Impact of changing environment on phytoplankton : integrating ecological niches and functional traits approaches to community studies in the Bay of Seine

Coastal ecosystems are facing changing environments whether of natural or anthropogenic origin. Phytoplankton, at the base of marine food webs, is central to ecosystems functioning. The objectives of this thesis, as part of the S3-EUROHAB project, aim at assessing the spatio-temporal variability of phytoplankton communities within various systems of the Eastern Channel, particularly the Bay of Seine. To meet these objectives, approaches ranging from physiology to community, and from taxonomic units to functional characteristics have been explored. If the community approach indicates a low level of inter-annual deviation within phytoplankton assemblages, it also reveals spatial differentiation where each community is under strong influence of local environmental factors. These patterns of spatial variability are being found through the functional approach as well. In addition, the trait-environment relationship makes it possible to study the adequacy between functional strategies and environmental distribution (ecological niche). The results show that, despite the high diversity of organisms studied and the choice of traits, taxa sharing functional similarities also share similar ecological niches. In addition to a community functional approach, an experimental approach has been developed to assess the plasticity of phytoplankton, particularly of intracellular content. The latter thus reveals spatial and temporal adaptations of phytoplankton lipid and chlorophyll-a cell contents, in order to meet light requirements and maintain proper cell functioning regarding environmental conditions. Finally, the relationship between environmental factors and the dynamics of two toxic taxa Dinophysis spp. and Pseudo-nitzschia spp. has been studied. Firstly, it highlights the common affinity of Dinophysis spp. with the increase in temperature and the stratification it induces within two different environments; British and French. Secondly, the circumstances of the blooms of Pseudo-nitzschia spp. suggest the existence of constraining biotic pressures, which could have caused toxicity outbreaks between 2011 and 2014.Les écosystèmes côtiers font face à un environnement changeant qu’il soit d’origine naturelle ou anthropique. Le phytoplancton, à la base des réseaux trophiques marins, se situe au coeur du fonctionnement des écosystèmes. Les objectifs de cette thèse s’intègrent dans le cadre du projet S3-EUROHAB, et visent à évaluer la variabilité spatio-temporelle des communautés phytoplanctoniques au sein de divers systèmes de Manche Est, notamment en Baie de Seine. Pour répondre à ces objectifs, des approches allant de la physiologie à la communauté, et des unités taxonomiques aux caractéristiques fonctionnelles ont été explorées. Si l’approche communautaire permet de rendre compte du faible niveau de déviation inter-annuel au sein des assemblages phytoplanctoniques, elle révèle également des différenciations spatiales où chaque communauté est sous forte influence des facteurs environnementaux locaux. Ces patrons de variabilité spatiale sont également retrouvés au travers de l’approche fonctionnelle. Par ailleurs, la relation traits-environnement permet d’étudier l’adéquation entre stratégies fonctionnelles et distribution environnementale (niche écologique). Les résultats montrent que, malgré la forte diversité des organismes étudiés et le choix de traits, des taxons partageant des similarités fonctionnelles partagent également des niches écologiques similaires. En complément d’une approche fonctionnelle communautaire, une approche expérimentale a été développée afin d’évaluer la plasticité du phytoplancton, notamment de contenus intracellulaires. Cette dernière révèle ainsi des adaptations spatiales et temporelles des teneurs en lipides et en chlorophylle-a des organismes phytoplanctoniques, en réponse aux besoins en lumière et pour le maintien du bon fonctionnement de la cellule selon les gradients environnementaux. Enfin, la relation entre les facteurs environnementaux et la dynamique de deux taxons toxiques Dinophysis spp. et Pseudo-nitzschia spp. a été étudiée. Dans un premier temps, cela met en évidence entre autre l’affinité de Dinophysis spp. avec l’augmentation de température et la stratification qu’elle induit au sein de deux environnements contrastés ; britannique et français. Dans un second temps, les circonstances des efflorescences de Pseudo-nitzschia spp. suggèrent l’existence de pressions biotiques contraignantes et possiblement causes des épisodes de toxicités observées de 2011 à 2014