Projet : COMORE - comore

<body bgcolor="#FFFFFF" text="#000000" link="#9944EE" vlink= "#0000FF" alink="#00FF00"> <h2><a name="SECTION00064000000000000000" id= "SECTION00064000000000000000">Modélisation de la croissance du plancton</a></h2> <a name="COMORE_resultats_chemostat2" id= "COMORE_resultats_chemostat2"></a> <p><br /> <br /> <span class="textbf">Participants :</span> Olivier Bernard, Julien Arino, Jean-Luc Gouzé, Emilie LeFloch, Claude Lobry, Antoine Sciandra, Gilbert Malara.<br /> <br /></p> <p><strong>Mots clés :</strong> <i>bioréacteur, modélisation en biologie, croissance de microorganismes, dynamique des populations .</i></p> <p><br /> <i>Etude expérimentale</i></p> <p>La problématique de la croissance phytoplanctonique contrÔlée par une ressource variable a été abordée à travers une approche expérimentale visant à mesurer les principales variables réagissant à une variation de la ressource nutritive : la densité des algues unicellulaires en chémostat, leur taille, ainsi que la ressource. Le dispositif mis en place permet de contrÔler l'apport de la ressource dans le temps suivant un mode périodique, et de mesurer à haute fréquence en sortie les variables précédentes.<br /></p> <p>Outre la variabilité des facteurs de croissance, le milieu marin est aussi caractérisé par leur concomitance. A une température donnée, la croissance du phytoplancton est essentiellement sous la dépendance de la lumière et des ressources nutritives. L'automate de culture de Villefranche-sur-Mer est également utilisé pour mesurer la croissance autotrophe de populations soumises à des conditions d'éclairement et nutritives non optimales. In fine, ces mesures servent à construire et à valider des modèles plus réalistes. Dans le cadre du stage de D. Eveillard, une première structure mathématique a été proposée, qui prend en compte les principales caractéristiques physiologiques de la photoadaptation. Ce modèle prend en compte le fait que les facteurs externes agissent de faÇon couplée sur la croissance lorsqu'ils sont sub-optimaux, et non de faÇon indépendante, comme les modèles actuels le supposent.</p> <p>Afin de tester l'effet d'un doublement de la teneur en CO2 atmosphérique sur la calcification des coccolitophoridées, des expériences ont été menées en chemostat avec l'algue <i>Emiliana huxleyi</i>. Au cours de ces expériences, deux cultures ont été maintenues en cycles de lumière jour/nuit, l'une à une pression partielle en CO2 correspondant à la pression actuelle, l'autre au double (scénario prévu pour 2021). Les premiers résultats semblent montrer que la production primaire subit peu d'influence de cette modification de l'environnement, et que la fixation du carbone dans les coccolithes modifie la teneur en carbone inorganique dissous. Des expériences complémentaires devront confirmer ces résultats.</p> <p><br /> <i>Validité des modèles de phytoplancton en régime dynamique</i></p> <p>La méthode d'analyse dynamique qualitative, développée au sein du projet, permet de détecter en ligne un changement dans la structure du système biologique. Elle a été appliquée dans le cadre de l'étude de la croissance algale en chémostat. Les observateurs qui avaient été développés pour le modèle de Droop et qui permettent, à partir d'une estimation de la biomasse, de reconstituer les sels nutritifs et les nutriments intracellulaires (quota interne), ont été utilisés avec succès pour des expériences où la source de l'élément limitant fluctue [<a href= "bibliographie_Toc.html#BerSalSci00" target= "contents">14</a>].</p> <p><br /> <i>Modèles structurés de la croissance du phytoplancton</i></p> <p>Disposant à Villefranche sur Mer de données décrivant l'évolution au cours du temps de la répartition des tailles de cellules dans un chemostat, nous étudions des modèles dits ``structurés'' de croissance dans le chémostat. Ces modèles décrivent la dynamique de la population en fonction de certaines caractéristiques, comme par exemple la taille. Dans la plupart des cas, les modèles utilisés pour cette description sont des systèmes d'équations aux dérivées partielles. Notre travail consiste à formuler et étudier des modèles structurés n'ayant pas recours au formalisme des EDP, de faÇon à pouvoir mieux comparer modèles et données.<br /></p> <p>Dans cette optique, nous avons étendu les résultats d'un précédent travail ([<a href= "bibliographie_Toc.html#AriGouSci2000a" target= "contents">AGS00</a>] et [<a href= "bibliographie_ct.html#AriGouSci2000b" target= "contents">33</a>]) à des hypothèses biologiques plus réalistes. Le modèle proposé, en temps discret et structure discrète, décrit la dynamique d'une population planctonique. La description qui est faite du processus de division cellulaire est très détaillée : nous rendons compte de la division de cellules pour des tailles non nécessairement égales, de même que de la division en deux cellules de taille non identique. Ces processus sont de plus dépendants de l'environnement nutritif des cellules. En utilisant certaines propriétés du modèle, nous obtenons un résultat de stabilité globale. L'équilibre ainsi obtenu est ensuite comparé aux données expérimentales.</p> <p>Par ailleurs, nous avons étudié [<a href= "bibliographie_Toc.html#AriGou2000" target= "contents">AG00</a>] les propriétés d'une classe assez générale de modèles, continus en temps et discrets en structure. Ces systèmes non linéaires d'équations différentielles ordinaires rendent compte de la mortalité cellulaire dans le chémostat, de même que des activités de maintenance des cellules (<span class="textit">i.e.</span>, des activités consommatrices d'énergie mais non liées à la croissance ou à la division, comme par exemple la respiration). En considérant un nouveau système, consistant en une renormalisation du système d'origine, il devient possible de réduire l'influence de la non linéarité, et d'en déduire pour le système d'origine des résultats qualitatifs.</p> </body>