Couplage physique océanique et biologie

La dynamique océanique se structure sur des échelles allant du millier de kilomètres (bassin), à quelques mètres, en passant par la dizaine/centaine de kilomètres (tourbillons, fronts). Cette dernière échelle (méso et sub méso échelle) concentre 90% de l’énergie des masses d’eau. Ces échelles intermédiaires et petites sont associées à des mouvements verticaux agéostrophiques qui jouent un rôle prépondérant sur le transport des traceurs (substrats nutritifs), sur la distribution de zones de divergence / convergence des courants océaniques et sur l’hétérogénéité des habitats marins (tourbillons, filaments). Les données satellitales et acoustiques mettent en lumière l’impact important de ces échelles sur l’activité biologique marine et sur la variabilité spatiale des écosystèmes, impact pouvant être analysé et compris grâce à la modélisation numérique. Les progrès en puissance de calcul et en méthodes d’observation permettent d’aborder frontalement ces processus à moyenne et petite échelle, essentiels pour quantifier les flux de matière et la structuration des réseaux trophiques marins. L’expertise au sein du LEMAR en modélisation et observation (en particulier l’acoustique active) permet aux chercheurs de l’unité de progresser significativement dans ce domaine de pointe, en relation forte avec le LabexMer (Axe 1 : La machine océan à très haute résolution ; Axe 2 : La complexité et l’efficacité de la pompe biologique de carbone ; Axe 6 : Evolution des habitats marins et adaptation des populations). Les trois axes de recherche privilégiés concernent :
● La biodiversité planctonique à méso échelle
● L’export de carbone vers l’océan profond
● La distribution et le comportement des échelons intermédiaires (zooplancton, myctophidés) et supérieurs (éléphants de mer).

L’étude du continuum terre-mer

La zone côtière, à l’interface entre le système terre et le système mer, concentre un ensemble d’interfaces et de gradients environnementaux naturels, générant une très forte hétérogénéité à différentes échelles spatio-temporelles. Les questionnements scientifiques sont donc nombreux pour tenter de mieux comprendre la nature et la dynamique des flux et des forçages physiques, biologiques, géochimiques, et leurs interactions et rétroactions (prospective SIC-INSU). Extrêmement dynamique et complexe, cette zone côtière est également le siège de nombreuses facettes du changement global avec le changement climatique bien sûr, mais également des pressions anthropiques fortes et croissantes liées à l’urbanisme, à l’aménagement du territoire, à l’exploitation des ressources minérales et vivantes, à terre comme en mer. Dans ce contexte, nos objectifs sont triples :
● développer une approche intégrée des transferts de matière dissoute et particulaire de la terre à la mer, combinant observation, études de processus et modélisation dans les estuaires et en zone côtière, pour mieux comprendre la réponse de l’écosystème côtier aux forçages physiques, biogéochimiques et biologiques, terrestres et océaniques (Axe 1 de l’équipe 3) ;
● anticiper l’évolution possible de l’écosystème côtier en réponse au changement global, en développant des scénarios décrivant la réponse des organismes et de l’écosystème côtier à l’interaction de différentes facettes du changement global : changement climatique, changement de pratiques agricoles, évolution (naturelle ou non) des espèces invasives (Axe 1 de l’équipe 3, liens forts à développer avec l’AR5 de l’équipe 2), et
● développer une approche transdisciplinaire permettant la co-construction de ces scénarios et leur analyse avec les acteurs concernés, dans une optique d’aide à la décision en matière de gestion soutenable du socio-écosystème côtier (liens avec l’axe « Rade de Brest » et avec l’axe « indisciplinés », liens avec les autres composantes de l’IUEM).

Biotechnologies marines

En lien avec le précédent, il s’agit d’un thème de recherche émergent au LEMAR sur lequel l’unité affiche des compétences complémentaires et une expertise unique dans le Grand Ouest. En 2015, 18 permanents ont une activité de recherche liée aux biotechnologies marines. Ces questions seront abordées au travers du triptyque « Recherche – Formation – Transfert technologique ». Il s’agit de tirer parti des connaissances acquises sur la biodiversité marine et l’écologie chimique, pour :
● isoler et caractériser des substances bio-actives, et pour certains composés, d’identifier leurs voies de biosynthèse,
● explorer les mécanismes de la communication chimique entre les organismes et leur environnement, à tous les niveaux d’échelle,
● comprendre les mécanismes d’adhésion et les interactions hôtes-pathogènes,
● pour imaginer les développements biotechnologiques de demain dans des domaines innovants tels que les approches biomimétiques
● pour le développement de matériaux biocompatibles ou l’émergence de produits naturels issus de démarches durables, la lutte contre le biofouling ou certaines pathologies des organismes marins, notamment les invertébrés.

Les thèmes de recherche retenus visent ainsi à :
● favoriser l’émergence de synergies entre les acteurs des biotechnologies marines de quatre laboratoires du Labex Mer (LEMAR/LBCM/LM2E et RDT-Ifremer),
● accroître la visibilité des biotechnologies marines au sein de l’IUEM-UBO, et enfin
● tisser des liens forts avec des acteurs clés du monde économique, qui sont identifiés au sein d’entreprises, de centres de transfert et d’innovation, et des pôles de compétitivité.

L’écologie chimique

Les environnements côtiers présentent une grande diversité et de fortes biomasses en organismes benthiques. L’étude de ces organismes revêt une importance notable à différents niveaux, i.e. sociétal, économique et scientifique. Dans ces milieux, les organismes marins présentent des adaptations physiologiques aux contraintes biotiques et abiotiques, d’origine naturelle et/ou anthropique, en produisant des métabolites primaires et/ou secondaires originaux. Ces métabolites jouent un rôle très important dans la structuration des communautés pélagiques et benthiques de ces milieux. Produites à la surface des organismes, ces molécules peuvent agir sur les micro-organismes de surface. Pour celles produites dans la colonne d’eau, comme les molécules allélopathiques par exemple, elles sont très actives et souvent labiles. Le rôle de la microflore associée à ces organismes marins, dans la production des molécules de défense, est également un sujet d’actualité et d’intérêt notoire.
Selon la prospective d’écologie chimique publiée par l’INEE, les études en Écologie chimique participent à la fois à la connaissance issue de la recherche fondamentale, mais également au développement d’applications de ces connaissances.

Impacts des changements environnementaux

Les écosystèmes côtiers sont caractérisés par une forte variabilité naturelle à haute fréquence des principaux facteurs abiotiques.

Déterminer les réactions possibles des communautés vivantes aux pressions d’origine anthropique (contamination chimique et plastique, réchauffement climatique, eutrophisation, surexploitation des ressources vivantes) qui génèrent un changement global avéré, est un réel défi pour les scientifiques environnementalistes. En milieu marin côtier où se concentre l’essentiel de la productivité écologique, l’impact des pollutions chroniques pose des questions supplémentaires aux gestionnaires de ces milieux et aux producteurs de ressources halieutiques et aquacoles. Certaines altérations (génotoxicité, immunotoxicité, reprotoxicité) entraînent des effets populationnels pouvant compromettre le maintien de certaines espèces dans les milieux touchés.

Le nombre de sites côtiers de l’océan mondial soumis, plus ou moins régulièrement et de manière plus ou moins prononcée, à des événements d’hypoxie voire d’anoxie augmente dramatiquement depuis les années 1950. Le plus souvent, ces phénomènes sont l’une des conséquences de l’eutrophisation des zones côtières, liée aux apports de plus en plus massif de nutriments dans ces eaux. Ces derniers stimulent la production phytoplanctonique qui, en sédimentant, induit une consommation massive d’O 2 dissous à l’interface eau-sédiment (dégradation bactérienne de cet afflux de matière organique). Lorsque les eaux sont stratifiées (e.g. pendant l’été), la couche de fond se retrouve isolée et se voit soumise à des épisodes d’hypoxies plus ou moins prolongés, avec des conséquences graves sur les biocénoses benthiques.

Face aux diverses pressions environnementales, les organismes marins présentent des réponses adaptatives de nature comportementale, physiologique (plasticité phénotypique), ontogénique et évolutive qui se répercutent individuellement sur leurs traits de vie et, au niveau individuel et populationnel, sur la dynamique spatio-temporelle.

Grâce à la combinaison d’approches expérimentales (en laboratoire ou in situ) et d’études d’observation sur le terrain le LEMAR conduira plusieurs types d’approches dont :

  • Approche mécanistique : caractériser les réponses adaptatives d’individus issus de populations provenant de sites contrastés sur le plan de l’exposition aux contaminations chroniques.
  • Approche diagnostique : appliquer des descripteurs phénotypiques correspondant à des perturbations de systèmes physiologiques essentiels tels que le métabolisme énergétique, le système immunitaire, particulièrement déterminants pour la survie et le développement des populations.