Développement du thermomètre Δ47 appliqué sur coccolithes : de la calibration en laboratoire à l’applicabilité au registre sédimentaire
Le géothermomètre Δ47 est basé sur la relation entre l’abondance des liaisons 13C–18O des carbonates et la température de calcification. Ce proxy contourne potentiellement les limites des autres thermomètres (δ18O, Mg/Ca) pour reconstruire les paléo-températures des océans, expliquant son développement exponentiel depuis dix ans. Cette thèse teste pour la première fois le potentiel et les limites de la thermométrie Δ47 sur les coccolithes, des nannofossiles calcaires produits par des organismes calcifiants dans la zone photique. Ces biominéraux calcitiques et ubiquistes constituent une part importante de l’archive sédimentaire. Des cultures in vitro nous ont permis d’établir que trois espèces de coccolithes actuelles enregistrent la même relation Δ47 – T que la calcite inorganique, alors qu'elles présentent de très larges effets vitaux en δ18O (±5‰). Nous concluons que ces espèces de coccolithes d'importance géologique ne présentent pas d’effets vitaux en Δ47. Nous avons ensuite appliqué le Δ47 à l’étude des sédiments enregistrant l’événement d’anoxie océanique du Toarcien (–183 Ma) au cours duquel les reconstructions de températures restent encore ambigües, notamment du fait de la méconnaissance de la composition isotopique en oxygène de l’eau de mer. Sur la base des données Δ47 acquises, nous proposons des températures élevées (de l’ordre de 36°C), mais restant relativement stables sur l'intervalle d'étude. En couplant ces températures aux données de δ18O des carbonates, nous suggérons une variation importante du δ18O de l'eau de mer dans le Bassin de Paris lors de la mise en place des faciès black shales. Enfin, sur des sédiments pélagiques subactuels, l’une des espèces étudiées présente des déséquilibres isotopiques en Δ47 non observés en culture et explicables par d’autres paramètres environnementaux comme l’intensité lumineuse. Cette thèse illustre le potentiel du thermomètre Δ47 des coccolithes en différents contextes, ouvrant un vaste champ d’application de reconstruction des paléo-environnements sur le Méso-Cénozoïque
(05/07/2017)
IPGP, INSU - CNRS, UPD7, UR, IPG Paris, CNRS
Trojan Horse Strategy for Non-invasive Interference of Clock Gene in the Oyster Crassostrea gigas
RNA interference is a powerful method to inhibit specific gene expression. Recently, silencing target genes by feeding has been successfully carried out in nematodes, insects, and small aquatic organisms. A non-invasive feeding-based RNA interference is reported here for the first time in a mollusk bivalve, the pacific oyster Crassostrea gigas. In this Trojan horse strategy, the unicellular alga Heterocapsa triquetra is the food supply used as a vector to feed oysters with Escherichia coli strain HT115 engineered to express the double-stranded RNA targeting gene. To test the efficacy of the method, the Clock gene, a central gene of the circadian clock, was targeted for knockout. Results demonstrated specific and systemic efficiency of the Trojan horse strategy in reducing Clock mRNA abundance. Consequences of Clock disruption were observed in Clock-related genes (Bmal, Tim1, Per, Cry1, Cry2, Rev.-erb, and Ror) and triploid oysters were more sensitive than diploid to the interference. This non-invasive approach shows an involvement of the circadian clock in oyster bioaccumulation of toxins produced by the harmful alga Alexandrium minutum.
(Marine Biotechnology. vol. 19, n° 1436-2228, pp. 361-371, 03/07/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Abrupt Northward Shift of SPCZ position in the late-1920s Indicates Coordinated Atlantic and Pacific ITCZ Change
(Past Global Changes Magazine. vol. 25, n° 2411-605X, pp. 52-56, 01/07/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Causes of dust size variability in central East Antarctica (Dome B): Atmospheric transport from expanded South American sources during Marine Isotope Stage 2
Marine isotope stage 2 Micron-size particle Raman mineralogy a b s t r a c t We here investigate the spatial and temporal variability of eolian dust particle sorting recorded in the Dome B (77 05 0 S, 94 55' E) ice core, central East Antarctica, during Marine Isotope Stage (MIS) 2. We address the question whether such changes reflect variable transport pathways from a unique source area or rather a variable apportionment from diverse Southern Hemisphere sources transported at different elevation in the troposphere. The Sr-Nd radiogenic isotope composition of glacial dust samples as well as single-particle Raman mineralogy support the hypothesis of a single dust provenance both for coarse and fine mode dust events at Dome B. The southern South American provenance of glacial dust in Antarctica deduced from these results indicate a dust composition coherent with a mixture of volcanic material and minerals derived from metamorphic and plutonic rocks. Additionally, Dome B glacial samples contain aragonite particles along with diatom valves of marine benthic/epiphytic species and freshwater species living today in the northern Antarctic Peninsula and southern South America. These data suggest contribution from the exposed Patagonian continental shelf and glacial outwash plains of southern Patagonia at the time when sea level reached its minimum. Our results confirm that dust sorting is controlled by the relative intensity of the two main patterns of tropospheric dust transport onto the inner Plateau, i.e. fast low-level advection and long-range high-altitude transport including air subsidence over Antarctica.
(Quaternary Science Reviews. vol. 168, n° 0277-3791, pp. 55-68, 01/07/2017)
DISAT, UNIMI, UNIMIB, IGE, IRD, Grenoble INP, INSU - CNRS, CNRS, UGA [2016-2019], Fédération OSUG, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, ENEA
Soil erosion in relation to land-use changes in the sediments of Amik Lake near Antioch antique city during the last 4 kyr
The Amik Basin in the Eastern Mediterranean region occupied since 6000–7000 BC has sustained a highly variable anthropic pressure culminating during the late Roman Period when the Antioch city reached its golden age. The present 6-m-long sedimentary record of the Amik Lake occupying the central part of the Basin constrains major paleoenvironmental changes over the past 4000 years using multi-proxy analyses (grain size, magnetic susceptibility, and x-ray fluorescence (XRF) geochemistry). An age model is provided by combining short-lived radionuclides with radiocarbon dating. A lake/marsh prevailed during the last 4 kyr with a level increase at the beginning of the Roman Period possibly related to optimum climatic condition and water channeling. The Bronze/Iron Ages are characterized by a strong terrigenous input linked to deforestation, exploitation of mineral resources, and the beginning of upland cultivation. The Bronze/Iron Age transition marked by the collapse of the Hittite Empire is clearly documented. Erosion continued during the Roman Period and nearly stopped during the early Islamic Period in conjunction with a decreasing population and soil depletion on the calcareous highland. The soil-stripped limestone outcrops triggered an increase in CaO in the lake water and a general decrease in ZrO2 released in the landscape that lasts until the present day. During the Islamic Period, pastoralism on the highland sustained continued soil erosion of the ophiolitic Amanus Mountains. The Modern Period is characterized by a higher pressure particularly on the Amanus Mountains linked to deforestation, road construction, ore exploitation, and drying of the lake for agriculture practices.
(The Holocene. vol. 28, n° 0959-6836, pp. 104-118, 30/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Modélisation biodynamique de l'accumulation de composés organiques persistants par des invertébrés benthiques d'eau douce
Les effets d'une contamination sur des organismes sont évalués dans un premier temps en étudiant la toxico-cinétique, c'est-à-dire le lien entre la concentration d'exposition et la concentration bioaccumulée par l'organisme. En effet, la bioaccumulation de contaminants métalliques ou organiques par diverses espèces aquatiques est un phénomène très variable, puisqu'il dépend à la fois des caractéristiques du milieu, des propriétés des contaminants mais aussi de l'espèce considérée. Différents modèles dits toxico-cinétiques (ou biodynamiques) ont été développés pour décrire l'accumulation de contaminants dans les réseaux trophiques aquatiques (Luoma et Rainbow, 2005). Dans ces modèles, l'organisme est souvent considéré comme un compartiment unique ; la bioaccumulation de contaminants est alors décrite comme la résultante de flux entrants (absorption) et sortants (élimination). Le processus d'absorption peut se faire par voie dissoute et/ou trophique. Le régime alimentaire des organismes aquatiques est reconnu pour être une importante voie de bioaccumulation de contaminants. Le processus d'élimination inclut l'excrétion, la métabolisation et la dilution par la croissance. À ce jour, des modèles existent pour décrire l'accumulation de composés persistants peu métabolisables dans des organismes aquatiques variés. Cependant, la prise en compte de la biotransformation reste problématique malgré son importance ; il s'agit d'un processus clé pouvant atténuer la bioaccumulation des substances et varie considérablement selon les espèces et les contaminants (Arnot et al., 2008). De même, les études incluant la dépendance à la concentration dans les modèles actuels sont peu nombreuses, toutefois à considérer puisqu'il existe physiologiquement des phénomènes de saturation. À ce jour, il n'existe pas de cadre générique de modélisation réunissant l'ensemble de ces processus (absorption avec éventuellement effet de saturation, élimination avec éventuellement biotransformation) pour les contaminants organiques persistants. Ce projet de recherche a pour objectif de développer un tel cadre générique de modélisation biodynamique en s'appuyant sur des données expérimentales obtenues en conditions contrôlées en réalisant des cinétiques d'accumulation et d'élimination de composés organiques, notamment émergents, par différentes espèces aquatiques présentant des traits biologiques variés. Trois espèces d'invertébrés benthiques d'eau douce (Physa acuta, Chironomus riparius et Gammarus fossarum) ont été sélectionnées ; les substances modèles incluent notamment le PCB 153, l'hexabromocyclododécane et un polybromodiphényl-éther. Les paramètres du modèle générique pour chaque couple espèce-contaminant seront estimés par inférence Bayésienne à partir des résultats expérimentaux.
(pp. 1, 29/06/2017)
IRSTEA, LBBE, UCBL, VAS, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Cycle des éléments biogènes dans les lacs côtiers en Gironde
La qualité des eaux des lacs et le risque d’eutrophisation peuvent être évalués par une étude des composés biogènes. Les sources et les puits de nutriments qui déterminent les processus biogéochimiques peuvent être quantifiés avec un bilan de masse de matière. L’objectif de la thèse était de réaliser ce bilan de masse pour les nutriments dans les deux grands lacs côtiers médocains, Lacanau et Carcans-Hourtin (SW France). Pour cela, j'ai réalisé un suivi de la concentration en nutriments et des paramètres associés des eaux de pluie, des rivières, des canaux, des eaux des lacs et des eaux souterraines au cours de deux cycles hydrologiques en 2014 et 2015. Les processus biogéochimiques à l’interface eau-sédiment et les flux benthiques ont été déterminés à partir de carottes sédimentaires prélevées saisonnièrement et la construction d’une carte sédimentaire des deux lacs. Le bilan hydrologique a pu être réalisé à partir des données de débit et de hauteur d'eau, des mesures géophysiques et des mesures de 222Rn. Nos résultats ont permis de faire un bilan de masse complet de l'azote, du phosphore, de la silice, du fer et de l'alcalinité. Nous avons déterminé les principales sources et les puits de matière et leur évolution au cours de l’année. Les principaux résultats de la thèse sont avant tout la création d’un jeu de données original et riche qui permet pour la première fois d’avoir une vue d’ensemble de la biogéochimique des lacs aquitains. Nous montrons que l’impact des flux souterrains est faible. Les flux benthiques jouent un rôle majeur pour l’azote. L’export de composés biogènes à la sortie des lacs vers le milieu côtier a été quantifié et comparé aux apports par le bassin versant, ce qui a permis d’évaluer la capacité de séquestration des nutriments dans les sédiments. Nous montrons que ces lacs sont pauvres en phosphore, ce qui limite la productivité biologique. Nous avons aussi défini les conditions et les conséquences de la stratification transitoire des eaux des lacs en été. Cet ensemble de données a également permis d'apporter des connaissances supplémentaires sur la dynamique du mercure dans les lacs aquitains. Nous montrons le rôle que jouent les apports en sulfate du bassin versant sur la production de méthylmercure dans les sédiments.
(22/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Ecologie trophique et reproduction d'une population sauvage d'huître creuse Crassostrea gigas dans un écosystème macrotidal, peu profond : cas du Bassin d'Arcachon
Le fonctionnement écologique des écosystèmes côtiers est soumis à l’action synergique des changements climatiques et des pressions anthropiques. Au sein du Bassin d’Arcachon, l’huître Crassostrea gigas, montre depuis quelques années une modification du cycle reproductif (i.e. faible formation des gamètes, retard de ponte), qui semble lié aux modifications globales des conditions thermiques et trophiques du milieu. L’objectif de ce travail consiste à réaliser un état des lieux de la variabilité spatio-temporelle de l’état reproductif des huîtres dans le Bassin d’Arcachon, en lien avec l’origine, la quantité et la qualité de la ressource trophique. Les résultats obtenus ont permis de révéler d’importants gradients spatiaux de variabilité du développement gonadique et du signal trophique chez C. gigas, entre les parties internes sous influences des rivières (sud-est et nord-est), et la partie externe sous influences océaniques. Deux facteurs clés se sont révélés en partie explicatifs de cette variabilité, le temps d’immersion et le temps de renouvellement océanique. Un comparatif de la gamétogenèse et du pool nutritif entre les parties sud-est et nord-est du bassin a permis de démontrer une variabilité temporelle de la composition phytoplanctonique associée à une variabilité des apports en acides gras essentiels à la formation et la maturité des gamètes. La dynamique de la mise en réserves ainsi que le déclenchement des pontes chez C. gigas se sont révélés synchrones à la variabilité saisonnière de la quantité et la qualité du pool nutritif. Ces résultats représentent une première étape vers le développement d’un modèle prédictif des besoins énergétiques de l’espèce sous l’effet des changements globaux des conditions environnementales.
(22/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Mass balance of organic contaminants at the scale of the Seine River basin (France)
(19/06/2017)
LEESU, ENPC, UPEC UP12, SISYPHE, UPMC, EPHE, PSL, PSL, CNRS, INERIS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, SIAAP
Mechanisms controlling the complete accretionary beach state sequence
Accretionary downstate beach sequence is a key element of observed nearshore morphological variability along sandy coasts. We present and analyze the first numerical simulation of such a sequence using a process-based morphodynamic model that solves the coupling between waves, depth-integrated currents, and sediment transport. The simulation evolves from an alongshore uniform barred beach (storm profile) to an almost featureless shore-welded terrace (summer profile) through the highly alongshore variable detached crescentic bar and transverse bar/rip system states. A global analysis of the full sequence allows determining the varying contributions of the different hydro-sedimentary processes. Sediment transport driven by orbital velocity skewness is critical to the overall onshore sandbar migration, while gravitational downslope sediment transport acts as a damping term inhibiting further channel growth enforced by rip flow circulation. Accurate morphological diffusivity and inclusion of orbital velocity skewness opens new perspectives in terms of morphodynamic modeling of real beaches.
(Geophysical Research Letters. vol. 44, n° 0094-8276, pp. 5645 - 5654, 16/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, IMAU