Ecology of benthic foraminifera, geochemical and biological interactions : multidisciplinary approach at different scales

The overall aim of this PhD thesis was to investigate sedimentary micro-environments and ecosystem functioning of two coastal areas. We combined different high spatial resolution methods and multivariate analyses at different spatio-temporal scales to reveal interactions between benthic faunal and geochemical compartments. Firstly, we investigated two stations with contrasted oxygen, nitrate and manganese conditions in the Gullmar Fjord (Sweden). We revealed the high contribution (50–100 %) of denitrifying benthic foraminifera to the nitrogen cycle in oxygenated and nitrate-rich micro–environments. Nitrogen and manganese cycles are closely related to oxygenation conditions of the ecosystem. Our results highlighted the high contribution (87 %) of macrofaunal bioirrigation to Mn release to the water column under hypoxic conditions. Secondly, we focused on a monthly monitoring of two ecological bioindicators groups; microphytobenthos (MPB) and foraminifera in the Bourgneuf Bay mudflat (France). We showed that foraminiferal reproduction events were modulated by unfavorable conditions (high hydrodynamic and winter conditions) versus favorable conditions (low hydrodynamic and summer conditions). We also demonstrated that foraminiferal species fed preferentially on diatom species based on their shape, size and life-forms. We further compared, with high spatial resolution methods, geochemical conditions at two contrasted months, which allowed to clarify the behavior of redox species and nutrients. Then, foraminiferal micro-distributions indicated the state of sediment instability versus stability. Finally, this doctoral research opens new perspectives in the use of high spatial resolution in 2D/3D to solve complex benthic ecology problemsL'objectif général de cette thèse est d'étudier les micro-environnements sédimentaires et le fonctionnement des écosystèmes de deux zones côtières. Nous avons combiné différentes méthodes à haute résolution spatiale et des analyses multivariées à différentes échelles spatio-temporelles pour révéler les interactions entre les compartiments de la faune benthique et géochimiques. Tout d'abord, nous avons étudié deux stations présentant des conditions contrastées en oxygène, nitrate et manganèse dans le Gullmar Fjord (Suède). Nous avons révélé la forte contribution (50-100 %) des foraminifères benthiques dénitrifiants au cycle de l'azote dans des micro-environnements oxygénés et riches en nitrate. Le cycle de l'azote et du manganèse sont étroitement liés aux conditions d'oxygénation de l'écosystème. Nos résultats ont mis en évidence la forte contribution (87 %) de la bioirrigation engendrée par la macrofaune au cycle du Mn dans des conditions hypoxiques. Deuxièmement, nous nous sommes concentrés sur un suivi mensuel de deux groupes de bio-indicateurs écologiques : le microphytobenthos (MPB) et les foraminifères dans la vasière en Baie de Bourgneuf (France). Nous avons montré que les événements de reproduction des foraminifères sont modulés par des conditions défavorables (hydrodynamisme plus fort en conditions hivernales) par rapport à des conditions favorables (hydrodynamisme plus faible en conditions estivales). Nos résultats suggèrent que les espèces de foraminifères se nourrissent préférentiellement des espèces de diatomées en fonction de leur forme, de leur taille et de leur mode de vie. Nous avons également comparé avec des méthodes à haute résolution spatiale les conditions géochimiques de deux mois contrastés, ce qui a permis de clarifier le comportement des espèces redox et des nutriments. De plus, les micro-distributions des foraminifères indiquent l'état d'instabilité versus stabilité des sédiments. Enfin, cette recherche doctorale ouvre de nouvelles perspectives dans l’utilisation des hautes résolutions spatiales en 2D/3D pour résoudre des problèmes d'écologie benthique complexes