Soutenance mémoire
Relations entre les microsphères et les kystes de dinoflagellés
MATÉRIEL ET MÉTHODE
Le déplacement des particules engendré par les organismes benthiques à l’ intérieur du sédiment est très difficile à étudier dans le milieu naturel. En effet, la plupart des méthodes sont destructives et ne permettent donc pas de voir une évolution dans le temps.
Ainsi, pour notre étude, les expériences ont été effectuées en laboratoire à l’ Institut des Sciences de la mer de Rimouski (ISMER, Québec-Canada). Nous avons choisi d’utiliser des aquariums plats afin de faire des observations directes et de manière non-destructive (Caron et al., 1996b).
Les aquariums, regroupés trois par trois, sont constitués d’une vitre transparente de 5 mm d’épaisseur, assurant la solidité du montage, et d’une autre anti-reflet de 2 mm, permettant des observations directes. Chacun d’ entre eux mesure 20 cm (longueur) x 20 cm (hauteur) x 0,3 cm (épaisseur correspondant à celle des vers juvéniles) et est percé d’un trou (fig. 1) suivant le modèle de Caron et al. (1996b). Tout le système est conservé dans une chambre thermostatique à 13 oC, correspondant à la température de la saison estivale, afin de maintenir des conditions de température constante lors de l’expérience. De plus, les parois des aquariums sont isolées de la lumière par des feuilles de papier d’aluminium et une alternance jour/nuit d’une période de 12h est appliquée dans le but de conserver des conditions semblables au milieu naturel.
Les aquariums sont remplis avec environ 15 cm de sédiments sablo-vaseux tamisés sur 1 mm, correspondant au type d’habitat utilisé par les juvéniles de N. virens et N. caeca, et non défaunés. Pour la première série d’expériences « s », un fine couche de microsphères de 45 Ilm de diamètre, formées de polystyrène d’une densité de l ,OS g.cm-3 et fluorescentes aux rayons UV-A (Polysciences, Inc.), a été déposée à la surface des sédiments, simulant ainsi le dépôt des kystes après une floraison de dinoflagellés. Pour la deuxième série « p », les microsphères ont été placées à 2 cm sous la surface du sédiment, afin de simuler les kystes de dinoflagellés enfouis dans la colonne sédimentaire. De l’ eau de mer naturelle filtrée est introduite par le haut de chaque aquarium et ressort par le trou percé dans la vitre.
Elle circule librement dans l’aquarium par gravité (Deschênes el al., 2003,2005) et permet une meilleure oxygénation à la surface des sédiments. Les phénomènes de marées et les courants ne sont pas reproduits afin d’éviter un transport physique des particules. Les aquariums sont alors soumis à une phase de stabilisation d’ une semaine afin de laisser les sédiments se tasser.
Pour chacune des séries, trois traitements différents ont alors été appliqués. Chacun d’ entre eux est réalisé en triplicata afin de pouvoir effectuer des analyses de variance lors de l’ étude des résultats. Un total de 9 aquariums ont donc été utilisés.
Les trois traitements sont les suivants pour les deux séries « s » et « p »: – Tl ,2 ,3 : aquariums sans organisme (témoin)
– NV 1, 2 ,3 : dépôt à la surface des sédiments de 3 individus N. virens J’uvéniles (ramassés dans une baie en face de la station aquicole de Pointe-au-Père (Québec-Canada) et mesurant environ 6 cm de long et 3 mm de large).
– NC 1, 2 ,3 : dépôt à la surface des sédiments de 3 individus N. caeca J’uvéniles (ramassés dans la Baie du Ha ! Ha ! au parc national du Bic (Québec-Canada) et mesurant environ 6 cm de long et 3 mm de large).
Les vers n’ont pas été nourris durant la totalité de l’expérience pour empêcher une activité excessive lors de l’alimentation.
Deux photographies numériques de la face avant de chacun des aquariums ont été prises toutes les heures pendant les dix premières heures, puis toutes les 4h pendant les trois jours suivants et toutes les 4 ou 8h durant le reste de l’expérience. Lors des prises de vue, les aquariums étaient éclairés les uns après les autres par une combinaison de 3 lampes à ultra-violet (UV-A) afin de faire fluorescer les microsphères. L’ appareil photo numérique Nikon 5400 utilisé est fixé sur un trépied et programmé pour avoir une grande ouverture et un temps d’ exposition de 8 secondes, permettant d’obtenir un résultat optimal et de capter les signaux émis par les microsphères.
Les photographies obtenues sont comparées les unes aux autres grâce à la méthode de Gilbert et al. (2003) (fig. 2). Chacune d’ entre elles est soumise à un traitement d’image sous le logiciel «Adobe Photoshop» afin d’être seuillée et binarisée : les pixels contenant des microsphères sont codés en 1 et ceux n’en contenant pas (eau ou sédiment) deviennent des O. Chaque image est alors associée à une matrice de 1 et de O. L’évolution temporelle entre deux matrices Ml et M2 est quantifiée par leur différence: -1 correspond au passage d’une microsphère à une particule de sédiment, 1 à l’arrivée d’une microsphère à la place du sédiment et 0 montre qu’il n’y a pas eu de changement entre la première et la deuxième image. La somme de tous les chiffres composant cette nouvelle matrice quantifie la variation totale des microsphères, mais dépend de la taille de l’image. C’est pourquoi on fixe un nombre k qui permet de considérer toutes les cellules de taille k x k pixels contenus dans l’image, k variant de 1 jusqu’à la taille de l’image. On calcule aussi la somme des nombres de chaque matrice et la moyenne de ces sommes. Pour chaque k, un nombre
représentant la variation moyenne de la quantité de microsphères dans les cellules de taille k est obtenu (~Q.cm-I). Ce nombre augmente linéairement en fonction de k. La pente de cette droite, obtenue par une régression linéaire, quantifie le remaniement sans dépendre de la taille de l’ image. Cette pente est ensuite divisée par l’intervalle de temps qui sépare les images initiale et finale, ce qui permet l’ obtention d’un taux de remaniement quantifiant le mouvement moyen des microsphères par unité de surface et de temps (~Q.cm-2.h-I). On obtient alors un ORC (optical reworking coefficent) ou coefficient de remaniement optique.
L’analyse statistique des résultats s’est faite en deux parties. Tout d’abord, les résultats obtenus pour les triplicatas des 3 traitements de chacune des séries ont subi une transformation logarithmique, afin d’homogénéiser les variances, puis ont été comparés grâce à une ANOVA à mesures répétées. Une procédure mixte a été utilisée (SAS 9.1.3) avec une structure de co-variance à « symétrie composée» pour la série « s» et « autoregressive » pour la série « p ». Ensuite, une deuxième série de résultats a été obtenue en soustrayant la moyenne des valeurs des témoins à celles des deux autres traitements.
Après une transformation logarithmique des résultats, un test-t pour échantillons appariés a été effectué afin de comparer les données obtenues pour chacune des séries. Pour la série « s », les sept premiers jours et le reste des données ont été analysés de façon distinctes afin de considérer les observations faites dans la première analyse. Pour la série « p », ce sont les 60 premières heures et le reste du temps qui ont été séparés.
RÉSULTATS
Première série d’expériences « s »
Dans la première série, dans laquelle les microsphères ont été déposées à la surface du sédiment, les coefficients de remaniement optique ORC, représentés en fonction du temps, varient suivant les traitements Ts, NVs et NCs (fig. 3). Ces ORC sont le résultat d’un calcul de moyenne des triplicatas de chacun des traitements. Les courbes obtenues pour chaque traitement présentent une forme en dent de scie traduisant une forte variabilité, mais aucun cycle jour/nuit ne semble apparaître. Pour simplifier la description des figures, seules les valeurs issues de la courbe polynomiale d’ordre 4 de chaque traitement seront citées. Tout d’ abord, pour le traitement Ts, on peut voir que l’ORC est élevé au début de l’expérience avec environ 14 ilQ.cm-2.h- l, puis diminue jusqu’à 70h environ (soit à peu près 3 jours) et se stabilise alors entre 3 et 4 ilQ.cm-2.h-1 jusqu’ à la fin de l’ expérience. Les ORC obtenus au cours du traitement NVs sont plus élevés que pour les témoins. En effet, durant les 7 premières heures, l’ORC est stable aux environs de 25 ilQ.cm-2.h-1 puis diminue jusqu’à la 170ème heure, soit environ au septième jour de l’expérience, pour atteindre un plateau vers 8 ilQ.cm-2.h-1 jusqu’au dernier jour. Pour finir, la courbe obtenue lors du traitement NCs est divisée en 2 parties: tout d’ abord l’ORC diminue de 30 à 5 ilQ.cnf2.h-1 en 60 heures (soit environ 2,5 jours), puis augmente jusqu’ à la fin de l’ expérience, passant de 5 à 22 ilQ.cm-2.h- l • On observe un effet du traitement sur le coefficient de remaniement optique (F2,504=66,9; p<O,OO 1) (tableau 1). Les traitements NV s et NCs sont significativement différents de Ts (p:S:O,OOI), mais pas différents entre eux (P~0 , 05).
Les ORC obtenus à chaque temps pour le traitement Ts ont été soustraits aux ORC obtenus avec les traitements NVs ou NCs (fig. 4). Les deux courbes NVs ‘ et NCs’ permettent alors de mettre en évidence l’impact direct de l’introduction des annélides Nereis virens ou Nephtys caeca dans les aquariums. Pour le traitement NVs’ , on observe une augmentation de l’ORC de Il à environ 16 ilQ.cm-2.h-1 durant les 24 premières heures puis une diminution jusqu’ à l’ heure 180 environ, soit 7,5 jours après le début de l’expérience. L’ ORC atteint alors un plateau de 3 ou 4 ilQ.cm-2.h- l . Pour le traitement NCs’ , on peut voir une diminution rapide de l’ORC de 15 à 1 ilQ.cm-2.h-1 en 48h environ (2 jours). Ce coefficient va ensuite augmenter progressivement jusqu’à atteindre 17 ilQ.cm-2. h- I à la fin de l’expérience. Les deux traitements sont significativement différents jusqu’au jour 7,5 (tO,05; 29 = -2,90; P = 0,007) et du jour 7,5 à la fin de l’expérience (to,05; 31 = 5,90; p:S:O,OOI) (tableau 2).
Lors de la comparaison entre les premières et les dernières photographies de chacun des traitements, on a pu mettre en évidence l’effet de la compaction des sédiments au cours du temps. Afin de prendre en considération principalement l’ impact des organismes sur la répartition des microsphères, cette compaction a été corrigée en recadrant les photographies par rapport à des points fixes dans les aquariums. Une seule figure représentative du triplicata de chaque traitement est présentée. Pour chacune des figures, on observe en noir la répm1ition des microsphères présentes au temps initial et en rouge celles présentes au temps final. Les particules fluorescentes qui n’ont pas été déplacées au cours du temps sont en bleu alors que le blanc correspond à tout le reste (sédiment, eau, terrier, etc.).
Lors du traitement Ts, la compact ion a été estimée à 0,2 ± 0,086 cm. Les résultats montrent qu’il n’y a presque pas eu de mouvements de microsphères entre le début et la fin de l’ expérience (fig. 5). La représentation obtenue pour le traitement NVs est très différente de celle des témoins (fig.6). Les microsphères sont mélangées dans les premiers millimètres de sédiments ou entraînées plus profondément. Leur répartition n’ est pas uniforme et présente certaines caractéristiques particulières. En effet, à gauche de l’aquarium, les particules fluorescentes suivent la forme d’un des terriers construit par un individu Nereis virens. Certaines microsphères ont été entraînées jusqu’à 5 cm de profondeur. La couche de surface des sédiments a été remaniée activement puisque la fine couche de microsphères déposée au début de l’expérience est presque complètement déplacée. Le traitement NCs a lui aussi entraîné de nombreux changements dans la répartition des microsphères au cours du temps (fig.7). En effet, la couche de particules fluorescentes déposées au temps initial est mélangée de façon assez homogène dans les 2 premiers centimètres de sédiments au temps final. Il ne semble pas y avoir de structure particulière qui apparaisse. Quelques particules ont cependant été entraînées jusqu’à 6 cm de profondeur mais la plupart d’entre elles reste dans les 2 cm proches de la surface.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
1. PROBLÉMATIQUE
Objectifs
2. MATÉRIEL ET MÉTHODE
3. RÉSULTATS
3.1. Première série d’expériences « s »
3.2. Deuxième série d’expériences « p »
4. DISCUSSION
4.1. Quelques remarques concernant les témoins
4.2. Influence de Nereis virens sur la répartition des microsphères
4.3. Influence de Nephtys caeca sur la répartition des microsphères
4.4. Relations entre les microsphères et les kystes de dinoflagellés
5. CONCLUSIONS
6. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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