RESSOURCES BIOLOGIQUES ET ENVIRONNEMENT... 3

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1 La liste des sujets de doctorats Ifremer 2015 SOMMAIRE RESSOURCES BIOLOGIQUES ET ENVIRONNEMENT... 3 COMPORTEMENT BIOGEOCHIMIQUE DES PLATINOÏDES DANS LE CONTINUUM MILIEU URBAIN/ESTUARIEN ET COTIER... 3 UTILISATION D EXTRAITS D ECHANTILLONNEURS PASSIFS DE TYPE POCIS POUR L ETUDE DES EFFETS TOXIQUES DE PESTICIDES SUR MICRO-ALGUES ET BIVALVES, DE LEUR TRANSFERT TROPHIQUE ET DES EFFETS ASSOCIES CHANGEMENTS A LONG TERME DE LA STRUCTURE ET DE LA DIVERSITE DES PEUPLEMENTS DE FOND DU PLATEAU CONTINENTAL DE GUYANE... 6 AQUACULTURE MULTI-TROPHIQUE INTEGREE EN MILIEU LAGONAIRE TROPICAL : ANALYSE ENVIRONNEMENTALE INTEGREE MULTI-CRITERES... 7 DYNAMIQUE DE L HOLOBIONTE AU COURS DE LA PATHOGENESE CHEZ L'HUITRE CREUSE CRASSOSTREA GIGAS... 8 ETUDE DE L ACTIVITE DES ELEMENTS MOBILES CHEZ TISOCHRYSIS LUTEA DANS UN CONTEXTE D AMELIORATION DES ESPECES DE MICROALGUES... 9 EVALUATION DE L ETAT GENETIQUE DES POPULATIONS DE RAIE BOUCLEE POUR LEUR CONSERVATION ET GESTION OBSERVATION INTEGREE PAR ACOUSTIQUE DE L ECOSYSTEME PELAGIQUE : METHODES POUR LA CARTOGRAPHIE TRI-DIMENSIONNELLE DES TAXONS ET TAILLES RESPONSABLES DES COUCHES DIFFUSANTES ESTIMATION DE LA DIVERSITE FONCTIONNELLE ET DE LA CAPACITE D'ACCUEIL DES NOURRICERIES COTIERES. 12 INTERACTIONS ENTRE TRAITS DE PERSONNALITE DES TELEOSTEENS, ENVIRONNEMENT ET POLLUANTS DEVELOPPEMENT DE MARQUES ELECTRONIQUES POUR SUIVRE LES ESPECES MARINES GESTION ALTERNATIVE DES PECHERIES CHALUTIERES DU GOLFE DU LION INFERENCES DEMOGRAPHIQUES SUR POPULATIONS D INTERET HALIEUTIQUE A PARTIR DE CARACTERISATION GENOMIQUE A HAUTE DENSITE, ET APPROCHES MULTI-MARQUEURS DE LA CONNECTIVITE ASPECTS EVOLUTIFS ET ENVIRONNEMENTAUX DE LA PLASTICITE PHENOTYPIQUE CHEZ LES MORONIDAE : COMPARAISON DU BAR EUROPEEN (DICENTRARCHUS LABRAX) ET DU BAR D AMERIQUE (MORONE SAXATILIS) ETUDE D'UNE MALADIE POLY-MICROBIENNE CHEZ L HUITRE CREUSE ADAPTATION METABOLIQUE CHEZ LES BIVALVES MARINS ET IMPACT DES CHANGEMENTS ENVIRONNEMENTAUX APPROCHE FONCTIONNELLE DES INTERACTIONS ENTRE LES MICROORGANISMES PLANCTONIQUES ET LES COMMUNAUTES DE MACRO-FILTREURS LIEES A LA PERLICULTURE (PINCTADA MARGARITIFERA ET EPIBIONTES ASSOCIES) CONTRIBUTION A LA MISE AU POINT D'UN OUTIL DE GESTION DU COLLECTAGE DE NAISSAIN DE L'HUITRE PERLIERE PINCTADA MARGARITIFERA MODELISATION SPATIO-TEMPORELLE DES ZONES FONCTIONNELLES HALIEUTIQUES PAR COMBINAISON DES DONNEES DE CAPTURES DES NAVIRES DE PECHE GEOLOCALISES ET DES NAVIRES DE RECHERCHE HALIEUTIQUE25 INFRASTRUCTURES MARINES ET NUMERIQUES TELEMANIPULATION FINE PAR CONTROLE COORDONNE DE DEUX BRAS MANIPULATEURS INSTRUMENTES RESSOURCES PHYSIQUES ET ECOSYSTEMES DE FONDS DE MER POTENTIELS DES POLY-HYDROXYALCANOATES (PHA) BACTERIENS POUR L ENCAPSULATION DE MOLECULES A VISEE THERAPEUTIQUE CARACTERISATION FONCTIONNELLE DES ADN POLYMERASES THERMOSTABLES DE PYROCOCCUS ABYSSI EN PRESENCE DE NOUVEAUX PARTENAIRES PROTEIQUES p. 1/53

2 CARACTERISATION DES FACTEURS CONTROLANT LA BIODIVERSITE ET LA DYNAMIQUE DES COMMUNAUTES DE MACROFAUNE ASSOCIEES A UN CANYON SOUS-MARIN : APPROCHE ECOSYSTEMIQUE A L AIDE D UN OBSERVATOIRE SOUS-MARIN IDENTIFICATION ET CARACTERISATION FONCTIONNELLE DES COMMUNAUTES MICROBIENNES EN INTERACTION AVEC LES MINERALISATIONS HYDROTHERMALES FAILLES ACTIVES ET STRUCTURE PROFONDE DE LA MARGE EST-SICILIENNE SEDIMENTATION ET FORÇAGES ASSOCIES DANS LE CANAL DU MOZAMBIQUE ET DANS LE SYSTEME TURBIDITIQUE DU ZAMBEZE AU COURS DU PLIO-QUATERNAIRE DEVELOPPEMENT DES ISOTOPES DU GERMANIUM COMME NOUVEAUX TRACEURS GEOCHIMIQUES DES SYSTEMES HYDROTHERMAUX OCEANIQUES APPLICATION DU SONDAGE ELECTROMAGNETIQUE POUR LA MESURE DE DENSITE IN SITU VIEILLISSEMENT D ADHESIFS ET DUREE DE VIE ETUDE NUMERIQUE DU COMPORTEMENT DE MEMBRANES ONDULANTES CARACTERISATION EXPERIMENTALE DES EFFETS DE SILLAGE ET D'INTERACTION ENTRE MEMBRANES ONDULANTES CAPTEURS INFRAROUGE DE POLLUANTS AQUATIQUES : SYNTHESE, OPTIMISATION ET QUALIFICATION MODELISATION NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE DE LA CAPTATION D ENERGIE EOLIENNE OFFSHORE : APPLICATION AUX ESSAIS A ECHELLE REDUITE EN BASSIN COMPORTEMENT A LONG TERME DE MOUSSES DE FLOTTABILITE POUR APPLICATIONS GRANDES PROFONDEURS40 IMPACT DES APPORTS TERRIGENES AUX SEDIMENTS DELTAÏQUES SUR LA PRODUCTION DE GAZ A EFFET DE SERRE OCEANOGRAPHIE ET DYNAMIQUE DES ECOSYSTEMES ECOLOGIE TROPHIQUE DE LA CREPIDULE CREPIDULA FORNICATA ET IMPLICATIONS POUR LE FONCTIONNEMENT DE SON HABITAT INFLUENCE DES FORÇAGES ENVIRONNEMENTAUX SUR LA STRUCTURATION FONCTIONNELLE DES COMMUNAUTES DE PROTISTES MARINS MODELISATION DES EFFLORESCENCES D'ALEXANDRIUM MINUTUM EN COMPETITION INTERSPECIFIQUE EN RADE DE BREST HYDRODYNAMIQUE A HAUTE FREQUENCE DE L'ARCHIPEL DE SAINT PIERRE ET MIQUELON DYNAMIQUE DES MATIERES EN SUSPENSION EN MER COTIERE : CARACTERISATION, QUANTIFICATION ET INTERACTIONS SEDIMENT/MATIERES ORGANIQUES COMPREHENSION DES INTERACTIONS VAGUES-BANQUISE DANS LES ZONES POLAIRES DETERMINATION DES PARAMETRES OCEANOGRAPHIQUES PAR INVERSION DE FORMES D'ONDES SISMIQUES COMPLETES CARACTERISATION DE LA CIRCULATION AUTOUR, AU-DESSUS ET A TRAVERS (VIA DES ZONES DE FRACTURE) LA DORSALE DE REYKJANES ET DES PROCESSUS DYNAMIQUES ASSOCIES EFFET DES CHANGEMENTS GLOBAUX SUR LA PRODUCTION DE TOXINES AMNESIANTES CHEZ PSEUDO-NITZSCHIA SPP DYNAMIQUE SPATIO-TEMPORELLE DE LA DIVERSITE GENETIQUE ET DE LA PHYSIOLOGIE MOLECULAIRE AU SEIN DES EFFLORESCENCES A ALEXANDRIUM MINUTUM TRANSFERTS MULTI-ECHELLES DES APPORTS CONTINENTAUX SUR LE PLATEAU DU GOLFE DE GASCOGNE p. 2/53

3 Ressources Biologiques et Environnement Comportement biogéochimique des platinoïdes dans le continuum milieu urbain/estuarien et côtier Directeurs de thèse : Véronique Ruban (IFSTTAR) / Joël Knoery [email protected] Co-directeurs de thèse : Liliane Jean-Soro (IFFSTAR) / Christophe Brach-Papa [email protected] Les éléments du groupe du platine (ou platinoïdes) sont de plus en plus utilisés en raison de leurs propriétés physico-chimiques (inertie, résistance à la corrosion et pouvoir catalytique) dans de nombreux domaines. Ils sont tout particulièrement utilisés dans l industrie automobile pour la fabrication de convertisseur catalytique. L usure de ces dispositifs, utilisés pour la réduction des émissions de gaz polluants, entraîne un relargage de ces éléments sous la forme de micro et nanoparticules atmosphériques. Avec la généralisation des pots catalytiques depuis ces 20 dernières années, on assiste à une augmentation des teneurs en éléments du groupe du platine (EGP) dans l environnement et notamment à proximité des zones urbaines et industrielles. Ces contaminants émergents sont ensuite remobilisés depuis les zones proches de leur émission (réservoirs) et pénètrent ensuite les écosystèmes terrestres et aquatiques. Les effets des différents processus physico-chimiques qui affectent leur comportement depuis leur source d émission jusqu à leurs transferts dans l environnement et tout particulièrement le long du continuum Terre/Mer sont encore mal connus. Ainsi, l objectif de cette étude sera d une part de caractériser la source de contamination (composition, spéciation, évolution ) diffuse que constituent les zones urbaines et industrielles impactée par les rejets d échappement, et d autre part d appréhender les processus biogéochimiques qui gouvernent les transferts de ces contaminants émergents une fois remobilisés au sein d un continuum comme l estuaire de la Loire (relation spéciation/biodisponibilité/bioaccumulation). La méthodologie proposée comprendra à la fois une partie observation «in-situ», une expérimentation de laboratoire (essais de lixiviation, caractérisation physico-chimique et analyses des EGP par ICP-MS) et un volet modélisation afin d appréhender les différents processus qui affectent le comportement des EGP émis dans l environnement depuis leur terme sources jusqu à leurs transferts dans les écosystèmes estuariens. Mots clés : Eléments du groupe du Platine, biogéochimie, transferts, environnements urbain et estuarien In numerous fields, use of platinum group elements (PGE) is increasing due to their physical and chemical properties (resilience, resistance to corrosion and catalytic properties). They are particularly used in the automobile industry as catalytic converters. The wearing out of these devices that are used to abate exhaust NOx releases its PGE elements in the form of atmospheric micro- and nanoparticles. The generalization of catalytic converters over the last two decades has produced an increase of environmental PGE levels, notably near the urban and industrial areas. These «emerging» contaminants fall out into their reservoirs and are found in aquatic and terrestrial ecosystems. p. 3/53

4 The effects of the different physico-chemical processes that impact on PGE's behavior during their during transfer from their source, along the land/sea continuum, and until their environmental transfer, are poorly known. Hence, the goal of this study will be to i) characterize the composition, speciation, temporal changes of the contamination source in locales (e.g., urban and industrial areas impacted by exhaust gases) of diffuse source of PGE, and ii) to investigate biogeochemical processes that control speciation, bioavailability and bioaccumulation throughout the transfers of the PGE s in the land/sea continuum with a particular focus on the Loire estuary. The proposed methodology will include both field observations, laboratory experiments (leaching experiments, physico-chemical characterization and analyses of PGE s using Q-ICP-MS), and modelling. This triple approach will enable to apprehend the different processes that affect the behavior of PGE s, from source to estuarine ecosystems. Keywords: Platinum group elements, biogeochemistry, transfer, urban and estuarine environments p. 4/53

5 Utilisation d extraits d échantillonneurs passifs de type POCIS pour l étude des effets toxiques de pesticides sur micro-algues et bivalves, de leur transfert trophique et des effets associés. Directeurs de thèse : Farida Akcha, Hélène Budzinski (EPOC/LPTC) [email protected] Co-directeur de thèse : Sabine Stachowski [email protected] Ce sujet de thèse s inscrit dans le projet PHYTOCOTE qui concerne l usage des pesticides en Aquitaine, leur transfert et leurs impacts sur les écosystèmes. La thèse repose sur un couplage entre la chimie de l environnement et l écotoxicologie. Sous la direction du LPTC (Université de Bordeaux), le transfert des pesticides dans les eaux superficielles sera caractérisé au niveau d un site localisé dans le Blayais, à deux échelles : la parcelle et le petit bassin versant. Cette approche est basée sur l utilisation d échantillonneurs passifs déployés in situ au cours d une année de suivi. Ces échantillonneurs seront ensuite extraits et utilisés pour déterminer leur potentiel toxique en laboratoire sur une espèce de micro-algue marine et la larve d huître. L étude des effets toxiques se déroulera sous la direction du Laboratoire d Ecotoxicologie (Ifremer). Elle permettra de caractériser les effets de mélanges réalistes de pesticides sur les organismes mentionnés. Les informations collectées permettront par la suite de reconstituer des mélanges artificiels visant à mieux comprendre et appréhender la toxicité des substances en laboratoire. Enfin, les molécules et les mélanges les plus pertinents seront utilisés afin d étudier le transfert trophique des pesticides chez du naissain exposé à une culture de micro-algue contaminée, ainsi que les effets toxiques associés. Cette thèse apportera des connaissances nouvelles sur la contamination du milieu aquatique par les pesticides à proximité des zones agricoles, en identifiant les mélanges testés les plus à risque grâce à l étude des effets toxiques directs et indirects (après transfert trophique). Mots-clés : usages agricoles, pesticides, échantillonneurs passifs, mélanges réalistes, huîtres, micro-algues, contamination, impacts, transfert trophique. This PhD subject is part of the PHYTOCOTE project that deals with pesticide uses in Aquitaine, their transfer and impacts in ecosystems. The thesis is built on a coupled approach between environment chemistry and ecotoxicology. Under management of LPTC (Bordeaux University), pesticide transfer in surface waters will be characterised in a place located in Blayais, at two scales: plot and small watershed. Passive samplers will be deployed in situ in order to identify the spatio-temporal dynamics of pesticide concentrations during a 12-month treatment period. POCIS will then be extracted and extracts used to assess their toxic potential in micro-algae and oyster larvae in laboratory experiments. This part will be managed in Laboratory of Ecotoxicology (Ifremer). The effects of realistic mixtures of pesticides on aforementioned organisms will be studied. The results obtained will provide information to make artificial mixtures in order to better understand and investigate the toxicity of pesticides using laboratory experiments. The final step will be the use of the most relevant substances and mixtures to study the trophic transfer of pesticides and the associated effects in oyster spat fed with contaminated micro-algae. This thesis will bring new insights in the knowledge of water contamination with pesticides in the nearby of agricultural areas, providing clues about the mixtures that represent a danger thanks to the study of direct and non direct toxic effects (due to trophic transfer). Keywords: agricultural uses, pesticides, passive samplers, realistic mixtures, oysters, micro-algae, contamination, impacts, trophic transfer. p. 5/53

6 Changements à long terme de la structure et de la diversité des peuplements de fond du plateau continental de Guyane Directeur de thèse : Fabian Blanchard [email protected] Co-directeurs de thèse : Ching-Maria Villanueva, Loïc Baulier [email protected] [email protected] L impact de la pêche et du changement climatique sur les écosystèmes marins fait l objet de travaux depuis une quinzaine d années et les deux effets sont souvent difficiles à dissocier. Ainsi, la question du suivi de l état des peuplements de fond à partir d indicateurs multi-spécifiques en regard d un facteur d impact en particulier reste difficile. De plus, l ensemble de ces travaux concernent principalement des écosystèmes tempérés, voire boréaux, très peu visant à identifier les impacts de la pêche et du changement climatique sur les peuplements de fond en région tropicale. Si les écosystèmes tempérés peuvent être colonisés par des espèces sub-tropicales lors d un réchauffement, en revanche, il n existe pas d espèces adaptées à des eaux plus chaudes que celles observées actuellement au sein des écosystèmes tropicaux, et donc il n y a potentiellement pas d espèces qui pourraient coloniser les régions tropicales à l occasion d un réchauffement, mais seulement des espèces qui seraient défavorisées telles que les espèces sub-tropicales qui seraient présentes en région tropicale qui représenterait la limite chaude de leur aire de répartition, induisant une perte de biodiversité. Il s agira donc d analyser la structure des peuplements de poissons de fond du plateau continental Guyanais où un réchauffement significatif est observé à la fin des années 90, ainsi qu une baisse de la pression de pêche, et son évolution temporelle à partir de données de campagnes scientifiques menées selon le même protocole en 1993, 1994, 2006, 2007, 2009, 2014 et Mots-clés : Peuplements de fond, indicateurs, changement climatique, impacts de la pêche The impact of fishing and climate change on marine ecosystems is the subject of work for fifteen years and both effects are often difficult to separate. Thus, the issue of monitoring the ecosystem state from multi-specific indicators regarding on particular impact factor remains difficult. Moreover, these works concern mainly temperate or boreal ecosystems. If temperate ecosystems can be colonized by sub-tropical species in a warming context, however, there is no species adapted to warmer waters than those currently observed in tropical ecosystems, and therefore there is no species able to colonize the tropics when warming. Sub-tropical species found in tropical region at the warm limit of their range, could be unfavored in a warming period, leading finally to a loss of biodiversity. It is therefore proposed to analyze the structure of the groundfish community of the continental shelf of the French Guiana and its temporal evolution, regarding consequences of the significant warming observed in the late 90s, and the decrease in fishing pressure. Data sets from scientific surveys carried out at sea using the same protocol in 1993, 1994, 2006, 2007, 2009, 2014 and 2015 will be used. Keywords: Fish community, indicators, climate change, fishing impacts p. 6/53

7 Aquaculture multi-trophique intégrée en milieu lagonaire tropical : analyse environnementale intégrée multi-critères Directeur de thèse : Annie Fiandrino [email protected] Co-directeurs de thèse : Myriam CALLIER, Joël AUBIN (INRA) [email protected] Une des voies d'amélioration du bilan environnemental de l'aquaculture est le développement de l'aquaculture multi-trophique intégrée (IMTA). Les IMTA ont pour principe d associer la culture d espèces de différents niveaux trophiques afin d'accroitre l efficacité des systèmes, de valoriser les flux de sels nutritifs et de matières organiques et de maximiser la production de services en limitant les impacts sur l écosystèmes environnant. Afin de pouvoir développer des systèmes adaptés, il est nécessaire de prendre en compte plusieurs facteurs (espèces, liens trophiques, caractéristiques physico-chimiques du milieu etc.). Le projet de thèse se concentrera sur le territoire de Mayotte dont le développement aquacole est au cœur des préoccupations. L'approche proposée repose sur la combinaison d une méthode d évaluation environnementale multi-critères (Analyse du Cycle de Vie ou ACV), à la modélisation spatiale (DEPOMOD) permettant de tracer le devenir des rejets issus de l'aquaculture dans l'environnement. Les objectifs de cette thèse seront de 1) développer un outil intégré d évaluation environnementale afin de comparer différents scénarios IMTAs vs monoculture adaptés aux caractéristiques des écosystèmes récepteurs, 2) contribuer à évaluer la capacité de support environnemental des milieux lagonaires pour les IMTAs en milieu tropical. Mots clefs : développement durable de l'aquaculture, aquaculture multi-trophique intégrée, évaluation environnementale, DEPOMOD, ACV One promising approach to improve aquaculture practices is the development of integrated multi-trophic aquaculture (IMTA). The IMTA approach combines species from different trophic levels to valorize biodiversity and synergy between compartments. This is based on the principle that the by-products (wastes) from one resource use become inputs into another. Integrated aquaculture aims at reducing external inputs and decrease environmental impacts on surrounding ecosystem. To develop adapted systems, several factors have to be considered (species, trophic links, physico-chemical characteristics etc). The project will focus on Mayotte territory where aquaculture development is at the heart of concerns as one way to create wealth, employment and livelihood for the territory. The thesis will combine complementary approaches of multi-criteria analysis (Life Cycle Analysis (LCA) and particle tracking models (DEPOMOD) (used for predicting the impact of particulate waste material). This thesis project will contribute to 1) develop an integrated tool to assess the environmental performance of aquaculture system and compare IMTAS vs monoculture scenarios considering local ecosystem characteristics, 2) evaluate the environmental carrying capacity of tropical lagoon for IMTAs Key words: sustainable development of aquaculture, integrated multi-trophic aquaculture, environmental assessment, DEPOMOD, ACV p. 7/53

8 Dynamique de l holobionte au cours de la pathogenèse chez l'huître creuse Crassostrea gigas Directeur de thèse: Yannick Gueguen [email protected] Encadrants scientifiques: Julien de Lorgeril et Eve Toulza (chaire UPVD-CNRS) [email protected] Au cours de ces dernières années, des mortalités récurrentes, massives et d'étiologie complexe ont touché un nombre croissant d espèces dont la principale espèce d'huître exploitée, Crassostrea gigas, qui subit ainsi des mortalités estivales très importantes mettant en péril l'ostréiculture. De récentes études ont montré que ce phénomène était lié à la superposition d une série de facteurs avec de potentiels interactions entre eux: (i) la température de l'eau, qui modifie potentiellement à la fois la physiologie de l'hôte (reproduction, état de santé) et la composition/fonction de son microbiote associé (y compris la virulence des pathogènes) ; (ii) la sensibilité des huîtres à certains pathogènes (virus herpès, bactéries Vibrio) et donc leur fonds génétique; (iii) la coopération entre pathogènes (iv) les sites de production. Toutefois, leur poids respectif, leurs interactions et leur dynamique au cours de la pathogenèse sont largement méconnus, ce qui rend ces maladies difficile à comprendre, à prévoir et à contrôler. Afin de sortir de cette crise sans précédent et trouver les solutions d une aquaculture durable de l huître, il est nécessaire de déchiffrer ce pathosystème complexe. Ce projet de thèse contribuera à un programme de recherche multidisciplinaire intégré mettant en relation les différents niveaux de compréhension de la maladie. Il se concentrera sur l'étude dynamique de l «holobionte huître» (hôte et microbiote associé) et intégrera la dimension génétique de l'hôte, les variations de l'environnement et l'histoire des interactions entre les protagonistes de ce pathosystème. Les résultats devraient permettre d apporter (i) des réponses claires à la question des mortalités estivales affectant l'ostréiculture et (ii) des solutions pour améliorer l éco-efficacité de la culture de l'huître et contribuer à la durabilité de cette industrie. Mots clés : meta-organisme, pathosystème, maladie multifactorielle, transcriptome, structure du microbiote, séquençage haut débit. Since a few years, mass and recurrent mortality events of complex etiology have increasingly affected invertebrates of ecological and/or economical interest. The main oyster species exploited, Crassostrea gigas, suffers from devastating mortality outbreaks resulting in significant economic losses. A series of research projects have evidenced several factors with potential interactions are involved in the expression of the disease: (i) the temperature of the seawater potentially modifying both host physiology (reproductive capacities, health) and composition/function of its associated microbiota (including pathogen virulence); (ii) the susceptibility of oysters to potential pathogens (herpes viruses, bacteria such as Vibrio splendidus, V. aestuarianus, ) that depends on the genetic background of oysters; (iii) the pathogenic microorganisms cooperation to initiate pathogenesis; and (iv) the production sites. However, the relative weight of these factors, their interaction s, their dynamics during pathogenesis are largely unknown, making the disease difficult to understand, predict and control. To open a way out of this unprecedented crisis and find solutions for a sustainable oyster aquaculture, it is necessary to decipher this complex pathosystem. This thesis project will contribute to an integrated multidisciplinary research program in an attempt to link together different levels of understanding of the disease. It will focus on the dynamic study of the "oyster holobiont" (oyster and associated microbiota) and will integrate in a global picture the genetic background of the host, changes in the environment and the history of interactions between the protagonists of this pathosystem. The results of the thesis should bring (i) a clear answer to the question of summer mortalities affecting oyster and (ii) solutions to improve the eco-efficiency of oyster culture and contribute to the sustainability of this industry. Keywords: meta-organism, holobiont, pathosystem, multifactorial diseases, transcriptome, microbiote structure, high-throughput sequencing. p. 8/53

9 Etude de l activité des éléments mobiles chez Tisochrysis lutea dans un contexte d amélioration des espèces de microalgues Directeur de thèse : Nathalie Casse (UMR : MMS - Laboratoire de Biologie et Génétique Evolutive UFR Science et Technique, Le Mans) Encadrant scientifique : Grégory Carrier [email protected] Depuis maintenant sept ans, le laboratoire Physiologie et Biotechnologie des Algues (IFREMER) développe des projets de recherche sur la sélection des microalgues. A l issue d un premier programme d amélioration, le laboratoire a sélectionné un génotype de la microalgue Tisochrysis lutea (Tiso) accumulant deux fois plus de lipides neutres que le génotype sauvage. Dans un contexte d amélioration de souches de microalgues, il est déterminant de bien comprendre les différents mécanismes impliqués dans la dynamique des génomes chez les microalgues. Ainsi, cette étude vise à caractériser le potentiel de différents génotypes sélectionnés par des approches physiologiques et moléculaires. Dans un premier temps, nos recherches se focaliseront sur l analyse des éléments mobiles (transposons) en réponse à des situations physiologiques déterminées. En effet, les éléments mobiles sont des composants présents dans tous les génomes eucaryotes. Ils jouent un rôle majeur dans la plasticité des génomes en réponse à divers stress et constituent donc une source de diversité et d adaptation pour les espèces. Des modifications, d origine mutationnelle ou physiologique, portant sur les mécanismes de contrôle de ces éléments mobiles peuvent entrainer une activation de la transposition pouvant avoir des conséquences significatives sur l ensemble du génome et donc sur le phénotype de l individu. L objectif de ce projet de thèse consiste à : 1- identifier et caractériser les éléments mobiles dans le génome de Tiso ; 2- comparer l activité et le nombre de copies des éléments mobiles entre différents génotypes (sauvage versus sélectionnée) et selon différentes conditions de stress ( mutagènes, carence nutritives) et 3- valider l activité de certains éléments transposables, en particulier dans des conditions de stress nutritif. Mots-clés : Eléments Transposables, Microalgues, Sélection, Génomique, Transcriptomique Since seven years, the Physiology and Biotechnology of Algae laboratory (IFREMER) develops several research projects in the field of microalgae selection. In a previous selection program, our laboratory implemented one of the first varietal selection strategy. This approach, allowed us to obtain a new certificate Tisochrysis lutea strain accumulating twice neutral lipids compared to the original strain. The development of news selection programs requires a better understanding of molecular mechanisms involved in the dynamic of genome in microalgae. This study consists to characterize the potential of selected strains using molecular and physiological approaches. Focus on mobile element in response to several controlled physiological conditions will be done. Mobile elements (or transposon) are genetic element that can jump to different locations of genome in all eukaryote organisms. They plays a major role in genomic plasticity particularly in response to a stress and they are involved in diversity and species adaptation phenomena. Defects in control mechanism of mobile element activities resulting of mutation or stress conditions can generate large modification in genome and hence phenotype inside every individual. Objectives of this study will be: 1- the identification and characterization of mobile elements in Tisochrysis lutea, 2- the comparison of mobile element activities between several genotype and stress conditions available (wide type vs. selected strain) and 3- the validation of the activity of specific mobile elements during nutritive stress conditions. Keys words: Transposable Elements, Microalgae, Selection, Genomic, Transcriptomic p. 9/53

10 Evaluation de l état génétique des populations de raie bouclée pour leur conservation et gestion Directeur de thèse : Verena Trenkel [email protected] Co-directeur de thèse : Pascal Lorance [email protected] Sous l'effet de la pêche, de nombreuses espèces marines des eaux européennes ont décliné au cours du 20ème siècle. Les raies et requins, plus sensibles à la pêche que les poissons osseux, ont été particulièrement touchés. Par conséquent, la conservation de ces taxons constitue un objectif majeur pour la gestion des ressources marines. Le projet ANR GenoPopTaille ( ) a pour objectif central d'estimer l'effectif absolu des géniteurs de la population de raie bouclée (Raja clavata) du golfe de Gascogne par méthode génétique et d étudier la connectivité entre dix populations présumées de cette espèce dans les eaux européennes. Dans le cadre de ce projet, la thèse est dédiée à l'étude de la taille de la population efficace à partir des mêmes jeux de données génétiques. Ses objectifs spécifiques consistent à i) étudier la variation de la taille de population efficace des dix populations de raie bouclée dans les eaux européenne et d'identifier les facteurs explicatifs (diversité génétique, environnement, exploitation), ii) explorer la sensibilité de l estimation de la taille efficace aux différentes hypothèses des méthodes de calcul de ce paramètre par simulation et ré-échantillonnage des données ainsi qu au type de matériel biologique (prélèvements sur poisson frais ou capsules d'œufs de raies) et iii) pour le golfe de Gascogne, comparer la taille efficace à l effectif absolu des géniteurs. Mots-Clés : Statistiques, données génétiques, taille de population efficace, conservation, exploitation par pêche, poissons marins, élasmobranches. Due to fishing impacts numerous marine species have declined in European waters during the 20 th century. This concerns particularly rays, skates and sharks, which are more sensitive to fishing than teleosts. As a result, the conservation of these taxa has become a major concern for the management of marine resources. Using genetic methods the main objectives of the ANR GenoPopTaille project ( ) are the estimation of the absolute (census) spawning population size of thornback ray (Raja clavata) in the Bay of Biscay and the estimation of the connectivity among ten putative European populations. As a part of this project, the PhD thesis will focus on the study of the effective population size using the same genetic data sets. The specific PhD objectives are i) to study the variability of the effective population size of the ten putative thornback ray populations in European waters and to identify explanatory factors (genetic diversity, environment, exploitation), ii) to explore the sensitivity of effective population size estimates to methodological assumptions using simulations and data resampling and to the type of biological material used (fresh flesh samples or egg capsules), and iii) to compare estimates of effective population size with absolute spawner abundance estimates for the Bay of Biscay. Key words: Statistics, genetic data, effective population size, conservation, fisheries exploitation, marine fishes, elasmobranchs. p. 10/53

11 Observation intégrée par acoustique de l écosystème pélagique : méthodes pour la cartographie tridimensionnelle des taxons et tailles responsables des couches diffusantes Directeur de thèse : Pierre PETITGAS [email protected] Co-directeur de thèse : Mathieu DORAY [email protected] L échantillonnage pour la surveillance du bon état écologique des mers régionales implique le développement de méthodes intégrées. L objectif de la thèse sera de développer des outils et méthodes pour caractériser par acoustique les couches planctoniques diffusantes avec un sondeur large bande et cartographier en 3D par géostatistique les concentrations des organismes responsables de ces couches. Le sondeur Simrad EK80 gréé sur une bathysonde sera utilisé pour réaliser des profils acoustiques verticaux simultanément aux profils hydrologiques. Les grands types d'échos révélés par les profils acoustiques seront identifiés avec des engins de pêche mésozooplanctonique et micronectonique, ouvrant/fermant pour certains. Les données acoustiques seront converties en concentration d organismes par taille et par profondeur. La résolution taxonomique sera celles de groupes de taxons ayant des réponses acoustiques spécifiques. Les données acoustiques collectées sur la verticale et sur l horizontale (sondeurs du navire) seront combinées en utilisant des méthodes géostatistiques pour produire des cartes en 3d par taxon et classes de taille. L échantillonnage intégré utilisant des profils verticaux, des transects horizontaux et des pêches d identification sera optimisé en recherchant le nombre et la localisation optimale des profils garantissant un niveau de précision donné. Le travail sera réalisé dans le golfe de Gascogne. Les couches diffusantes y seront cartographiées et la variabilité inter-annuelle et saisonnière de leurs patrons structuraux sera analysée. Mots-clé : acoustique large bande, acoustique multi-fréquences, couches diffusantes, géostatistique, zooplancton, micronecton, golfe de Gascogne, échantillonnage intégré Monitoring for good environmental status in regional seas implies the development of integrated methods. The work will consist in developing a framework to characterize sound-scattering layers with broad-band acoustic technology and map in 3d by geostatistics the concentration of the organisms by size class that are responsible of the sound scattering layers. The echosounder EK80 mounted on a dropsonde will be used as a vertical profiler in conjonction with a CTD probe. The acoustic data will be ground-truthed using a variety of zooplankton and micronecton nets some of which are opening/closing gear. The data will be converted in concentration of organisms by depth and size. The taxonomic resolution will be that of groups of taxons with specific acoustic responses. Vertical data (profiler) and longitudinal data (vessel echosounders) will be combined using geostatistical methods to produce 3d maps by taxon and size. Integrated monitoring using longitudinal transects, vertical profiles and fishing for ground-truthing will be optimized to produced a required precision on the 3d maps with the optimum number and location of profiles. The work will be performed in the Bay of Biscay. The soundscattering layers in that eco-region will be mapped and variability over time in their spatial patterns will be analyzed. Key words: broad-band acoustics, multi-frequency acoustics, sound-scattering layers, geostatistics, zooplankton, micronecton, bay of Biscay, integrated monitoring. p. 11/53

12 Estimation de la diversité fonctionnelle et de la capacité d'accueil des nourriceries côtières Directeur de thèse : LE BRIS Hervé Co-directeur de thèse : BRIND AMOUR Anik [email protected] Les écosystèmes côtiers revêtent un rôle halieutique de tout premier ordre lié à leur forte productivité biologique. Ils sont essentiels pour la croissance des jeunes poissons qui séjournent dans des habitats fragiles et restreints que constituent les nourriceries côtières. Le golfe de Gascogne est composé de six nourriceries côtières montrant différents niveaux de perturbations humaines. Quelques travaux suggèrent que certains de ces secteurs montrent de faibles performances écologiques (e.g. faibles croissances, faible résilience et redondance fonctionnelle). D'autres travaux récents montrent qu une nourricerie peut atteindre sa capacité d'accueil annuelle. Ainsi, la thèse propose de 1) Quantifier les changements temporels des communautés côtières à l aide d'indicateurs sur six nourriceries du Golfe de Gascogne sur les 35 dernières années ( ); 2) Estimer et comparer la capacité d accueil (production vs demande énergétique) des juvéniles de poissons sur trois zones de nourriceries fortement contrastées en termes de perturbations anthropiques et variabilité naturelle; 3) Analyser la relation entre la production des écosystèmes côtiers et les différentes composantes de la diversité des peuplements de juvéniles (diversité taxonomique et fonctionnelle). Mots-clés : Nourricerie ; diversité ; capacité d accueil ; juvéniles ; production benthique ; série temporelle Coastal zones are highly dynamic and productive ecosystems in the interface of ocean-continental processes, and thus highly vulnerable to natural and anthropogenic. They supply an important ecological function for many commercial and non-commercial fish species who spend part of their life cycle as juveniles in those particularly vulnerable habitats. The bay of Biscay is composed of six nurseries displaying a gradient of human perturbations and natural variability. Recent works suggest low ecological performances (e.g. slower growth rates, lower functional resilience and redundancy) in the most disturbed sectors. Furthermore, other studies also show that the carrying capacity of these sectors may be attained in some years. Therefore, this thesis aims at 1) Estimating compositional and functional changes in community of juveniles on the six nurseries of the bay of Biscay using indicators on the last 35 years ( ); 2) Estimating and comparing the carrying capacity (benthic production vs energetic demand) of fish juveniles on three nurseries differing in natural and human pressures; 3) Analyze the relationship between production in the three aforementioned coastal sectors and the various components of diversity of juveniles (structural and functional diversity). Keywords : Nurseries ; diversity ; carrying capacity ; juveniles ; benthic production ; time series p. 12/53

13 Interactions entre traits de personnalité des téléostéens, environnement et polluants Directeur de thèse : Marie-Laure Bégout [email protected] Depuis 2006, le laboratoire a développé une solide expertise conceptuelle et analytique sur la part des réponses comportementales individuelles et en particulier des traits de personnalité dans le répertoire adaptatif des téléostéens aux conditions environnementales. Appliquée à l écotoxicologie, les analyses comportementales ont démontré des altérations significatives des performances individuelles des téléostéens directement exposés à des polluants ou de leur descendance non contaminée, avec des conséquences écologiques à l échelle des populations. Cependant, une importante variabilité des réponses physiologiques et comportementales, notamment sur l activité natatoire, a été mesurée, variabilité qui peut parfois masquer des effets des expositions aux polluants. Or, il est désormais établi qu une grande partie de la variabilité mesurée pour différentes réponses adaptatives (comportementales, physiologiques ou moléculaires) est étroitement liée aux traits de personnalité des individus. Il est donc apparu évident qu un couplage d expertises devait être développé par analyse conjointe de la personnalité et caractérisation des effets physiologiques de l exposition à des pressions environnementales incluant les polluants. Ce projet de thèse propose de répondre à deux questions : Comment des différences intrinsèques de personnalité influent sur les réponses physiologiques à des pressions environnementales incluant les polluants? et comment des événements précoces peuvent modifier l'expression de la personnalité et moduler la vulnérabilité individuelle à des pressions environnementales ultérieures? Mots-clés : Comportement individuel, physiologie, écotoxicologie, pression anthropique, neurobiologie, expression de gènes, Danio rerio, Dicentrarchus labrax. Since 2006, the laboratory has developed a strong conceptual and analytical expertise on the share of individual behavioural responses and in particular personality traits in the adaptive repertoire of teleost to environmental conditions. Applied to ecotoxicology, behavioural analyzes showed significant alterations of individual performance in teleost directly exposed to pollutants or their uncontaminated descendants with ecological consequences at the level of populations. A large variability in physiological and behavioural responses, including the swimming activity, was measured and such variability can sometimes hide the effects of exposure to pollutants. However, it is now established that much of the variability measured for different adaptive responses (behavioural, physiological or molecular) is closely linked to the personality traits of individuals. It therefore seems evident that the coupling of expertise should be developed by a joint analysis of the personality and characterization of the physiological effects of exposure to environmental pressures including pollutants. This thesis project seeks to answer two questions: How intrinsic personality differences affect the physiological responses to environmental pressures including pollutants? and how early events can alter the expression of personality and shape individual vulnerability to future environmental pressures? Key words : Individual behaviour, physiology, ecotoxicology, human pressure, neurobiology, gene expression, Danio rerio, Dicentrarchus labrax. p. 13/53

14 Développement de marques électroniques pour suivre les espèces marines Directeur de thèse : Serge Bernard (CNRS) Co-directeurs de thèse : Sylvain Bonhommeau et Tristan Rouyer (IFREMER) [email protected] [email protected] L objectif du projet Tag-it-Yourself (TiY) est de concevoir un nouveau type de marques électroniques pour l étude et la gestion durable de ressources halieutiques. Une marque électronique est un système placé sur l animal permettant notamment d étudier ses déplacements à partir d informations telles que l intensité lumineuse, la pression ou la température. L objectif du projet est l amélioration des marques électroniques, en termes de prix, de performances, de taille et de donnée collectée tant du point de vue de la quantité que de la qualité. Au travers de collaborations pluridisciplinaires avec des laboratoires de recherche de pointe, la thèse propose notamment la mise en œuvre de mesures physiologiques jusque-là inaccessibles dans le milieu naturel. Le projet propose donc de dépasser les limites actuelles du marquage afin d'obtenir une information unique sur la physiologie et l'environnement d'espèces de poissons pour un large spectre de taille et de pouvoir travailler sur des échantillons substantiellement plus grands. Ce travail de thèse sera réalisé à l'interface entre le Laboratoire d'informatique Robotique et de Micro-électronique de Montpellier (LIRMM, directeur : S. Bernard) et l'umr MARBEC à la station IFREMER de Sète (S. Bonhommeau et T. Rouyer). L'objectif de la thèse est ainsi de développer un premier prototype de marque qui intégrera les mesures et capteurs importants identifiées par les deux partenaires. Des expérimentations en bassin d'aquaculture permettront de valider les développements techniques et la pertinence des mesures choisies The objective of the Tag-it-Yoursel (TiY) project is to develop a new type of electronic tags to study and sustainably manage fisheries resources. An electronic tag is a device anchored on an animal to track its movements using environmental information such as light, temperature, and pressure. The objective of the project is to improve the accuracy of these measures as well as to develop a new kind of measures about the physiology of marine species that are not accessible in the wild so far. This PhD work will be at the interface between the Laboratoire d'informatique Robotique et de Micro-électronique de Montpellier (LIRMM, supervisor : S. Bernard) and the UMR MARBEC at IFREMER station in Sète (S. Bonhommeau and T. Rouyer). The objective of the PhD thesis will be to develop a first prototype for the tag that will integrate the important measures and sensors that have been identified by the two labs. Experiments in aquaculture tanks will enable the PhD student to validate the technical developments and their relevance. p. 14/53

15 Gestion alternative des pêcheries chalutières du Golfe du Lion Directeur de thèse : Stephanie Mahevas [email protected] Co-directeurs de thèse : Sandrine Vaz et Sigrid Lehuta [email protected] [email protected] Les pêcheries chalutières du Golfe du Lion ciblent principalement le merlu mais sont largement multispécifiques. Un grand nombre de ces espèces sont soumises à des tailles minimales de commercialisation et les rejets peuvent être importants. La nouvelle PCP prévoit désormais une obligation de débarquement où toutes les captures doivent être conservées à bord et débarquées. Les poissons n'ayant pas la taille requise ne pourront pas être commercialisés aux fins de la consommation humaine et leur disposition est à la charge des professionnels. En parallèle, un plan de gestion basé sur la limitation de l effort a été mis en place en Méditerranée afin d assurer un retour au Rendement Maximum Durable du merlu entre 2015 et Dans ce contexte de plus en plus contraignant, les pêcheries chalutières ont tout intérêt à éviter les captures sous taille minimale et à diminuer le volume des rejets toutes espèces confondues de façon à promouvoir un retour plus rapide au RMD des espèces qu ils exploitent. Quelles stratégies permettraient d atteindre ces objectifs tout en assurant une activité durable pour les professionnels, est la question au cœur de ce travail. Y répondre nécessite l intégration de toute l information disponible sur la biologie des espèces et le comportement de pêche en particulier le comportement de rejet ainsi que l élaboration et l évaluation de stratégies de pêche alternatives à l aide d un modèle approprié. Ce travail s effectuera en 4 étapes: - Synthèse de la connaissance disponible sur ces pêcheries et intégration de l information dans la plateforme de modélisation ISIS-Fish. - Caractérisation de l activité de pêche et des rejets en Méditerranée, en faisant usage des données disponibles (VMS, logbooks, études de sélectivité) et développement d un modèle réaliste de comportement de pêche. - Développement de stratégies d évitement des rejets tenant compte de la structuration spatio-temporelle et des interactions entre espèces (incluant des changements de sélectivité et de saison/zone de pêche) en partenariat avec les professionnels. - Mise au point de plans de simulations pour l établissement d un diagnostic de performance des scénarios de gestion et de pêche proposés, dans un contexte d incertitude. Ce travail pourra s appuyer également sur l implication des professionnels de la pêcherie à toutes les étapes de son développement. Mots clefs : Gestion des pêches, modèle ISIS-FISH, pêcheries du Golfe du Lion The bottom trawl fisheries of the Gulf of Lions mostly target hake but are largely multi-specific. A large number of species are submitted to minimum landing size regulation and discard may be significant. The new CFP now include a landing obligation of all regulated species and fishermen are expected to dispose of catches that are bellow legal size as these cannot be commercialized for human consumption purpose. In parallel, a p. 15/53

16 management plan of fishery effort in the Mediterranean was set and aims to bring the Hake stock toward the Maximum Sustainable Yield between 2015 and In this increasingly constraining context, these fisheries should avoid discard as much as possible. The present study proposes to investigate which strategies may allow to reach these objectives as well as insuring fishery viability in the long run. This would require the integration of all the available information on the species biology and the fishery behavior in particular the discarding behavior as well as the development and evaluation of alternative fishery strategies using an appropriate modeling framework. Key words : Fishery management, ISIS-FISH model, Gulf of Lions fisheries p. 16/53

17 Inférences démographiques sur populations d intérêt halieutique à partir de caractérisation génomique à haute densité, et approches multi-marqueurs de la connectivité. Directeur de thèse : Sophie ARNAUD-HAOND [email protected] Co-directeur de thèse : François POISSON, Jean-Marc FROMENTIN [email protected] [email protected] La démographie et la connectivité sont des paramètres centraux en biologie de la conservation et en gestion des ressources, mais difficilement accessibles par le biais d approches directes. Les méthodes traditionnelles de génétiques des populations ont montré leurs limites dans nombre de cas, en particulier d espèces marines, dont les populations ont des tailles historiques importantes et pour lesquelles les hypothèses sur lesquelles repose l interprétation des données moléculaires dans un cadre classique de génétique des populations sont rarement vérifiées. L objectif de cette thèse est de mettre à profit les nouveaux types d analyses et la puissance accrue des Nouvelles Générations de Séquençage (NGS ; en particulier les analyses multidimensionnelles de données de fréquences de polymorphisme d un seul nucléotide SNP-), afin de retracer l histoire démographique de populations suspectées de déclin lié à leur pêche en tant que cibles ou prise accessoire (thon, requins peau bleue, raie pastenague violette). Les résultats permettront de tester les hypothèses suivantes : i) les NGS permettent l obtention d estimations fines des tendances démographiques des stocks exploités directement ou indirectement, et les estimations déclins sont supportées par des signatures génomiques caractéristiques? et ii) La différentiation des stocks proposées par les différentes méthodes (génomique, marquages électroniques individuels, isotopie, modélisation de la délimitation des stocks ) est congruente (dans le cas contraire pourquoi?). Mots-clés : Halieutique, espèces cibles, prises accessoires, démographie, nouvelles générations de séquençage (NGS), polymorphisme d un seul nucléotide (SNP), connectivité, génomique des populations Demographic trends and connectivity are essential parameters in conservation biology and management, but are seldom accessible on the basis of direct observations. Traditional population genetics have shown limits in a large number of cases, particularly for marine species, where populations are historically extremely large and hypothesis underlying the interpretation of molecular data in a classical population genetics framework seldom met. In this thesis, the objective will be the use the enhanced power of New Generation Sequencing (NGS), particularly Multidimensional Single Nucleotide Polymorphism (SNP) frequency data, in order to retrace the demographic history of fishes which populations are suspected to decline due to overfishing or extensive bycatch (tuna, blue fin shark, pelagic stringray). Results will allow testing the following hypothesis i) NGS allow finer grained estimates of demographic tendencies of stocks directly or indirectly exploited, and decline estimates are supported by characteristic genomic signatures, and ii) Patterns of stocks differentiation obtained from different methods (genomics, individual electronic marks, isotops, models of stocks delimitations ) are coherent (and if not, why?). Keywords : Fisheries, target species, by-catch, demography, New Generation Sequencing (NGS), Single Nucleotide Polymorphism (SNP), connectivity, population genomics p. 17/53

18 Aspects évolutifs et environnementaux de la plasticité phénotypique chez les Moronidae : comparaison du bar Européen (Dicentrarchus labrax) et du bar d Amérique (Morone saxatilis). Directeurs de thèse : José Zambonino, Céline Audet (ISMER, Québec) [email protected] Co-directeurs de thèse : Guy Claireaux (UBO, France), Denis Chabot (MPO, Québec) [email protected] Les écosystèmes marins côtiers sont caractérisés par de fortes fluctuations des conditions de milieu. A ces fluctuations naturelles se rajoutent aujourd hui les bouleversements résultants des changements climatiques. Les déterminants de la capacité des poissons à répondre aux contingences naturelles sont mal connus, empêchant toutes prévisions fiables quant aux conséquences des changements climatiques et freinant ainsi la mise en place de mesures d ajustement adaptées. Dans ce contexte, le projet proposé vise à mieux comprendre les déterminants de la plasticité phénotypique en prenant en compte les éléments suivants: La plasticité phénotypique a une dimension génétique et elle est soumise à la sélection, Les évènements précoces interagissent avec le fond génétique des individus pour façonner leurs trajectoires d histoire de vie et leur capacité de réponse aux contraintes du milieu, La capacité de réponse aux contraintes environnementales varie avec le stade de vie. Cette étude consistera à comparer deux espèces de bar vivant de part et d autre de l Atlantique, le bar Européen (Dicentrarchus labrax) et le bar d Amérique (Morone saxatilis). Ces deux espèces sont le produit d un processus de spéciation à partir d un même ancêtre et elles ont conservé de nombreux traits communs. Mots clés : Changements climatiques, plasticité phénotypique, trajectoires d histoire de vie, conditions environnementales précoces, Moronidae. Coastal ecosystems are submitted to marked fluctuations in environmental conditions. Nowadays, global climate change is aggravating these natural fluctuations. Determinants of fish capacity to respond to natural contingencies are poorly understood, hindering reliable prediction about the consequences and the design of mitigating measures. In that context, the current proposal aims at increasing available knowledge regarding the determinant of phenotypic plasticity by taking into account the following elements: Phenotypic plasticity has a genetic component and is submitted to natural selection, Early environmental events interact with species genetic background to shape their life history trajectory and their capacity to response to environmental constraints, The capacity to respond to environmental stressor changes with life stages. The proposed study will compare two temperate bass species, the European seabass (Dicentrarchus labrax) and the American striped bass (Morone saxatilis). These species are issued from a process of speciation from a common ancestor and they still share numerous physiological and ecological traits. Key words: Climate change, phenotypic plasticity, life history trajectories, early environmental conditions, Moronidae. p. 18/53

19 Etude d'une maladie poly-microbienne chez l huître creuse Directeur de thèse : Frédérique Le Roux [email protected] Co-directeur de thèse : Yannick Labreuche [email protected] L impact des vibrios en conchyliculture reste méconnu en raison de leur diversité génétique et d un manque d outils de détection des souches pathogènes. Nos récents résultats montrent que certaines populations écologiques de vibrio (groupes phylogénétiques présentant des ressources similaires) présente un fort pourcentage de souches pathogènes alors que d autre population ne contiennent que des souches non virulentes. De plus une coopération entre populations pourrait jouer un rôle dans la maladie des huîtres juvéniles. L objectif de cette thèse est d étudier cette nouvelle maladie poly-microbienne à l échelle i) d un gène, relation structure fonction d un nouveau gène de virulence; ii) du génome, identification de gènes ou d allèles spécifiques de populations à risque; iii) du métagénome, compréhension des bases moléculaires impliquées dans la collaboration entre populations. Le projet sera basé sur une approche intégrant de la génomique populationnelle, comparative et fonctionnelle, de l écologie et infection expérimentale, de la biologie cellulaire et de structurale et bénéficiera de l aide de collaborateurs spécialistes de chacun de ces domaines. L intérêt de ce projet pour l Ifremer sera le développement d outils diagnostiques ciblant les populations virulentes et l établissement d une collection de populations à risque pour permettre la réalisation de tests sur différentes lignées d huîtres. Mots clés : Microbiologie moléculaire ; vibrio ; virulence ; coopération The role of vibrios in oyster diseases remains largely unknown because of their genetic diversity but also because of a lack of operational tools to identify and detect pathogenic strains. Our recent results indicate that some ecological populations of vibrios (i.e. phylogenetic clade sharing common resources) display a high proportion of virulent strains while other populations only contain non-virulent isolates. Moreover a cooperative mechanism between populations is suspected to play a role in the onset of juvenile oyster disease. This PhD project is aimed at investigating this new poly-microbial disease at different levels 1) at the gene level by investigating the relationship between the structure and function of a new gene involved in virulence, 2) at the genome level by identifying set of genes or alleles specific to populations defined as at high risk, 3) at the metagenome level by understanding the molecular bases underlying the cooperative behavior between populations. This project will be based on an integrative approach associating population, comparative and functional genomics, ecology and experimental infections, cellular and structural biology. The candidate will benefit from the help of collaborators showing strong expertise and skills in each of the proposed fields. Key words: Molecular microbiology; vibrio; virulence; cooperation. p. 19/53

20 Adaptation métabolique chez les bivalves marins et impact des changements environnementaux Directeur de thèse : Pr. Vianney Pichereau, [email protected] Co-directeur de thèse : Dr. Charlotte Corporeau, [email protected] Le génome et de nombreuses données transcriptomiques ont récemment été acquis chez l huître creuse Crassostrea gigas. Grâce à ces données, nous mettons en évidence que les signaux qui contrôlent le métabolisme sont très bien conservés entre l huître et les vertébrés (Thèse Y. Epelboin, , co-financée Ifremer/Région Bretagne). Or, malgré cette forte homologie, l huître est capable d adapter son métabolisme à de larges variations de son environnement, selon les marées et les saisons, contrairement aux vertébrés. Ce type d'adaptation métabolique est également observé chez d'autres mollusques bivalves, tels que la coquille Saint- Jacques, en réponse aux contraintes environnementales. L huître peut s adapter à une privation de nourriture de longue durée (même au-delà de 6 mois), à un stress hypoxique important, et modifie son métabolisme énergétique quand elle est infectée par le virus OsHV-1. L huître représente donc un véritable modèle d adaptation métabolique. Chez les vertébrés, les cellules cancéreuses sont capables d adapter leur métabolisme aux larges variations de leur micro-environnement (acidification ; changements salins) qui sont létales pour une cellule normale. On parle de «shift» ou de «transformation» métabolique de la cellule cancéreuse. Dans ce projet de thèse, nous proposons d étudier les mécanismes d adaptation métabolique des mollusques bivalves, dans l'optique de mieux comprendre leurs mécanismes d'adaptation aux contraintes environnementales, mais également d'établir l'huitre en tant que modèle d'étude du contrôle du métabolisme dans les cellules cancéreuses. Mots-clés : métabolisme, protéomique, environnement, mortalités, bivalves marins. The genome as well as abundant transcriptomic data have been recently acquired in the Pacific oyster Crassostrea gigas. Using these data, we showed that the signals that control metabolism are very well conserved between the oyster and vertebrates (PhD Y. Epelboin, , co-funded by Ifremer and Région Bretagne). However, despite a high homology, the oyster, as other mollusks such as the great scallop, is able to adapt its metabolism to wide variations of its environment, depending on the tides and the seasons, unlike vertebrates. Oysters can adapt to long-term food deprivation (beyond 6 months), to a major hypoxic stress, and it can change its energetic metabolism when infected by the virus OsHV-1. Oysters are thus an ideal model to study metabolic adaptation. In vertebrates, cancer cells are able to adapt their metabolism to such wide variations in their microenvironment (acidification, salt changes) that are lethal to normal cells. This is commonly called "shift" or metabolic "transformation" of the cancer cell. In this thesis, we propose to study the metabolic adaptation of bivalve mollusks, with the aims to (i) better understand how mollusks adapt to environmental stresses, and to (ii) establish oyster as a model to study the control of metabolism in cancer cells. p. 20/53

21 Approche fonctionnelle des interactions entre les microorganismes planctoniques et les communautés de macro-filtreurs liées à la perliculture (Pinctada margaritifera et épibiontes associés) Directeur de thèse : Nabila GAERTNER-MAZOUNI (UPF) Co-directeurs de thèse : Denis SAULNIER, Céline LAFABRIE (UPF) [email protected] Les microorganismes planctoniques jouent un rôle majeur dans le fonctionnement des écosystèmes en assurant notamment le transfert de matière vers les niveaux trophiques supérieurs. Dans les zones marines exploitées, la productivité des macro-filtreurs dépend ainsi fortement de ces communautés. En Polynésie française, la perliculture constitue la deuxième ressource économique du pays. Elle fait cependant face à une crise importante depuis les années Des signes inquiétants de baisse de production et de dysfonctionnement sont constatés dans certains lagons sans que l origine de ces phénomènes ne soit comprise. Inscrit dans ce contexte, ce projet de thèse vise, à partir d approches intégratives et fonctionnelles, à mieux comprendre les interactions des microorganismes planctoniques (phytoplancton, bactérioplancton, microzooplancton) avec les macro-filtreurs associées à l activité perlicole (huître perlière Pinctada margaritifera et ses épibiontes). Il se propose notamment de répondre aux questions suivantes : Comment la structuration et la diversité des communautés de microorganismes planctoniques influencent-t-elles les activités physiologiques de P. margaritifera et la productivité des lagons exploités? Quel est l impact des communautés de macro-filtreurs sur les communautés planctoniques et quel lien peut être établi avec les pratiques d élevage? Les résultats obtenus permettront d acquérir de nouvelles connaissances sur la dynamique des microorganismes planctoniques et le métabolisme de P. margaritifera dans les écosystèmes lagonaires, et d améliorer notre compréhension du fonctionnement trophique, des flux de matière et des capacités productives des systèmes exploités. Mots-clés : Microorganismes planctoniques Pinctada margaritifera Interactions microorganismes/macroorganismes Biofouling Perliculture Indicateurs Polynésie française Planktonic microorganisms play key roles in ecosystem functioning, particularly transferring matter to upper trophic levels. In exploited marine areas, bivalve productivity thus strongly depends upon these communities. In French Polynesia, pearl farming represents the second economical resource of the country. It however faces an important crisis since the years 2000s. Worrying signs of production decreases and unbalance of the systems have been observed in some lagoons without understanding the origin of these phenomena. Been part of this context, this PhD project aims to better understand, from integrative and functional approaches, the interactions of planktonic microorganisms (phytoplankton, bacterioplankton, microzooplankton) with pearl farming associated macrofauna (pearl oyster Pinctada margaritifera and associated epibionts). It proposes to address the following questions: How do the structuration and diversity of planktonic microorganism communities influence the physiological activities of P. margaritifera and the productivity of exploited lagoons? Which impact do macrofauna communities exert on planktonic communities and which link may be established with farming practises? The results expected from this work will allow to acquire new knowledge on the dynamic of planktonic microorganisms and P. margaritifera metabolism in lagoon ecosystems, and to improve our understanding of trophic functioning and carrying capacity of exploited systems. Keywords : Planktonic microorganisms Pinctada margaritifera Microorganisms/macroorganisms interactions Biofouling Pearl farming French Polynesia p. 21/53

22 Contribution à la mise au point d'un outil de gestion du collectage de naissain de l'huître perlière Pinctada margaritifera. Directeur de thèse : Gilles Le Moullac [email protected] En Polynésie française, la variabilité spatio-temporelle du collectage naturel de naissain de Pinctada margaritifera peut pénaliser les perliculteurs dans l approvisionnement en huîtres perlières, nécessaires à leur activité. L'IFREMER et l'ird ont entrepris des recherches pour comprendre les facteurs à l origine de ces variations et mettre au point des outils pour l optimisation des pratiques culturales. Ces recherches ont permis de développer un modèle de dispersion larvaire pour l'atoll d'ahe, couplant un modèle bioénergétique de croissance larvaire (Dynamic Energy Budget, DEB) et un modèle hydrodynamique (MARS3D). Le projet de thèse a pour objectifs :1) d acquérir in situ des données sur la reproduction, le développement larvaire et le recrutement du naissain 2) d'améliorer et valider les modèles à partir des données de terrain précédemment acquises et à partir d expérimentations en laboratoire, notamment en écophysiologie pour l optimisation du paramétrage du modèle DEB. 3) de proposer et tester, grâce aux modèles optimisés, des scénarios liés à l'environnement ou à la gestion des cheptels d'huîtres. Les simulations permettront ainsi de mesurer l'impact sur le collectage des scénarios appliqués. L'ensemble de ces objectifs contribuera à la mise au point d'un outil de gestion du collectage de naissain. Mots-clés : modélisation, larves de bivalves, reproduction, collectage, atoll, Polynésie française. In French Polynesia, the spatio-temporal variability of natural Pinctada margaritifera spat collection may penalize pearl farmers in the supply of pearl oysters for their activity. IFREMER and IRD have initiated research to understand the factors of such variations and to set tools to optimize farming practices. This research has offered a larval dispersal model for Ahe atoll, coupling a bioenergetics model of larval growth (Dynamic Energy Budget, DEB) and a hydrodynamic model (MARS3D). The PhD project aims to: 1) collect in situ data on reproduction, larval development and spat recruitment, 2) improve and validate the models with field data and laboratory experimentation, especially in ecophysiology to optimization DEB parameters. 3) use these optimized models to simulate scenarios related to environment patterns or related to oyster livestock management and farming practices. These simulations will help to evaluate the impact of such scenarios on spat collection. All these objectives should contribute to the development of a management tool towards a better spat collection strategy. Keywords : modeling, bivalves larvae, reproduction, spat collection, atoll, French Polynesia. p. 22/53

23 Etudes des interactions entre mollusques bivalves marins et OsHV-1 par une approche de génomique globale et fonctionnelle Directeur de thèse : Tristan Renault [email protected] Co-directeur de thèse : Benjamin Morga [email protected] La publication en 2012 du génome complet de l'huître creuse, Crassostrea gigas, ainsi que des données génomiques obtenues au laboratoire LGPMM (Ifremer, La Tremblade) ont ouvert de nouvelles possibilités pour étudier l'immunité innée chez cette espèce. Une comparaison entre les génomes de l'homme et de cette espèce d huître a montré que de nombreuses protéines sont conservées entre les deux espèces, en particulier les protéines impliquées dans l'autophagie. L autophagie est un processus cellulaire de dégradation de matériel intracellulaire. Initialement, l autophagie a été considérée comme un simple processus de dégradation, mais des études récentes ont démontré un rôle de cette voie lors d infections virales chez l homme et différentes espèces animales. Les récents travaux menés au sein du LGPMM ont permis de détecter dans le génome de l huître creuse des gènes impliqués dans l'autophagie (ATG1, ATG8). Ces travaux ont également permis de montrer que l'autophagie pouvait avoir un rôle protecteur chez l huître creuse vis à vis de l infection à OsHV-1, mais également de l infection à Vibrio aestuarianus. Enfin, des premiers essais ont permis de montrer qu il existait un lien entre jeûne, autophagie et sensibilité à l infection à OsHV-1. Il est bien connu que le jeûne est un fort stimulant de l'autophagie. Dans ce contexte, l ensemble de ces résultats permet aujourd hui d envisager de poursuivre dans l étude de cette voie ainsi que d autres mécanismes de défense au travers d une approche de génomique fonctionnelle. De plus, les récentes avancées sur la caractérisation de la réplication du virus au sein de son hôte ouvrent de nouvelles perspectives, sur l étude de la cinétique d expression des gènes viraux au sein de son hôte. Les objectifs de ce travail de thèse seront de (1) caractériser la voie de l autophagie chez les bivalves par une approche de génomique globale et fonctionnelle, chez différentes familles d huître creuse et chez différentes espèces de mollusques (moules et huître plate), (2) préciser l effet du jeûne dans le développement de l infection virale chez l huître creuse en lien avec l autophagie et (3) étudier les interactions entre le virus et l huître creuse au travers de la modulation de l expression de gènes viraux par ARN interférence. Mots clés : Autophagie, interactions hôte/virus, immunité, virologie, ARN interfénrece The publication in 2012 of the genome of the Pacific oyster, Crassostrea gigas, and genomic data obtained in the laboratory LGPMM (Ifremer, La Tremblade) have opened up new possibilities for the study of innate immunity in this species. A comparison between the genomes of humans and this oyster species has shown that many proteins are conserved between the two species, particularly proteins involved in autophagy. Autophagy is a cellular degradation process of intracellular material. Initially, autophagy was considered as a simple process of degradation, but recent studies have demonstrated a role of this pathway during viral infections in humans and different animal species. A recent work in the LGPMM has been detected in the genome of oyster genes involved in autophagy (ATG1, ATG8). This work also helped mount that autophagy may have a protective role in the oyster against ioshv-1 infection, but also Vibrio aestuarianus infection. Finally, early trials have shown that there was a link between starvation, autophagy and susceptibility to OsHV-1 infection. It p. 23/53

24 is well known that starvationis a strong inducer of autophagy. In this context, all of these results allow today to consider further study in this direction as well as other defense mechanisms through a functional genomics approach. In addition, advanced characterization of virus replication within the host following the recent work open new perspectives on the kinetics of expression of the virus genes within its host. The main objectives of this work will be (1) the characterization of the pathway of autophagy in bivalves by global approach and functional genomics in different families of Pacific oysters and in different species of molluscs (mussels and oyster) (2) the investigation of starvation effects in the development of the viral infection in the Pacific oyster in connection with autophagy and (3) the study of the interactions between the virus and oyster through the modulation of the expression of viral genes by RNA interference. Key words : Autophagy, host/virus interaction, immunity, virology, RNAi p. 24/53

25 Modélisation spatio-temporelle des zones fonctionnelles halieutiques par combinaison des données de captures des navires de pêche géolocalisés et des navires de recherche halieutique Directeurs de thèse : Eric PARENT (UMR AgroParisTech/INRA-MIA, MORSE), Ching-Maria VILLANUEVA [email protected] Co-directeur de thèse : Marie-Pierre ETIENNE (UMR AgroParisTech/INRA-MIA, MORSE), Mathieu WOILLEZ [email protected] Les campagnes scientifiques sont réalisées annuellement pour estimer et cartographier l abondance et la distribution spatiale des espèces halieutiques. L échantillonnage spatial et temporel est lâche à cause des grandes étendues qui doivent être couvertes et de leur récurrence annuelle. Cependant, il y a un besoin grandissant pour une cartographie saisonnière à haute résolution pour pouvoir mettre en place une planification spatiale des usages marins et une conservation des zones fonctionnelles halieutiques. Le développement récent des systèmes de surveillance des navires de pêche (VMS) offre l opportunité de combler ce besoin. Les données VMS constituent des données de captures à haute résolution spatiale et temporelle. Cependant, puisque l'activité de pêche se concentre principalement sur les zones de forte abondance, l'échantillonnage qui en résulte est biaisé. Les objectifs du doctorant seront de développer un modèle spatio-temporel utilisant un processus de poisson inhomogène en temps et en espace, ou la version à effets aléatoires de ce même processus c'est à dire un processus de Cox. Ce processus permettra de rendre compte des différentes stratégies d échantillonnage existant entre les données de pêches professionnelles et scientifiques, 2) des modèles de sélectivité spécifique pour chaque métier ciblant la ressource étudiée, et 3) des aspects de dynamique de population pour suivre et estimer une cohorte au cours du temps. Ces développements permettront de mieux suivre l évolution de la structure spatiale de la population de merlu européen et ainsi répondre aux questions suivantes : Quelles sont les caractéristiques des zones fonctionnelles du merlu, leur variabilité temporelle et les conséquences écologiques de ces variations? Quels sont les mouvements spatiaux des cohortes du merlu? Quelle est la dynamique spatio-temporelle des différents métiers interagissant avec cette ressource? Mots clés : modélisation spatio-temporelle, données VMS, campagnes scientifiques, planification spatiale et conservation. Research surveys are usually conducted every year to estimate and map fish abundance and spatial distribution. Sampling in space and time is quite coarse due to the large areas that need to be covered and to their annual recurrence. However, there is an increasing need for high resolution seasonal mapping in order to move towards the spatial planning of marine uses and the conservation of fishery functional zones. The recent development of Vessel Monitoring System (VMS) provides the opportunity to fill this gap. VMS data consist in fishery data of high spatial and temporal resolution. However, these data are biased as fishing might occur along the richest areas. The PhD candidate will be in charge of developing a spatio-temporal model using 1) an inhomogenous point process to account for change in space and time or its stochastic counterpart a Cox process with an intensity parameter varying in space and time to take into account the differences in sampling strategies existing between fishery and survey data, 2) selectivity models specific to each métier targeting the studied fish resource, and 3) notion of population dynamics in order to estimate and track a cohort in time. These developments will allow to better follow the evolution of the spatial structure of European hake population et thus answer the following questions: Which are the characteristics of the hake functional zones, their variability in time and the ecological consequences of their variations? Which are the spatial movements of the hake cohorts? Which is the spatio-temporal dynamic of the different métiers interacting with this fish resource? Keywords: Spatio-temporal modeling, VMS data, research surveys, spatial planification and conservation. p. 25/53

26 Infrastructures Marines et Numériques Télémanipulation fine par contrôle coordonné de deux bras manipulateurs instrumentés Directeur de thèse : François Pierrot (LIRMMM-CNRS) Co-directeurs de thèse : Lorenzo Brignone [email protected] Vincent Creuze (LIRMMM-CNRS) Ahmed Chemori (LIRMMM-CNRS) Ce projet de thèse vise à étudier et développer des nouvelles techniques de contrôle commande pour simplifier la spécification et l exécution des taches de télémanipulation complexe dans le milieu sous-marin. L objectif de fiabiliser les opérations de collecte d échantillons biologiques fragiles peut être atteint à travers l utilisation coordonnée des bras manipulateurs et de la dynamique asservie du porteur. L approche porte à considérer l ensemble du véhicule porteur et ses bras manipulateurs comme un seul système robotisé redondant à plusieurs degrés de libertés. La synthèse de la trajectoire à appliquer pour la réalisation de la tâche spécifiée par l opérateur doit en conséquence tenir compte de la cinématique et de la dynamique de ce système complexe. Pendant toutes les phases de l opération, l approche, la saisie de l objet, la manutention et la récupération, le pilotage du véhicule et des actionneurs des bras doit être coordonné pour éviter les collisions entre les manipulateurs, le porteur et l environnement. L engin sous-marin hybride HROV équipé de deux bras électriques offre la plateforme opérationnelle pour la validation expérimentale des algorithmes prototypes développés. The objective of this research programme is to introduce and develop novel coordinated control architectures to improve the specification and the execution of complex manipulation tasks performed by an underwater vehicle. Ultimately the success of the collection of specimens of scientific interest from the seabed can be improved if the vehicle and its manipulator arms are controlled simultaneously to perform the task. This in turns represents a shift forward from the traditional approach and leads to considering the vehicle and its actuators as a unique and complex robotic system charactersied by several degrees of freedom. The synthesis of an optimal trajectory to be applied to the object in order to accomplish the task must take into consideration both the kinematics and the dynamics of this resulting complex system. In addition to that, throughout the execution of the several phases of the operation, such as object grasping, collection and retrieval, the vehicle and its manipulator arms need to be controlled in a coordinated manner in order to avoid mutual collisions and interference with the environment. Ifremer s new underwater vehicle HROV equipped with two electric manipulator arms will be used as an operational testbed to support the experimental validation activity in the scope of this research. p. 26/53

27 Ressources physiques et Ecosystèmes de fonds de Mer Potentiels des Poly-hydroxyalcanoates (PHA) bactériens pour l encapsulation de molécules à visée thérapeutique Directeur de thèse : Christelle Simon-Colin [email protected] Co-directeur de thèse : Valérie Langlois Les polyhydroxyalcanoates (PHA) sont des polymères de réserve naturels produits par certaines bactéries en réponse à un stress énergétique résultant notamment d un appauvrissement en éléments nécessaires à la croissance (N, P ) et d un excès simultané de carbone. Ces polyesters sont les seuls bioplastiques combinant à la fois les caractéristiques biosourcés, biodégradables et biocompatibles. En particulier, leur biocompatibilité intrasèque, en sus de leur innocuité vis-à-vis de l organisme humain, les rend très intéressants pour des applications dans le domaine biomédical. Le présent sujet d étude doctorale propose d étudier les potentialités des PHA issus de bactéries marines isolées au niveau d environnements extrêmes, pour l élaboration de systèmes de libération contrôlée de molécules à visée thérapeutique. Pour cela, nous proposons 1)- en premier lieu, de rechercher par des techniques de biologie moléculaire les marqueurs génétiques permettant d identifier les organismes producteurs de PHA ; 2) de sélectionner par fermentation bactérienne les meilleurs candidats bactériens pour la production de PHA de structures contrôlées et originales, et 3) d élaborer à partir de ces PHA des nanoparticules permettant d encapsuler et de vectoriser des molécules thérapeutiques c est-à-dire transporter spécifiquement ces molécules jusqu aux cellules cibles, afin d améliorer l efficacité du traitement et en réduire les effets secondaires. Mots-clés : polyhydroxyalcanaotes, PHA, libération contrôlée de médicaments, nanoparticules Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biopolymers stored in intracellular inclusion bodies by a wide variety of bacteria as an energy reserve, in response to excess carbon under nutrient limited conditions. PHA are produced from renewable carbon sources, naturally biodegradable and show high biocompatibility with human body, thus they are regarded as good candidates for medical applications (as drug carriers and/or biomaterials). The present PhD research project is related to the use of PHA produced by marine bacteria, isolated form extreme environments, for the design of nanoparticles drug delivery system. This project will be performed according to the following steps: 1) screening of PHA-producers using molecular biology methods 2) selection of the best isolates for the production of PHA with original and controlled chemical composition and 3) use of these PHA as drug carriers, in particular for the design of nanoparticles aimed at the encapsulation and targeting of drugs, thus increasing the therapeutic benefit while minimizing side effects. Key-words : polyhydroxyalkanaotes, PHA, drug delivery, nanoparticles p. 27/53

28 Caractérisation fonctionnelle des ADN polymérases thermostables de Pyrococcus abyssi en présence de nouveaux partenaires protéiques Directeur de thèse : Didier Flament [email protected] Les Archaea, troisième branche, indépendante du vivant apparaissent proches des Bactéries sur les plans de la morphologie et du métabolisme général, cependant les composants des voies métaboliques de l information sont souvent conservés entre les Archaea et les Eucaryotes. Ces similitudes font de ces procaryotes un bon modèle pour l étude des mécanismes de maintenance génomique. D autant plus que les archaea hyperthermophiles sont soumis à des conditions environnementales propices à l apparition de lésions sur l ADN (pression, température de croissance proche de 100 C). D autre part, les enzymes de l ADN, notamment les ADN polymérases thermostables, présentent un intérêt biotechnologique pour les domaines de l ingénierie de l ADN. Pour autant, Les mécanismes moléculaires qui permettent aux Archaea hyperthermophiles de conserver l intégrité de leur génome sont peu connus. Nous avons récemment décrit un réseau d interactions fournissant des hypothèses sur les mécanismes moléculaires à l oeuvre pour la préservation du génome de l Archaea hyperthermophile marine Pyrococcus abyssi. L objet de ce programme de thèse concerne la caractérisation fonctionnelle des associations détectées au sein de ce réseau entre les ADN polymérases et Plusieurs nouveaux partenaires. Par la mise en place d approches biochimiques et génétiques nous voulons comprendre quel est l effet de ces protéines associées sur les propriétés biochimiques intrinsèques des ADN polymérases et quelle est la fonction in vivo de ces nouveaux complexes? Functional characterization of new DNA polymerase complexes from hyperthermophile Archaeon Pyrococcus abyssi Archaea, the third domain of life, are quite similar to the Bacteria at the genomic level but exhibit a lot of eukaryotic features at the molecular level, indicating that Archaea and Eukarya share a complex evolutionary relationship. Archaea, and hyperthermophiles in particular, are well suited to study DNA maintenance processes given that DNA exposed to high temperature is subject to ongoing damage during normal growth under extreme conditions. Yet, recent work suggests that the mutation rates of model hyperthermophiles are quite close to norms for bacteria, indicating that their replication/repair processes are operating with high fidelity at elevated temperatures. However, little is known about the molecular mechanisms acting to preserve genomic integrity in Archaea. Recently we characterized a protein-protein network from the marine hyperthermophile Archaea Pyrococcus abyssi that allowed us to identify new complexes in the cell involved in DNA metabolisms. This project aims at characterizing the functional relevance of the associations detected between DNA polymerases and their new identified partners. Using a combinatorial approach of biochemistry and genetic analyses we will address the following questions: What is the effect of these new actors of DNA metabolisms on the intrinsic properties of DNA polymerases and what is the functional relevance of these new complexes in the cell? p. 28/53

29 Caractérisation des facteurs contrôlant la biodiversité et la dynamique des communautés de macrofaune associées à un canyon sous-marin : approche écosystémique à l aide d un observatoire sous-marin Directeur de thèse : Karine Olu [email protected] Co-directeur de thèse : Marjolaine Matabos [email protected] Alors que les marges continentales couvrent environ 15% des fonds océaniques, les facteurs contrôlant la distribution des espèces restent encore peu connus en raison du manque de données biologiques et environnementales associées. Les marges se caractérisent par de forts gradients environnementaux permettant le maintien d une biodiversité importante, mais en raison de leur proximité à la côte elles subissent également de fortes pressions anthropiques en lien avec l exploitation de leurs ressources. Dans la région de Barkley, située le long de la marge active du Pacifique Nord Est, la faune habite la zone de minimum d oxygène (OMZ) du Pacifique et se distribue le long de caractéristiques géologiques distinctes avec la présence d un canyon sous-marin, de fonds vaseux et de champs d hydrates de méthane sur des distances inférieures à 400 m, offrant une opportunité unique d étudier les facteurs contrôlant la biodiversité le long de divers gradients abiotiques. L objectif de cette thèse est donc de caractériser la dynamique des communautés benthiques de la région en lien avec l évolution naturelle des facteurs environnementaux. Grâce à une approche innovante couplant l utilisation d un observatoire câblé, qui fournit depuis 2009 des données multidisciplinaires en continu, avec des outils statistiques adéquats, ce projet de recherche permettra de décrire précisément les liens entre les facteurs abiotiques et la distribution spatiale et temporelle des espèces. Mots clés : Analyse des données écologiques, canyons sous-marins, dynamique temporelle et spatiale, environnement profond, facteurs biotiques et abiotiques, hypoxie, NEPTUNE Canada. While continental margins cover approximately 15% of the seabed, factors controlling species distribution remain poorly known because of a lack of biological and associated environmental data. The steep environmental gradients characteristics of the margins promote high heterogeneity and high biodiversity. However, because they are closely related to the coastal zone, they are under strong anthropogenic influence for the exploitations of their resources. In the Barkley area, located along the active continental margin of the Northeast Pacific, fauna inhabits the low oxygen minimum zone (OMZ) and is distributed along distinct geological features including mud floor, a submarine canyon and hydrates field on less than 400 m distance, providing ideal settings to study factors controlling biodiversity along diverse abiotic gradients. The objective of this PhD is to characterize the dynamic of benthic communities associated with the Barkley canyon area in relation to the natural evolution of different environmental components. Since 2009, a cabled observatory provides power to a set of instruments in wide range of disciplines with the aim to study the relative role of topographic, hydrological and physic-chemical factors on the macrobenthic community structure. Using an innovative approach combining cabled observatory with statistical tools, this project will allow a fine-tuned understanding of the influence of abiotic factors on benthic diversity and community dynamics. Keywords : Ecological data analysis, submarine canyons, temporal and spatial dynamics, deep-sea, biotic factors, hypoxia, NEPTUNE Canada. p. 29/53

30 Identification et caractérisation fonctionnelle des communautés microbiennes en interaction avec les minéralisations hydrothermales Directeur de thèse : Yves Fouquet [email protected] Co-directeur de thèse : Erwan Roussel [email protected] L impact et l effet des interactions géosphère-biosphère sur les ressources minérales des environnements hydrothermaux restent encore mal définis. La colonisation de structures hydrothermales par des communautés microbiennes, qui sont à l interface géosphère-biosphère, joue un rôle important dans la modification de la minéralogie en favorisant la dissolution ou la précipitation de certains minéraux. Par exemple, certaines études suggèrent que les processus de colonisation seraient initiés par des micro-organismes chimiolithoautotrophes, qui seraient ensuite remplacés par des communautés chimioorganotrophes. Ce sujet de thèse a pour objectif l identification phylogénétique des micro-organismes/communautés impliqués dans les différentes étapes de la colonisation de structures minérales hydrothermales, sur l'identification des fonctions métaboliques qui leurs sont associées, et l effet de leurs interactions avec les minéralisations hydrothermales. Au cours de ce projet, seront comparés les effets des modifications des conditions chimiques (ex. concentration en matière organique) sur la diversité phylogénétique (ARNr), l activité métabolique (gènes de fonctions, radio-traceurs, et isotopes stables), et l organisation structurelle (MEB/FISH) des communautés microbiennes associées à différentes minéralisations (ex.sulfure massif hydrothermal) et fluides hydrothermaux issus d expérimentations ex situ (bioréacteur gas-lift) et de prélèvements lors de la campagne BICOSE Mots-clés : écologie microbienne, géomicrobiologie, interactions micro-organismes/minéral, hydrothermal, culture, biologie moléculaire, mesure d activité métabolique, minéralogie, géochimie Impact and effects of geosphere-biosphere interactions on marine mineral resources from hydrothermal environments remain unclear. Colonization of hydrothermal structures by microbial communities which are at the geospherebiosphere interface drives important dissolution and/or precipitation processes of hydrothermal minerals. For example, several studies suggest that colonization is initiated by chemolithoautrophs followed by chemoorganotrophic microbial communities. The aims of this project are the phylogenetic identification and metabolic characterization of the microorganisms involved in pattern of colonization of hydrothermal structures, and description of the effect of their interactions on hydrothermal mineralizations. Therefore the effects of different physical and chemical parameters (e.g. organic matter concentrations) on the phylogenetic diversity (rrna), the metabolic activity (functional genes, radiotracers and stable isotopes), and the threedimensional organization structure (SEM/FISH) of microbial communities associated with different hydrothermal fluids and mineralisations (e.g. hydrothermal sulphides) will be assessed using ex-situ colonization approaches (gas-lift bioreactor) and samples from the oceanographic cruise BICOSE Keywords : microbial ecology, geomicrobiology, microbe-mineral interactions, hydrothermal, culture, molecular biology, metabolic activity measurements, mineralogy, geochemistry p. 30/53

31 Failles actives et structure profonde de la marge Est-Sicilienne Directeurs de thèse : Frauke Klingelhoefer, Marc-André Gutscher [email protected] Co-directeur de thèse : David Graindorge [email protected] Le Sud de l Italie a été frappée par de nombreux séismes et tsunamis historiques destructeurs ( morts, morts). Deux campagnes de géophysique marine récentes (CIRCEE Oct N/O Le Suroit et DIONYSUS Oct N/O allemand Meteor) ont acquis des profils sismiques et effectué une cartographie bathymétrique detaillée au large de la marge Est-Sicilienne, parmi les plus anciennes du monde. L exploitation des ces données lors d une thèse devrait permettre de répondre aux questions suivantes : 1) Comment s est formée cette ancienne marge Tethysienne (vraisemblablement transformante)? (Quelle est la nature de la croûte et où est la limite entre les domaines : croûte continentale, croûte continentale amincie, croûte océanique) 2) Quelle est l expression profonde des failles majeures et leur expression morphologique en surface? 3) Quelles sont les failles actives qui présentent un aléa sismique? Mots clés : marge transformante, sismique grand-angle, sismique multi-traces, morpho-bathymétrie, séismes historiques, subduction, recul de slab, faille déchirure, aléa sismique Southern Italy (East-Sicily and Calabria) has been struck by devastating historical earthquakes ( ,000 deaths, ,000 deaths). Two recent marine geophysical surveys (CIRCEE Oct R/V Le Suroit and DIONYSUS Oct German R/V Meteor) have acquired seismic profiles and performed detailed athymetric mapping offshore the East Sicily margin, one of the oldest on earth. Analysis of these new data should allow us to answer the following questions : 1) How did this ancient Tethyan margin (thought to be a transform margin) form? 2 ) What is the deep expression of major crustal faults and what is their shallow morphological expression? 3) Which are the major active faults which pose a seismic hazard? Key words : transform margin, wide-angle seismics, seismic reflection profile, morpho-bathymetry, historical earthquakes, subduction, slab roll-back, slab tear, seismic hazard p. 31/53

32 Sédimentation et forçages associés dans le Canal du Mozambique et dans le système turbiditique du Zambèze au cours du Plio-Quaternaire Directeur de thèse : Laurence Droz [email protected] Co-directeurs de thèse : Samuel Toucanne, Stephan Jorry [email protected] [email protected] Si les forçages majeurs influençant les transferts sédimentaires terre-mer sont depuis longtemps identifiés (tectonique, climat, niveau marin, hydrodynamique, courants profonds, etc.), leurs compréhensions et leur couplages à fine échelle restent largement peu contraints. Il persiste ainsi des questionnements majeurs dans la dynamique 'Source-to-Sink'. A ce titre, le schéma stratigraphique classique prônant des transferts terre-mer minimaux (maximaux) durant les périodes de haut (bas) niveau marin est aujourd'hui remis en cause par l'étude des transferts sédimentaires dans les régions où le climat (type mousson, basses latitudes) est dominé par la cyclicité à ans. Les systèmes turbiditiques des basses latitudes sont néanmoins toujours peu étudiés, et le continent africain apparaît délaissé. Afin d'apporter de nouvelles contraintes concernant la réactivité des transferts terre-mer à la variabilité climatique des basses latitudes, nous proposons d'étudier les transferts sédimentaires dans le Canal du Mozambique et en particulier dans le système turbiditique du Zambèze. L'étude des données géophysiques et sédimentaires récemment acquises dans le projet PAMELA permettra (i) une première analyse fine de l'architecture Plio-Quaternaire du système turbiditique du Zambèze, (ii) une reconstruction inédite des transferts sédimentaires dans le Canal du Mozambique, incluant les remobilisation par les courants profonds très actifs dans la zone, et (iii) une meilleure compréhension des systèmes turbiditiques des basses latitudes, largement sous-étudiés à l'échelle globale. Mots-clés : transferts terre-mer, système turbiditique, Zambèze, Canal du Mozambique, basses-latitudes, Plio- Quaternaire The parameters controlling sediment tranfers from land to deep-sea (tectonics, climate, sea level, etc) are identified for a while. Nevertheless, their understanding and coupling at fine scale remain poorly constrained, and major questioning about the Source-to-Sink dynamics are still debated. The classical stratigraphic framework demonstrating that minimum (maximum) land-to-sea transfers during periods of high (low) relative sea level is now challenged by the study of sediment transfers in regions where climate (low latitudes, monsoon-type) is dominated by the 23-kyr cyclicity. Turbidite systems at low-latitudes remain poorly understood. In order to give some new insights on the reactivity of land-to-sea transfers at low latitudes, we are proposing to focuse on the Zambeze turbidite system. The integration of geophysical and sedimentological data recently acquired within the PAMELA project will allow (i) a detailed analysis of the Plio-Quaternary Zambeze turbidite system, (ii) to produce the first-ever reconstruction of sediment transfers in the Mozambique Channel, and (iii) to improve our understanding of turbidite systems at low latitudes, largely understudied at the global scale. Keywords: sedimentary transfer, turbidite system, Zambezi, Mozambique Channel, low-latitudes, Plio- Quaternary p. 32/53

33 Développement des isotopes du Germanium comme nouveaux traceurs géochimiques des systèmes hydrothermaux océaniques Directeur de thèse : Olivier ROUXEL [email protected] Co-directeur de thèse : Stefan LALONDE L hydrothermalisme océanique est un phénomène majeur contribuant à l équilibre chimique des océans, à la formation de ressources minérales profondes et à l existence d une biosphère riche. L'étude des variations naturelles des isotopes stables des métaux et métalloïdes s'est largement développée depuis ces 15 dernières années et représente un domaine scientifique en plein essor, notamment grâce à la disponibilité d outils analytiques de plus en plus performants. Ainsi, des variations naturelles des isotopes stables de métaux sont actuellement étudiées à l'ifremer pour comprendre à la fois la source des métaux et leurs mécanismes de précipitations dans les océans, mais aussi pour mieux caractériser les interactions géobiologiques aux interfaces océaniques. Dans les systèmes hydrothermaux, le germanium (Ge) est un métalloïde d'intérêt économique et qui possède des propriétés physico-chimiques uniques, avec un comportement à la fois lithophile et chalcophile. Ce projet propose donc de développer un nouveau traceur géochimique utilisant des techniques analytiques novatrices pour la mesure de haute précision des isotopes du Germanium, afin de répondre à des questions fondamentales telles que : (1) Quel est l impact de l hydrothermalisme océanique sur les cycles océaniques des espèces inorganiques et organiques du Germanium? (2) Dans quelle mesure la composition isotopique du germanium dans les encroûtements cobaltifères peut-elle enregistrer l histoire de l évolution des flux hydrothermaux dans les océans? Nous proposons de travailler sur des échantillons disponibles au laboratoire en nous focalisant sur l exploitation de campagnes récentes réalisées sur le volcan sous-marin de Loihi. L exploitation des missions Ifremer sur la dorsale médio-atlantique (fluides hydrothermaux) et du Sud Pacifique (encroûtements) est également prévue. Ce travail s inscrit dans un cadre d étude plus large de l équipe d accueil que porte sur le traçage cycles biogéochimiques des métaux au niveau du plancher océanique et dans le panache hydrothermal. Mots clefs : Germanium, isotopes stables, systèmes hydrothermaux Hydrothermalism in the marine realm is a major driver of ocean chemistry, of the formation of deep sea mineral deposits, and of rich bioecological diversity. The study of variations in the stable isotope compositions of metals and metalloids has expanded greatly over the past 15 years, and is advancing rapidly thanks to the development of ever-more powerful analytical techniques and technology. Metal stable isotope geochemistry is an active research topic at IFREMER, where it is used to understand both the sources and fate of metals in the oceans, as well as geobiological interactions occurring at the major interfaces (e.g. sediment-water-biosphereatmosphere) of the marine realm. In hydrothermal systems, germanium (Ge) is a metalloid of significant economic interest that possesses unique physico-chemical properties, behaving as both a lithophile and chalcophile element. This project proposes to develop this promising geochemical tracer by applying innovative analytical techniques to measure in high precision the germanium isotope composition of various natural materials in order to address the following questions: (1) What is the impact of hydrothermalism on the marine cycles of both inorganic and organic species of dissolved germanium? (2) Can the isotopic composition of germanium in cobalt-rich Mn crusts serve as a record of evolving hydrothermal fluxes in the marine realm? We propose to examine a diverse suite of natural samples, notably those from recent oceanographic sampling campaigns to the Loihi seamount, as well as those from previous IFREMER missions to the mid-atlantic ridge. This work is strategically aligned to compliment the on-going activities of a larger collection of researchers in Brest, the Metal Isotope Group, who have been working towards tracing and understanding the biogeochemical cycling of metals at the seafloor, in oceanic crust, and in diverse hydrothermal settings. Keywords : Germanium, stable isotopes, hydrothermalism p. 33/53

34 Application du sondage électromagnétique pour la mesure de densité in situ Directeur de thèse : Gérard Tanné Co-directeurs de thèse : Christian GAC, Eric MENUT [email protected] [email protected] L étude des systèmes sédimentaires marins et l évaluation des aléas géologiques associés (tremblement de terre, tsunami...) nécessitent une caractérisation des propriétés physiques et mécaniques du milieu (notamment conductivité et densité du sédiment). Ceci peut se faire en laboratoire sur des échantillons sédimentaires btenus par carottage, s accompagnant souvent de perturbations non négligeables. Les mesures in situ permettent de s'affranchir de ce problème. Elles nécessitent un vecteur capable d enfoncer et de placer le capteur à une certaine profondeur sous le fond de mer. Peu d équipements sont aptes à effectuer des mesures avec une telle contrainte. A l IFREMER, seuls 2 instruments peuvent être déployés et exploités : le module géotechnique et le pénétromètre PENFELD. Ce dernier, lors de sa conception, a été doté de capteurs issus de la technologie d équipements existants. Ces capteurs présentent plusieurs inconvénients : une acquisition qui ne peut être faite en temps réel et le fait qu ils ne permettent pas la connaissance simultanée de l ensemble des paramètres indispensables aux diverses applications. Les objectifs de ces travaux concernent la faisabilité et la mise en oeuvre d un nouveau capteur électromagnétique, permettant de remonter à la densité volumique du milieu et présentant une taille adaptée à la pointe du pénétromètre en vue d une utilisation dans un milieu aquatique à forte profondeur. Cette solution devrait permettre de palier à tous les inconvénients précités. Mots clés : densité volumique, conductivité, capteurs, dispositifs micro-ondes, interaction onde-matière, antenne immergée. The study of marine sedimentary systems and assessment of hazards associated with geological (earthquake, tsunami...) require a characterization of the physical and mechanical properties of the medium (such as conductivity and density of the sediment). This can be achieved in laboratories on sediment samples obtained by coring, often with significant disturbances. In situ measurements can overcome this problem. These measurements require a vector able of sinking and placing the sensor into a defined depth below the sea bottom. Few types of equipment are able to perform these measurements with such a constraint. In IFREMER, only two instruments can be deployed and operated: The geotechnical module and the PENFELD penetrometer. The penetrometer, in its design, was equipped with sensors from the existing equipment technology. These sensors offer several disadvantages: an acquisition that can t be achieved in real time and the fact that they do not allow the simultaneous knowledge of all the parameters essential for various applications. The aims of these studies concern the feasibility and implementation of a new electromagnetic sensor used for calculating the volume density of the medium and provides a size appropriate to the tip of the penetrometer in order to use in a deeply aquatic environment. The solution should allow the bearing to the aforesaid disadvantages. Keywords: mass density, conductivity, sensors, microwave devices, wave-matter interaction, immerged antenna. p. 34/53

35 Vieillissement d adhésifs et durée de vie Directeur de thèse : N. Carrère, ENSTA Bretagne Co-directeur de thèse : Peter Davies [email protected] Cette thèse fait partie du projet COSICO (COmportement, modélisation et SImulation du COllage structural sous une large gamme de température, de vitesse de déformation, et d effets du vieillissement). Ce projet, financé par l ANR, réunit l ENSTA Bretagne, l IFREMER, l ENSAM Paris, l Université de Strasbourg et deux PME s. L objectif global est l intégration de connaissances concernant l influence de la température de la vitesse de sollicitation et du vieillissement dans un cadre permettant la prédiction du comportement mécanique à long terme. La contribution des travaux de thèse se limite à l étude du vieillissement humide. Des adhésifs, fournis par les partenaires industriels du projet, seront évalués en fonction de leur état de vieillissement. L évolution des propriétés physico-chimiques et mécaniques sera étudiée en détail afin de comprendre la cinétique de dégradation et d inclure cette évolution dans un modèle prédictif. Mots clés : Adhésif, Durabilité, Vieillissement, Humidité This PhD study will be carried out within the COSICO project (Behaviour, modelling and simulation of structural bonding subjected to a large range of temperature, loading rates and aging), which is a collaboration between ENSTA Bretagne, IFREMER, ENSAM Paris, the University of Strasbourg and industrial partners. The project is financed by the French Research Organization ANR. The overall aim of the project is to integrate understanding of the influence of temperature, loading rate and wet aging within a predictive framework for long term behavior. The PhD thesis will focus on the influence of wet aging. Adhesives, supplied by the industrial partners of the project, will be evaluated with respect to different aging states. The evolution of physical, chemical and mechanical properties will be studied in detail in order to understand degradation kinetics and to include this evolution in a predictive model. Key words: Adhesive, Durability, Aging, Moisture p. 35/53

36 Etude numérique du comportement de membranes ondulantes Directeur de thèse : Elie RIVOALEN Co-directeur de thèse : Grégory GERMAIN [email protected] Le comportement des hydroliennes classiques à axe horizontal est relativement bien connu, même pour des systèmes en interaction. Les travaux numériques et expérimentaux réalisés en collaboration avec le LOMC de l'université du Havre ont permis de caractériser et de simuler les effets d'interaction entre machines. Nous disposons aujourd'hui de bases de données expérimentales et d'un code de calcul basé sur la méthode Vortex permettant d'étudier ces effets d'interaction en terme de performances et de modification de l'écoulement pour diverses conditions de fonctionnement (profils de vitesses, taux de turbulence). Il n'en est pas de même pour les systèmes à membrane ondulante pour lesquels il n'existe pas d'étude hydrodynamique spécifique pour des systèmes en interaction, les premiers développements étant concentrés sur la caractérisation du comportement d'une machine unitaire. Les effets de sillage et d'interaction entre machines ne sont par conséquent ni connus ni quantifiés, alors qu'ils sont de première importance pour le développement et l'optimisation des performances des futurs parcs d'hydroliennes. Dans le cadre de ces travaux en étroite collaboration avec l'entreprise Eel Energy et les travaux de thèse expérimentaux que nous souhaitons mener en parallèle, il s agira principalement de : - Développer un modèle d'interaction fluide / structure permettant de simuler le comportement d'un ensemble de membranes ondulantes, - Valider l'outil numérique à partir de comparaison de résultats numériques et expérimentaux, - Analyser les effets de sillage et d'interaction entre machines à partir des bases de données expérimentales (développées en parallèle) et numériques, - Optimiser les caractéristiques de la membrane et du système de conversion d'énergie sur une ou des membranes en interaction. Mots-clés : membrane ondulante, interaction fluide/structure, effets de sillage The behaviour of conventional horizontal axis turbines is quite well known, even for devices in interaction. This is not the case for undulating flexible membranes for which there is no specific hydrodynamic study for devices in interaction, the early developments are focused on characterizing the behaviour of a single device. Wake and interaction effects between devices are therefore not known or quantified, it is of first importance for the development and the optimisation of future turbine arrays. This work will be carried out under the continuation of the ongoing work in collaboration with Eel Energy in order to: - Develop a fluid / structure interaction model in order to simulate the behavior of a flexible membrane farm, - Validate the numerical tools from experimental and numerical results comparisons, - Characterize wake and interaction effects between devices from experimental (developed in parallel) and numerical databases, - Optimize the membrane characteristics and the energy converter system on membrane(s). Key-words: fluid/structure interaction, marine current turbine, interaction effects. p. 36/53

37 Caractérisation expérimentale des effets de sillage et d'interaction entre membranes ondulantes Directeur de thèse : Grégory GERMAIN [email protected] Co-directeur de thèse : Jean-Baptiste DREVET (Eel Energy) Le comportement des hydroliennes classiques à axe horizontal est relativement bien connu, même pour des systèmes en interaction. Il n'en est pas de même pour les systèmes à membrane ondulante pour lesquels il n'existe pas d'étude hydrodynamique spécifique, les premiers développements étant concentrés sur la caractérisation du comportement d'une machine unitaire. Les effets de sillage et d'interaction entre machines ne sont par conséquent ni connus ni quantifiés, alors qu'ils sont de première importance pour le développement et l'optimisation des performances des futurs parcs d'hydroliennes. Dans le cadre de ces travaux en étroite collaboration avec l'entreprise Eel Energy, il s agira principalement de : - Développer un montage expérimental permettant d'étudier les effets d'interaction entre membranes ondulantes, - Analyser les effets de sillage et d'interaction entre machines à partir des bases de données expérimentales et numériques (issues du modèle numérique développé en parallèle), - Optimiser les caractéristiques de la membrane et du système de conversion d'énergie sur une ou des membranes en interaction. Mots-clés : membrane ondulante, interaction fluide/structure, effets de sillage. The behaviour of conventional horizontal axis turbines is quite well known, even for devices in interaction. This is not the case for undulating flexible membranes for which there is no specific hydrodynamic study for devices in interaction, the early developments are focused on characterizing the behaviour of a single device. Wake and interaction effects between devices are therefore not known or quantified, it is of first importance for the development and the optimisation of future turbine arrays. This work will be carried out under the continuation of the ongoing work in collaboration with Eel Energy in order to: - Develop an experimental test set-up to study the interaction effects between flexible membranes, - Characterize wake and interaction effects between devices from experimental and numerical databases (from numerical model developed in parallel), - Optimize the membrane characteristics and the energy converter system on membrane(s). Key-words: fluid/structure interaction, marine current turbine, interaction effects. p. 37/53

38 Capteurs infrarouge de polluants aquatiques : synthèse, optimisation et qualification Directeur de thèse : Virginie Nazabal, Université de Rennes 1 Co-directeur de thèse : Emmanuel Rinnert [email protected] Dans le contexte environnemental actuel, les substances polluantes telles que les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les composés organiques volatiles mais aussi les polluants émergents tels que des produits pharmaceutiques, doivent être dosées de façon fréquente et fiable dans les masses d eau côtière, estuarienne, les eaux douces de surface et souterraines. Le développement de capteurs portables et compacts est fondamental pour les études in situ liées à la présence de polluants. La transposition des systèmes de laboratoire en dispositifs de terrain nécessite le développement de micro-composants intégrés. Depuis le développement de la mesure par réflexion totale atténuée (ATR), la spectroscopie infrarouge est une technique performante. Transmettant dans l infrarouge, les verres de chalcogénures fonctionnalisés par des polymères constituent une solution innovante et performante. Le travail consiste à réaliser un microcomposant en verre de chalcogénures afin de mettre en oeuvre la spectroscopie infrarouge. Le capteur pourra nécessiter d incorporer différentes formes de guide d onde (guide d'onde planaire, cristal ATR, fibres optiques ) en association ou non avec un dispositif de microfluidique. Selon la limite de détection visée, le recours à des techniques d amplification du signal tel que le SEIRA sera exploré. La fonctionnalisation par une couche de polymères permettra d augmenter encore la sensibilité mais aussi de rendre la détection plus spécifique tout en excluant les molécules d eau du champ d analyse. Mots-clés : spectroscopie infrarouge, ATR, verre de chalcogénures, contaminants organiques, contaminants émergents, capteur, fonctionnalisation de surface, guide d onde planaire, microfluidique, eau de mer, eau douce, eau souterraine. In the environmental context, pollutants such as polycyclic aromatic hydrocarbons, volatile organic compounds, but also the emerging contaminants such as pharmaceuticals, should be measured frequently and reliably in the coastal or estuarine waters, the fresh surface water and groundwater. The development of portable and compact sensors is essential for field studies related to the presence of pollutants. The transposition of the laboratory devices to field devices requires the development of integrated microcomponents. Since the development of the measure by attenuated total reflection (ATR), infrared spectroscopy is a powerful technique. Thanks to the transmission of chalcogenide glasses in infrared range, and thanks to a polymer functionalization, such sensors are an innovative and effective solution. The work is to achieve a chalcogenide glass micro-component to implement infrared spectroscopy. The sensor may integrate different forms of waveguides (planar waveguide, ATR crystal, fiber optics...) associated or not with a microfluidic device. According to the detection limit, the use of signal amplification techniques such as SEIRA will be explored. Functionalization by polymer layers will further increase the sensitivity but also will make the specific detection while excluding the water molecules of the analysis field. Keywords: infrared spectroscopy, ATR, chalcogenide glass, organic contaminants, emerging contaminants, sensor, surface functionalization, planar waveguide, microfluidics, seawater, freshwater, groundwater. p. 38/53

39 Modélisation numérique et expérimentale de la captation d énergie éolienne offshore : application aux essais à échelle réduite en bassin Directeur de thèse : PM SCOLAN Ensta Co-directeur de thèse : Marc Le Boulluec [email protected] Parmi les principes de captation de l énergie éolienne offshore figure l exploitation de turbines à axes horizontaux installées à bord de supports flottants. Le couplage de comportement entre support flottant et turbine induit des besoins de contrôle des paramètres de fonctionnement de la turbine, notamment l évolution temporelle de l angle d attaque variable des pales (pitch) en fonction des mouvements d ensemble et d informations sur le vent et la houle incidente. Selon le type de flotteur (Semisubmersible, barge, plate-forme à lignes tendues, SPAR) la stratégie de contrôle peut évoluer. Afin de modéliser expérimentalement les phénomènes, des essais en bassin sont conduits en présence de houle et de vent ou d un procédé de simulation des effets du vent. Le sujet proposé a pour objectif la validation de processus expérimentaux en bassin. i. Une soufflerie développée par l Ifremer sera utilisée. La caractérisation de ses performances nécessite encore quelques essais, analyse et optimisation. En particulier la génération de séquences temporelles de vent variable correspondant à des spectres connus ou à des enregistrements in situ doit être approfondie et élargie. ii. Un dispositif de contrôle de l incidence des pales de la turbine (pitch variable) sera développé par l Ifremer. Sa validation sera opérée par son utilisation en présence de vent constant, cisaillé ou variable (spectre). Un travail d analyse sera mené afin de maîtriser les protocoles d essais, notamment vis-à-vis des similitudes de Froude et Reynolds. iii. Une turbine générique sera identifiée associée au système de contrôle de pitch. Le dispositif ainsi constitué et adapté à la configuration du bassin de Brest (générateur de houle, soufflerie) sera mis en oeuvre à bord de maquettes d éoliennes flottantes en présence de houle et de vent et divers protocoles de contrôle de la turbine seront testés. Mots clés : Energie du vent, captation et conversion d énergie, automatisme, hydrodynamique, Aérodynamique Among the principles of capturing offshore wind energy stands the operation of turbines with horizontal axes installed on board floating supports. The coupling behavior between the floating support and the turbine induces control requirements of the turbine operating parameters, in particular the temporal change of the angle of attack of the variable blades (pitch) depending on the overall movement and information about the incident wind and wave. Depending on the floatter (Semi-submersible, barge, tension leg platform, SPAR) the control strategy can evolve. In order to experimentally model the phenomena, pool tests are conducted in the presence of waves and wind or a simulation method of the wind effects. The proposed subject aims to validate the experimental process in a wave tank. i. A wind generator developed by Ifremer will be used. Characterization of its performance still requires some testing, analysis and optimization. In particular the generation of time sequences of variable wind corresponding to known spectra or in situ recordings must be deepened and expanded. ii. An incidence control device of the blades of the turbine (variable pitch) will be developed by Ifremer. Validation will be operated by its use in the presence of constant wind, sheared wind or variable wind (spectrum). Analytical work will be conducted in order to control testing protocols, with due consideration of the Froude and Reynolds scalings. iii. A generic turbine will be identified associated with the pitch control system. The device thus formed and adapted to the configuration of Brest basin (wave generator, wind tunnel) will be implemented on board floating wind turbine models in the presence of swell and wind turbine and various control protocols will be tested. Keywords: wind energy, capture and conversion of energy, automation, hydrodynamics, aerodynamics p. 39/53

40 Comportement à long terme de mousses de flottabilité pour applications grandes profondeurs Directeur de thèse : PERREUX Dominique Co-directeur de thèse : LE GAC Pierre-Yves [email protected] Les mousses syntactiques sont reconnues pour leurs propriétés de flottabilité, qui font d'elles des matériaux de choix pour l'industrie offshore et océanographique. Les structures dans lesquelles sont intégrés ces matériaux doivent rester dans l'eau durant de longue durée (20-30 ans). Cependant, actuellement, leur qualification n'étant valable que pour des temps d utilisation courts (1an), très peu de données existent sur leur comportement à long terme en grande profondeur. Quelques données existent avec le retour d'expérience de l'industrie, mais seulement pour des profondeurs maximales de 2000 m. Ces données sont utilisées pour le design des équipements mais des problèmes en service ont été observés. Une recherche amont est donc cruciale afin de caractériser et comprendre le comportement sur le long terme de ces matériaux. Par ailleurs, aujourd'hui, les mousses de flottabilité sont envisagées pour des applications à de plus grandes profondeurs (objectif 4000 m [1]). Il est donc nécessaire de comprendre leur comportement sur le long terme mais également à grande profondeur. L'objectif de cette étude est donc de développer des essais spécifiques à la caractérisation des mousses syntactiques sur le long terme permettant une compréhension des mécanismes de ruines (mécanique et chimique). Mots clés: mousse syntactique, vieillissement, pression, flottabilité Syntactic foams have buoyancy properties which make them a first choice material for offshore and oceanographic applications. The structures should stand for long times (20-30 years). Durability is therefore a crucial point. However, the material qualification is valid only for 1 year of use (API 16F). Very few data exist on the long term behaviour of syntactic foam. These data are provided by the offshore industry but concern only materials used to a maximum depth of 2000 m. However, problems have been observed in service. Therefore the characterization and understanding of these materials are crucial. Today the offshore and oceanographic industries are interested in going down to greater depths (4000 m). Consequently, it is not only necessary to understand the long term behaviour of syntactic foam in seawater but also to understand their behaviour under higher pressures. The objectives of the PhD will be the development of new characterization methods for long term study in order to understand the long term behavior of such materials. keywords: syntactic foam, ageing, pressure, buoyancy p. 40/53

41 Impact des apports terrigènes aux sédiments deltaïques sur la production de gaz à effet de serre Directeur de thèse : RABOUILLE Christophe Co-directeur de thèse : PASTOR Lucie [email protected] Les zones de dépôt des fleuves (deltas, lobes) sont parmi les environnements les plus dynamiques de la planète à l interface des influences continentales et marines. Malgré leur rôle très important dans le cycle du carbone global, la contribution de ces milieux aux flux globaux de CO2 et de méthane est très mal connue dû à leur forte variabilité et à la faible connaissance de leurs modes de production. Une partie de ces flux provient notamment de l accumulation en masse de sédiments terrigènes dans les zones de delta et de lobes et ce, jusque dans l océan profond. En effet, dans les sédiments marins, l essentiel de la production des Gaz à Effet de Serre (GES) est liée au recyclage de la matière organique, dominé par l activité bactérienne qui fait intervenir divers accepteurs d électrons (oxygène, fer, sulfates) et peut aller jusqu à la méthanogénèse. Ce sujet de thèse a pour objectif le développement d un modèle décrivant les processus qui contrôlent la production et le transport des GES dans les sédiments des deltas et lobes. En utilisant des jeux de données existants acquises lors des campagnes WACS-Congolobe ( ) dans le cadre du projet ANR Congolobe (nov nov 2015) et les campagnes Mermex sur le Rhone ( ), ce modèle permettra de comprendre et quantifier les processus biogéochimiques impliqués, ainsi que leurs intéractions dans des environnements contrastés : les lobes terminaux du cône sous-marin profond des fleuves Congo et Zambèze, et le prodelta du Rhône. Le modèle développé pourra être appliqué dans d autres contextes riches en matière organique (par exemple projet Pamela). Mots clés : modèle diagénétique, gaz à effets de serre, cycles et processus biogéochimique, deltas Deposition zones near rivers (deltas, lobes) are among the most dynamic environments on earth at the interface between continental and marine influences. Despite the large contribution of these environments to global carbon cycle, their share in the CO2 and methane fluxes remains largely unknown due to their large temporal variability and the lack of knowledge regarding their production regimes. Part of these fluxes results from large sediment accumulation rates in deltaic and lobe zones, impacting even some part of the deep ocean. Indeed, in marine sediments, most of the greenhouse gases (GG) production is linked to the recycling of organic matter. This process is essentially mediated by bacteria and uses diverse oxidants including oxygen, metal oxides, sulfate and proceed to methanogenesis. This thesis will aim at developing a model that includes the processes controlling the production and transport of GG in deltaic and lobe sediments. Using existing datasets acquired during the WACS-Congolobe cruises ( ) in the framework of the Congolobe ANR project (nov nov. 2015) and the Mermex cruises on the Rhone prodelta ( ), this model will allow to understand and quantify the biogeochemical processes involved and their interaction in two contrasted cases: the terminal lobes of the Congo and Zambeze deepsea fans, and the Rhône River submarine delta. Keywords: diagenetic modelling, greenhous gases, biogeochemical processes and cycles, delta p. 41/53

42 Océanographie et Dynamique des Ecosystèmes Ecologie trophique de la crépidule Crepidula fornicata et implications pour le fonctionnement de son habitat Directeur de thèse : Stanislas DUBOIS [email protected] Co-directeur de thèse : Antoine CARLIER ; co-direction avec l université de Nantes (Priscilla Decottignies) [email protected] Le gastéropode invasif Crepidula fornicata a profondément modifié les habitats benthiques sur lesquels il a proliféré durant ces trente dernières années. Le projet de thèse vise à améliorer les connaissances sur l écologie trophique de la crépidule à l échelle de l espèce comme à l échelle de l habitat benthique qu elle a créé. Le premier objectif est d analyser la diversité fonctionnelle trophique de l habitat à crépidule de la rade de Brest par le biais de différents indices complémentaires (diversité et représentativité des guildes trophiques et des traits fonctionnels trophiques ; indices isotopiques de la complexité du réseau trophique benthique), et d évaluer l influence de la densité de coquilles de crépidule (son rôle d espèce «ingénieur») sur ces paramètres. Etant donné que la crépidule régresse sur plusieurs secteurs, il s agit également de déterminer quels changements interviennent sur les bancs de crépidules mortes. Le deuxième objectif est de mieux caractériser le régime alimentaire de la crépidule par des analyses de marqueurs trophiques innovantes (signaux isotopiques de composés spécifiques). L accent est mis sur le rôle trophique du microphytobenthos subtidal. Réciproquement, l influence de la crépidule (et de ses biodépôts) sur la communauté microphytobenthique sera étudiée par des approches expérimentales. Mots clés : Crepidula fornicata ; espèce ingénieur ; habitats benthiques ; niche trophique ; réseau trophique benthique ; biodiversité benthique fonctionnelle ; microphytobenthos The introduced gastropod Crepidula fornicata has significantly impacted many benthic ecosystems in European coasts during intense proliferation events of the last three decades. This PhD thesis project aims to improve trophic ecology of the slipper limpet at the species level and at the scale of benthic habitats created by the proliferation of this species. Thus, Crepidula fornicata is here considered as an engineer species. The first objective is to analyse trophic functional patterns of Crepidula beds in the Bay of Brest by the way of several complementary proxies (diversity and relative occurrence of trophic guilds, trophic functional traits, isotopic indices of food web structure and trophic niche width) and to test the influence of Crepidula shells density on these parameters. As this invasive species is now declining on several areas of the Bay of Brest, it s also interesting to investigate if significant changes occur on dead Crepidula beds. The second objective is to better assess trophic ecology at the species level, by studying both bottom-up and topdown trophic links. Compound-specific stable isotope analyses will be used to better characterise the diet of slipper limpet, with a focus on the trophic role of subtidal microphytobenthos. The potential influence of Crepidula biodeposits on microphytobenthic community will also be investigated experimentally. Keywords: Crepidula fornicata ; engineer species ; benthic habitats; functional diversity; food web structure; trophic niche; microphytobenthos p. 42/53

43 Influence des forçages environnementaux sur la structuration fonctionnelle des communautés de protistes marins Directeur de thèse : Colomban de Vargas (DR2/HDR Station Biologique de Roscoff CNRS/UPMC) Co-directeurs de thèse : Raffaele Siano (HDR envisagé pendant la durée de la thèse), [email protected] Marc Sourisseau (HDR envisagé pendant la durée de la thèse) [email protected] Les protistes marins sont des acteurs majeurs de la dynamique des écosystèmes marins. Leur biodiversité fonctionnelle est déterminante dans leurs fonctionnements et peut être structurée par les forçages environnementaux variés qui existent dans les environnements côtiers. L objectif de l étude est donc d échantillonner et de mesurer de manière exhaustive (en tenant comptes, les espères de pico-nano plancton, les organises rares, ecc..) par des méthodes moléculaires (metabarcoding) la biodiversité des protistes dans différents conditions environnementales (panache de fleuves, estuaires mélangés, système d up-welling et panaches de fleuves). Ces groupes d organismes seront ensuite regroupés en entités fonctionnelles (hétérotrophes v/s autotrophes, espèces siliceuse v/s non siliceuse, ecc.) similaires à celles utilisées en modélisation biogéochimique des écosystèmes (trait-based model). La structure de ces modèles sera tout d abord comparée aux groupements observés par metabarcoding, puis modifié si nécessaire (nouveaux groupes ou réponses fonctionnels). L objectif sera finalement d expliquer les relations observées entre les facteurs environnementaux et la structuration fonctionnelle des communautés des protistes selon les contraintes environnementales des milieux considérés. Mots clés : Protistes marins, Metabarcoding, Diversité fonctionnelle, Modélisation, Écologie des communautés Forçages environnementaux Marine protists are major actors of the coastal ecosystem dynamics. Their functional biodiversity influence ecosystem functioning and can be shaped by different environmental forcings of the coastal ecosystem. The aim of this study is to sample and measure protist biodiversity exhaustively (considering pico-nanoplancton species, and the rare biosphere, etc.) by means of molecular methods (metabarcoding) in different environmental conditions (river outflow, tidal systems, upwelling areas, river plume). Protist diversity data will be separated into functional groups (heterotrophs/autotrophs, siliceous v/s non siliceous species, etc.) similar to those used for biogeochemical modeling of coastal ecosystems (trait-based model). The structure of these models will be compared to the observed metabarcoding analysed groups (new groups of functional responses). The final objective is to explain observed relations between environmental factors and functional structure of protist community in relation to the environmental constraints of the explored ecosystems. Keywords : Marine protests, Metabarcoding, Functional biodiversity, Community ecology, Environmental forcings p. 43/53

44 Modélisation des efflorescences d'alexandrium minutum en compétition interspécifique en Rade de Brest Directeurs de thèse : A. Chapelle ou M. Sourisseau (HDR prévus en 2015) [email protected] [email protected] [email protected] Co-directeurs de thèse : Martin Plus/ Marc Sourisseau ou Annie Chapelle [email protected] Les proliférations récurrentes de la microalgue toxique Alexandrium minutum en zone côtière posent un problème sanitaire et sociétal important. Elles sont aussi l enjeu d une question de recherche qui peut aussi se décliner pour d autres espèces : pourquoi une espèce devient dominante à un moment et à un endroit donné? Quels sont les contrôles de la phénologie de cette espèce (contrôle biotique, abiotiques, interne)? Durant cette thèse, l espèce A. minutum sera l espèce cible utilisée pour aborder ces questions. La zone d étude sera la Rade de Brest en utilisant une modélisation avec des propriétés émergentes et basée sur la paramétrisation de traits physiologiques. Ce modèle sera étudié de manière théorique puis couplé à un modèle hydrodynamique et de réseau trophique. Il s agira de paramétrer les différents traits du cycle de vie de l espèce A. minutum mais aussi des autres groupes fonctionnels phytoplanctoniques, y compris le pico et nano plancton, jusque-là rarement représentés en milieu côtier. Pour cela cette thèse bénéficiera des autres études en cours sur la diversité phytoplanctonique en rade de Brest (diversité génétique, cytométrie et diversité pigmentaire). Cette modélisation aura aussi pour objectif de hiérarchiser les contrôles sur la phénologie d A. minutum, afin de simuler les habitats potentiels de cette espèce. Recurrent blooms of the toxic algae Alexandrium minutum in coastal zones causes public health and societal issues. It is at the same time a research challenge that can be extended to other species: why a particular species is becoming dominant at a given time and area? What does control the species phenology (is it a biotic, abiotic or internal control)? This PhD will focus on the species A. minutum with the objective of answering to the above-mentioned questions. Study area will be the Bay of Brest (France), and a modern modeling approach based on physiological traits parameterization for generating emergent properties will be used. The model will be first studied on a theoretical basis before coupling it to hydrodynamics and trophic chain models. The aim is to parameterize the life history and behavioral traits for A. minutum but also for other phytoplankton functional types, as for example piconanoplankton, a group that is, to our knowledge, rarely studied in coastal areas. To cope with these objectives, the PhD student will benefit from other in progress studies on phytoplankton diversity in the Bay of Brest (genetic diversity, cytometry and pigment diversity datasets). Moreover, this modeling study will be also developed with the objective of organizing into a hierarchy the different controls on A. minutum phenology, in order to simulate potential habitats for that species. Keywords: Phytoplankton, competition, diversity, invasive species, physiological trait, coastal environment, modeling p. 44/53

45 Hydrodynamique à haute Fréquence de l'archipel de Saint Pierre et Miquelon Directeur de thèse : Pascal Lazure [email protected] Co-directeur de thèse : B. Le Cann (CNRS/LPO) Situé à l'extrémité Est du Banc de Terre Neuve, l'archipel de Saint Pierre et Miquelon fait l'objet depuis quelques années de plusieurs études de la dynamique côtière qui ont révélé quelques particularités locales très singulières. A titre d'exemple, dans la rade de Miquelon, les températures sur le fond entre 30 et 60 m peuvent varier journalièrement de plus de 8 C en été. Outre l'amplitude exceptionnelle de ces oscillations, la période diurne est également très surprenante dans un environnement où la marée est semi diurne. D'autres mesures ont également montré des mouvements oscillatoires qui soulèvent de très nombreuses questions sur les processus physiques sous-jacents. Le travail de thèse proposé portera donc sur la dynamique haute fréquence de l'archipel. Il consistera à analyser les mesures existantes et à en acquérir de nouvelles. L'analyse des mesures s'appuiera sur diverses théories existantes (ondes internes, ondes topographiques piégées, onde côtière piégée) et sur la modélisation numérique. Un modèle numérique 3D à haute résolution spatiale sera développé puis utilisé à la fois dans des situations académiques pour étudier les processus physiques puis dans une configuration réaliste. The Saint Pierre and Miquelon archipelago is located on the eastern border of the Newfoundland continental shelf. Recent physical measurements have revealed unexpected features of the local hydrodynamics. For example, in the Miquelon bay, the seabed temperature (by depth of 30m to 60m) varies à daily scale for more than 8 C during the summer. Beyond the exceptional range of these oscillations, the diurnal period is questioning because the tide in the archipelago is semi diurnal. Other measurements have shown oscillatory motions that raise many questions about their nature and the physical processes at stake. Thus, the high frequency hydrodynamics of the archipelago is the topic of the proposed Ph D. It will be based in situ data and numerical modeling. Data analysis will be based on various theories of coastal dynamics waves (i.e. internal wave, continental shelf wave, coastal trapped wave). Beside, a high resolution 3D model will be developed and will be used in both academic and realistic configuration. p. 45/53

46 Dynamique des matières en suspension en mer côtière : caractérisation, quantification et interactions sédiment/matières organiques Directeur de thèse : Pierre LE HIR [email protected] Co-directeur de thèse : Romaric VERNEY, Michael Fettweis (RBINS), Robert Lafite (Université de Rouen) [email protected] Les matières en suspension (MES) constituent les éléments clés d un écosystème, à la fois acteur majeur des transferts sédimentaires et de la dynamique des habitats benthiques, vecteur de contaminants chimiques, organiques ou métalliques. Les MES jouent également un rôle essentiel dans la modulation de la production primaire, via la modification de la turbidité des eaux côtières. Les MES sont constituées de particules minérales et organiques. Sous l effet des processus de floculation, ces particules en suspension sont observées dans l environnement sous formes de flocs de taille, de forme et de densité variables, contrôlant ainsi leurs vitesses de chute et leur devenir dans le système côtier. Si la turbulence et la concentration en MES sont deux facteurs clés bien identifiés contrôlant les processus de floculation, le rôle de la matière organique et la conceptualisation des processus associés reste méconnue. Ce travail de thèse aura pour objectifs de: i) caractériser et quantifier la variabilité des MES en mer côtière (en terme de taille et de densité, et in fine de vitesse de chute), et identifier les liens avec la variabilité de la nature des MES de l échelle évènementielle à l échelle saisonnière. ii) formaliser ces processus dans un objectif de transfert vers les modèles hydrosédimentaires iii) évaluer les conséquences de cette variabilité sur la qualité des mesures (optiques et acoustiques) in situ de turbidité (pour la production primaire) et de concentration en MES (transfert sédimentaire), quantifier les incertitudes associées et proposer des méthodologies de mesures optimisées. Ce projet sera co-encadré par le RBINS (Belgique), et reposera sur l analyse d une série temporelle unique en Europe sur la dynamique des MES en Europe, ainsi que sur l acquisition de données nouvelles sur la caractérisation des MES, en lien avec la mise en œuvre de deux observatoires côtiers en Baie de Seine et à proximité de l embouchure de l Escaut. Mots clés : MES, méthodes optiques et acoustiques, observations in situ, interactions bio-sédiment, incertitudes Water turbidity is caused by suspended particulate matter (SPM) and/or dissolved matter. Turbidity is related to light availability and controls primary production, while SPM concentrations are directly associated with benthic habitats, biodiversity, sediment transport and hence the fate of pollutant. In coastal waters, SPM occurs as flocs of highly variable sizes, which can settle to the sea floor. Flocculation combines biomass and sediments together into larger aggregates and has critical impact on sediment transport in marine and estuarine environments through the modification of settling velocities. SPM mediates many hydrodynamics and bio-physico-chemical processes that are of particular interest in relation to ecosystem functions, eutrophication and to the fate and burial of pollutants. As a consequence of the high SPM variability, both in time and space, measuring turbidity and SPM mass concentration is a challenging issue, mainly because all state of the art methods are based on indirect measurements. This project aims to: i) observe and understand mechanisms controlling the SPM dynamics in coastal waters, and particularly focusing on the bio-sediment interactions ii) update flocculation concepts including the role of biological material p. 46/53

47 iii) Evaluate and improve SPM measurement methodologies, in relation with SPM variability, and estimate their uncertainties. This PhD position will be co-supervised between Ifremer and RBINS, and will consist in i) analysing a unique 10- year discontinuous time series of hydrodynamics, physico-chemical and SPM features; ii) collecting new measurements (SPM composition, size and organic matter content) dedicated to the understanding of bio-sediment interactions, both in the Seine Bay and the Belgian Shelf. Keywords : SPM, optical and acoustics measurements, in situ observations, bio-sediment interactions, uncertainties p. 47/53

48 Compréhension des interactions vagues-banquise dans les zones polaires Directeur de thèse : Fabrice Ardhuin [email protected] Co-directeur de thèse : Fanny Girard-Ardhuin [email protected] L'évolution récente de la banquise Arctique met à découvert des étendues d'eau libre plus grandes qu'auparavant dans ce bassin, exposant la glace désormais plus fine aux tempêtes (e.g. Thomson and Rogers, 2014). Jusqu'à présent, l'évolution des vagues dans la glace était modélisée de manière simpliste. Les laboratoires LOS et LPO sont actuellement impliqués dans deux projets consistant à analyser l'évolution des vagues dans la glace et mieux paramétrer les interactions vagues-glace à la fois dans le modèle de vagues et de glace. Il s'agit du projet européen FP7 SWARP (dirigé par le NERSC) et le projet Sea state financé par l'onr (USA) dont le PI est Fabrice Ardhuin (CNRS-LPO), en collaboration avec E. Rogers. Les nouvelles capacités de la modélisation alliées à des campagnes dédiées (R/V Sekuliak, automne 2015) sont des opportunités pour tester notre connaissance des processus entrant en action dans les interactions vagues-glace et leur rôle dans la destruction de la banquise Arctique. Nous combinerons mesures in situ et sorties de modèles avec des données de vagues issues de mesures altimétriques et des mesures des propriétés des glaces déduites des capteurs radiomètres et diffusiomètres satellites disponibles au LOS. Cela devrait permettre de comprendre et interpréter les signatures haute résolution des nouvelles données Sentinel-1 et fournir des algorithmes utiles pour l'analyse des données de la future mission CFOSAT. Mots clés : Banquise, Arctique, télédétection, modèles, océan, vagues, The rapid evolution of the Arctic sea ice cover is opening up more waters and exposing the thinner ice to more powerful storms (e.g. Thomson and Rogers, 2014). At present the evolution of ocean waves in sea ice is still very crudely modelled. Both LOS and LPO laboratories are currently involved in two projects to analyse the evolution of waves in the ice and advance the parametrizations of wave-ice interactions in both wave models and ice models. One project is SWARP (FP7 led by NERSC) the other is the Sea state department research initiative of the U.S. Office of Naval Research (PI Fabrice Ardhuin, in collaboration with E. Rogers). The novel modelling capabilities and dedicated field experiments (R/V Sekuliak cruise, Fall 2015) are great opportunities to test our understanding of wave-ice interaction processes and their role in the demise of the Arctic sea ice. We will also combine in situ data and numerical models with wave measurements from satellite altimeter and ice properties from radiometers and scatterometers sensors onboard satellites in order to understand and interpret the high resolution wave signatures in back-scatter data from the recently launched Sentinel-1 satellite. This may provide useful algorithms for analysing anisotropic modulations in backscatter data from the future CFOSAT mission. Key words : Sea ice, Arctic, satellite detection, model, ocean, waves p. 48/53

49 Détermination des paramètres océanographiques par inversion de formes d'ondes sismiques complètes Directeur de thèse : Michel Dietrich (ISTerre, Grenoble) Co-directeurs de thèse : Claire Ménesguen et Stéphan Ker [email protected] [email protected] Depuis une dizaine d'années, la sismique réflexion, qui est très utilisée pour imager le sous-sol marin, a démontré un potentiel certain pour identifier des structures océaniques avec une résolution horizontale bien meilleure que celle fournie par les mesures hydrographiques conventionnelles. Les images sismiques obtenues restent cependant difficiles à interpréter par les océanographes physiciens car la réflectivité acoustique estimée n est pas directement transposable en termes de paramètres océanographiques. Ce passage constitue un sujet de recherche émergent et prometteur, interdisciplinaire entre les communautés géophysique et océanographie physique. Les travaux publiés jusqu'à présent soutiennent qu'une inversion en formes d ondes complètes des paramètres océanographiques est faisable de manière précise alors que ces études reposent sur des hypothèses plutôt restrictives et simplement validées avec des données synthétiques 1D sans bruit. L'objectif de cette thèse est d'évaluer pleinement le potentiel de l'inversion des formes d'ondes acoustiques pour déterminer avec la meilleure précision possible des paramètres océanographiques à partir de données sismiques réelles et/ou synthétiques réalistes. Pour mener à bien ce programme de recherche, cette thèse se déroulera dans le cadre d'une collaboration entre les unités LPO et GM du centre Ifremer de Brest, et avec l'institut ISTerre à Grenoble. Mots clés : sismique marine, propagation d onde acoustique, inversion des formes d'ondes complètes, océanographie physique During the last decade, seismic reflection, which is heavily used for imaging the sea bottom, has demonstrated its ability to identify ocean structures with a horizontal resolution that is much better than the one provided by conventional hydrographic measurements. However, the seismic images obtained are difficult to interpret by physical oceanographers because the estimated acoustic reflectivity cannot directly be translated into oceanographic parameters. This transformation is an emerging and promising research topic, cross-disciplinary between the geophysical and physical oceanography communities. The works published so far claim that the full waveform inversion of oceanographic parameters is feasible and accurate even though these studies are based on rather restrictive assumptions, and are merely validated with 1D, noise-free synthetic data. The purpose of this thesis is to fully evaluate the potential of acoustic waveform inversion to accurately determine oceanographic parameters from real seismic data and/or realistic synthetic data. To carry out this research program, this thesis will be developed through a collaboration between the LPO and GM departments of Ifremer in Brest, and with the ISTerre Institute in Grenoble. Keywords: marine seismics, acoustic wave propagation, full waveform inversion, physical oceanography p. 49/53

50 Caractérisation de la circulation autour, au-dessus et à travers (via des zones de fracture) la dorsale de Reykjanes et des processus dynamiques associés Directeur de thèse : Herlé Mercier [email protected] Co-directeur de thèse : Virginie Thierry [email protected] La dorsale de Reykjanes, une structure topographique majeure de l'océan Atlantique Nord située au sud de l'islande, est localisée dans un endroit stratégique pour la cellule méridienne (MOC) qui est le principal mécanisme pour le transport méridien de chaleur, le sel et le carbone dans cet océan. Elle influence en effet les principaux chemins suivis par les deux branches de la MOC et est la porte vers les zones de convection profonde pour les eaux chaudes de sa branche supérieure. Cependant, la structure de l'écoulement le long et audessus de la dorsale et les régimes dynamiques dominants sont encore mal caractérisés et compris. En outre, les modèles numériques utilisés à la fois pour les scénarios climatiques (1 à 1/4 ) et pour les prévisions opérationnelles à court terme (1/12 ) présentes des déficiences dans le gyre subpolaire. Ceci est probablement dû à une mauvaise représentation des interactions courant topographie autour de la dorsale de Reykjanes, qui tend à apporter trop d'eau chaude et salée vers le bassin d Irminger et la mer du Labrador. Cependant, la connaissance de la structure des écoulements et des processus à l œuvre à partir d'observation in situ, qui servirait de référence pour les modèles de circulation générale, est encore limitée dans cette région. Dans le cadre du projet RREX et en utilisant des données existantes (Argo, altimétrie, projet OVIDE) et de nouvelles données (hydrographie, ADCP) acquises au cours d'une campagne hydrographique prévue en Juin 2015, l'objectif de cette thèse est (1) de documenter la circulation autour et au-dessus de la ride de Reykjanes et (2) d'identifier les processus dynamiques contrôlant la connexion entre les deux côtés de la ride. The Reykjanes Ridge, a major topographic feature of the North-Atlantic Ocean lying south of Iceland, is localized in a strategic place for the Meridional Overturning Cell (MOC) that is the primary mechanism for the meridional transport of heat, salt and carbon in this ocean. It influences the main paths followed by the two limbs of the MOC and is the gate towards the deep convection areas for the warm water masses of the upper limb. However, the structure of the flow along and over the ridge and the prevailing dynamical regimes are still poorly characterized and understood. In addition, numerical models used both for climate scenarios (1 to 1/4 ) and operational short-term forecasts (1/12 ) present deficiencies in the subpolar gyre. This is possibly due to a wrong representation of flow-topography interactions around the Reykjanes Ridge, which tends to bring too much warm and salty water to the Irminger and Labrador Seas. However, knowledge from in situ observation of flow pathways and processes at work that would serve as benchmark for general circulation models are still missing in this region. As part of the RREX project and using existing dataset (Argo, altimetry, OVIDE project) and new dataset (hydrography, ADCP) acquired during an hydrographic survey planned in June 2015, the objective of this PhD is (1) to document the circulation around and over the ridge and (2) to identify the processes controlling the dynamical connections between the two sides of the ridge. p. 50/53

51 Effet des changements globaux sur la production de toxines amnésiantes chez Pseudo-nitzschia spp Directeur de thèse : Zouher Amzil [email protected] Co-directeur de thèse : Amandine Caruana [email protected] Depuis une dizaine d années l activité de la pêche française des coquilles S t Jacques est souvent confrontée à des arrêts dus à la présence de toxines amnésiantes produites par les diatomées toxiques du genre Pseudonitzschia. Les causes de la production d acide domoïque (AD) sont mal connues et peu de données existent sur les processus moléculaires et biochimiques de cette production. Alors que le changement climatique et l eutrophisation semblent soutenir le développement des efflorescences de Pseudo-nitzschia, il est nécessaire de prévoir comment ces changements vont affecter leur capacité de production de toxines. Nous proposons de tester l effet de plusieurs facteurs externes représentatifs de ces principaux changements : salinité, ph et source d azote. Les expériences réalisées auparavant sur le ph et la source d azote reportent des résultats contradictoires probablement causés par une large variabilité entre les souches et espèces de Pseudo-nitzschia. Concernant les populations françaises de Pseudo-nitzschia, quels sont les effets de l acidification du milieu sur la production toxinique? Les variations de salinité ont-elles un effet sur la production d AD et à quel seuil? Et quels sont les effets des sources d azote disponibles? Ces résultats permettront (i) de mieux caractériser le lien entre la phénologie des blooms de Pseudo-nitzschia et leur profil toxinique, (ii) d appréhender l effet du changement global sur la capacité de production d AD (iii) d approfondir nos connaissances sur le rôle biologique de l AD. Mots clés : Pseudo-nitzschia, microalgue, toxines amnésiantes, changement global, eutrophisation For ten years French scallop fisheries are frequently closed due to amnesic shellfish poisoning toxins produced by toxic diatoms from the genus Pseudo-nitzschia. The causes of domoic acid (DA) production are poorly known and little data are available on molecular and biochemical processes for DA production. Given that climate change and eutrophication appear to sustain bloom development of Pseudo-nitzschia, it is necessary to anticipate how such changes would affect their toxin production capacity. We propose to test the effect of several external factors that represents some major changes: salinity, ph and N input. Previous experiments on ph and N source led to opposite results likely caused by large inter-strain and interspecific variability. Regarding French populations of Pseudo-nitzschia, what are the effects of seawater acidification on toxin production? Could salinity change have an effect on DA production and at which threshold? And what are the effects of available N sources? The upcoming results will allow to (i) better characterize the link between Pseudo-nitzschia bloom phenology and its toxicity, (ii) apprehend the effect of global change on DA production capacity (iii) deepen our knowledge on the biological role for DA. Keywords: Pseudo-nitzschia, microalgae, phycotoxins, global change, eutrophication p. 51/53

52 Dynamique spatio-temporelle de la diversité génétique et de la physiologie moléculaire au sein des efflorescences à Alexandrium minutum Directeur de thèse : Christophe Destombe Co-directeur de thèse : Mickael Le Gac [email protected] Les efflorescences phytoplanctoniques, caractérisées par des écosystèmes pélagiques ponctuellement dominés en forte concentration par une ou quelques espèces phytoplanctoniques, ont d importantes répercussions écologiques mais également sanitaires et économiques lorsqu elles impliquent des espèces synthétisant des toxines. Les processus impliqués dans l initiation, le maintien et la terminaison de ces évènements peuvent avoir des origines biotiques comme abiotiques, mais sont loin d être élucidés. L analyse in situ de la dynamique intraspécifique des efflorescences est compliquée par leur caractère éphémère et aléatoire, ainsi que par le fait qu elles impliquent des organismes microscopiques non sessiles. Ce projet tire parti 1. Du suivi sanitaire d une zone à risque pour les efflorescences à A. minutum, un dinoflagellé synthétisant des toxines paralysantes et 2. Des avancées technologiques en matière de séquençage. Dans le cadre de la thèse, il s agira d analyser les séquences d ARNm générées à partir de filtres environnementaux prélevés au cours des efflorescences de trois années consécutives pour s intéresser : 1. A la dynamique spatio-temporelle de la diversité génétique intraspécifique d A. minutum de façon à déterminer si plusieurs cohortes se succèdent au cours d une efflorescence, si la diversité est stable ou non à la fois dans l espace et le temps (intra et inter-annuelle), donnant des indications sur la structuration, le recrutement, mais aussi les éventuels processus de sélection. 2. A la physiologie moléculaire d A. minutum in situ en analysant la dynamique de l expression des gènes de façon à émettre des hypothèses quant aux différents états physiologiques par lesquels passe A. minutum et ainsi apporter un nouvel éclairage sur les processus impliqués dans l initiation, le maintien et la terminaison des efflorescences. Mots clés : Génétique/génomique des populations, RNAseq, Bio-informatique, Microalgues toxiques Phytoplankton blooms are characterized by pelagic ecosystems punctually dominated by one or a few phytoplankton species. They have major impacts not only in ecological terms, but also, when they involve toxic species, at the economic and public health levels. The processes of bloom initiation, maintenance, and termination may be of biotic and abiotic origin, but are still highly debated. Such events are often ephemeral and unpredictable; moreover, they involve microscopic and non-sessile individuals, making them especially difficult to study in terms of intra-specific dynamics in situ. In this project, we take advantage of 1. The sanitary surveillance of an A. minutum bloom risk zone, a dinoflagellate synthetizing paralytic toxins, and 2. The recent advances in sequencing technologies. This thesis will involve the analysis of mrna sequences obtained from environmental filters sampled during three consecutive year of A. minutum blooms to investigate: 1. The spatio-temporal dynamics of A. minutum intra-specific genetic diversity to determine whether blooms involve the succession of several cohorts, and whether diversity is stable in space and time (intra and inter-bloom), gaining insights regarding the structure, recruitment, but also potential selection events. 2. The molecular physiology of A. minutum during blooms by analyzing gene expression dynamics to gain new insights on the processes involved in bloom initiation, maintenance, and termination. Keywords: Population genetics/genomics, RNAseq, Bioinformatics, Harmful algal blooms p. 52/53

53 Transferts multi-échelles des apports continentaux sur le plateau du golfe de Gascogne Directeur de thèse : Pascal Lazure [email protected] Co-directeurs de thèse : Pascal Bailly du Bois (HDR, ED SCALE, Université de Rouen) Franck Dumas [email protected] Le travail de recherche proposé vise à examiner de quelles manières les apports continentaux parvenant sur le plateau du golfe de Gascogne sont transportés et dispersés dans l océan côtier. La salinité, traceur naturel conservatif, a permis au cours des vingt dernières années d acquérir de nombreuses connaissances à ce sujet : la description à court terme du devenir des panaches de fleuves ; leurs variabilités annuelle et interannuelle ; l identificationd une partie des processus responsables de leurs mélange et déplacement. Néanmoins de nombreuses questions sont encore en suspens. Par exemple : quelles sont les contributions respectives des différents apports en un lieu et temps donnés? quels sont les processus qui contribuent le plus à la dispersion et au transport perpendiculaire aux isobathes? quelles sont les conditions favorables aux excursions des dessalures au-delà du talus continental? comment se restaure le signal de salinité marine en été avec la diminution des apports continentaux? Une nouvelle opportunité (au-delà de l ensemble des données déjà acquises en quantité, et de l outil de modélisation numérique) permet d envisager d un œil nouveau ces questions et de faire progresser la compréhension du fonctionnement océanographique du domaine considéré. En effet, la mesure à bas niveau du tritium apporté par les rejets liquides des centrales nucléaires, via les grands fleuves (Loire et Gironde) dans lesquels sont rejetés les effluents des centrales nucléaires, permet d utiliser un traceur complémentaire, plus précis. Ce traceur permet la différenciation des apports de la Loire et de la Gironde à l'échelle du plateau continental et de réaliser des bilans quantitatifs entre les flux rejetés et mesurés. Il donne accès à de nouvelles connaissances et perspectives dans la connaissance des flux de masses d'eaux et des temps de transit depuis les estuaires jusqu'à l'ensemble du golfe de Gascogne. Mots-clés : océanographie côtière, radionucléides, simulations numériques, golfe de Gascogne, apports continentaux, tritium, salinité, dispersion. The general goal of this work is to improve our knowledge on the way continental runoffs are spread over the continental shelf of the Bay of Biscay. The salinity is a natural and conservative tracer which gave insights all along the past twenty years into the way the large river plumes are driven, distributed and liable to change. We have already described their large scale features and their seasonal variability. Nevertheless, many questions still remain: How do the various runoffs mix together in adjacent area of large river mouth? how variable is this mixing? Which processes are the most efficient drivers of the cross-shore transport/dispersion? Which conditions are the most favorable to for mixing beyond the continental shelf the river plume? How does the marine salinity restore during summer time once continental runoffs have dropped-off? Today, good and new opportunities appear beyond the large amount of data already acquired and the long experience of dynamical modeling over the area; it lies in the controlled discharges of tritiated water by the nuclear power plants along the Loire and the Gironde; they dye the river runoffs at levels we have been able to detect for short times. As long as tritium releases in the environment are precisely known we get a complementary tracer that will give us knew knowledge which can be fruitfully exploited together with the salinity, with quantitative comparisons between releases and in-situ inventories. It allows estimation of water masses fluxes and transit times at the scale of the whole continental shelf. Keywords : coastal oceanography, radionuclides, numerical simulation, bay of Biscay, continental runoffs, tritium, salinity, dispersion. p. 53/53