Impact des conditions nutritionnelles sur la dissolution de la silice biogénique des diatomées à travers l'étude de la variabilité de la structure biphasique du frustule

Les diatomees sont des micro-algues qui participent a hauteur de 35 a 75 % a la production primaire oceanique et qui sont les acteurs majeurs du cycle biogeochimique du silicium (Si) dans l’ocean. Comprendre les mecanismes qui affectent la dissolution de la silice biogenique (bSiO2) constituant le frustule des diatomees est necessaire afin d’ameliorer la comprehension du cycle oceanique du Si. En periode estivale, la majorite de l’ocean ouvert est limitee par de faibles disponibilites en elements nutritifs. Les travaux realises dans cette these ont donc pour objectif majeur d’etudier l’effet de l’environnement nutritionnel des diatomees sur la dissolution et l’export de silice biogenique (bSiO2). Cette etude s’est focalisee sur les limitations en fer (Fe), en Si et en azote (N), c'est-a-dire sur les elements nutritifs dont les faibles concentrations en periode estivale limitent la production de diatomees dans une grande majorite de l’ocean mondial. Une des originalites de cette these consiste en l’etude de la limitation en cuivre (Cu), dont les impacts sur la composition elementaire et la dissolution des diatomees ont ete peu etudies. Les effets des conditions limitantes en micronutriments ont ete etudies sur la diatomee pennee Pseudo-nitzschia delicatissima tandis que les limitations en macronutriments ont ete etudiees sur la diatomee centrique Thalassiosira weissflogii. La premiere etape de ce travail a consiste en l'etude de l'effet de conditions nutritives limitantes sur deux echelles du frustule des diatomees : celle de la cellule, avec l’etude du degre de silicification des diatomees, et celle du frustule, avec l’etude de sa structure et sa composition fine, au moyen de la spectroscopie InfraRouge a Transformee de Fourier (IRTF). La seconde etape de ce travail a consiste en l’etude du devenir post-mortem de ces cellules a travers l’etude de la cinetique de dissolution de la bSiO2 constituant leur frustule. Les resultats obtenus par IRTF indiquent clairement qu’a la plasticite du contenu global en bSiO2 du frustule des diatomees, s’ajoute la plasticite du frustule a l’echelle moleculaire, en fonction des conditions de croissance. Le degre d’organisation et le degre de reactivite du reseau siliceux sont tous deux affectes par l’environnement nutritif des diatomees. La quantite relative de matiere organique associee au frustule varie egalement avec la disponibilite des elements nutritifs. A travers ces changements, l’environnement nutritionnel affecte la dissolution du frustule des diatomees qui, dans les six experiences de dissolution, se deroulent en deux etapes, illustrant la composition biphasique du frustule. Les resultats indiquent que les conditions de croissance vont affecter la proportion et les vitesses de dissolution de la bSiO2 de ces phases. Par la modification des proprietes intrinseques des phases de bSiO2, le frustule des diatomees limitees en nutriments auront une propension a la dissolution moins importante que celle des diatomees non-limitees. De ce fait, l’environnement nutritif des diatomees affecte l’export de bSiO2. Pour P. delicatissima, seuls 9 % de la bSiO2 initiale des cellules non limitees sont preserves apres 22 jours de dissolution, tandis qu’environ 25 % sont preserves en cas de carence stricte en Cu ou de limitation en Fe durant la croissance. Les frustules de T. weissflogii limitees en macronutriment sont egalement mieux preserves apres un mois de dissolution, avec 41 % et 51 % de la bSiO2 initiale restante pour les cellules majoritairement limitees en Si ou en N, respectivement, compares au 20 % de preservation pour les cellules non-limitees. Ces resultats suggerent que la dissolution de la silice dans les modeles globaux de l’ocean pourrait etre mieux parametree en tenant compte (i) de la cinetique de dissolution des deux phases de silice biogenique et (ii) de la meilleure preservation de la bSiO2 des cellules limitees en nutriments.