Des microalgues précieuses et fragiles sous haute surveillance
Comme un médecin auprès d’un malade, Sarah Janin est au chevet des diatomées, ces microalgues précieuses et fragiles soumises en permanence à de nombreux stress environnementaux. Ses travaux, débutés en janvier 2025 dans le cadre d’un doctorat financé par le Programme Prioritaire de Recherche Océan et Climat, doivent permettre d’identifier la nature et l’intensité de ces stress multiples ainsi que leurs conséquences sur les communautés de diatomées.
par Carole Saout-Grit pour Connected Oceans – 19 octobre 2026
Son attachement au milieu marin et sa sensibilité à la protection du vivant viennent sans aucun doute de ses origines. Sarah Janin est née en Nouvelle-Calédonie et a rapidement orienté ses études de biologie humaine vers la biologie marine. C’est en s’intéressant d’abord aux coraux et à l’impact du changement climatique sur leur santé qu’elle découvre les microalgues, ces premiers maillons de la chaîne alimentaire qu’elle surveille aujourd’hui de très près.
des populations de diatomées sous haute pression
Les microalgues sont présentes dans tous les milieux aquatiques mais souvent invisibles à l’œil nu, sauf quand elles prolifèrent massivement au point de colorer l’eau de mer en vert ou en rouge. Ces efflorescences algales sont qualifiées de « blooms » par les biologistes marins. Ces micro-organismes jouent un rôle majeur pour la vie sur terre et en mer : grâce à la photosynthèse, ils utilisent la lumière du soleil pour transformer l’eau et le dioxyde de carbone (CO2) en matière organique et en oxygène. Les microalgues sont ainsi à la base de la chaîne alimentaire marine et participent aux cycles biogéochimiques à l’échelle planétaire. De leur bonne santé dépendent celle des écosystèmes et la nôtre.
Parmi les microalgues, les diatomées se distinguent par leur forme atypique : leur cellule est entourée d’une paroi de silice appelée frustule, qui ressemble à du verre. Ce groupe compte une très grande diversité d’espèces, qui colonisent des habitats variés : océans, lacs, rivières, sédiments ou encore glace de mer. On estime que les diatomées assurent à elles seules environ 20 % de la production primaire mondiale (la matière organique produite par photosynthèse).
Pourtant, dans l’océan, les diatomées doivent faire face en permanence aux variations de nombreux facteurs. Certains sont abiotiques, comme la lumière, la température de l’eau ou la disponibilité des nutriments. D’autres sont biotiques et relèvent des interactions avec d’autres organismes, par exemple les infections virales ou l’allélopathie, c’est-à-dire la libération de composés chimiques par d’autres espèces. L’ensemble de ces facteurs constitue ce que les scientifiques appellent l’exposome, dont les variations sont accentuées par le changement climatique et certaines activités humaines. Comprendre comment les communautés de diatomées répondent à ces stress qui fluctuent dans le temps et dans l’espace reste aujourd’hui un défi majeur. Il est en effet difficile d’évaluer de manière non invasive à la fois la nature et l’intensité des stress, et les réponses que les cellules mettent en place pour y faire face.
la photosynthèse et des techniques innovantes pour mesurer l'impact des stress
Comme un médecin prendrait le pouls de son patient, Sarah utilise la photosynthèse comme principal outil de diagnostic de l’état physiologique des cellules, afin de caractériser la réponse des diatomées aux changements environnementaux.
Principale source d’énergie des microalgues, la photosynthèse est rapidement affectée par les stress abiotiques et biotiques. Il est donc assez facile de suivre son évolution in vivo sans l’altérer, notamment grâce à la fluorescence de la chlorophylle-a, un pigment qui intervient dans la capture de l’énergie solaire par les cellules des microalgues.
Au cours de la photosynthèse, une molécule de chlorophylle qui a absorbé un photon passe dans un état excité. Cette énergie peut alors être dissipée selon trois voies concurrentes : la photochimie (quand l’énergie est utilisée pour la photosynthèse et alimente le métabolisme de la cellule), la dissipation thermique (l’énergie excédentaire est évacuée sous forme de chaleur, ce qui constitute un mécanisme de photoprotection contre les dommages dus à une lumière trop intense) et la fluorescence (une petite fraction de l’énergie est réémise sous forme de lumière).
Mesurer la fluorescence renseigne donc indirectement sur les deux autres voies : l’activité photosynthétique et la photoprotection, étroitement liées à l’état physiologique de la cellule. Outre leur caractère non invasif, les mesures de fluorescence sont assez sensibles pour être réalisées sur des échantillons de terrain peu concentrés, ainsi qu’à l’échelle d’une cellule unique au sein d’une population.
Mesures de photophysiologie sur des diatomées au laboratoire et en mésocosmes lors d’une mission de terrain.
des travaux pluridisciplinaires au service de la biodiversité marine
Pour parvenir à identifier, grâce à la photosynthèse, la nature et l’intensité des différents stress subis par les diatomées, et ce à plusieurs échelles, Sarah mène des travaux à la fois en laboratoire, sur le terrain et à l’échelle de la cellule unique. L’idée est de tester d’abord différents facteurs de stress en conditions maitrisées au laboratoire, puis de les appliquer en conditions naturelles sur le terrain et enfin d’explorer la réponse de la cellule unique en étudiant l’hétérogénéité des réponses au sein d’une population. Dans cet esprit, Sarah s’intéresse principalement à un phénomène biotique, l’allélopathie : certains dinoflagellés (d’autres microalgues unicellulaires) libèrent des molécules chimiques qui inhibent la photosynthèse des diatomées.
Au laboratoire, Sarah commence donc par établir des « signatures photosynthétiques » en soumettant des populations de diatomées à des stress isolés (lumière, température, carence en nutriments…) afin d’analyser la façon dont chaque stress, pris séparément, modifie le mécanisme de photosynthèse. Puis, sur le terrain, elle teste ces signatures en conditions naturelles sur un bloom de diatomées prélevé et placé dans de grands sacs d’eau de mer naturelle, isolés et contrôlés. Enfin, à l’échelle de la cellule unique, elle utilise ces signatures pour étudier des cellules piégées individuellement dans des puces microfluidiques, ce qui permet de mesurer la fluorescence de chacune d’elles au sein de la population. À terme, l’ensemble de ces expériences devrait permettre de mieux identifier les populations de diatomées potentiellement plus résistantes aux stress, puis de mettre en évidence les mécanismes et les acteurs moléculaires qui leur permettent d’y répondre efficacement.
Sarah effectue son doctorat dans le cadre de l’École doctorale « Complexité du vivant » de Sorbonne Université.
Concrètement, elle partage son temps entre trois laboratoires :
Le laboratoire Photobiologie et Physiologie des Plastes et des Microalgues (P3M) de l’Institut de Biologie Physico-Chimique (IBPC Paris) spécialiste de la photosynthèse, où elle cultive ses diatomées préférées et met au point la méthodologie des mesures de fluorescence ;
Le Laboratoire Interdisciplinaire des Énergies de Demain (LIED) où sont conçues les puces microfluidiques qui servent à isoler les microalgues et à mesurer la fluorescence en cellule unique ;
Le laboratoire Adaptation et Diversité en Milieu Marin de la Station biologique de Roscoff, qui possède une importante collection de microalgues (Roscoff Culture Collection, RCC) et apporte son expertise en écologie marine, grâce à un suivi à long terme des communautés planctoniques locales.
Ces travaux sont co-encadrés par Benjamin Bailleul, chargé de recherche CNRS à P3M, Catherine Villard, directrice de recherche CNRS au LIED, et Stephan Eberhard, chercheur à P3M et maître de conférences à Sorbonne Université. Alliant la biologie des microalgues, la biophysique et un vrai travail manuel de fabrication de puces microfluidiques, Sarah contribue largement à l’avancement des connaissances scientifiques sur l’impact des stress environnementaux sur la bonne santé des diatomées. Après son doctorat, elle espère retourner en Nouvelle-Calédonie avec ces compétences nouvelles pour contribuer au développement de son île et à la préservation de sa biodiversité unique.
Trois questions à sarah janin
Pourquoi avoir voulu faire une thèse en sciences marines ?
J’ai toujours été soucieuse de la préservation de l’environnement et étant née en Nouvelle-Calédonie, j’ai un attachement particulier pour l’environnement marin. Pendant mon cursus d’ingénieure en sciences du vivant, plutôt orienté vers la biologie humaine, j’ai réalisé que je pouvais mettre mes compétences scientifiques au service du sujet qui me passionnait le plus : la mer. Je me suis donc réorientée avec un premier stage sur les coraux et l’impact du changement climatique. C’est là que j’ai découvert le monde des microalgues et leur rôle écologique essentiel et depuis, je ne les ai plus quittées !
Qu’est-ce qui t’a donné envie quand tu as postulé à ce sujet de thèse ? Quelles étaient tes motivations ?
Un premier point qui m’a beaucoup plu concerne le caractère pluridisciplinaire du sujet : il mêle biologie des microalgues, biophysique et un vrai travail manuel avec la fabrication de puces microfluidiques. J’aime mettre les différentes disciplines au service de l’étude du vivant. Les opportunités de mobilité et de travail sur le terrain m’ont aussi beaucoup attirée : je voulais donner du sens à mon travail en le reliant à l’environnement réel dans lequel vivent ces microalgues. En fait, j’ai d’abord travaillé sur ce projet en tant qu’ingénieure. Quand mes encadrants m’ont proposé de le poursuivre en thèse, je n’ai pas hésité très longtemps : c’était l’occasion d’approfondir le sujet tout en continuant avec la même équipe et les mêmes laboratoires, un environnement vraiment idéal.
Comment imagines-tu ton futur après cette thèse ?
Je pense avoir trouvé mon épanouissement dans la recherche scientifique et j’aimerais, à plus long terme, rentrer en Nouvelle-Calédonie pour mettre mes compétences et mon énergie au service du développement de l’île, et surtout de la préservation de sa biodiversité unique. Je souhaiterais aussi m’investir davantage dans la sensibilisation du grand public à ces enjeux, et à la science en général. Je suis persuadée qu’on protège mieux ce que l’on comprend…
Référence : Sarah Janin, « La réponse du phytoplancton des océans et côtes françaises à leur exposome : la photosynthèse comme diagnostic de stress », thèse 2025-2028
Contact : janin@ibpc.fr
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