ANR-DFG - Appel à projets générique 2018 - DFG

Pecten maximus, archive multi-proxy haute-résolution de la production primaire en rade de Brest – HIPPO

Pecten maximus, archive multi-proxy haute-résolution de la production primaire en rade de Brest

Malgré la contribution essentielle du phytoplancton au fonctionnement des écosystèmes marins et à la régulation du climat, la dynamique de la production primaire passée en zone côtière n'est pas encore bien caractérisée (séries temporelles souvent trop courtes et trop rares). Il est donc crucial de développer des outils permettant de fournir des données à haute–résolution temporelle et spatiale sur la dynamique phytoplanctonique du passé dans les écosystèmes côtiers.

Principaux objectifs du projet

Le projet HIPPO porte sur le développement d’une approche innovante à même de fournir des données à haute–résolution temporelle sur la dynamique phytoplanctonique du passé dans les écosystèmes côtiers, et ce à une échelle saisonnière à inter-annuelle. Cette approche est basée sur l’utilisation de coquilles de bivalves (coquille Saint-Jacques Pecten maximus, en rade de Brest). <br />Les objectifs du projet sont (i) de calibrer des proxies déjà existants et d'en développer de nouveaux afin de proposer une reconstruction des dynamiques de production primaire passées via une approche multi-proxies, et (ii) d'avoir une meilleure connaissance des mécanismes d’intégration des différents traceurs environnementaux, qu’ils soient chimiques (Ba/Ca, Mo/Ca, Li/Ca, Si/Ca, isotopes stables du carbone et de l’azote, pigments) ou structurels, au sein des structures carbonatées de la coquille St-Jacques. <br />Cette approche multi-proxy doit ensuite être appliquée à des coquilles sub-fossiles issues de collections récentes (30 dernières années) ainsi que d’un site archéologique néolithique afin de quantifier l’impact anthropique sur la dynamique de la production primaire passée à la pointe bretonne. Les objectifs généraux de cette phase d’application dite « paléo » seront (i) d’estimer l’intensité, la fréquence et la phénologie des blooms phytoplanctoniques dans un passé proche et lointain, (ii) de mettre en évidence d’éventuelles modifications dans la composition des communautés de producteurs primaires, et (iii) de retracer des changements dans la nature et la force du couplage pélagos-benthos au cours du temps.

Le projet repose sur une triple approche observation/expérimentation/reconstruction. Dans un premier temps, un suivi environnemental haute-fréquence des paramètres physiques, chimiques et biologiques de la masse d'eau à proximité immédiate de jeunes Pecten sera réalisé sur le site de Lanvéoc (sud de la rade de Brest). Au cours du suivi, des prélèvements réguliers de Pecten permettront de suivre la composition élémentaire et isotopique des tissus organiques. A la fin du suivi, des individus seront prélevés afin d'analyser les compositions isotopiques, élémentaires et pigmentaires de leurs coquilles. Des comparaisons seront réalisées entre des individus ayant vécu à l'interface eau/sédiment et d'autres ayant vécu en cage à 1 m du fond (pour tester l'influence du sédiment sur la géochimie des coquilles).
L'approche expérimentale reposera sur l'utilisation d'une colonne de Plexiglas contenant de l'eau de mer, au sommet duquel un rolling tank permettra la production en continu d'agrégats qui pourront ensuite sédimenter sur les Pecten situés sur le plancher de la colonne. Ce dispositif permettra également de tester l'influence de la sédimentation de matériel particulaire (fragments de macroalgues vertes, rouges et brunes, différences espèces et biovolumes de diatomées et dinoflagellés) sur la chimie des coquilles de Pecten.
Enfin, une fois les proxies calibrés, ils seront appliqués à l'analyse de coquilles issues de collections de l'université (collectes annuelles depuis 30 ans) et venant de sites archéologiques (Moyen-Age, néolithique).

La pandémie de Covid-19 a affecté le déroulement du projet. Par conséquent, aucun résultat exploitable ne peut encore être présenté.

Les résultats de cette étude contribueront à améliorer significativement les connaissances scientifiques dans les domaines de la paléo-écologie, de la paléo-climatologie, et de l’halieutique.

Pas de publications acceptées au 01/09/2021

Les producteurs primaires forment la base des réseaux trophiques marins, contrôlent les tailles des populations d’espèces de niveaux trophiques supérieurs, ainsi que le recrutement dans les stocks de poissons exploités. Ces organismes photo-autotrophes marins sont responsables de près de la moitié de la production primaire nette globale, enrichissant l’océan et l’atmosphère en oxygène et fixant une quantité substantielle de carbone. Malgré sa contribution essentielle au fonctionnement des écosystèmes marins et son rôle dans la régulation du climat, la dynamique de la production primaire passée et les mécanismes de contrôle sous-jacents ne sont pas encore bien caractérisés. Ce constat est particulièrement vrai dans les écosystèmes côtiers et pour des périodes du passé antérieures aux impacts significatifs de l’homme sur les cycles biogéochimiques. Les séries temporelles actuellement disponibles sur les changements de production primaire marine (i) n’ont pas la résolution temporelle nécessaire et suffisante pour accéder à des informations sur les blooms phytoplanctoniques, par essence éphémères et spatialement localisés (particulièrement en zone côtière), (ii) sont trop courtes pour distinguer les impacts anthropiques de la variabilité naturelle basse-fréquence de la production primaire, et (iii) ne couvrent pas l’intégralité du spectre des taxons photo-autotrophes qui incluent, en plus du phytoplancton ou des cyanobactéries, des organismes comme les macroalgues ou les producteurs microphytobenthiques.

Ce sont les raisons pour lesquelles ce projet portera sur le développement d’une approche innovante à même de fournir des données à haute–résolution temporelle sur la dynamique phytoplanctonique du passé dans les écosystèmes côtiers, et ce à une échelle saisonnière à inter-annuelle. Cette approche est basée sur l’utilisation des coquilles de mollusques bivalves. Nous testerons et affinerons des proxies existants de la production primaire, et en développerons de nouveaux en les intégrant dans une approche multi-proxy. Nous tenterons par ailleurs de parvenir à une compréhension mécaniste des processus contrôlant l’incorporation dans les coquilles d’information chimiques (Ba/Ca, Mo/Ca, Li/Ca, Si/Ca, isotopes stables du carbone et de l’azote, composition isotopique triple de l’oxygène, pigments) et colorimétriques sur le type et la quantité d’organismes photo-autotrophes présents dans l’eau à un moment donné. Pour atteindre ces objectifs, nous conduirons (i) des expérimentations au laboratoire au cours desquelles de nombreux paramètres environnementaux seront modifiés afin de tester leur influence sur la composition des coquilles, et (ii) un suivi environnemental à haute-fréquence de ces paramètres en milieu naturel. Le modèle biologique sélectionné est un bivalve à croissance rapide, Pecten maximus, espèce emblématique de l’un des écosystèmes côtiers les mieux étudiés en Europe, la rade de Brest.

Cette approche multi-proxy sera par la suite appliquée à des coquilles sub-fossiles issues de collections récentes (30 dernières années) ainsi que d’un site archéologique afin de quantifier l’impact anthropique sur la dynamique de la production primaire passée en rade de Brest. Les objectifs généraux de cette phase d’application dite « paléo » seront (i) d’estimer l’intensité, la fréquence et la phénologie des blooms phytoplanctoniques du passé, (ii) de mettre en évidence d’éventuelles modifications dans la composition des communautés de producteurs primaires, et (iii) de retracer des changements dans la nature et la force du couplage pélagos-benthos au cours du temps. Les résultats de cette étude contribueront à améliorer significativement les connaissances scientifiques dans les domaines de la paléo-écologie, de la paléo-climatologie, et de l’halieutique.

Coordinateur du projet

Monsieur Julien Thébault (LABORATOIRE DES SCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT MARIN)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

JGU Johannes Gutenberg-Universität Mainz
LEMAR LABORATOIRE DES SCIENCES DE L'ENVIRONNEMENT MARIN

Aide de l'ANR 251 821 euros
Début et durée du projet scientifique : août 2019 - 36 Mois

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