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Étude du plancton marin

Le plancton, constitué du phyto- du zoo- et du bacterio/virioplancton, est à la base de la chaîne trophique de beaucoup d'écosystèmes marins. Le phytoplancton, représenté par les organismes photoautotrophes du plancton, est le producteur primaire principal des océans. Le zooplancton, constitué d'organismes hétérotrophes, a lui, un rôle de charnière dans les écosystèmes aquatiques. Le zooplancton transfère l'énergie et la matière synthétisée par le phytoplancton vers les niveaux trophiques supérieurs dans la chaîne alimentaire. Il prend également part à un recyclage rapide de la matière organique dans la colonne d'eau, recyclage initié par le bactérioplancton (sans oublier les archae) et qui est nommé "boucle microbienne". De nombreux organismes planctoniques jouent, en réalité, simultanément plusieurs rôles dans la chaîne trophique: ils sont mixotrophes. Les études en écologie du plancton marin sont donc rendues complexes par les rôles divers et intriqués de beaucoup d'organismes planctoniques marins.

Tant le zooplancton que le phytoplancton sont de bons indicateurs de changements globaux. En effet, ils sont capables de répondre à des modifications du milieu très rapidement par des variations d'abondance et/ou de composition spécifique et de biomasse. De plus, le phytoplancton est capable de former des blooms (multiplication rapide et exponentielle) parfois toxiques qui par anoxie du milieu la nuit, ou par synthèse de toxines peut avoir un impact négatif sur l'ensemble de l'écosystème. Pour toutes ces raisons, ces communautés très dynamiques sont abondamment étudiées et fournissent des informations précieuses sur le fonctionnement des océans.

Actuellement, les organismes qui composent le plancton sont encore fréquemment mesurés et comptés manuellement sous microscope par des taxonomistes spécialisés. L'analyse complète d'un échantillon peut durer de 1 à 3 jours en fonction du détail taxonomique souhaité et limite dès lors le nombre d'échantillons pouvant être analysés dans un délais raisonnable. Cette méthode manuelle n'est donc pas adaptée à une résolution spatiale et temporelle élevée, seule à même de mettre en évidence les variations planctoniques dans ces communauté très dynamiques, distribuées en patchs. L'analyse d'un très grand nombre d'échantillons est souvent souhaitable, mais difficilement réalisable.

Depuis les années 1980, l'analyse d'image couplée à la classification supervisée est envisagée pour automatiser (au moins partiellement) et accélérer le traitement des échantillons. Au départ d'images de plancton, différents paramètres sont mesurés et utilisés par des méthodes de classification supervisée pour déterminer de manière automatique le groupe taxonomique de chaque particule imagée. Depuis peu, la puissance informatique, la résolution des images numériques et la qualité des algorithmes de classification supervisée permettent d'utiliser ces méthodes automatiques en routine dans le cadre de campagnes océanographiques. Nous participons à cette tendance en développant en en utilisant des outils spécialisés dans de telles analyses. Les taxonomistes devraient également bénéficier de tels outils qui leur offre la possibilité de classer automatiquement le plus gros des particules, ce qui leur permet de se concentrer sur la fraction la plus importante et/ou la plus difficile à identifier.

DÉVELOPPEMENT D'OUTILS D'ANALYSE DU PLANCTON

Au laboratoire d'Écologie Numérique des Milieux Aquatiques, nous développons un logiciel appelé Zoo/PhytoImage destiné à l'élaboration de séries spatio-temporelles de plancton en automatisant les processus de traitement des échantillons. Ce logiciel open source permet d'analyser diverses sortes d'images numériques de plancton (micro- ou macrophotographies, images scannées ou issues du FlowCAM), et de mesurer, dénombrer et classer les différents organismes planctoniques fixés "numériquement" sur ces images. Il calcule, ensuite, des variables d'importance écologique comme les abondances, les biomasses et les spectres de taille par groupe taxonomique ou pour l'ensemble de l'échantillon.

Zoo/PhytoImage a été, en partie, développé en collaboration avec l'ESA (Ecologie des Systèmes Aquatiques – ULB – équipe du professeur Ch. Lancelot) dans le cadre du projet AMORE III qui est financé par la Politique Scientifique Fédérale Belge afin de détecter des blooms de Phaeocystis globosa et des variations dans les communautés planctoniques de la zone cotières belge de la Mer du Nord.

Nous continuons à présent le développement de ce logiciel pour une utilisation par l'IFREMER dans le cadre du REPHY (Réseau Phytoplancton) qui suit l'évolution des communautés phytoplanctoniques tout au long du littoral français (voir aussi le site IFREMER environnement). Ce logiciel est également utilisé dans de nombreuses autres études de zoo- et de phytoplancton de part le monde.

Nos publications scientifiques relatives à ce thème de recherche sont référencées dans la base de données institutionnelle DI-Fusion ULB-UMONS.

THÈSES et MÉMOIRES

Travaux de thèse de doctorat, mémoires et stages prémémoires réalisés dans notre laboratoire en relation avec l'étude du plancton :

  • Denis, K., (en cours). Etude en temps réel du plancton dans la zone côtière belge de la Mer du Nord à l'aide du FlowCAM et de Zoo/PhytoImage. Thèse de Doctorat à l'UMONS, promoteur : Ph. Grosjean.
  • Puleo, G., 2011. Reconnaissance automatique des larves de bivalves à l'aide du FlowCAM couplé au logiciel Zoo/PhytoImage en lumière polarisée. Mémoire de Master à l'UMONS, promoteur : Ph. Grosjean, 90pp.
  • Govaerts, P., 2010. Implémentation d'une technique de comptage automatique du nombre de cellules par colonies de phytoplancton de la Mer du Nord à l'aide du FlowCAM et de Zoo/PhytoImage. Mémoire de Master à l'UMONS, promoteur : Ph. Grosjean, 101pp avec les annexes.
  • Govaerts, P., 2009. Identification du phytoplancton de la baie d'Arcachon par analyse d'image et classification supervisée. Stage prémémoire à l'UMONS, promoteur : Ph. Grosjean, co-promoteur : K. Denis, 57pp.
  • Tezzo, X., 2008. Identification automatisée du phytoplancton de la baie sud de la Mer du Nord par imagerie numérique en cytométrie de flux (FlowCAM) associée à des techniques de classification supervisée. Mémoire d'Ingénieur à l'ULB, promoteur : Ch. Lancelot, co-promoteur à l'UMH : Ph. Grosjean, 89pp.
  • Denis, K., 2006. Reconnaissance automatique du phytoplancton par analyse d'image avec Zoo/Phytoimage. Mémoire de DEA à l'UMH, promoteur : Ph. Grosjean, 71pp.
  • Lhussier, V., 2006. Mise au point et évaluation d'une technique d'étude de l'abondance des particules mésozooplanctoniques par macrophotographie. Mémoire de Licence à l'UMH, promoteur : Ph. Grosjean, 100pp.
  • Denis, K., 2005. Etude de la diversité du plancton au large du récif de Tuléar (Madagascar) par analyse d'image. Mémoire de Licence à l'UMH, promoteur : Ph. Grosjean, 160pp avec les annexes.

 

Formations et développement d'applicatifs spécifiques autour de Zoo/PhytoImage:
Nous assurons, sur demande, des formations à l'utilisation de Zoo/PhytoImage. Nous pouvons également développer des applicatifs particuliers (comptage de bactéries, dénombrement d'autres organismes que du plancton, caractérisation d'organismes en élevage, ...). Contactez-nous pour de plus amples renseignements.

EN IMAGE...


Le FlowCAM sur le Belgica:
nous développons le logiciel de traitement des données issues d'un FlowCAM installé sur notre navire océanographique belge, le "Belgica".


Quelques images de plancton:
issues de nos campagnes en mer avec le FlowCAM (cliquez sur l'image).