1999)

En fait, Kirchman and Rich,1997, ont obtenu des biomasses bactériennes plutot constante malgré l’augmentation de la production : le grazing maintient la biomasse à une valeur constant.

En outre, les infections virales peuvent être un facteur important de perte bactérienne : 10 à 50% de la mortalité des bactéries dans les eaux de surface (Fuhrman,1999)

L’étude de K.Jurgens et al, 1999 a montré que les bactéries sont capables de répondre très vite à des entrées de DOM, de former des blooms sur des échelles de temps et d’espace sans contrôle par les brouteurs, en raison du retard du développement des Heterotrophic nanoflagelates (HNF), et en l’absence d’autres bactérivores.

Billen,Becquevort,1991 ; Billen,1990: En raison du caractère macromoléculaires de la DOC produite par le phytoplancton, on observe en général un décalage entre le bloom de phyto et celui des bactéries

• Lancelot et al.,1991 -> N/C = 0.25
• Heldal, Norland,…,1996 -> N/C = 0.07 à 0.41 ; moyenne=0.24

• P.Tett et H.Wilson,2000 : bactéries et protozoaires ont un ratio N/C constant à 0.18mol N/molC

Données à étudier dans ECOTOX…

Biblio sur Billen :

-Modèle HSB, Billen, Servais, Fontigny,88

-Billen,Protein degradation in aquatic environnement (chapter 7, 7.3) :

le principe de la croissance est celui du modèle HSB, mais le stock de substrats disponibles pour cette croissance est calculé de deux façons différentes, selon la facilité avec laquelle les molécules sont dégradables.

On peut distinguer :

• les molécules provenant de l’exudation par le phytoplancton de matières organiques dissoutes , alimentant directement le pool de substrats monomères.
• les molécules provenant de la lyse du phytoplancton, produisant des macromolécules, qui seront ensuite hydrolysés par des exoenzymes…

La proportion de chacun de ces phénomènes semblent être différentes suivant les saisons ou les environnements considérés.

Il est difficile de mesurer directement ces phénomènes : le paramètre est donc établi à partir du modèle et de données de biomasse bactérienne mesurées.

La croissance des bactéries dépend donc des substrats monomères disponibles…

Kirchman et al,1994 : les bactéries préfèrent le NH₄ aux nitrates

Rodrigues,1998 : Lorsque le ratio C/N de ces substrats est faiblement équilibré, les bactéries vont alors piocher dans le stock de NH₄ et donc être en compétition avec le phyto…

Pas de variable oxygène.

Pour les bactéries, on distingue l’uptake de DOM et de NH₄, en paramétrant un ratio d’uptake NH₄/DOM…

Il n’y pas d’uptake de nitrates

Par la suite, la formulation du taux de croissance est classique…

Elle utilise le modèle HSB…

Le ratio C/N est constant pour les bactéries, zooplancton et protozaires.

A FAIRE :

• Grazing des bactéries dans les modèles