Rôle de la diversité fonctionnelle de la communauté à Macoma balthica (estuaire du Saint-Laurent, Québec, Canada) sur les flux biogéochimiques à l'interface eau-sédiment et sur le mélange particulaire
RÉSUMÉ : L ' objectif de cette thèse de doctorat est de caractériser et de quantifier l'effet des
groupes fonctionnels de bioturbation dominants de la communauté à M balthica et de leur
diversité, sur les flux biogéochimiques à l' interface eau-sédiment (oxygène, carbone organique
dissous, ammonium, nitrate, phosphate), le remaniement sédimentaire et les communautés
microbiennes. Les groupes fonctionnels de la communauté à M balthica de l'estuaire du Saint
Laurent (Québec, Canada) ont été définis selon leur mode de remaniement sédimentaire: Les
biodiffuseurs, Macoma balthica et Mya arenaria, et le diffuseur à galerie, Nereis virens. Les
mesures ont été réalisées dans des microcosmes expérimentaux répliqués avec les groupes
fonctionnels isolés (allopatrie) et assemblés (sympatrie). Ceux-ci ont été soumis aux mêmes
conditions expérimentales sur toute la durée de l'expérience ( 40 jours). Les effets ont été
comparés à des sédiments sans organisme servant de contrôle. Les organismes ont été
introduits avec des biovolumes identiques, déterminés à partir des densités naturelles.
L'espace d'occupation par les macro-invertébrés était donc similaire pour chaque traitement.
Les résultats montrent clairement, qu'à biovolume identique, les biodiffuseurs et le diffuseur à
galerie ont des effets différents sur la stimulation des flux biogéochimiques, le transport des
particules vers le fond des terriers et l' activité bactérienne. Les effets du diffuseur à galerie,
variant avec le temps, sont nettement supérieurs en raison de la dynamique spatio-temporelle
des structures biogènes et des activités d' irrigation, ainsi que de sa profondeur
d'enfouissement maximale. Des différences de profondeurs d'enfouissement expliquent par
ailleurs les variabilités intra-fonctionnelles observées entre les deux biodiffuseurs sur les flux
d' ammonium et de nitrate et sur l' activité bactérienne. Les deux groupes fonctionnels
combinés (diffuseur à galeries + biodiffuseurs) ont des effets importants sur les paramètres
mesurés, souvent supérieurs aux effets attendus par simple additivité. Les interactions
spatiales positives entre les deux groupes fonctionnels expliquent ces effets. Les intensités des
interactions affectant essentiellement les flux de nitrate, de phosphate, d' ammonium et
d'oxygène montrent une nouvelle fois, qu ' à biovolume identique, la profondeur
d' enfouissement de chaque groupe fonctionnel et l' organisation spatiale entre groupes
fonctionnels apparaissent effectivement comme des facteurs clés dans la stimulation des
processus biogéochimiques sédimentaires. Les résultats obtenus, directement comparables du
fait de l'utilisation de biovolume identique, valident donc l'approche fonctionnelle pour l'étude
de la bioturbation et ses effets sur les flux biogéochimiques, le remaniement sédimentaire et
les communautés bactériennes. De nouvelles voies de recherche sont proposées pour (i)
développer l'approche fonctionnelle dans le cadre d'études basées sur les échanges à l'interface
eau-sédiment, (ii) affiner la notion de biovolume, et (iii) approfondir les effets des relations
entre groupes fonctionnels au sein d'une communauté, sur le fonctionnement des sédiments
côtiers. ABSTRACT : The objective of this Ph.D. thesis is to characterise and quantify the effects of the
dominant functional groups of the Macoma balthica community, maintained separately and in
various combinations, on: i) biogeochemical fluxes at the sediment-water interface (oxygen,
dissolved organic carbon, ammonium, nitrate, phosphate), ii) sediment mixing, and iii)
bacterial communities. The functional groups of the M balthica community of the St
Lawrence estuary (Quebec, Canada) were defined according their sediment mixing mode: two
biodiffusers (M balthica and Mya arenaria) and one gallery-diffuser (Nereis virens) were
studied. Experiments were performed in replicated microcosms with the functional groups
being either isolated (allopatry) and combined (sympatry); control microcosms contained
sediment but no macrofauna. Ali treatments were subjected to identical experimental
conditions over the duration of the experiment (40 days). Microcosms contained similar
biovolumes of organisms, these volumes being determined from natural densities. The space
occupied by macro-invertebrates was thus similar in ail treatments. The results c\early show
that the biodiffusers and the gallery-diffuser, at similar biovolumes, have different effects on
the stimulation of biogeochemical fluxes, on particle transport towards deeper layers, and on
bacterial activity. The effects of the gallery-diffuser are highest and vary over time, due to the
spatio-temporal dynamic of biogenic structures and irrigation activities, and to different
maximal burrowing depths. The different burrowing depths of the two biodiffusers also
explain the observed intra-functional variation in nitrate and ammonium fluxes , and in
bacterial activity. The combination of both functional groups (gallery-diffuser+biodiffusers)
has important effects on measured parameters, the latter often being higher th an would be
predicted based on additive effects. Positive spatial interactions between the two functional
groups explain these effects. The interactions between functional groups, which essentially act
on nitrate, phosphate, ammonium and oxygen fluxes, suggest that, at similar biovolumes, the
burrowing depth of each functional group and the spatial organisation of these groups are key
factors in the stimulation of sedimentary biogeochemical processes. The results obtained are
directly comparable due to the use of similar biovolumes, and thus validate the functional
approach for the study of bioturbation and its effects on biogeochemical fluxes, sediment
mixing and bacterial communities. Further research is proposed to (i) develop the functional
approach for studies based only on solute exchange at the sediment-water interface, (ii) refine
the notion of biovolume, and (iii) examine in more detail the effects of relationships between
functional groups within a benthic community on coastal sediment functioning
