Dans le contexte général du changement global et du développement durable, il apparaît indispensable d’apprécier le risque qu’encourent les écosystèmes côtiers sous l’effet d’une augmentation du flux des radiations UVB. Le rôle que jouent les radiations UV dans le fonctionnement de la biosphère est relativement complexe. A l’intérieur de la gamme spectrale du rayonnement UV atteignant la surface terrestre, les UVB sont les radiations les plus énergétiques et donc les plus préjudiciables pour les systèmes biologiques. Très peu d’études se sont intéressées aux effets des radiations UV sur la composante benthique des écosystèmes côtiers et ceci alors même que la lumière est un facteur important de structuration des communautés benthiques. Le mode de reproduction de la plupart des invertébrés benthiques conduit les gamètes, les embryons et les larves à être directement exposés à des doses d’irradiation auxquelles les populations d’adultes ne sont pas soumises. D’autre part, quelque soit le stade de développement, les invertébrés benthiques dépendent de sources de nourriture dont la composition biochimique est susceptible d’être affectée par les UV.

L’objectif général de cette thèse est de contribuer à la caractérisation et à la quantification des effets du rayonnement UV sur les invertébrés benthiques de Méditerranée en tenant compte du cycle de vie des organismes et de la complexité de l’action du rayonnement UV à l’échelle de la molécule, de la cellule, de l’organisme et de la communauté.

La première partie de cette thèse est consacrée à l’étude de l’impact direct du rayonnement UV sur la reproduction et le développement précoce des invertébrés benthiques à cycle de vie bentho-pélagique. L’oursin, S. granularis, est utilisé comme modèle d’étude pour (1) déterminer la sensibilité des spermatozoïdes, des ovocytes et des embryons exposés à des doses UVB réalistes d’un point de vue environnemental, (2) établir une relation entre le degré d’intégrité de l’ADN nucléaire des gamètes et le succès de la reproduction et (3) observer les effets des radiations UV sur l’ultrastructure des spermatozoïdes. Sous l’effet du rayonnement UV, le taux de fertilité des spermatozoïdes diminue tandis que les ovocytes conservent leur capacité à être fécondés. L’exposition des gamètes engendre un retard de la segmentation des oeufs et peu d’embryons atteignent le stade pluteus. L’intégrité de l’ADN nucléaire des spermatozoïdes et des ovocytes a été évaluée à l’aide du test des Comètes. Le test montre que la génotoxicité des UV dépend de la dose et de l’espèce considérée. L’examen en microscopie électronique à transmission des spermatozoïdes indiquent que des doses relativement modérées de radiations UVB peuvent entraîner une altération de l’acrosome, de la membrane plasmique et des mitochondries. Ces résultats suggèrent que S. granularis serait une espèce plus sensible au stress UV que P. lividus et A. lixula, deux autres espèces d’oursins vivant dans des environnements moins profonds.

La seconde partie de la thèse est consacrée aux effets et aux conséquences du rayonnement UV sur les interactions trophiques. Il s’agit (1) de décrire et quantifier l’impact du stress radiatif UV sur la valeur nutritionnelle du phytoplancton, (2) de déterminer les conséquences de cette modification sur le développement de juvéniles de l’annélide polychète E. nebulosa et (3) de mettre en évidence l’importance des interactions trophiques dans la stratégie de protection des invertébrés qui composent les communautés benthiques du médiolittoral catalan. Les radiations UV affectent le métabolisme et la physiologie de la diatomée pélagique S. costatum. La réduction de la teneur en acides gras polyinsaturés C20:5ω3 et C22:6ω3 rend compte d’une baisse de la valeur nutritionnelle de l’algue qui se traduit par la diminution de la croissance et du développement des juvéniles d’E. nebulosa. A l’exception des oursins, tous les invertébrés benthiques collectés dans le milieu contiennent des quantités importantes de substances de protection passive (i.e., acides aminés de type mycosporine, MAAs). Ces molécules, synthétisées uniquement par les organismes autotrophes, sont transférées vers les invertébrés via les processus de nutrition ou de symbiose. Les animaux possèdent une diversité de MAAs plus grande que celle de leurs sources de nourriture, ce qui suggère l’existence de voies de conversion métabolique secondaire dans les tissus des animaux. L’absence de MAAs dans les oursins explique en partie la sensibilité de leurs ovocytes et de leurs embryons au rayonnement UV. Ils semblent que les oursins privilégient d’autres stratégies pour se protéger des effets des UV.

Mots clés : radiation UV; écosystème méditerranéen; invertébrés benthiques; embryotoxicité; test des Comètes; valeur nutritionnelle; molécules photoprotectrices; réseau trophique.

The main objective of this work is to understand distribution patterns and coexistence of benthic species in marine ecosystems using a metacommunity approach. Metacommunity frameworks explicitly couple local and regional dynamics to disentangle their respective influence both on the abundance of the populations and on the global structure of the communities. They seem to be relevant to the case of the benthic fauna since benthic stages (i.e. juveniles and adults) have their own local dynamics, and since the pelagic stage (i.e. larvae) ensure dispersal at the regional scale. The design of a benthic invertebrate metacommunity model and the exploration of its properties highlighted the importance of local interactions and dispersal of larvae on the coexistence of species. Results underlined that dispersal increases local diversity while local interactions between individuals (inter- and intraspecific) are primordial to maintain populations at intermediate levels of abundance. Theoretical patterns were then compared to empirical patterns of the group of Annelid polychaetes in the Gulf of Lions (North Western Mediterranean Sea, France), using spatial data of species abundance, in order to identify the main deterministic factors leading to their observed diversity in this area. Results suggested that meso-scale hydrodynamics is a potential factor influencing the distribution of populations at local scale, creating a structured network of import and export areas. Finally, an extended data analysis was achieved for several polychaete metacommunities sampled in other regions of the Southern European Seas (Mediterranean and Black Seas). Inferences performed on the rank-abundance relationships suggest that the global distribution of polychaetes species cannot be attributed to neutral processes, but rather to niche processes where biotic interaction dynamics structure the communities. Key-words: metacommunity, ecological modelling, population dynamics, benthic invertebrates, polychaetes, larval dispersal, connectivity.

Key-words: metacommunity, ecological modelling, population dynamics, benthic invertebrates, polychaetes, larval dispersal, connectivity.