g. Consommation biologique d’oxygène

 Principe de la méthode

La mesure de la concentration en oxygène est basée sur l’utilisation d’optodes mesurant la concentration en oxygène sans consommation de cet oxygène, méthode développée par Pyroscience (Allemagne). L’optode est une membrane sensible à l’oxygène, qui fluoresce de manière proportionnelle à la concentration en oxygène. Une fibre optique (SPFIB-BARE, PyroScience, GmbH, Allemagne) a été positionnée sur la paroi extérieure de l’incubateur, le faisceau dirigé sur l’optode pour détecter cette fluorescence, en prenant une mesure par seconde. Cette fibre optique était reliée à un datalogger qui récupère et interprète le signal de la fibre optique (Firesting O2, PyroScience GmbH, Allemagne), lui-même relié à un ordinateur et piloté par le logiciel Firesting Logger pour suivre l’évolution de la concentration d’oxygène au cours du temps dans les incubateurs. Des incubateurs de 4 mL (OXVIAL4, PyroScience GmbH, Allemagne) avec l’optode collée à l’intérieur (sous forme d’une bandelette) ont été utilisés.

 Dispositif expérimental

Les incubateurs ont été placés dans un bac d’eau à 16,5 ± 1°C, dans une pièce thermostatée et à l’obscurité, la même que celle où étaient placés les aquariums. De plus, pour que le logiciel puisse calculer la pression partielle d’oxygène, la pression atmosphérique a été rentrée dans le logiciel chaque journée de mesure. Enfin, les incubateurs ont été placés sur des agitateurs magnétiques afin

d’homogénéiser constamment le sédiment pendant la mesure. Le montage mis en place est présenté sur la figure II.20.

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 Témoins de mesure Sachant que :

(1) le sédiment prélevé provient de la couche oxique ;

(2) seuls quelques milligrammes sont nécessaires à la mesure ;

(3) le sédiment est dès son dépôt dans l’incubateur sous agitation pendant environ 2-3 minutes en présence d’oxygène, avant même d’avoir ajouté l’eau pour compléter le volume, et donc avant d’avoir fermé l’incubateur, l’hypothèse de travail selon laquelle seule la consommation biologique est mesurée pendant l’incubation et pas la consommation biologique plus la consommation chimique a été émise. De plus, le sédiment ayant été défauné, il ne peut y avoir de consommation d’oxygène induite par de la macrofaune. Il s’agit donc d’une consommation biologique d’oxygène par les microorganismes et éventuellement par de la méiofaune ;

il s’agit de confirmer l’absence de consommation chimique. Pour cela du sédiment de surface a été prélevé, et divisé en trois : une partie a été traitée comme les échantillons, un autre aliquot a été inactivé par ajout de chlorure mercurique (HgCl2), et un dernier a été inactivé par autoclavage (cf Figure II.21). La consommation d’oxygène des deux sédiments inactifs étant nulle, il en a été déduit

Datalogger

Excitation: flash lumière rouge

Incubateur avec sédiment + eau de mer filtrée stérile sous

agitation constante

Emission: infra-rouge

Fibre optique

Optode

Figure II.20 : Dispositif expérimental de mesure de la consommation biologique d’oxygène à l’aide d’optodes.

Incubateur avec sédiment + eau de mer filtrée stérile sous agitation constante à

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que la mesure de la diminution de la concentration d’oxygène observée pour du sédiment frais correspond uniquement à de la consommation biologique d’oxygène, sans consommation chimique. Les consommations d’oxygène calculées à partir des cinétiques de décroissance de la concentration d’oxygène correspondent donc à de la consommation biologique uniquement, aucune valeur de consommation chimique n’a été ôtée.

 Mesures des bioessais

Dans l’heure suivant les prélèvements, la consommation biologique d’oxygène d’un aliquot de 500 µl environ de sédiment a été mesurée. Parfois, la quantité de sédiment prélevé a été trop faible pour pouvoir effectuer cette mesure. Une fois les 500 µL placés dans l’incubateur sous agitation magnétique, de l’eau de mer filtrée sur 0,22 µm et stérilisée par autoclavage a été ajoutée pour remplir

complètement l’incubateur. La mesure (pourcentage d’air saturé) commençait au moment où l’incubateur était fermé et durait 15 minutes avec un pas d’une seconde, toujours sous agitation constante. A la fin, le sédiment a été récupéré puis rincé et lyophilisé pour avoir le poids sec de sédiment incubé.

En parallèle, d’autres aliquots de sédiment ont été prélevés puis autoclavés afin d’inactiver les communautés vivantes. Ce sédiment inactif biologiquement a servi de blanc de mesure.

Temps (sec) 0 100 200 300 400 500 600 Oxy gène (% ) 60 70 80 90 100 110 sédiment autoclavé sédiment frais sédiment + HgCl2

Figure II.21 : Exemple de cinétique de décroissance de l’oxygène de sédiment frais (gris clair), de sédiment avec du chlorure mercurique (gris foncé) et de sédiment autoclavé (noir).

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Comme précédemment, le sédiment a été récupéré, rincé et lyophilisé une fois la mesure effectuée. Le sédiment autoclavé pour certains échantillons a permis de vérifier à chaque journée de mesure que la respiration du sédiment inactivé était bien nulle, comme mesuré pour les témoins de mesure.

 Traitement des cinétiques obtenues

A la fin des mesures, un fichier contenant une valeur de pourcentage de pression partielle d’oxygène (%a.s.) par seconde est obtenu. Ce pourcentage est transformé en concentration d’oxygène (en µmol.L^-1) grâce à l’équation suivante :

[𝑂₂] =^{%𝑎. 𝑠.}₁₀₀ × 𝐶₁₀₀(𝑇, 𝑃, 𝑆)

où C100 est le coefficient de solubilité de l’oxygène, exprimé en µmol.L^-1 qui est fonction de la température (T), de la pression atmosphérique (P) et de la salinité (S).

Cette concentration est ensuite transformée en mg.L^-1 grâce à l’équation suivante : [𝑂₂](𝑚𝑔. 𝐿−1) = [𝑂₂](µ𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1) × ³²

1000

Enfin, cette concentration est ramenée à la quantité d’oxygène présente dans le volume d’incubation, puis à la quantité de sédiment (en poids sec). A partir de ces valeurs en µgd’O2.gPS^-1, une courbe est tracée en fonction du temps d’incubation (Figure II.22 en haut), permettant de choisir la pente maximale qui reflète les conditions initiales comme encadré sur la figure II.22 en haut. Ensuite, la plage de valeurs correspondante est sélectionnée afin de garder le plus grand nombre de valeur, tout en restant dans la pente maximale linéaire initiale (Figure II.22 en bas). La consommation biologique d’oxygène correspond enfin à cette pente maximale de décroissance de l’oxygène en fonction du temps, exprimée en µgO2.^g-1PS.sec^-1.

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