Chronobiologie moléculaire et comportementale des huîtres Crassostrea gigas diploïdes et triploïdes exposées à l'algue toxique Alexandrium minutum
Les efflorescences de la micro-algue toxique Alexandrium minutum sont en constante augmentation au niveau mondial, accentuées par les apports anthropiques et le réchauffement global, et posent des problèmes écologiques, économiques et sanitaires. Lors d’une exposition à A. minutum, l’accumulation des phycotoxines paralysantes (PSP) dans les tissus semble être différente entre les huîtres diploïdes et triploïdes. Par ailleurs, de nombreuses fonctions physiologiques de l’huître C. gigas sont impactées. L’ensemble des fonctions physiologiques d’un organisme est régulé par des rythmes biologiques. Propriété fondamentale de la vie, les rythmes biologiques permettent aux organismes de se synchroniser et d’anticiper les variations cycliques de l’environnement. Dans mes travaux, je me suis intéressée aux rythmes biologiques des huîtres diploïdes et triploïdes C. gigas et à leurs interactions avec la contamination par les PSP. Une analyse in situ sur un an a mis en évidence une relation jusque-là inconnue entre le comportement valvaire de C. gigas et le cycle d’éclairement de la lune, ainsi qu’une relation fine et subtile des cycles comportementaux nycthéméraux et tidaux avec l’évolution annuelle de la photopériode. Cette relation est modulée par la ploïdie. Par ailleurs, la mise au point d’une approche non-invasive d’interférence par ARN a permis de mettre en évidence l’implication de l’horloge circadienne dans les processus de bioaccumulation des PSP chez C. gigas. Enfin, l’analyse du transcriptome cyclique dans les branchies de C. gigas a mis en évidence qu’au moins 42 % du transcriptome peut être exprimé de façon oscillante. Contre intuitivement, en condition d’alternance jour / nuit, une majorité de transcrits sont ultradiens, trois fois plus nombreux que les transcrits circadiens. Exposées à A. minutum, les huîtres ont montré un remodelage profond de leur transcriptome cyclique, pouvant entraîner la perte de synchronisation de l’huître avec son environnement.
(15/06/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
On a reduced-complexity shoreline model combining cross-shore and alongshore processes.
We present a new empirical shoreline evolution model integrating longshore and cross-shore processes. It is designed for wave-dominated sandy coasts and includes feedback between shoreline and wave dynamics. It can also take into account non-erodible (e.g. rocks, artificial structures) contours and complex wave propagation patterns through the coupling with the spectral wave model SWAN. While the longshore-transport-based modeling approach can reproduce the shoreline variability on large temporal scales, say from years to decades, inclusion of the equilibrium-based cross-shore model enables shoreline variability to be addressed at the scales of changes in incident wave energy, say from hours to years. In this paper, the basic assumptions of the model are presented. The model is tested to synthetic cases before being applied to a real case scenario (Narrabeen Beach, Australia). Finally, guidelines for future model developments are given.
(12/06/2017)
UB, BRGM, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, CNRS, WRL, UNSW
Consequences of rapid ice sheet melting on the Sahelian population vulnerability
The acceleration of ice sheet melting has been observed over the last few decades. Recent observations and modeling studies have suggested that the ice sheet contribution to future sea level rise could have been underestimated in the latest Intergovernmental Panel on Climate Change report. The ensuing freshwater discharge coming from ice sheets could have significant impacts on global climate, and especially on the vulnerable tropical areas. During the last glacial/deglacial period, megadrought episodes were observed in the Sahel region at the time of massive iceberg surges, leading to large freshwater discharges. In the future, such episodes have the potential to induce a drastic destabilization of the Sahelian agro-ecosystem. Using a climate modeling approach, we investigate this issue by superimposing on the Representative Concentration Pathways 8.5 (RCP8.5) baseline experiment a Greenland flash melting scenario corresponding to an additional sea level rise ranging from 0.5 m to 3 m. Our model response to freshwater discharge coming from Greenland melting reveals a significant decrease of the West African monsoon rainfall, leading to changes in agricultural practices. Combined with a strong population increase, described by different demography projections, important human migration flows could be potentially induced. We estimate that, without any adaptation measures, tens to hundreds million people could be forced to leave the Sahel by the end of this century. On top of this quantification, the sea level rise impact over coastal areas has to be superimposed, implying that the Sahel population could be strongly at threat in case of rapid Greenland melting.
(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. vol. 114, n° 0027-8424, pp. 6533–6538, 05/06/2017)
LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, LOCEAN, IPSL, ENS-PSL, PSL, UVSQ, UPMC, CEA, INSU - CNRS, X, IP Paris, CNES, CNRS, MNHN, IRD, UPMC, INSU - CNRS, CNRS, CLIM, LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, ESTIMR, LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, UFHB, PARVATI, LOCEAN, IPSL, ENS-PSL, UVSQ, UPMC, CEA, INSU - CNRS, X, CNES, CNRS, MNHN, IRD, UPMC, INSU - CNRS, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, CEARC, UVSQ, UCM
Monitoring biological rhythms through the dynamic model identification of an oyster population
The measurements of valve activity in a population of bivalves under natural environmental conditions (16 oysters in the Bay of Arcachon, France) are used for a physiological model identification. A nonlinear auto-regressive exogenous (NARX) model is designed and tested. The method to design the model has two parts. 1) Structure of the model: The model takes into account the influence of environmental conditions using measurements of the sunlight intensity, the moonlight, tide levels, precipitation and water salinity levels. A possible influence of the internal circadian/circatidal clocks is also analyzed. 2) Least square calculation of the model parameters. Through this study, it is demonstrated that the developed dynamical model of the oyster valve movement can be used for estimating normal physiological rhythms of permanently immersed oysters and can be considered for detecting perturbations of these rhythms due to changes in the water quality, i.e. for ecological monitoring.
(IEEE transactions on systems, man, and cybernetics. vol. 47, n° 0018-9472, 01/06/2017)
NON-A, Inria, CRIStAL, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
L’étude du pollen des séquences sédimentaires marines pour la compréhension du climat : l’exemple des périodes chaudes passées
The interglacials of the last 800,000 years are all warm periods comparable to the current interglacial, called the Holocene. However, their intensity, duration, variability and regional expression are different as the result of different astronomical and greenhouse gases forcing. The work presented here focuses on the regional expression of these interglacials in southwestern Europe, and it is based on recent studies using pollen from Iberian margin sedimentary sequences that enables a direct comparison of atmospheric and marine processes. This work highlights the diversity of these interglacials in southwestern Europe in terms of duration as well as vegetation and climatic variability, in particular in southwestern Iberia where changes in precipitation play an important role. This work additionally allows discussing mechanisms involved in glacial inception during orbital analogs of the current interglacial (i.e. marine isotopic stages 19c and 11c).
(Quaternaire, n° 1142-2904, pp. 259-269, 29/05/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Avant-propos : un panorama de la recherche actuelle sur le quaternaire : le colloque Q10 « paléoclimats et environnements quaternaires,quoi de neuf sous le soleil? »
(Quaternaire. vol. 28, n° 1142-2904, pp. 135-136, 29/05/2017)
LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, GLACCIOS, LSCE, UVSQ, INSU - CNRS, CNRS, DRF (CEA), CEA, EPHE, PSL, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, LGP, UP1, UPEC UP12, CNRS
Comprendre les périodes chaudes pendant et après la transition du Pléistocène moyen (MIS 31 et MIS 11) dans la péninsule Ibérique
L'étude des interglaciaires passés qui sont des périodes chaudes avec un volume de glace réduit comme l’interglaciaire actuel, l'Holocène, est cruciale pour comprendre le climat futur. Ce travail apporte de nouvelles informations sur le climat des interglaciaires clés, les stades isotopiques marins (MIS) 11 et 31, considérés comme des analogues au réchauffement global projeté. Une analyse pollinique des sédiments du Site IODP U1385 (marge sud-ouest ibérique) a été effectuée à haute résolution, ce qui permet de comparer directement les variations de la végétation (atmosphère) avec celles de la température des eaux de surface océaniques. Nos données montrent qu’à l’échelle orbitale, la forêt du sud-ouest de l’Europe pendant le MIS 11 est principalement influencée par la précession alors que pendant le MIS 31, malgré des valeurs de précession extrêmes, le forçage dominant est l’obliquité, favorisant une végétation moins méditerranéenne et un régime climatique tempéré. De plus, la variabilité millénaire apparaît comme une caractéristique persistante mais les épisodes de refroidissement varient en intensité et durée en fonction des conditions limites qui favorisent un forçage prédominant des hautes ou basses latitudes. Enfin, nous examinons l'expression régionale de l'Holocène et de ses analogues orbitaux, les MIS 11c et 19c dans le sud-ouest de l’Europe. Ceci révèle que l'optimum Holocène se distingue par un plus fort développement forestier et donc que les MIS 11c et 19cne sont pas des analogues à l’Holocène pour notre zone d’étude. Grâce à une comparaison modèle-données, nous montrons aussi que la forêt interglaciaire dans cette région est principalement contrôlée par la précession en influençant les précipitations hivernales, facteur critique pour le développement de la forêt méditerranéenne, tandis que le CO2 joue un rôle négligeable.
(23/05/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
Projet SA6 HQFISH: Impact de la qualité des habitats estuariens de la Seine sur le fonctionnement d'une population de poisson (du recrutement des juvéniles, au processus de maturation)
Le projet HQFish a pour objectif de fournir à la communauté scientifique et aux gestionnaires des milieux aquatiques : (1) une information spatialisée sur la qualité des habitats concourant à la production piscicole en estuaire de Seine, (2) des éléments permettant d’apprécier la trajectoire temporelle de paramètres biologiques pertinents qui seront combinés pour apprécier la dynamique d’une population de poissons. Cette dimension spatio-temporelle dans la compréhension des services écosystémiques produits par un milieu estuarien est encore très rare dans la bibliographie. L’étude repose sur l’utilisation d’une espèce emblématique de l’estuaire de la Seine, le flet européen (Platichthys flesus), poisson amphihalin sur lequel nous disposons d’importantes connaissances scientifiques, de données historiques sur la Seine et sur d’autres estuaires de la Façade Atlantique Française. Ce poisson, par son cycle de développement qui se déroule entièrement en estuaire, est étudié de manière croissante à l’échelle de l’Europe (de la Baltique au Portugal), en tant qu’espèce sentinelle de la qualité des habitats estuariens. HQFish se décompose en quatre phases, la première visant à explorer la qualité des nourriceries estuariennes de la Seine. Des prélèvements de flets juvéniles seront tout d’abord effectués sur un gradient amont-aval dans l’estuaire, et une approche multi-marqueurs sera développée sur ces individus en se focalisant sur des paramètres biologiques liés à la fitness (production énergétique, état des réserves, détoxification, dommages tissulaires, croissance). Des analyses de contaminants dans les tissus des poissons et dans les sédiments, seront menées parallèlement aux analyses biologiques. Ces indicateurs de l’état de santé du poisson et ces signatures chimiques seront comparés entre l’estuaire de Seine et un système de « référence » peu contaminé en Manche, la Canche. Une expérience de caging sera ensuite menée à partir de juvéniles de la Canche, placés en cages durant un mois, sur un gradient amont-aval en Seine et sur un site en Canche ; ces poissons seront sacrifiés pour une approche multi-biomarqueurs couplée avec l’analyse des polluants dans les organismes et dans le sédiment au niveau des cages. Cette 50 première partie du projet sur les réponses des poissons juvéniles in natura et mis en cage, nous permettra d’évaluer la fonctionnalité des nourriceries de l’estuaire de Seine sur un gradient amont-aval, comparativement à celle d’un milieu « peu stressé » en Manche, l’estuaire de Canche. La deuxième phase de HQFish va explorer l’impact de la qualité des estuaires de Seine vs Canche sur la fitness des flets adultes. Nous allons ainsi prélever des poissons adultes en Seine & Canche à deux périodes, en pleine période de reproduction (février), et en période de repos sexuel (juin). Parallèlement aux teneurs en contaminants dans les tissus des poissons, plusieurs indicateurs de la fitness vont être mesurés au niveau individuel (bioénergétique, état des réserves, dommages cellulaires, pathologie, maturation sexuelle). Une expérimentation sera de plus conduite sur des poissons des deux estuaires pour tester leur fertilité, et notamment la relation possible entre le niveau de dommages à l’ADN des spermatozoïdes et leur pouvoir fécondant. Cette phase 2 de HQFish nous conduira donc à estimer les capacités de flets adultes de Seine vs Canche, à boucler leur cycle biologique en produisant une descendance viable, et donc à assurer la pérennité de la population. La phase 3 de HQFish sera consacrée à une analyse de l’évolution temporelle (de 2003 à nos jours) de la diversité génétique de la population de flets en Seine ; toute réduction de la diversité génétique d’une population naturelle pouvant se traduire par une perte de son adaptabilité face à un environnement changeant. Nous développerons aussi une analyse de la variabilité temporelle de la taille efficace (soit un estimateur du nombre de poissons adultes qui produisent une descendance viable) dans la population de Seine, pour vérifier si elle se maintient au cours du temps. Cette approche démo-génétique en phase 3 de HQFish nous permettra de décrypter l’évolution démographique de la population de flet de Seine sur ces 15 dernières années. Dans la phase 4 de HQFish, nous proposons d’intégrer les réponses phénotypiques & génétiques des stades juvéniles et adultes de flet face à la pression anthropique en estuaire de Seine, pour faire le bilan sur le service écosystémique de cet estuaire vis-à-vis du fonctionnement des populations de poisson. Notre projet va de plus explorer différentes métriques synthétiques visant à la production de descripteurs de la qualité/ dysfonctionnement des habitats estuariens qui devraient devenir à terme des outils pour les gestionnaires de l’environnement
(17/05/2017)
LEMAR, IRD, IFREMER, UBO EPE, CNRS, LOG, INSU - CNRS, ULCO, CNRS, IRD [Ile-de-France], ULCO, GU, SEBIO, INERIS, URCA, ULH, NU, URCA, CNRS, LEHNA IPE, LEHNA, UCBL, ENTPE, CNRS, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, Cedre, LASIRE, INC-CNRS, CNRS, LIEC, INSU - CNRS, UL, CNRS
Observing water-level variations from space-borne high-resolution Synthetic Aperture Radar (SAR) image correlation
(Geocarto International. vol. 33, n° 1010-6049, pp. 977-987, 15/05/2017)
BRGM, EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS
High Frequency Field Measurements of an Undular Bore Using a 2D LiDAR Scanner
The secondary wave field associated with undular tidal bores (known as whelps) has been barely studied in field conditions: the wave field can be strongly non-hydrostatic, and the turbidity is generally high. In situ measurements based on pressure or acoustic signals can therefore be limited or inadequate. The intermittent nature of this process in the field and the complications encountered in the downscaling to laboratory conditions also render its study difficult. Here, we present a new methodology based on LiDAR technology to provide high spatial and temporal resolution measurements of the free surface of an undular tidal bore. A wave-by-wave analysis is performed on the whelps, and comparisons between LiDAR, acoustic and pressure-derived measurements are used to quantify the non-hydrostatic nature of this phenomenon. A correction based on linear wave theory applied on individual wave properties improves the results from the pressure transducer (Root mean square error, RMSE of 0.19 m against 0.38 m); however, more robust data is obtained from an upwards-looking acoustic sensor despite high turbidity during the passage of the whelps (RMSE of 0.05 m). Finally, the LiDAR scanner provides the unique possibility to study the wave geometry: the distribution of measured wave height, period, celerity, steepness and wavelength are presented. It is found that the highest wave from the whelps can be steeper than the bore front, explaining why breaking events are sometimes observed in the secondary wave field of undular tidal bores.
(Remote Sensing. vol. 9, n° 2072-4292, pp. 462, 10/05/2017)
EPOC, EPHE, PSL, UB, INSU - CNRS, CNRS, GET, IRD, UT3, Comue de Toulouse, INSU - CNRS, CNES, CNRS