Soutenance de thèse de OMS Laurina
Titre de thèse
Effet des fronts de fine-échelles sur les communautés phytoplanctoniques en région oligotrophe
Effect of fine-scale fronts on phytoplankton communities in oligotrophic regions
Résumé de la thèse
La diversité remarquable du phytoplancton marin est au cœur du fonctionnement des écosystèmes océaniques, de la productivité primaire et de la pompe biologique de carbone. Parmi les processus qui la façonnent, les structures physiques de fine-échelle (1–100 km, jours–semaines), et en particulier les fronts océaniques, semblent jouer un rôle majeur dans la différenciation des niches écologiques, la modulation de la production primaire, et la diversité des communautés. Leur étude reste toutefois limitée par leur caractère éphémère et la difficulté d'obtenir des observations biologiques de haute résolution en leur sein, en particulier dans les régions oligotrophes et modérément energétiques qui constituent la majeure partie de l'océan. Dans ce contexte, cette thèse s'inscrit dans les initiatives internationales liées au lancement du satellite SWOT (2022), qui offre un regard inédit des dynamiques physiques de fine échelle. Deux campagnes en Méditerranée occidentale, PROTEVSMED-SWOT (2018) et BioSWOT-Med (2023), ont ciblé et échantillonné des régions frontales grâce à une stratégie Lagrangienne adaptative et multidisciplinaire, fournissant un jeu de données unique. À partir de PROTEVSMED-SWOT, un modèle NPZ (nutriments–phytoplancton–zooplancton) a été développé pour analyser l'effet structurant des fronts. Les résultats montrent que les transitions de communautés phytoplanctoniques émergent de la synergie entre apport en nutriments et prédation, qui au-delà de seuils critiques modifie l'équilibre trophique et entraîne des réorganisations rapides de la composition des communautés. La campagne BioSWOT-Med a permis pour la première fois un échantillonnage continu à haute résolution au cœur d'un front en région oligotrophe. Les observations révèlent l'existence d'une communauté spécifique au front, caractérisée par une contribution accrue de groupes non dominants. Une modélisation couplée (Lagrangien–NPZ) a montré que si l'advection passive explique en grande partie sa présence, sa composition relative résulte de l'interaction entre apports en nutriments et prédation. Ces travaux apportent des preuves expérimentales et théoriques du rôle structurant des fronts océaniques dans les régions oligotrophes, et ouvrent la voie à une compréhension plus globale des interactions physique–biologie à l'ère SWOT.
Thesis resume
The remarkable diversity of marine phytoplankton lies at the core of ocean ecosystem functioning, primary productivity, and the biological carbon pump. Among the processes shaping this diversity, fine-scale physical structures (1–100 km, days–weeks) - in particular oceanic fronts - seem to play a major role in niche differentiation, the modulation of primary production, and community diversity. Their study, however, remains limited by their ephemeral nature and the technological challenges of acquiring high-resolution biological observations within them, especially in oligotrophic and moderately energetic regions that make up most of the ocean. In this context, this thesis is embedded in the international initiatives linked to the launch of the SWOT satellite (2022), which offers unprecedented insight into fine-scale physical dynamics. Two field campaigns in the western Mediterranean, PROTEVSMED-SWOT (2018) and BioSWOT-Med (2023), specifically targeted and sampled frontal regions using an adaptive and multidisciplinary Lagrangian strategy, providing a unique dataset. Building on PROTEVSMED-SWOT, an NPZ model (nutrients–phytoplankton–zooplankton) was developed to investigate the structuring effect of fronts. Results show that phytoplankton community transitions arise from the synergy between nutrient supply and grazing pressure, which, beyond critical thresholds, alter trophic balance and drive rapid reorganizations of community composition. The BioSWOT-Med campaign enabled, for the first time, continuous high-resolution sampling at the core of a front in an oligotrophic region. Observations revealed the emergence of a front-specific community, characterized by an increased contribution of non-dominant phytoplankton groups. A coupled Lagrangian–NPZ modeling framework further demonstrated that while passive advection largely explains the presence of this community, its relative composition results from the interplay between nutrient supply and grazing. Together, these findings provide both experimental and theoretical evidence of the structuring role of oceanic fronts in oligotrophic regions and pave the way for a broader understanding of physical–biological interactions in the SWOT era.