Apport des isotopes stables du carbone et de l’azote dans l’étude des réseaux trophiques

Trois types de producteur primaire prolifèrent dans la zone photique côtière méditerranéenne. En dehors des zones d’upwelling et des apports côtiers naturels ou d’origine anthropique, le bloom phytoplantonique est de courte durée et les eaux méditerranéennes sont très claires. Les algues benthiques ont une biomasse relativement faible et le principal producteur primaire est l’herbier à Posidonia oceanica (L.) Delile. Cet herbier constitue un écosystème complexe, d’une importance cruciale pour l’équilibre côtier (maintien des côtes, production d’oxygène, plusieurs milliers d’espèces y sont inféodées…). Son influence se fait également ressentir bien au-delà de sa limite de distribution (exportation vers les zones profondes). Les feuilles et les épiphytes de l’herbier sont à la base de nombreuses chaînes trophiques.

Les rapports isotopiques (13C/12C et 15N/14N) mesurés dans les tissus d’un animal reflètent ceux de son alimentation avec un léger enrichissement d’un niveau trophique à un autre. Cet discrimination en faveur des isotopes lourds est de l’ordre 30/00 pour le 15N et de 10/00 pour le 13C. Les rapports 15N/14N permettent donc la détermination de la position trophique d’un organisme. Les rapports 13C/12C sont plutôt de bons indicateurs des sources de production primaire.

L’application de cette technique au cas d’un herbier à P. oceanica, a permis sur base des rapports 13C/12C de distinguer trois sources primaires de nourriture: la matière particulaire en suspension, les algues (épiflore de P. oceanica et macroalgues) et P. oceanica. Les rapports isotopiques 13C/12C et 15N/14N de différentes catégories trophiques d’organismes capturés dans l’herbier et dans une communauté épilithe adjacente suggèrent que les sources de nourriture sont semblables dans les deux communautés: la matière particulaire en suspension et les algues. La communauté épiphyte des feuilles de posidonie est une source de nourriture très importante pour les organismes de la canopée de l’herbier. Les posidonies ne représentent qu’une partie mineure du régime alimentaire des organismes étudiés à l’exception des holothuries et du téléostéen herbivore Sarpa salpa. Ce poisson est l’un des consommateurs principaux de posidonie vivantes mais la majorité de sa nourriture provient de matériel algal. Les holothuries psamivores assimilent massivement des détritus issus de P. oceanica et jouent ainsi un rôle clé dans le recyclage in situ de ce matériel.

La disponibilité en nutriments, en particulier de l'azote inorganique, est un des facteurs majeurs déterminant la dynamique des écosystèmes à phanérogames marines. Le budget en azote de ces plantes est très complexe car elles ont la capacité d'incorporer les nutriments dissous dans la colonne d'eau et dans l'eau interstitielle du sédiment. De plus, le recyclage interne de l'azote est souvent considéré comme un processus clé pour assurer les besoins de la plante. Des expériences utilisant l'isotope 15 de l'azote comme traceur nous ont permis de mesurer in situ l'incorporation de nitrate et d'ammonium ainsi que le recyclage interne de l'azote par P. oceanica. L'incorporation d'azote exogène par les feuilles ne représenterait que 25% des besoins annuels en azote de la plante et le recyclage 40%. Par différence, nous pouvons estimer que l'incorporation d'azote par les racines représenterait environ 35% des besoins annuels en azote de la plante.

Nos études isotopiques se sont également avérées particulièrement intéressantes dans la compréhension des processus de transfert de matières organiques ou de polluants au niveau des échelons trophiques supérieurs (thons et dauphins de l’Atlantique nord et mammifères marins de la Mer du Nord). En effet, au sein d’un même écosystème peuvent coexister différentes espèces de prédateurs nécessitant des ressources similaires. L’analyse simultanée des isotopes stables du carbone et de l’azote a permis une définition plus fine de l’écologie alimentaire de ces espèces.