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Laboratoire d'Ecogéochimie des Environnements Benthiques
UMR 8222

Leila Chapron (2016-2019)

Réponse des coraux profonds aux changements climatiques en Méditerranée : de l’échelle moléculaire à récifale

Directeur de thèse HDR : Pierre GALAND
Co-directeur : Franck LARTAUD

Les coraux d’eaux froides constituent des organismes-clés des écosystèmes profonds. Comme les coraux tropicaux, ce sont des espèces ingénieures qui forment des récifs servant de nurseries et de zone de protection pour de nombreuses espèces (poissons, échinodermes, mollusques, crustacés, éponges), dont certaines ont une valeur patrimoniale et commerciale à forte valeur ajoutée. Les récifs de coraux d’eaux froides constituent ainsi des habitats de grande profondeur abritant l’une des plus fortes biodiversités. Les récifs profonds sont également d’excellentes archives climatiques (l’analyse géochimique de leur squelette permet de reconstituer l’évolution des conditions physico-chimiques de leur environnement), des sources potentielles de molécules à usage pharmaceutique et des puits de carbone (stockage durable de CO2 par la formation de leur squelette carbonaté) (Foley et al., 2010). Mais les coraux d’eaux froides sont particulièrement sensibles aux perturbations de leur écosystème. Les principales menaces sont liées aux activités anthropiques (pêche par chalutage, rejets de macro-déchets ou de polluants) et aux changements climatiques (hausse de température, acidification). La vulnérabilité de ces espèces ingénieures a ainsi conduit à imposer des mesures de protection strictes en faveur de certaines espèces de coraux d’eaux froides, et plus généralement à définir des aires de protection des habitats coralliens profonds (UN General Assembly Resolution 61/105).
En Méditerranée, les coraux d’eaux froides vivent à des températures d’environ 14°C, très proche de leur maximum écologique connu (Freiwald et al., 2014), et ils pourraient décliner rapidement sous les effets du changement global. En effet, les projections de l’IPCC prévoient une hausse d’environ 1,5°C à la fin du XXIe siècle pour les eaux profondes méditerranéennes (Somot et al., 2006). La réduction de la stratification entre les masses d’eaux profondes et de surface conduirait également à l’arrêt des phénomènes de plongées d’eaux denses d’ici 100 ans, impactant un des moteur majeur de l’apport d’énergie dans ces écosystèmes. Il apparaît donc urgent de déterminer les impacts d’une hausse de température sur l’état de santé des coraux d’eaux froides méditerranéens. Contrairement à leurs
équivalents tropicaux, les coraux d’eaux froides sont dépourvus de symbiontes
photosynthétiques et constituent a priori un modèle biologique idéal pour mesurer le rôle direct de la température sur l’état de santé des récifs coralliens.
L’objectif de cette thèse sera d’étudier la réponse à des modifications de température et de vitesse du courant de deux espèces de coraux froids constructeurs de récifs emblématiques
de Méditerranée (Lophelia pertusa et Madrepora oculata). L’originalité du sujet réside dans l’analyse multi-échelle de caractères phénotypiques à différents niveaux d’organisation biologique (du microbiome au récif). Plus concrètement, il s’agira d’étudier conjointement des paramètres intégratifs sur le court et long terme tels que la croissance du squelette, l’assimilation des réserves énergétiques, ainsi que la réaction des communautés microbiennes associées aux coraux.
L’analyse écologique implique donc une approche pluridisciplinaire opérée en
conditions expérimentales à la fois en aquarium (à la station marine de Banyuls) et in situ (canyon Lacaze-Duthiers, prof. 500m), grâce à la collaboration au programme scientifique de la Chaire d’Excellence UPMC-Fondation TOTAL (2014-2018, coordinateur N. Le Bris).
Une part importante du travail concernera l’étude de la variabilité des patrons de croissance face aux variations de conditions de température (resp. F. Lartaud). Le récent développement de techniques de ‘marquage et recapture’, combiné à l’utilisation d’outil sclérochronologiques nous a récemment permis d’étudier les modes de croissance des coraux méditerranéens dans leur environnement in situ (Lartaud et al., 2013). Le marquage produit un repère temporel dans le squelette permettant l’identification du taux de croissance à l’échelle du polype, alors que le développement de supports de boutures permet l’identification du taux de croissance à l’échelle de la colonie (Lartaud et al., 2014). Cette analyse des traits de vie sera complétée par des analyses biochimiques des polypes (lipides,
protéines, glucides, acides gras) menées au LECOB (coll. A. Pruski) et des isotopes stables du carbone et de l’oxygène (coll. M. Sebilo, IESS), afin de mieux définir les stratégies trophiques des deux espèces étudiées et l’assimilation des réserves énergétiques (complémentaire du projet CARESE-SU, resp. F. Lartaud). Enfin, l’analyse de la diversité microbienne (resp. P. Galand) permettra d’évaluer la réponse de l’holobionte (couplage hôte et microorganismes associés) en vue de déterminer le rôle fonctionnel des bactéries, les spécificités de leur interaction avec le corail et leur possible implication dans le fonctionnement du récif. La comparaison des séquences ARN et ADN 16S ribosomal permettra de déterminer la proportion de phylotypes bactériens actif à un temps donné (Hugoni et al., 2013).
La démarche proposée dans cette thèse offre une analyse détaillée de la réponse des coraux profonds au contexte de changement global méditerranéen, mais pourra être ensuite étendue à l’ensemble des coraux, qui constituent des écosystèmes clés à forte valeur écosystémique.


Références bibliographiques citées :
Foley, N.S., van Rensburg, T.M., Armstrong, C.W., 2010. The ecological and economic value of cold-watercoral ecosystems. Ocean Coast. Manag. 53, 313–326.
Freiwald, A., Fossa, J.H., Grehan, A., Koslow, T., Roberts, J.M., 2004. Cold-water coral reefs: out of sight -no longer out of mind. UNEP-WCMC, Cambridge, UK.
Hugoni, M., Taiba, N., Debroas, D., Domaizon, I., Jouan Dufourne, I., Bronner, G., Salter, I., Agogué, H.,Mary, I., Galand, P.E., 2013. Structure of the rare archaeal biosphere and seasonal dynamics of active ecotypes in surface coastal waters. Proc Natl Acad Sci USA 110, 6004–6009.
Lartaud, F., Pareige, S., de Rafelis, M., Feuillassier, L., Bideau, M., Peru, E., Romans, P., Alcala, F., Le Bris, N., 2013. A new approach for assessing cold-water coral growth in situ using fluorescent calcein staining. Aquat. Living Resour. 26, 187–196.
Lartaud, F., Pareige, S., de Rafelis, M., Feuillassier, L., Bideau, M., Peru, E., De la Vega, E., Nedoncelle, K., Romans, P., Le Bris, N., 2014. Temporal changes in the growth of two Mediterranean cold-water coral species, in situ and in aquaria. Deep. Res. Part II Top. Stud. Oceanogr. 99, 64–70.
Somot, S., Sevault, F., Deque, M., 2006. Transient climate change scenario simulation of the Mediterranean Sea for the 21st century using a high-resolution ocean circulation model. Clim. Dyn. 27, 851–879.

29/08/16