Diatom biodiversity and the modulation of biogeochemical fluxes of carbon and silicon in pelagic polar ecosystems

Les régions polaires sont particulièrement touchées par les changements climatiques, ce qui a profondes conséquences sur le développement du phytoplancton et le fonctionnement de la pompe biologique. La structure des communautés planctoniques et les propriétés spécifiques aux espèces influencent l'export de la matière organique et biominérale. Cette thèse a pour but (1) de déterminer les facteurs contrôlant la structure et le développement des communautés de diatomées dans les régions polaires, (2) d'évaluer l'influence de la diversité des espèces sur la composition de la matière particulaire, et (3) de comprendre les modes de mortalité et d'export des diatomées dans l'océan profond. Ces travaux reposent sur l'étude de deux régions subpolaires situées aux antipodes : (1) la baie de Baffin en Arctique, et (2) la région des Kerguelen dans l'océan Austral. Dans la baie de Baffin, nous avons mis en évidence une succession des communautés de diatomées en lien avec la fonte de la banquise et le gradient des masses d'eau. Dans la région des Kerguelen, nous avons confirmé le rôle du fer avec l'identification de deux communautés distinctes situées de part et d'autre du plateau. Dans la zone HNLC, les diatomées sont davantage silicifiées, ce qui conduit à une augmentation des rapports BSi:POC des diatomées et de la matière particulaire. Nous avons montré que près de 93 % des particules >20 μm des couches intermédiaires (125-500 m) et profondes (>500 m) sont des cellules individuelles de diatomées—les pelotes fécales et les agrégats ne représentant que 2 % des particules—ce qui montre l'importance des petites particules dans les flux d'export.Polar regions are particularly affected by the ongoing climate changes which have profound consequences on the development of phytoplankton and on the functioning of the biological pump. Plankton community structure and species-specific properties can strongly influence the export of organic matter and biomineral. The objectives of this PhD are (1) to identify the factors controlling the development and the structure of diatom communities, (2) to assess the influence of species diversity on the composition of particulate matter, and (3) to understand diatom mortality and export modes in the deep ocean. This work is based on the study of two subpolar regions: (1) the Baffin Bay in the Arctic, and (2) the Kerguelen region in the Southern Ocean. In Baffin Bay, we highlight a diatom community succession in relation with sea ice melting and the strong west-to-east water masses gradient prevailing in the bay. In the Kerguelen region, we confirm that iron is a key parameter controlling diatom community structure since we identified two distinct communities located either above the Fe-fertilized plateau or in adjacent HNLC waters. In the HNLC area, diatoms were more heavily silicified, resulting in higher Si:C elemental ratios in diatoms as well as in the bulk particulate matter. We show that 93 % of the intermediate (125-500 m) and deep (>500 m) particle stocks were single diatom cells — fecal pellets and aggregates represented less than 2% of the collected particles — providing new evidences of the importance of small particles for export fluxes