Écologie fonctionnelle dans les nappes phréatiques : liens entre flux de matière organique, activité et diversité biologiques, Functional ecology in groundwater : linking organic matter flux and biological activity and diversity

Arnaud Foulquier

Description

Sous la direction de Pierre Marmonier
Thèse soutenue le 22 septembre 2009: Lyon 1
Les réseaux trophiques jouent un rôle primordial dans la régulation des flux de matière et d’énergie au sein des écosystèmes. Dans le cadre des pratiques de recharge artificielle des aquifères, les biocénoses souterraines sont pleinement sollicitées et leur capacité à dégrader les flux de matière organique de surface conditionne le maintien de la qualité des eaux souterraines. L’objectif de ce travail est de déterminer l’influence d’une augmentation des flux de carbone organique dissous sur l’intensité des interactions trophiques entre les communautés microbiennes et les assemblages d’invertébrés au toit des nappes phréatiques rechargées artificiellement avec des eaux de ruissellement pluvial. A travers une approche expérimentale de terrain et de laboratoire, ce travail permet d’évaluer l’intensité des relations existant entre les flux de carbone organique dissous, les conditions environnementales, l’activité et la diversité de communautés microbiennes et l’abondance des communautés d’invertébrés.
-Aquifère
-Recharge artificielle
-Carbone organique dissous
-Réseaux trophiques
-Contrôle bottom-up
-Contrôle top-down
-Biofilms microbiens
-Crustacés
Food webs play a crucial role in regulating the fluxes of matter and energy within ecosystems. Artificial recharge of aquifers relies heavily on the ability of groundwater biocenoses to degrade organic matter fluxes that is a condition to maintain the quality of groundwater. The objective of this work is to determine the impact of increased dissolved organic carbon supply on the trophic interactions between the microbial communities and invertebrate assemblages at the upper layers of groundwater artificially recharged with stormwater. Through a combined field and laboratory experimental approach, this work allows ranking the strength of relationship between dissolved organic carbon fluxes, environmental conditions, activity and diversity of microbial communities and abundance of invertebrate assemblages
-Aquifer
-Artificial recharge
-Dissolved organic carbon
-Food web
-Bottom-up control
-Top-down control
-Microbial biofilm
-Crustacea
Source: http://www.theses.fr/2009LYO10142/document

Sujets

• Aquifère
• Réseau trophique
• Crustacés

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 120
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

N° d’ordre : 142-2009 Année 2009
THÈSE
Présentée devant
l’Université Claude Bernard Lyon 1
pour obtenir le diplôme de
DOCTORAT
(Arrêté du 7 août 2006)


Spécialité : ÉCOLOGIE
Par Arnaud FOULQUIER

Écologie fonctionnelle dans les nappes phréatiques:
liens entre flux de matière organique,
activité et diversité biologiques.


Soutenue le 22 septembre 2009 devant le Jury composé de :


M. Bernard MONTUELLE (Président)

M. Clifford DAHM (Rapporteur)

Mme Sylvie BARRAUD (Examinatrice)

M. Pierre MARMONIER (Directeur de thèse)

M. Florian MALARD (Co-encadrant)

M. Florian MERMILLOD-BLONDIN (Co-encadrant)


tel-00587833, version 1 - 21 Apr 2011UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON 1

Président de l’Université M. le Professeur L. Collet
Vice-président du Conseil Scientifique M. le Professeur J.F. Mornex
Vice-président du Conseil d’Administration eur G. Annat
Vice-président du Conseil des Etudes et de la Vie M. le Professeur D. Simon
Universitaire
M. G. Gay
Secrétaire Général

UFR SANTE
Composantes


UFR de Médecine Lyon R.T.H. Laënnec Directeur : M. le Professeur P. Cochat on Grange-Blanche .r X. Martin on-Nord Directeur : M. le Professeur J. Etienne
UFR de Médecine Lyon-Sud .r F.N. Gilly
UFR d’Odontologie Directeur : M. le Professeur D. Bourgeois
Institut des Sciences Pharmaceutiques et Biologiques .r F. Locher
Institut Techniques de Réadaptation Directeur : M. le Professeur Y. Matillon
Département de Formation et Centre de Recherche en .r P. Farge
Biologie Humaine

UFR SCIENCES ET TECHNOLOGIE
Composantes

UFR de Physique Directeur : Mme. la Professeure S. Fleck
UFR de Biologie . le Professeur H. Pinon
UFR de Mécanique Directeur : M.r H. Ben Hadid
UFR de Génie Electrique et des Procédés . le Professeur G. Clerc
UFR Sciences de la Terre Directeur : M.r P. Hantzpergue
UFR de Mathématiques . le Professeur A. Goldman
UFR d’Informatique Directeur : M.r S. Akkouche
UFR de Chimie Biochimie me. la Professeure H. Parrot
UFR Sciences et Techniques des Activités Physiques et Directeur : M. C. Collignon
Sportives . le Professeur R. Bacon
Observatoire de Lyon Directeur : M.r J. Lieto
Institut des Sciences et des Techniques de l’Ingénieur de Lyon Directeur : M. le Professeur M. C. Coulet
Institut Universitaire de Technologie A .r R. Lamartine rsitaire de Technologie B Directeur : M. le Professeur J.C. Augros
Institut de Science Financière et d'Assurance


tel-00587833, version 1 - 21 Apr 2011RÉSUMÉ

Les réseaux trophiques jouent un rôle primordial dans la régulation des flux de matière et
d’énergie au sein des écosystèmes. Les grands cycles biogéochimiques, notamment celui du
carbone, sont intimement liés à la structure trophique des communautés. Si les facteurs
contrôlant la structure trophique des communautés terrestres et aquatiques de surface sont
relativement bien connus, les connaissances acquises à ce jour pour les milieux aquatiques
souterrains sont encore fragmentaires. Pourtant, les services écosystémiques associés aux
biocénoses souterraines (dégradation des flux de matière organique de surface et maintien de
la qualité des eaux souterraines) sont fortement sollicités par de nombreuses pratiques de
recharge artificielle des aquifères. L’approche expérimentale de terrain et de laboratoire
développée dans le cadre de cette thèse avait pour objectif de déterminer l’influence d’une
augmentation des flux de carbone organique dissous sur l’intensité des interactions trophiques
entre les communautés de micro-organismes et les assemblages d’invertébrés à la surface des
nappes phréatiques rechargées artificiellement avec des eaux de ruissellement pluvial.

Les résultats montrent que la quantité de carbone organique dissous atteignant les horizons
supérieurs des nappes phréatiques régule la biomasse et l'activité du compartiment microbien.
La stimulation du compartiment microbien en réponse à l’augmentation des apports de carbone
organique dissous n’est en revanche pas associée à un fort changement de composition des
communautés. Ces travaux suggèrent également que la stimulation des communautés
microbiennes est limitée par la qualité des apports dont la fraction la plus assimilable est
retenue dans le sol et la zone non saturée. Les résultats obtenus tant sur le terrain qu'en
conditions contrôlées font apparaître un faible transfert de matière et d’énergie du
compartiment microbien vers les assemblages d’invertébrés et une absence de contrôle de ces
derniers sur les communautés microbiennes et les processus de dégradation de la matière
organique. L’augmentation considérable des flux d’eau infiltrés induit non seulement de
faibles apports en carbone organique dissous facilement assimilable par le compartiment
microbien, mais également une situation d’intenses perturbations environnementales limitant
l’établissement des communautés d’invertébrés.

Les perspectives de cette thèse identifient les verrous scientifiques et les recherches à mener
afin de poursuivre l'étude des relations entre productivité et interactions trophiques dans des
habitats souterrains nettement plus diversifiés que les aquifères interstitiels profonds étudiés
dans ce travail.
tel-00587833, version 1 - 21 Apr 2011ABSTRACT

Food webs play a crucial role in regulating the fluxes of matter and energy within ecosystems.
The major biogeochemical cycles, including carbon, are intimately related to the trophic
structure of communities. If the factors controlling the trophic structure of terrestrial and
aquatic communities are relatively well known, the knowledge acquired so far for
groundwater ecosystems is still fragmentary. However, ecosystem services associated with
groundwater biocenoses (degradation of organic matter originating from surface ecosystems
and maintenance of groundwater quality) are heavily used by various practices of artificial
recharge of aquifers. The objective of the experimental field and laboratory methodology
developed as part of this thesis was to determine the influence of an increase in the fluxes of
dissolved organic carbon (DOC) on the strength of trophic interactions between the microbial
compartment and invertebrate assemblages at the water table of aquifers artificially recharged
with stormwater.

The results show that the availability of dissolved organic carbon reaching the groundwater
table regulates microbial biomass and activities. However, the stimulation of the microbial
compartment in response to an increase in dissolved organic carbon fluxes is not associated
with a strong change in bacterial community structure. This work also suggests that the
stimulation of microbial communities is limited by the quality of DOC supply, the more
available fraction of the DOC being retained in the soil and unsaturated zone. The results
obtained, both in the field and in controlled conditions, show a low transfer of matter and
energy from the microbial compartment towards invertebrate assemblages and a lack of
control of the microbial communities and organic matter processing by invertebrates. The
increase in infiltrated water fluxes not only induces low inputs of biodegradable organic
carbon easily assimilable by the microbial compartment, but also a context of intense
environmental disturbances limiting the establishment of invertebrate communities.

This thesis work identifies scientific roadblocks and the research needed to explore the
relationship between productivity and trophic interactions in groundwater habitats more
diversified than the interstitial deep aquifers studied in this work.
tel-00587833, version 1 - 21 Apr 2011REMERCIEMENTS

Je souhaite tout d’abord adresser mes plus sincères pensées à Janine Gibert qui en tant que
directrice de ma thèse est à l’origine des travaux présentés dans le cadre de cet ouvrage. Je
souhaite ici lui exprimer ma plus profonde reconnaissance pour le soutien et l’entière
confiance qu’elle m’a accordés durant ces années passées au sein de l’équipe d’Hydrobiologie
et Ecologie Souterraines.

Je remercie l’ensemble des personnes ayant accepté de participer à mon jury de thèse:

- Clifford Dahm et Christian Griebler pour avoir accepté de rapporter mes travaux de thèse et
m’avoir fait bénéficier de leurs commentaires et de leur expérience. Je remercie en particulier
Clifford Dahm pour la grande attention accordée à la lecture de la version anglaise de ce