Diversité algale et dynamique du phosphore dans les systèmes estuariens

L’objectif de cette nouvelle action est d’estimer les apports et les transformations du phosphore dans les systèmes estuariens et leurs conséquences sur la diversité algale fonctionnelle. Cette action est en lien avec le projet EC2CO Moitem (action Rade de Brest). Il s’agit aussi d’utiliser de nouvelles méthodes pour l'étude de la spéciation du phosphore et de la dégradation du phosphore particulaire et de développer l’étude de la diversité algale fonctionnelle par analyse pigmentaire (HPLC pigments).

Dynamique du phosphore en milieu estuarien

L’enrichissement des eaux côtières Atlantique et Iroise par les panaches fluviatiles depuis des décennies a entrainé non seulement des phénomènes d’eutrophisation (augmentation des apports de nutriments et de biomasse algale) mais aussi de dystrophie (déséquilibre des rapports stœchiométriques des nutriments N/P/Si) dont la répercussion sur le phytoplancton en terme de biomasse et de composition est aujourd’hui notable (Guillaud et al. 2008).

Les apports d’azote très importants, ceux de phosphore (P) en baisse font qu’aujourd’hui, l’élément limitant majeur devient le P. L’un des axes de recherche du laboratoire a été de mieux évaluer sa dynamique en milieu estuarien au travers du projet EC2CO Moitem-Estuaires (rade de Brest) coordonné par l’IUEM. En effet, les apports de P aux exutoires des fleuves se font à plus de 70 % sous forme particulaire alors que l’on ne considère généralement que les apports de phosphate dissous (moins de 20 % du P total). Une partie de ce P particulaire est transformée dans les estuaires en phosphate directement assimilable par le phytoplancton (Figure ci-dessous).

Comportement du phosphate le long d’un gradient de salinité dans les estuaires de l’Aulne (rouge) et de l’Elorn (bleu) en mai 2009

Une originalité de cette étude réside dans le comportement de l’activité des phosphatases alcalines (APA), enzymes impliquées dans l’hydrolyse du P organique en PO4. Dans le schéma classique, l’activité APA, considérée comme un marqueur de limitation par le PO4, n’est induite que pour de très faibles teneurs en PO4 (< 0.05 µM). Or dans les estuaires étudiés des activités très élevées ont été mesurées dans les estuaires (50-500 nM/h) alors que les teneurs en PO4 (0.3 - 2.5 µM) sont largement au dessus du seuil connu d’induction de leur synthèse. On a montré que ces fortes APA étaient essentiellement le fait des bactéries attachées aux particules (Figures ci-dessous). Pour celles-ci, l’APA ne serait pas réprimée par la présence de PO4 mais au contraire induite par le phosphore organique particulaire et participerait à la production de PO4 observée dans les zones turbides des estuaires, tout autant que la désorption plus classiquement évoquée. L’ensemble de ces observations suggère un comportement tout à fait original des communautés bactériennes dans l’estuaire par rapport à leur dynamique en milieu côtier (Delmas et al, 2009).

Evolution de l’APA, des phosphates

Evolution de la production bactérienne des bactéries
libres et fixées dans l’estuaire de l’Aulne en juil. 2009

Flux de phosphate à l’interface eau-sédiment

La régénération et les flux de P à l'interface eau - sédiment soutiennent eux aussi une part non négligeable de la production planctonique (Andrieux-Loyer et al. 2008). Si ces flux sont très variables selon la saison, la localisation amont - aval dans les estuaires et la nature du sédiment, des schémas de fonctionnement peuvent être dégagés : les flux diffusifs de phosphate et d’ammonium (Figure ci-dessous) augmentent avec l'enrichissement en matière organique du sédiment [par exemple, sous les parcs conchylicoles (Azandegbé et al., 2012), lorsque le sédiment est colonisé par les crépidules, ou après les épisodes de blooms phytoplanctoniques, ou encore dans les biefs amont enrichis par les apports du bassin versant].

Flux diffusifs de phosphate et de nitrate dans le bassin sud de la rade de Brest le long de gradients inverses de densité de crépidules et de maërl (stations C0, C1, C2 et C4). Les flux positifs sont dirigés du sédiment vers l’eau

Ces flux élevés s’expliquent par la réduction du phosphate lié au fer (P-Fe) lors de la mise en place de conditions réductrices dans le sédiment suite aux processus de minéralisation. Cette dissolution du P-Fe conduit à une diminution des rapports Fe/P dissous dans la couche oxique. Ce rapport traduit donc la capacité du sédiment à fixer du phosphate : il pourrait être considéré comme un indicateur des flux de phosphate à l’interface eau-sédiment. Dans les couches de sédiment plus profondes, les conditions réductrices conduisent à la précipitation de P-Ca authigénique et donc à une perte de P potentiellement biodisponible. Ces conditions réductrices sont attribuables à la minéralisation de la matière organique par l’oxygène, puis le nitrate, les oxydes de fer et de manganèse et enfin le sulfate. Ces travaux ont pris place dans les projets EC2CO Moitem-estuaires et EC2CO Microcrep coordonnés par le Lemar et EC2CO Riscosol (Ifremer/Pfom).