Study of the health status of anthropized southern Mediterranean coastal ecosystems by applying planktonic food web models and ecological indicators in situations of chronic & pulsed contamination

Les écosystèmes côtiers méditerranéens sont considérés parmi les zones les plus perturbées vu qu’elles sont soumises à une importance pression anthropique, qui a conduit à leur eutrophisation et leur contamination par divers types de polluants chimiques. Ces perturbations ont des conséquences sur le fonctionnement de ces écosystèmes, leur état écologique et ultimement sur leurs capacités d’exportation de carbone et de productivité. C’est dans ce contexte que ce travail a été mené visant à étudier l’état de santé des deux écosystèmes côtiers sud méditerranéens anthropisés en caractérisant les réseaux trophiques planctoniques (RTPs) et en appliquant des indicateurs écologiques. Cette étude a concerné le Golfe de Gabès qui est caractérisé par une forte hydrodynamique et une contamination chronique due principalement aux industries du complexe Gannouche-Gabès et le Canal de Bizerte qui a été soumis à une contamination pulsée causée par une fuite de pétrole. Dans le Golfe de Gabès, la dynamique spatiale du RTP a été étudiée en automne 2017 lors de la campagne MERMEX-MERITE dans quatre stations situées à différentes distances de la principale source de contamination. Les résultats ont montré que la circulation hydrodynamique complexe dans le Golfe semble induire un gradient nord-sud et côte-large des concentrations nutritives conduisant à des variations spatiales dans la structuration en taille et la production du phytoplancton ainsi que dans les interactions trophiques. Par conséquent différentes voies trophiques ont été distinguées en fonction du stress nutritif. Le réseau microbien dominait à la station la moins riche en nutriments (la plus au nord) et se caractérisait par la production primaire et l’activité les plus faibles, mais par l’ascendance la plus élevée, reflétant une importante organisation et stabilité. Le système à la station la plus eutrophe (la plus au sud) fonctionnait comme un réseau herbivore et était le plus actif avec une forte production primaire et débit total de carbone, mais restait le moins organisé et le moins stable. Dans les deux autres stations, un réseau multivore s’est développé et était le plus organisé grâce à une importante détritivorie par rapport à l’herbivorie, un fort recycle et une ascendance élevée. Dans le Canal de Bizerte, les effets d’une marée noire, survenue en octobre 2018, sur les communautés du phytoplancton et du protozooplancton ainsi que leurs interactions trophiques ont été évalués dès les premiers jours suivant le déversement du pétrole et après quelques semaines. L’évolution du RTP au cours des différents jours suivant le déversement a été aussi décrite.Les taux de croissance, de la biomasse et de production des différentes fractions de taille du phytoplancton ainsi que leurs taux de consommation par le protozooplancton ont largement varié entre les différents jours. L'intégration de ces taux modifiés par la contamination pétrolière dans des modèles linéaires inverses de flux de carbone et le calcul des indicateurs écologiques ont montré un changement clair dans la structure et le fonctionnement du RTP, de la voie herbivore (au 1ier jour), au réseau multivore (4ème et 8ème jour) jusqu’un réseau microbien spécial (au 18ème jour), ce qui implique différentes efficacités dans l'exportation du carbone tout au long de l’évolution de la marée noire.Cette étude met en évidence l’importance de coupler la typologie des RTPs et les indicateurs écologiques pour mieux décrire l’état écologique des écosystèmes soumis soit à une contamination permanente ou pulsée. Ces approches intégratives peuvent fournir des outils efficaces pour gérer et évaluer la santé des écosystèmes anthropisés.Mediterranean coastal ecosystems are considered to be among the most disturbed areas, as they are subject to significant anthropogenic pressure, which has led to their eutrophication and contamination by various types of chemical pollutants. These disturbances have consequences for the functioning of these ecosystems, their ecological status and ultimately their carbon export and productivity capacities. It is against this backdrop that this study was carried out to investigate the state of health of two anthropized southern Mediterranean coastal ecosystems by characterizing planktonic food webs (PFWs) and applying ecological indicators. The study focused on the Gulf of Gabès, which is characterized by strong hydrodynamics and chronic contamination due mainly to the industries of the Gannouche-Gabès complex, and the Bizerte Canal, which was subjected to pulsed contamination caused by an oil spill. In the Gulf of Gabès, the spatial dynamics of the PFW were studied in autumn 2017 during the MERMEX-MERITE campaign at four stations located at different distances from the main source of contamination. Results showed that the complex hydrodynamic circulation in the Gulf seems to induce a north-south and coast-wide gradient of nutrient concentrations leading to spatial variations in phytoplankton size structuring and production as well as trophic interactions. As a result, different trophic pathways were distinguished as a function of nutrient stress. The microbial food web dominated at the least nutrient-rich station (northernmost) and was characterized by the lowest primary production and activity, but the highest ascendancy, reflecting a high degree of organization and stability. The system at the most eutrophic station (southernmost) functioned as an herbivorous food web and was the most active with high primary production and total carbon flow, but remained the least organized and stable. In the other two stations, a multivorous food web developed and was the most organized thanks to high detritivory compared with herbivory, strong recycling and high ascendancy. In the Bizerte Channel, the effects of an oil spill, which occurred in October 2018, on phytoplankton and protozooplankton communities and their trophic interactions were assessed from the first days after the oil spill and after a few weeks. The evolution of PFWs over the various days following the spill was also described.Growth, biomass and production rates of the different phytoplankton size fractions, as well as their consumption rates by protozooplankton, varied widely between days. Integrating these oil contamination-modified rates into linear inverse carbon flux models and calculating ecological indicators showed a clear shift in the structure and function of the PFW, from the herbivore pathway (on day 1), to the multivorous food web (days 4 and 8) to a special microbial food web (on day 18), implying different carbon export efficiencies throughout the evolution of the oil spill.This study highlights the importance of coupling PFW typology and ecological indicators to better describe the ecological state of ecosystems subjected to either permanent or pulsed contamination. These integrative approaches can provide effective tools for managing and assessing the health of anthropized ecosystems