1.7 Phosphatogenèse dans un lac ferrugineux
3 Matériel et méthodes
3.1 Prélèvement des échantillons
Les échantillons ont été prélevés avec deux bouteilles en PVC Niskin (General Oceanics) de 5,6 et 20 L agencées sur un treuil depuis une barge située à l’aplomb de la zone la plus profonde du lac (-92 m). Les prélèvements ont été effectués lors de cinq missions d’échantillonnage, au printemps (mai 2014, mai et juin 2015) et en automne (novembre 2013, septembre 2014).
Tous les échantillons ont été conditionnés dans des bouteilles et flacons stériles de différents volumes en fonction de l’analyse à effectuer par la suite.
En résumé, des bouteilles de 1 ou 2 L ont été utilisées pour les analyses de l’activité phosphatasique alcaline (APA) couplées à la quantification des protéines intracellulaires, la spéciation du phosphore et la quantification des polyphosphates (poly-P intracellulaires). Un préfiltre de nylon de 30 µm installé sur le col des bouteilles a permis de retirer le macroplancton des échantillons provenant de la zone photique du mixolimnion (pic de turbidité I et 40 m de profondeur) et ainsi minimiser la prédation des microorganismes. De plus, afin de garder des conditions oxiques pour les échantillons destinés à l’analyse de l’activité protéique, un espace de tête correspondant à la moitié de la bouteille a été prévu. Par ailleurs, tous les échantillons provenant du monimolimnion (zone anoxique du lac) ont été stockés dans des bouteilles fermées avec des bouchons de butyl imperméables dont l’espace de tête a été rempli avec de l’azote ou de l’argon.
Des flacons de 50 et 100 mL scellés destinés aux analyses de microscopie électronique à balayage (MEB) ont été remplis soit à moitié soit à débordement en fonction de la concentration d’oxygène de la profondeur prélevée.
100 Chapitre I
Dans tous les cas, l’installation de deux tuyaux de silicone (d’environ 1,2 et 2 m) à la sortie de la bouteille Niskin a permis de remplir les contenants du fond vers l’extérieur de manière à éviter le bullage des échantillons, minimisant ainsi l’exposition à l’oxygène.
Tous les échantillons ont été stockés pendant un maximum de 4 jours à température ambiante (< 21º C). Une fois de retour au laboratoire ils sont restés un maximum de huit jours à 4º C avant d’être filtrés sur des membranes de polycarbonate de différents diamètres (25 ou 47 mm) et une taille de pore de 0,22 µm. La fraction cellulaire des échantillons destinés à la quantification de poly-P a été concentrée (filtration par Celltrap, Mem-Teq Ventures LTD) ; le traitement et l’analyse de ces échantillons seront détaillés dans le deuxième chapitre de ce manuscrit. Afin de reproduire les conditions de la colonne d’eau, les échantillons provenant de profondeurs > 40 m ont été protégés avec soin de la lumière dans des boîtes opaques et ceux provenant des profondeurs superficielles ont au contraire été laissés à la lumière.
3.2 Paramètres physico-chimiques de la colonne d’eau
L’étude des paramètres physico-chimiques de la colonne d'eau a été réalisée par Didier Jézéquel et Eric Viollier (LGE, IPGP) par mesures in situ grâce à différentes sondes multiparamètres. Pour chacune des missions accomplies, toutes les mesures ont été effectuées le premier jour de prélèvement, dans le but de connaître en particulier i) le profil de l’oxygène dissous permettant de localiser l’oxycline et la transition oxie/anoxie, et ii) le profil de turbidité dont les deux pics principaux (notés I et II dans la suite du manuscrit) sont associés respectivement à la biomasse photosynthétique pour l’un et à la précipitation de phases minérales phosphatées de fer ou de manganèse pour l’autre. En effet, nous avions comme objectif d’élaborer un plan de prélèvement en fonction des données recueillies par les sondes. Nous voulions échantillonner au moins six profondeurs : les deux pics de turbidité, une profondeur oxique intermédiaire entre ceux-ci, une profondeur juste au-dessus du pic de turbidité II, puis deux échantillons dans le monimolimnion : un dans la zone de minimum redox et un dernier dans la zone profonde de la colonne d’eau.
Température, quantité d’oxygène dissous, pH, redox et turbidité ont été mesurés à l’aide des sondes : CTD (conductivité, température, profondeur), YSI 6600 (oxygène, pH et redox), sonde nke STBD 300 (turbidité) et deux optodes nke SDOT (oxygène dissous).
Une sonde de lumière SPAR LI-cor sphérique a été utilisée pour mesurer le rayonnement actif pour la photosynthèse (PAR = photosynthetically active radiation). Le flux de photons mesuré simultanément dans les eaux superficielles et dans la colonne d’eau a été enregistré dans une gamme spectrale entre 400 et 700 nm et exprimé en µmol. m-2. s-1. Le PAR de la colonne d’eau à une profondeur donnée a été normalisé par le PAR mesuré à la surface. Finalement, le type et la quantité des pigments chlorophylliens ont été déterminés par une sonde FluoroProbe BBE (mesure effectuée par Jonathan Colombet LMGE de l’Université Blaise Pascal).
D. Jézéquel et L. Cordier (IPGP) ont également analysé la concentration des éléments chimiques de la colonne d’eau par ICP-AES et par des techniques chromatographiques. D. Jézéquel a notamment mesuré la concentration de phosphates totaux de la colonne d’eau (fraction dissoute totale ou TDP et fraction particulaire totale ou TPP). Il est à noter qu’afin de séparer par filtration la partie particulaire de la partie dissoute des échantillons, il s’est servi de filtres de quartz (Whatman 47 mm) incinérés et pré-pesés. Ces filtres, au contraire de ceux que nous avons utilisés (polycarbonate GTTP Millipore 47 mm, 0,2 µm), n’ont pas un seuil de coupure fixe et cela sera tenu en compte lors de l’analyse des résultats. De plus, nous avons analysé le phosphore en tenant compte de sa spéciation et notamment en faisant la part entre la partie organique et l’inorganique, ce qui donne : phosphore organique particulaire (POP) et phosphore inorganique particulaire (PIP) mais aussi phosphore organique dissous (DOP) et phosphore inorganique dissous (DIP).
À l’exception de la partie microscopie électronique à balayage (MEB), seuls les résultats de trois missions seront analysés dans ce manuscrit : Mx-46 (septembre 2014), Mx-48 (mai 2015) et Mx-49 (juin 2015). Les autres missions ont essentiellement permis de mettre au point la méthode de prélèvement ainsi que les protocoles d’analyse des échantillons présentés dans cette thèse. La variabilité saisonnière des paramètres mesurés sera brièvement discutée dans la partie résultats. Les profondeurs de prélèvement et les principales analyses pour les missions Mx-46, Mx-48 et Mx-49 sont présentées dans les Figure C.16, Figure C.17 et Figure C.18. Toutes les analyses seront discutées dans ce chapitre à l’exception de la quantification de polyphosphates qui sera détaillée dans le Chapitre 2 (p. 189 et s.) ainsi que les analyses micro X-ray fluorescence (µ-XRF) et qui ont constitué le sujet d’une publication (p. 265 et s.).
102 Chapitre I
Figure C.16 : Plan d’échantillonnage de la mission Mx-46 (septembre 2014).
Profondeurs échantillonnées dans la colonne d’eau et principales analyses effectuées.
Figure C.17 : Plan d’échantillonnage de la mission Mx-48 (mai 2015). Profondeurs échantillonnées dans la colonne d’eau et principales
analyses effectuées. ' # ' ! -.&0 0, 00 12 3, /, 4 ( " # ) 4'3 1- 1.'/ 2. 4- 0- 5 ) ! ! $ * ! ! # ( ! $ ( " ! /-
Figure C.18 : Plan d’échantillonnage de la mission Mx-49 (juin 2015). Profondeurs échantillonnées dans la colonne d’eau et principales
analyses effectuées.