La matière organique des systèmes aquatiques, dissoute et particulaire, s’imprègne rapidement et durablement, à petites (heures, jours, mois) et grandes (années, décennies...) échelles spatio-temporelles, des effets combinés des changements climatiques et des multiples influences anthropiques. La matière organique est aussi produite, consommée, exportée et/ou stockée dans les écosystèmes aquatiques et contribue ainsi à réguler les concentrations en gaz à effet de serre dans l’atmosphère et ainsi le climat présent et futur.
Afin de mieux comprendre et prévoir les conséquences écologiques de la transition environnementale qui impacte actuellement les écosystèmes aquatiques et leurs biocénoses, il est essentiel de caractériser cette MO diverse et complexe, qui est affectée par les processus biogéochimiques (séquestration, minéralisation, dégradation, ventilation dans les réseaux trophiques...), pour évaluer son devenir dans les écosystèmes, les processus par lesquels elle permet le maintien de la biodiversité et le renouvellement des populations, et pour caractériser son impact sur les flux de gaz à effet de serre aux différentes interfaces.
Fort de ce constat, le projet de l’équipe SOMAQUA s'articule autour de la comparaison des sources et du devenir de la matière organique dans deux zones géographiques principales : 1) les zones intertropicales - principalement en Amérique du Sud, sur le littoral brésilien et les eaux douces amazoniennes et andines et 2) les zones tempérées et subpolaires en milieu lacustre, côtier ou marin. Nos objectifs principaux sont i) de définir les sources et le devenir de différentes formes - intégrées ou non par les organismes - de la MO dans les milieux aquatiques ; ii) de les utiliser comme indicateurs des changements environnementaux passés ou en cours ; iii) de comprendre leur rôle dans le maintien de la diversité des communautés ; et iv) de caractériser les processus écologiques et biogéochimiques qui régulent leur minéralisation et la production de gaz à effet de serre afin de réaliser des bilans “carbone” de ces hydro-ecosystèmes et comprendre dans quelles mesures ils participent à la mitigation des changements globaux.
Axe 1. La MO indicatrice des changements globaux à l’échelle des écosystèmes
En tant que composante majeure du cycle du carbone, la MO dans les écosystèmes aquatiques est modifiée, dans sa composition et ses flux, par de nombreuses perturbations induites par les changements globaux et l’usage des terres et de l’eau. Au sein de cet axe, notre équipe étudie la composition et les transferts de MO dans les eaux, sédiments, et organismes (poissons, bivalves, crustacés) de différents écosystèmes aquatiques, en relation avec l’activité microbienne (respiration et photosynthèse) et les flux de CO2 et de CH4 vers l’atmosphère. Ces travaux se concentrent sur les milieux tropicaux fortement impacté par l’eutrophisation et les constructions de barrages, les zones polaires impactées par le changement climatique et les vasières intertidales tempérées.
Axe 2. Sources, transfert et devenir de la MO dans les organismes
Cet axe consiste à développer et à appliquer des approches de bio-monitoring en utilisant des analyses de bio-carbonates et de tissus biologiques comme traceurs des changements environnementaux. En Amazonie, la variation temporelle des concentrations en éléments traces et des signatures isotopiques dans les coquilles de bivalves filtreurs permettent d’accéder des informations hydrologiques avec une résolution saisonnière fine. Des analyses sur otolithes associées à la caractérisation des fonds géochimiques permettent de caractériser des migrations de poissons, de tracer leur provenance (espèces commerciales), et d’étudier l’impact des barrages sur leur dynamique de populations. Enfin, une double approche sclérochronologique – biomarqueurs trophiques qui intègre les variations saisonnières, est mise en œuvre en milieu tempéré, arctique et pour la première fois en domaine tropical sur le littoral brésilien.
Axe 3. Sources transfert et devenir de la MO dans les micro-organismes et leurs métabolites
Les micro-organismes jouent un rôle clef dans le cycle de la matière organique dans les écosystèmes aquatiques. Notre équipe aborde cette thématique en mettant l’accent sur la diversité génétique, moléculaire et fonctionnelle des communautés microbiennes ainsi que sur les mécanismes fonctionnels et évolutifs en jeu dans la mise en place de communautés spécifiques (biofilms, agrégats de type « neige marine », sédiments et litières de mangroves) ou de symbioses (lichens, limaces sacoglosses). Nous utilisons des biomarqueurs choisis pour leur potentiel taxinomique et/ou fonctionnel (acides gras, acides aminés, monosaccharides et pigments photosynthétiques) qui renseignent sur les interactions entre les espèces, la composition taxinomique des communautés microbiennes, les processus de dégradation de la matière organique et l’activité des microorganismes. Ces caractéristiques biochimiques de la matière organique sont généralement couplées à des données de métagénomique permettant d’analyser finement la diversité spécifique des communautés.
Axe 4. Observation, expérimentations in situ, et modélisation pour une gestion raisonnée des écosystèmes
De nombreuses perturbations altèrent la biodiversité, le fonctionnement biogéochimique, la qualité des habitats, ainsi que les services écosystémiques des écosystèmes aquatiques. Induites par les changements climatiques et l’usage des terres et de l’eau, elles agissent la plupart du temps en synergie, et leur compréhension nécessite la mise en place d’outils d’observation et de modélisation pour caractériser les mécanismes mis en jeu et suivre leurs évolutions à des échelles décennales. Notre équipe développe et met en place un large panel d’outils d’observation, d’expérimentation in situ et de modélisation sur des sites continentaux et marins en France (Manche occidentale et archipel de Chausey, Baie de Bourgneuf…), et en Amérique du Sud (Altiplano et lac Titicaca en Bolivie et littoral brésilien).
