Search

International audience; The biomass dynamics of epilithic biofilm, a collective term for a complex microorganism community that grows on gravel bed rivers, was investigated by coupling experimental and numerical approaches focusing on epilithic biofilm‐flow interactions. The experiment was conducted during 65 days in an artificial rough open‐channel flow, where filtered river water circulated at a constant discharge. To characterize the effect of near‐bed turbulence on the chronic detachment process in the dynamics of epilithic biofilm, local hydrodynamic conditions were measured by laser Doppler anemometry and turbulent boundary layer parameters inferred from double‐averaged quantities. Numerical simulations of the EB biomass dynamics were performed using three different models of chronic detachment based upon three different descriptors for the flow conditions: Discharge Q, friction velocity u*, and roughness Reynolds number k+. Comparisons of numerical simulation results with experimental data revealed chronic detachment to be better simulated by taking the roughness Reynolds number as the external physical variable forcing chronic detachment. Indeed, the loss of epilithic matter through the chronic detachment process is related not only to hydrodynamic conditions, but also to change in bottom roughness. This suggests that changes in the behavior and dimensions of river bed roughness must be considered when checking the dynamics of epilithic biofilm in running waters.

Source: ICHE Conference Archive - https://mdi-de.baw.de/icheArchive

International audience; This article presents the bases of a hydrobiogeochemical model of the Garonne River (southwest France) which has been developed to integrate physical and biological processes during summer low-water periods. The physical part of this model is composed of a one-dimensional unsteady hydrodynamic model, allowing the resolution of the Saint-Venant equations, and a transport model which simulates downstream changes in solute concentrations. Biogeochemical processes are considered through the definition of functional compartments which make up the channel bed. These different compartments are defined both by the organisms involved in the solute transformation processes and by the physical and hydraulic characteristics of their habitat. Integration of these functional compartments within the model required investigations at different scales. The scale at which biological processes take place ranges from millimetres to metres. The scale of a reach, at which organization of the functional compartments along the river can be linked to hydrodynamic and morphological characteristics, ranges from 500 m to several kilometres. The regional scale is that at which homogeneous reaches can be integrated. A feedback between numerical results and field experiments has allowed improvements to in situ measurement to increase modelling accuracy. For example, the model allows estimation of variables, such as fluxes, that are difficult to measure in situ. The developed model can integrate various functional compartments and their biogeochemical functioning. Two application examples, focused on dissolved inorganic nitrogen, are presented in order to illustrate the numerical tool functioning: integration of equations on nitrification processes in the water body, and integration of consumption/production terms on epilithic biofilm resulting from in situ experimental mean values. The model we have developed constitutes a promising analytical tool that will be able to integrate previous and future studies.

In 2000, the Water Framework Directive required the return of rivers to good chemical and ecological status. In particular, it has classified 45 substances as priority for this assessment (Directive 2013/39/EU), including a large proportion of pesticides. Indeed, due to their massive use, these contaminants are now found in all compartments of the environment. In addition, given its ability to integrate contamination, biofilm is considered an excellent bioindicator for water quality assessment. It is at the base of the trophic chain in aquatic environments and is composed of microorganisms (microalgae, bacteria, fungi, etc...) embedded in a matrix of extracellular polymeric substances (EPS).This thesis focused on the analysis of mechanisms of pesticide transfer and distribution in biofilms related to toxic impacts. This work was carried out using a toxicokinetic approach whereby the bioaccumulation of diuron (a photosynthesis inhibitor herbicide) was monitored in the different compartments of the biofilm. This assessment was carried out under several abiotic conditions (flow velocity, temperatures and photoperiods) under varying exposure durations. In parallel, functional and structural descriptors were measured as photosynthetic (for autotrophic communities) and enzymatic (for heterotrophic communities) activities, as well as biofilm biomass and protein and polysaccharide production.All the experiments performed during this thesis made it possible to highlight the sorption mechanisms of diuron in biofilm, i.e. absorption processes by cells and adsorption phenomenon within the EPS matrix. Then the influence of the different environmental parameters studied was emphasized. This work demonstrates the relevance of the toxicokinetic-toxicodynamic approach to the study of the impact of pesticides on fluvial biofilms.; En 2000, la Directive Cadre sur l’Eau a exigé le retour au bon état chimique et écologique des cours d’eau. Elle a notamment classé 45 substances comme étant prioritaires pour cette évaluation (directive 2013/39/UE), dont en grande partie des pesticides. En effet, en raison de leur utilisation massive, on retrouve aujourd’hui ces contaminants dans tous les compartiments de l’environnement. Par ailleurs, au vu de sa capacité à intégrer les contaminations, le biofilm est considéré comme un excellent bioindicateur pour l’évaluation de la qualité de l’eau. Celui-ci est à la base de la chaine trophique dans les milieux aquatiques et se compose de microorganismes (microalgues, bactéries, champignons, etc…) enchâssés dans une matrice de substances polymériques extracellulaires (EPS).Cette thèse porte sur l’étude des mécanismes de transfert et de distribution des pesticides dans les biofilms en lien avec les effets toxiques associés. Ces travaux ont été réalisés avec une approche toxicocinétique par laquelle la bioaccumulation du diuron (un herbicide inhibiteur de la photosynthèse) a été suivie dans les différents compartiments du biofilm. Ce suivi a été réalisé sous plusieurs conditions abiotiques (vitesses de courant, températures et photopériodes) pour différentes durées d’exposition. En parallèle des descripteurs fonctionnels et structuraux ont été mesurés comme des activités photosynthétique (pour les communautés autotrophes) et enzymatiques (pour les communautés hétérotrophes), ainsi que la biomasse totale, la production de protéines et de polysaccharides.L’ensemble des expérimentations menées au cours de cette thèse a permis de décrire les mécanismes de sorption du diuron dans les biofilms, à savoir des processus d’absorption par les cellules et d’adsorption par la matrice EPS. Puis l’influence des différents paramètres environnementaux étudiés a pu être mise en avant. Ces travaux démontrent la pertinence de l’approche toxicocinétique-toxicodynamique pour l’étude de l’impact des pesticides sur les biofilms fluviaux.

In Arcachon bay, the endobenthic thalassinid crustacean Upogebia pusilla is tightly associated with the intertidal dwarf grass Zostera noltei providing the sediment stability required for the construction of (semi-)permanent burrows. Because of the depth and complex architecture of their burrow (> 30 cm), this high mobile engineer species have been largely ignored in previous studies aiming at better understanding the role of macrobenthic communities in the functioning of seagrass ecosystems and the consequences of their rapid decline. This manuscript presents an integrated study regarding the role played by U. pusillain the functioning of its ecosystem, with particular emphasis on the characterisation and quantification of the relationships between (1) its different activities (burrowing, ventilating,walking…), (2) both bioturbation modes and rates and (3) their respective impacts on the sedimentary biogeochemical dynamics. This work shows that mud shrimp activity leads tohigh mixing and bioirrigation of the surrounding sediment matrix, thus strongly enhancing organic matter mineralisation processes and solute exchanges across the sediment-water interface. Although the influence of U. pusilla on ecological and biogeochemical processes largely depends on environmental conditions (e.g., seasonality and parasitism), altogether my results suggest that the gradual decline of its population in Arcachon bay, as a direct consequence of benthic habitat degradation, may greatly alter the overall functioning of this vulnerable marine ecosystem., Dans le bassin d’Arcachon, le crustacé thalassinidé Upogebia pusilla habite préférentiellement les vasières intertidales colonisées par les zostères naines (Zostera noltei) où il trouve la stabilité sédimentaire indispensable à l’établissement durable de son terrier. Du fait de la profondeur de ce dernier (> 30 cm) et de sa grande mobilité, cette espèce ingénieure a souvent été négligée dans les études antérieures ayant pour objectif de mieux comprendre le rôle des communautés macro-benthiques dans le fonctionnement des herbiers de phanérogames et les conséquences de leur régression rapide. Ce manuscrit présente une étude intégrée du rôle d’U. pusilla dans le fonctionnement de son écosystème en s’attachant particulièrement à caractériser et quantifier les relations entre (1) ses différentes activités (fouissage, ventilation, locomotion, …), (2) les modes de bioturbation qui en résultent et (3)leurs impacts respectifs sur la dynamique biogéochimique sédimentaire. Ce travail montre qu’U. pusilla engendre un remaniement et une bioirrigation intenses de la matrice sédimentaire qui l’entoure. Sa présence stimule ainsi fortement la reminéralisation de la matière organique sédimentée et les échanges de solutés à travers l’interface eau-sédiment.Bien que l’influence d’U. pusilla sur ces processus écologiques et biogéochimiques soit très dépendante des conditions environnementales (e.g., saisonnalité, prévalence parasitaire),l’ensemble de mes résultats suggère que le déclin progressif de ses populations, conséquence directe de la dégradation de son habitat, est susceptible de fortement altérer le fonctionnement global des écosystèmes du bassin d’Arcachon.

Flavobacterium psychrophilum is the causative agent of cold water disease or the rainbow troutfry syndrome which causes important economic losses in rainbow trout breedings. During this thesis,we firstly developed a new duplex Taqman qPCR test which targets the following genes (i) F.psychrophilum adnr16S and (ii) rainbow trout β-actine. This test enables to obtain the infection rate ofcontaminated tissues, during a same analysis.Then, we tried to objectivize three preventive approaches which could be implemented inbreedings to limit the infection by F. psychrophilum. The characterization of biocides used inaquaculture allowed proposing to the fish farmers effective methods of disinfection against F.psychrophilum. These methods do not affect the development of eggs or future fish larva. Moreover,the impact of the implementation of probiotics on the surface of eggs, on the surface of the mucusand/or the digestive system, from the very first steps of trout development has been characterized onthe number and the intensity of flavobacteriosis outbreaks in the breeding farms. Two probiotictreatments were selected: l’E112® (DOXAL-FRANCE, Pessac) and Bactocell® (LALLEMAND, Toulouse).Finally, three vaccine preparations (« Adjuvant », « Auto-vaccine » and « Outer Membrane ») wereprepared and tested for their capability to protect farmed fish against flavobacteriosis., Flavobacterium psychrophilum est le pathogène de la maladie de l’eau froide ou du syndromede l’alevin qui provoque des pertes économiques importantes dans les élevages de truite arc-en-cielen Aquitaine. Au cours de cette thèse, nous avons développé dans un premier temps un nouveau testqPCR TaqMan en duplex qui cible les gènes (i) adnr16S de F. psychrophilum et (ii) β-actine de latruite arc-en-ciel ; il permet de déterminer le taux d’infection de tissus contaminés au cours d’unemême analyse.Dans un second temps, nous avons cherché à objectiver trois approches préventives quipourraient être mises en oeuvre pour limiter l’infection à F. psychrophilum dans les élevages. Lacaractérisation de biocides classiquement utilisés par la filière aquacole a permis de proposer auxaquaculteurs des méthodes de désinfection réellement efficaces contre F. psychrophilum mais quin’affectent pas le développement des oeufs ni des futurs alevins. En parallèle, l’impact de la mise enplace de traitement probiotiques a été caractérisé à la surface des oeufs, à la surface du mucus et/oule long du système digestif, dès les tout premiers stades de développement des truites, sur le nombreet l’intensité des crises de flavobactériose dans les élevages. Deux traitements microbiens ont étéretenus : l’E112® (DOXAL-FRANCE, Pessac) et le Bactocell® (LALLEMAND, Toulouse). Enfin, troispréparations vaccinales ont été préparées (« Adjuvant », « Autovaccin » et « Membrane Externe ») ettestées pour leur capacité à protéger les poissons de la flavobactériose.

Up to now, vegetal fraction dynamics has not been studied in macrotidal estuaries, due to its low quantity in comparison to the strong charge of suspended particulate matter, and due to the lack of appropriate protocols to sample and examine it. Nevertheless, vegetal debris have been identified as a factor able to disrupt a wide range of stakeholder activities that require huge volumes of water to filter. The objective of this PhD was to understand the input and transfer dynamics of vegetal debris in the Gironde Estuary by the implementation of a spatiotemporal btrack of their distribution and by the development of new techniques for this hyper-turbide estuary (in situ litter-bag incubations, biogeochemical characterization, and identification of the sources). Mean results highlight the influence of the hydrological regime in their distribution and reveal time scales of their persistence in the Gironde Estuary., Jusqu’à présent, la dynamique des fractions végétales n’avait jamais été étudiée dans les estuaires macrotidaux en raison de leur faible quantité, par rapports aux fortes charges en matières en suspension fines, et du manque de protocoles d’étude et d’échantillonnage adéquats. Les débris végétaux sont toutefois à l’origine de perturbations d’activités économiques qui impliquent la filtration de larges volumes d’eau. L’objectif de cette thèse était ainsi de comprendre la dynamique d’apport et de transit de ces débris végétaux dans l’estuaire de la Gironde par la mise en oeuvre d’un suivi spatio-temporel de leur distribution et de techniques nouvelles pour un tel estuaire hyper-turbide (incubations in-situ litter-bag, caractérisation biogéochimique, identification des sources). Les résultats principaux sont la mise en évidence du contrôle du régime hydrologique sur leur distribution et la détermination des échelles de temps de leur persistance dans l’estuaire de la Gironde.

The Manila clam Venerupis philippinarum is the second most exploited mollusk bivalve in the world and represents a major economic interest. At the scale of Arcachon bay, the Brown Muscle Disease or BMD, an emergent pathology discovered in 2005, concerns fishing activity. This pathology affects the posterior adductor muscle of the clam and disrupts the valve opening and closing process. It induces the migration of clams to the surface and their death.This thesis concerns on the one hand the epizootiology of the disease and its impact on host and on the other hand the identification of the causal agent of the disease. A study of the clam distribution in Arcachon bay (French Atlantic coast) shows that prevalence of BMD decreased between 2010 and 2012. However this decrease doesn't affect clams of the legal harvesting size (> 35mm). Furthermore, the disease seems to appear in individuals with increasingly smaller size and thus risks to increase mortality in the youngest stages. The analysis of the environmental factors that are involved in the disease distribution highlights the correlation between prevalence of the BMD and relatively "quiet" hydrodynamism.BMD particularly affects the energy metabolism of the host, the oxidative stress response mechanisms and the immune system.Many functions are up-regulated in the BMD-affected hosts but other ways, as the apoptosis, are down-regulated by the infectious agent.Although viral origin of BMD is now a convincing hypothesis (electronic microscopy, transcriptomic), the nature of the etiological agent (viral family) cannot so far be determined with certainty. Viral particles were observed in tissues of BMD-diseased hosts but not in tissues of healthy host. They have been purified on sucrose gradient. However, the attempt to provoke the disease in healthy individuals failed., Seconde espèce de mollusque bivalve la plus exploitée au monde, la palourde japonaise Venerupis philippinarum représente un intérêt économique majeur. A l’échelle du bassin d’Arcachon, la maladie du muscle marron ou BMD (pour Brown Muscle Disease), pathologie émergente découverte en 2005 inquiète tout particulièrement le secteur de la pêche. Cette pathologie affecte le muscle adducteur postérieur de la palourde et perturbe l’ouverture-fermeture des valves. Cette perturbation entraine la remontée des individus à la surface du sédiment et la mort.Ces travaux de thèse ont porté d’une part sur l’épizootiologie de la maladie et son impact sur l'hôte et d’autre part sur l’identification de l’agent responsable de la maladie.Une étude sur la distribution des palourdes dans le bassin d’Arcachon (littoral Atlantique français) montre que la prévalence de la BMD a diminué entre 2010 et 2012. Toutefois cette baisse ne concerne pas les individus ayant atteint la taille légale de pêche (> 35mm). De plus, la maladie semble apparaitre chez des individus de plus en plus petit et risque donc d’accroitre la mortalité aux plus jeunes stades. L’analyse des facteurs environnementaux impliqués dans la distribution de la maladie souligne la corrélation entre la prévalence de la BMD et un hydrodynamisme relativement « calme ».La BMD affecte tout particulièrement le métabolisme énergétique de l’hôte, les mécanismes de réponse au stress oxydant et également le système immunitaire. De nombreuses fonctions sont surexprimées chez les hôtes malades mais d’autres voies comme celle de l’apoptose sont régulées négativement par l’agent infectieux.Si l’origine virale est maintenant une hypothèse solide (microscopie électronique, transcriptomique), la nature exacte de l’agent étiologique (famille virale) ne peut à ce jour être déterminée avec certitude. Des particules virales ont bien été observées dans les tissus malades mais pas dans les tissus sains, et ont pu être purifiées sur gradient de sucrose. Toutefois, les essais pour provoquer la maladie chez des individus sains ont échoué.

Les feuilles hébergent une grande diversité de micro-organismes. Parmi les facteurs responsables de la structuration des communautés microbiennes foliaires, l’effet du processus de dispersion reste peu étudié. Les structures paysagères telles que les lisières ou l’hétérogénéité du paysage influencent la migration et la dispersion de nombreuses espèces de macro-organismes, mais l’effet de tels facteurs sur la composition des communautés microbiennes foliaires n’a jamais été testé.Nous faisons l’hypothèse que les parcelles forestières sont une source de champignons foliaires pour les vignes adjacentes. Nous avons comparé les communautés fongique foliaires et aériennes de la vigne et des forêts adjacentes au cours d’une saison de végétation, testé l’effet d’une lisière forestière sur ces communautés et évalué l’effet de la composition du paysage sur ces communautés. Les communautés fongiques ont été caractérisées par métabarcoding.Les communautés fongiques foliaires viticoles et forestières divergent au cours de la saison. Ni la distance à la lisière, ni la proportion de forêt dans le paysage n’affectent les communautés foliaires de la vigne, mais les communautés aériennes diffèrent en fonction de la distance à la lisière forestière. Ces résultats suggèrent que la dispersion ne joue qu’un rôle mineur dans la structure des communautés fongiques foliaires. De nombreuses pressions de sélection telles que les pratiques agricoles semblent en revanche avoir un effet fort sur ces communautés. Des études supplémentaires sont nécessaires pour vérifier la contribution relative de ces pressions de sélection, ainsi que le potentiel service de régulation fourni aux cultures par la forêt., Plant leaves host a large diversity of microorganisms. Among the factors shaping foliar microbial community structure, the effect of the dispersal process remain understudied. Landscape elements, such as edges or landscape heterogenity, influence migration and dispersal of many macro-organism species. However, the effect of such factors on foliar microbial communities has never been studied. We hypothesized that forests are a source of foliar fungi for adjacent vineyards. We compared foliar and airborne fungal communities in vineyard and adjacent forests along a vegetative season, we examined the effect of a forest edge on these communities in a vineyard, and weassessed the effect of landscape composition on these communities. Fungal communities were characterized with a metabarcoding method. Foliar fungal communities in vineyards and forests diverge over the course of the vegetative season. Neither the distance to the edge nor the proportion of forest in the landscape affect foliar fungal communities in vineyards, while airborne communities change with the distance to the forest edge. These results suggest that dispersal is not dominant in shaping foliar fungal communities. Instead, many selective pressures such as agricultural practices seem to shape strongly these communities. Further investigations are required in order to estimate the relative contribution of those processes, and the potential ecosystem service provided by the forest to crops.