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Ecologie des Milieux Aquatiques Introduction aux Ecosystèmes aquatiques.

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1 Ecologie des Milieux Aquatiques Introduction aux Ecosystèmes aquatiques

2 Les Facteurs Clés Le terme « biome » est basé sur la végétation dominante et ne s'applique pas aux environnements aquatiques. La profondeur d'eau, lhydrologie, la chimie de leau, la lumière disponible, et la température sont des facteurs clés en décrivant les écosystèmes aquatiques.

3 Le Cycle Hydrologique Le cycle hydrologique correspond aux échanges deau entre réservoirs La biologie des environnements aquatiques dépend de facteurs physiques tels que la lumière, la température, les mouvements de leau et de facteurs chimiques tels que la salinité et loxygène.

4 Condensation Evaporation Précipitation Réservoir océanique Réservoir aquifère Infiltration font Précipitation Réservoir atmosphérique Evapotranspiration (végétation…) Vapeur Atmosphérique Réservoir glacier Réservoir Terrestre ruissèlement Percolation Cycle Hydrologique 97%

5 Bassin Versant

6 Limnologie Créée par Forel, létude des eaux continentales ou eaux douces a été dénommée limnologie. Elle regroupe deux grands types décosystèmes aquatiques : Les eaux stagnantes qui correspondent aux milieux lentiques ex : un lac Les eaux courantes qui correspondent aux milieux lotiques ex : une rivière

7 Eaux Continentales Partie 1 Systèmes Lentiques

8 Sommaire Classification selon leur formation Morphométrie Zonation Distribution Macrophytes Classification selon leur temps de rétention Oligothrophique vs. Eutrophique Communauté autotrophe

9 Systèmes Lentiques En réalité dans les milieux lentiques, leau ne stagne jamais, mais il y a toujours un temps de séjour ± long des eaux. Il y a trois grands systèmes pour désigner ces milieux lentiques : La mare : toute pièce deau de moins de 1 m de profondeur où les radiations lumineuses pénètrent jusquau fond du plan deau. La dissipation de cette énergie échauffe donc la vase qui en automne restitue la chaleur emmagasinée. Ceci permet un développement décalé dans le temps dorganismes benthiques : tardif au printemps, et une survie automnale longue. Létang : toute pièce deau dont la profondeur est inférieure à 10 m, sous nos latitudes. Lénergie cinétique du vent est en toute saison susceptible de provoquer un brassage total de la colonne deau. Ceci implique une remontée permanente des éléments minéraux en provenance des zones profondes (sédiments) vers la zone proche de la surface. Le phytoplancton est donc particulièrement abondant dans ce type de milieu. Le lac : toute pièce deau suffisamment profonde pour que se manifeste en été une stratification thermique. Cela empêche le brassage des eaux supérieures chaudes, pauvres en éléments nutritifs avec les eaux profondes froides et riches en sels minéraux.

10 Géologie et formation des Lacs 1.- Mouvements tectoniques -> lacs tectoniquestectoniques Les mouvement tectoniques des plaques ont créé certains des plus anciens et les plus profonds lacs 2.- Activités volcaniques -> lacs volcaniquesvolcaniques 3.- Activité glaciaire -> lacs glaciairesglaciaires Assez courants. Les glaciers se déplaçant créent des dépression 4.- Par hydrodynamisme -> lacs fluviauxfluviaux

11 Morphométrie dun lac Moyen de classification Bathymétrie (profil en profondeur) Les lacs peu profonds sont souvent les plus productifs Mélange des eaux Photosynthèse Bathymétrie du Lac Erié

12 Zonation en milieu lacustre

13 ECOSYSTEME LACUSTRE Ecosystème lacustre Ecosystème terrestre Ecotone Zone littorale Zone pélagique Zone benthique Zone euphotique Zone aphotique Zone de compensation photique Z1%:1% de lumière incidente

14 AMPHIPHYTES HYDROPHYTES Helophytes Pseudo hydrophytes RhizophytesEmménophytesPleustophytes

15 Temps de Rétention Temps de rétention ou temps de résidence de leau correspond au temps pris par leau pour être complètement renouvelée (volume du lac) / (débit dentrée et de sortie) Peut varier de quelques heures à des milliers dannées (ex Lake Tahoe = 700 ans) Paramètre essentiel pour comprendre limpact dune pollution, les effets sur le biotope…

16 Stratification thermique Dimictique

17 Classification des lacs selon leur stratification holomictique : les eaux se mélangent au moins une fois par an monomictique 1 / ans dimictique : 2 x /an polymictique plusier fois/an méromictique :

18 Diversité et Eutrophisation Les lacs oligotrophes sont caractérisés par : Forte diversité phytoplanctonique Les communautés benthiques : larves d éphéméroptères, trichoptères et Plécoptères ou perleséphéméroptères petits bivalves Truites Les lac eutrophes sont caractérisés par : Les communautés benthiques : Larves de nématocères, chironomidésnématocères Vers Tubificinae, Carpe

19 Caractéristiques des lacs en zone tempérée ParamètreOligotrophiqueEutrophique Productionfaibleforte richessehaute Niveau de biomasse dans leau faibleforte efflorescences algalesrarefréquent Abondance de Cyanobactéries faibleforte Distribution verticale des algues dans hypolimnion Seulement dans eau de surface Végétation dans zone littorale Peu ou abondant; végétation émergente et submerge abondant; plus dalgues filamenteuses et moins de macrophytes Migration des alguesextensivelimitée Caractéristiques des groupes algales Algues vertes: Desmids, Staurastrum Diatomées: Tabellaria, Cyclotella Algues dorées: Dinobryon Cyanobactéries: Anabaena, Aphanizomenon, Microcystis, Oscillatoria Diatomées: Melosira, Fragilaria, Stephanodiscus, Asterionella

20 Température fraîche et concentration en oxygène élevée (Truite) Faible concentration en nutriments (N, P) Faible densité de phytoplancton et de plantes aquatiques Espèces dinvertébrés à forte exigence en oxygène sont dominantes dans la faune benthique Les berges pentues et la forte profondeur réduisent le réchauffement deau Température chaude et faible teneur en oxygène favorisant les poissons tolérants Forte biomasse dinvertébrés benthiques, dominée par des espèces tolérantes aux températures chaudes et oxygène faible Faible profondeur qui réduit le volume total de l'eau et augmente le réchauffement en été Lac OligotrophiqueLac Eutrophique Disponibilité des nutriments (N, P ). Fortes densités de phytoplancton et plantes aquatiques

21 Lac Eutrophique (Bourget) Chondrostoma nasus Leuciscus cephalus Stizostedion lucioperca Ictalurus melas

22

23 La Communauté Autotrophe

24 Phytoplancton deau douce CyanobactériesCyanophyta or Myxophyceae Algues vertesChlorophyta XanthophycéesXanthophyceae Algues DoréesChrysophyceae DiatoméesBacillariophyceae CryptophycéeCryptomonadineae DinoflagelléesDinophyceae EuglénoïdesEuglenophyceae

25 1- Mesure directe par la technique des biovolumes Dénombrement (microscope), identification et mesure conversion en C (µm 3 /µgC) 2- Dosage de la chlorophylle a par spectrophotométrie Filtration, extraction et dosage conversion en C (µgC/µgChla) 3- Dosage des pigments par HPLC Filtration, extraction, chromatographie Ex: fucoxanthine (diatomées, chrysophycées), alloxanthine (Cryptophycées), chlorophylle b et lutéine (algues vertes), zéaxanthine (cyanobactéries) 4- Mesure de la production primaire: nCO 2 + H 2 O (CH 2 O) n + O 2 Mesure du dégagement doxygène Mesure de lassimilation en carbone: 14 C radioactif Mesures de la biomasse phytoplanctonique

26 Matériels de collection

27

28 Larves de lacs Oligotrophes éphéméroptère Plécoptères

29 Larves des lacs Eutrophes nématocères Chironomides Tubifex

30 Lac Baïkal (Russie) Lac Tanganyika (Tanzanie) 1 - Lacs tectoniques Surperficie: km 2 Profondeur: 1435 m Volume: km 3 Surperficie: km 2 Profondeur: 1620 m Volume: km 3

31 Cyanobactéries Bactéries (procaryotes) Photosynthèse Certaines peuvent fixer le diazote Associée l'eutrophisation des eaux Donnant un mauvais goût à l'eau (poissons) 40 spp. sécrètent des cyanotoxines qui sont généralement des neurotoxines (PSP) Certaines sont bénéfiques Anabaena circinalis Spiruline (Arthrospira)

32 La formation de Biofilm dans lacs Eutrophisés

33 Les cyanotoxines

34 Algues vertes Les pigments photosynthétiques principaux sont les chlorophylles a et b. Taille et formes très diversifié Pediastrum simplex

35 Xanthophyceae Algues brunes Unicellulaires, coloniales et filamenteuses Se déplaçant grâce à deux flagelles Peu sont planctoniques. Tetraedriella

36 Algues dorées couleur brun-jaune Elle possèdent deux flagelles la plupart vit en colonies (un individu mesure à peu près 50 micromètres) Formation des Kystes dans conditions défavorables

37 Bacillariophyta Diatomées Sont des microalgues jaunes et brunes unicellulaires Les seuls organismes unicellulaires à posséder une structure externe siliceuse (taille de 2 μm à 1 mm) présentes dans tous les milieux aquatiques

38 Les cryptophycée unicellulaires et mobiles Deux flagelles de longueur différente taille μm Peu représentées dans leau douce Rhodomonas salina

39 Dinoflagellés Deux flagelles perpendiculaires dont le mouvement produit un tourbillon Membrane cellulosique rigide Pfesteria Pyrodimium bahamense

40 Les Euglénoïdes Unicellulaires Mobiles existe environ 1000 espèces eaux chargées de matières organiques

41 Lac Pavin (Auvergne) 2 - Lacs volcaniques Superficie: 44 ha Diamètre: 800m Profondeur: 92m Altitude: 1197m

42 Lacs de Rila en Bulgarie 3 - Lacs glaciaires

43 4 - Lacs fluviaux ex: lac Saint Pierre sur le Saint Laurent (Québec)


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