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Chapitre 1 : Introduction

30 50 % de l'O2 atmosphrique

36 000 50 000 espces

Groupe trs vari (structure morphologie et localisation)

2/3 unicellulaires (microalgues : phytoplancton libres dans la colonne d'eau microphytobenthos fixes sur le sdiment)

1/3 pluricellulaire (macroalgues)

3 grandes divisions :

Algues rouges (Rhodophyta)

Algues brunes (Ochrophyta)

Algues vertes (Chlorophyta)

5000 AR 1500 AB et 1000 AVAB et AR essentiellement marines

Algues gantes (>50 m)

Macrocystis

Nrocystis

On trouve les algues :

dans le milieu marin

fixes sur les rochers dans les eaux douces

sur la surface des sdiments

sur la face nord des troncs d'arbre et sous l'corce des arbres

A - Dfinition

Organisme eucaryotes

Vgtaux infrieurs (cryptogames) s'oppose aux phanrogames (plantes fleur)

Milieu aquatique

Organismes photosynthtiques (autotrophes) chlorophylle

La lumire est essentielle la vie sur Terre

Producteurs primaires photosynthtiquesConversion de l'nergie lumineuse en nergie chimiqueTransfert trophique

Photosynthse : nCO2 + nH2O [CH20]n + nO2

Pas de diffrentiation cellulaire, non vasculaires Appareil vgtatif = thalle (sans feuille, sans tige et sans racine) diffrent du cormus

=> Thallophytes

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Diffrents types de thalles :

1 - Archthalles

En gnral unicellulaire mais parfois filament non ramifiCellules isoles ou associes en colonies

2 - Nmatothalles

Thalles htrotriches

Filaments rampants ramifis

Filaments dresss ramifis

3 - Cladomothalles (cladothalle ou cladome)

1 filament rampant ramifi

1 filament axial croissance non dfinie (axe principal)

filaments axiaux croissance dfinie (pleuridies)

Image de Lamina Digitata

Organes de reproduction non protgs par des structures cellulaires : cystes (sporocysteset gamtocystes)

B . Situation des algues dans le monde vivant

1 - La classification de Cavalier-Smith (1998)

6 rgnes :

Bactria

Protozoa

Animalia

Fungi

Chromista

Plantae

Algue brunes dans ChromistaAlgues vertes et rouges dans Plantae

2 - La classification suivant Classification phylogntique du vivant

A titre informatif car on n'est pas interrog sur cette classification

Suffixes utiliss pour dsigner les groupes (Code de nomenclature botanique)

Division (phylum) : -phytaClasse : -phyceae

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Chapitre 2 : lment de l'cologie des algues

A - Quelques dfinitions

Milieu aquatiqueEau douceEau saumtre (eau salinit variable)Eau marine

AlguePlagique : libre de tout contact avec le fond, dans la colonne d'eau (phytoplancton)Benthique : Fixe (macroalgues)

Zone intertidale = estran

Zone de balancement des maresenvironnement svre : conditions cologiques extrmes (lumire, temprature, salinit,hydrodynamisme...) mais riches en nutriments

B - Un exemple dvelopp

Les macroalgues marines vivant fixes (benthiques) sur un estran rocheux

Les algues subissent l'effet de la marre

Alternance immersionmersion lie la mareDure varie selon l'amplitude des mares

Positionnement des algues sur la zone intertidale selon leur capacit subir des variationsplus ou moins importantes des facteurs environnementauxFacteurs abiotiques :

Lumire Temprature

Hydrodynamisme Salinit Composition eau

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nutrition mtabolisme croissance reproduction propagation mort et dgradation

tagement des algues :

Algues vertes en haut de l'estran Algues brunes au niveau intermdiaire de l'estran Algues rouges en bas de l'estran

1 - Les diffrents tages de la zone intertidale

On dfinit 3 tages principaux : Le supralittoral (Haut niveau) Le mdiolittoral (zone de balancement des marres Trs grandes variations des

facteurs environnementaux) L'infralittoral

Etage supralittoral : zone suprieur, soumise aux embruns, rarement immerge(uniquement lors des grandes mares d'quinoxe) => lichens (Verrucaria maura) hostile

Etage mdiolittoral : zone de balancement des marres (moiti immerg, moitimerg) => algues subissant les plus fortes variations (Fucus, Porphyra...)

Etage infralittoral : exond uniquement lors des mares basses de grandes viveseaux

Suivant les conditions d'hydrodynamisme, on peut aussi distinguer 2 modes : abrit et

battu

Pelvetia canaliculata : Mdiolittoral suprieur, mode abrit, espce indicatrice de zoneFucus vesiculosis : Mdiolittoral moyen, mode abritFucus spiralis : Mdiolittoral moyen, mode battuFucus serratus : Algue brune, indicatrice de zoneLaminaria digitata : Algue brune, mode battu, indicatrice de zone

2 - Les adaptations des algues face aux variations des conditionsenvironnementales de la zone intertidale

a Adaptation face aux variations de lumire

C'est le facteur principal induisant l'tagement des algues sur la zone intertidale

Photosynthse et lumire Algues : organismes autotrophes photosynthtiques Raction globale : nCO2 + nH2O [CH 2O]n + nO2 L'nergie provient de la radiation lumineuse capture par la chlorophylle Rpartition des algues et diffrences physiologiques et morphologiques lies des

adaptations aux conditions de lumire Variations rgies par la mare (mersion/immersion) double altration dans la

colonne d'eau (intensit et composition spectrale)

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Photosynthse et lumire : quantit Diminution de la quantit de lumire lumineuse avec la profondeur Espces : Photophiles : recherchent fortes intensits (hauts niveaux) Sciaphiles : espces d'ombre (bas niveaux)

Photosynthse et lumire : qualitAbsorption slective des longueurs d'onde (couleurs) en fonction de la profondeurProfondeurs : dominance des rayons bleu-vert

Photosynthse et lumireDistribution des algues selon leur capacit capturer les diffrentes longueurs d'ondes et faire face aux variations de l'intensit de l'nergie lumineuse

Algues vertes sur les hauts niveaux de l'estran Algues brunes en position intermdiaire Algues rouges en profondeur

La lumire Adaptation grce : Composition pigmentaire (voir TD) Accolement ou non des thylakodes Prsence ou non de cycle photorcepteur (xanthophylles) : protection contre des

stress lumineux (violaxanthine, anthraxanthine, zaxanthine) vertes et brunes paisseur du thalles (protection des plastes) Phnomne de cyclose (comme chez les vgtaux suprieurs)

b Face aux conditions d'hydrodynamisme (force des vagues)

Mode battu : Fixations particulires (les haptres de Laminaria Digitata) Thalle plus ramass, plus ramifi, plus digit fronde paisse, stipe rigide En mode battu : pas de vsicules arifres

c Face aux variations de temprature et de salinit

Temprature Influence tous les processus mtaboliques et reproducteurs Niveau suprieur : fortes variations espces eurythermes (contraires :

stnothermes) Adaptations aux faibles tempratures : augmentation du degr d'insaturation des

acides gras

Salinit Dans l'ocan : 35 (pour mille) = 35 g de sels par litre teneur stable espces

stnohalines

Dans les cuvettes : variations importantes dilution (pluie) ou surconcentration(soleil mare basse) espces euryhalines

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Les espces euryhalines variations de la pression osmotique intracellulaire ex : accumulation de manitol, proline ...

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Chapitre 3 : Utilisation des algues dans l'industrie

Algues ou extraits d'algues : Alimentation et industrie agroalimentaire

Diverses industries : textile, papier, lectrode, peintures, traitement des eaux Bioengrais Cosmtologie Industrie pharmaceutique

A Utilisation des algues dans l'alimentation

Consommation d'algues entires : surtout en extrme orientChine et Japon : 1er rang mondialConsommation journalire de 1 2 kg

Consommation de produits d'extraction des algues : les phyco-collodes ouhydrocollodes

Surtout en OccidentPas de consommation d'algues entires

1 Les algues entires

Valeur alimentaire*Minraux (+ou 36 % de la matire sche)ex : iode surtout chez les laminaires et les fuccales

ex : calcium chez les litothamne ou marl

*Vitaminesex : Provitamine A (algues rouges)ex : Vitamine C (algues brunes et vertes)Vitamine B12 (non prsente chez les vgtaux suprieurs)

*Protinesen gnral, faible teneur difficult d'extraction cause des polysaccharides des parois faible digestibilit (adaptation de la flore intestinale ncessaire)

*Glucides : forte concentration mais non assimilables

*Fibres : teneur entre 37 40 %. Fibres solubles. Rle essentiel dans le bon transitintestinale

*Lipides : trs faible teneur en lipidesProportion en AG insaturs suprieure celle des vgtaux suprieurs

Production des algues entires

Sur 8 millions de tonnes d'algues (poid sec)/an, 67 % est utilis pour la consommationd'algues entires, directes

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3 pays ( de la production) : La Chine Le Japon La Core

Diminution de la rcolte traditionnelle au profit de l'agroagriculture90 % des algues consommes sont issues de la culture

Consommes fraches ou sches :Himanthalia elongata (haricots de mer)Ulva lactuca (laitue de mer)

3 genres concerns : Porphyra (algues rouges) Laminaria (algue brune) Undaria pinnatifida (algue brune)

a Porphyra tenera et Porphyra yezoensis

700 000 tonnes mondialeProduction surtout au JaponConnue sous le nom de NORI

Riche en protines AG particulier Vitamine B12

Consomme sch, grill (chips aromatis )

Sushi (Japon) et Kim Pa (core)Systme fixe suspendu ou Systme flottantSupport calcaire

b Laminaria japonica

3 millions de tonnes produites dont 90 % par la Chine (plus forte production d'algues)Consomme sous le nom de KOMBU bonheur en japonaisAlgues brune 4-6 m de longJeune algues consomme cre, en salade sinon sch au soleil

Chips aromatiss, cubes au got de crevettes, tomates...Confiture, bonbons, sak, th

Kombu = aliment trs peu nergtiqueFaible teneur en protines et lipidesForte teneur en provitamine B12 et riches en oligolmentsPresence de laminine : diminution du taux de cholestrol, lvation de la fluidit du sanget baisse la tension artrielle

c Undaria pinnatifida

Produite surtout par la Core du Sud

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Consomme sous le nom de Wakam en salade en poudre pour aromatiser les ptes, soupes...

Riches en vitamine K1 et protinesPetite production aussi au large d'Ouessant : la ouessane

2 Les phycocollodes

Les alginates (algues brune) = E400 E405 Les carraghnanes (algues rouge) = E407 L'agar (algue rouge)= E406

Macromolcules capables de lier une grande quantit d'eau = hydrocollodes

a Les alginates chez les algues brunes

Polymre d'acide mannuronique et d'acide guluronique, prsent dans la paroi(groupements COO- ; liaisons aux ions positifs ex : Ca2+ egg box) formation d'ungel

On trouve ce polymre dans la Laminaria digitataet Laminaria hyperboreaRcolte avec un scoubidouProduction franaise : 3000 t d'alginates/an4me rang mondial (USA = 1er rang)

A partir des alginates on a formation d'un gel incolore, inodore et sans got

paississant, glifiant mulsifiant E400 E405 Crmes glaces Sirops Mayonnaise

Tarte aux pommes...Salade de fruits...Olives... Cerise de boeuf

b Les carraghnanes chez les algues rougesProduction de polysaccharides paritaux par les algues rougesPolysaccharides sulfats : galactose + 3 , 6 anhydrogalactose ; 1 , 4 et 1 , 3 Raction avec le laitpaississant E407

Production franaise : 3400 tonnes / 24 000 t mondiale (USA 1 er rang)

Chondrus crispus: Autrefois rcolt par bretons mare basse. Dessert en les faisantbouillir dans du lait

Sud-est asiatique : production importante

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c L'agar chez les algues rouges

Le plus cher des 3 phycocollodes Galactoses sulfats paritaux Formation d'un gel spontan dans l'eau Gels thermorversibles :

*solution visqueuse si temprature > 85C*redonne un gel en refroidissant

Gels non dgrads par les tempratures de strilisation Commercialis sous le code E406

Utilisation 88 % dans l'industrie agroalimentaire

utilisation en boulangerie salade de fruits

confitures yaourts allgs viandes en geles sauces boissons fabrication des hosties

Les principaux producteurs d'agar : Japon, Core, Espagne, Chili (1er fournisseur mondialde la matire premire) et Portugal

Cultures de graciliaires (Gracilaria) et Gelidium

Situation franaise : Gelidium sur la cte basque, 9me rang mondial

B Utilisation des algues dans l'alimentation animale

Autrefois, broutage des moutons sur la plage (Fucus sp.) Actuellement : farines d'algues brunes (trs riche en lments minraux)

C Utilisation des algues en agriculture

Amendement des sols : le gomon-pave a t utilis pour la culture de pomme de

terre et de primeurs Amendement des sols trop acides par le marl Fabrication de fertilisants agricoles :

*acclrent la maturation des fruits*stimulent la croissance (molcules activit hormonal)*molcules activit antibiotique*protgent contre la pntration de germes pathognes externes

Enrobage des semences

D Utilisation des algues en cosmtique et thalassothrapie

Utilisation des proprits glifiantes pour les crmes (surtout les carraghnanes amliorent la texture)

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Richesse en lments minraux Action suppose positive mais pas rellement dmontre

*savons*mousse raser*shampoing*crmes toniques, maquillage...

France : 2me march europen aprs l'AllemagneJapon : 1er mondialEntreprise franaise : Bioetica, Sederma, Phytomer...

E Utilisation des algues en pharmacie

Ds le XVIme sicle, en Chine : utilisation des algues brunes pour le traitement dugoitre (richesse en iode)

Proprits laxatives (constipation)

Proprits indigestibles (obsit) Proprits hmostatiques (plaies) ex : film d'alginates sur les pansements Proprits protectrices (carraghnanes pour les ulcres de l'estomac) Activit antibactrienne, antiviral, antifongique... Fragments d'algues calcaires utiliss come implants biologiques pour des greffes en

chirurgie osseuse Traitement contre l'ostoporose Laminine : lutte contre hyperdolichocphale, l'hypertension, amliore l'tat des

phanres, effet rducteur de l'angoisse et l'anxit (prise quotidienne de Laminariajaponica)

F Utilisation diverses

Utilisation de l'agar en microbiologie, culture in vitrode plantules Utilisation de l'agarose en lectrophorse Protection des plats Carraghnanes dans les diffuseurs d'ambiance Alginates : acclrateur de sdimentation (traitements ds eaux), film protecteurs des

miroirs, des pellicules photos, stabilisation des bordures d'autoroutes, fabricationdes empreintes dentaires, couches culotte, impression des tissus billes d'alginate :

fermentation du Champagne, fabrication du yaourt...

Systmes de culture intgre

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Chapitre 4 : Les algues invasives

A Dfinitions et gnralits

1 Terminologie

Espce indigne / native : organisme qui vit naturellement dans une rgion Espce introduite / non-indigne / exotique / trangre : organisme apport dans

une rgion dans laquelle il ne pousse pas naturellement Espce invasive / envahissante / nuisible : organisme qui crot excessivement, form

des blooms, domine les paysages, se tient de manire monospcifique

2 Pourquoi les espces invasives sont-elles gnantes ?

Comptition avec le biotope indigne (faune et flore) Peut tuer directement d'autres espces (coraux par exemple) Peut significativement altrer la structure de l'cosystme Peut rduire la biodiversit (nombre espces dans une zone donne) Rduit la valeur esthtique de l'cosystme Pertes conomiques par l'industrie du tourisme Dgts irrversibles possibles

3 tapes dans l'invasion

1 . Introduction

Immigration travers une barrire (physique, gographique, climat...) par un vecteur(l'Homme, les bateaux, avions )

Intentionnel (aquaculture relch d'un aquarium) Non intentionnel (eaux de ballast nettoyage de la coque des navires

ancres aquaculture relch d'un aquarium)

2 . Installation

La population peut subvenir elle-mme

3 . Expansion

La population grandit et colonise de nouvelles zones

4 . Impact

Affecte les espces indignes

B Le cas de Caulerpa taxifolia l'algue tueuse

1 Description de l'algue

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Algue verte : Division des Chlorophyta et rgne des Plantae Structure du thalle : Nmatothalle, Structure siphonne Multiplication vgtative (bouturage) Origine tropicale

2 Sa propagation en Mditerrane

Repre pour la premire fois en 1984 en Mditerrane en face du MuseOcanographique de Monaco (1m2). Utilise dans les annes 1980 pour ladcoration des aquariums

1984 : 1 m2

1989 : 1 ha 1993 : 1000 ha 2004 : 5000 ha 6 pays 100 km de ctes jusqu' 100 m de profondeur

3 Pourquoi est-elle si prolifique ?

Tolrante aux variations de temprature (froid) et de salinit Se propage trs facilement (reproduction par voie vgtative fragmentation -

bouturage ) - croissance rapide Algues toxique dcourage le broutage par oursins absence de prdateurs Peut crotre sous clairement restreint (peut coloniser de grandes profondeurs) Peut crotre dans des milieux pauvres en sels nutritifs et des milieux pollus A pouss l'origine dans des aquariums aux conditions stressantes pendant des

annes (exposition aux produits chimiques et aux UV)

4 Quels problmes cause t-elle ?

Se propage trs rapidement cause de la pche (filets et ancres) Croissance rapide : recouvre tout (diminution de la biodiversit) Choque les espces indignes (herbiers Posidonies Posidonia oceanicaet Zostres

Zostera marina) Diminution de la biodiversit vgtale (herbiers Posidonies et Zostres ; autres

espces d'algues) N'est pas une source de nourriture Peu d'espces animales trouves o elle se trouve (diminution de la biodiversit

animale)

5 Contrle de la prolifration

radication par les plongeurs (zones petites et isoles) Chlore (zones plus grandes Lutte biologique : gastropode (limace)

6 Polmiques

Origine longtemps discute : plusieurs hypothses Origine aujourd'hui identifie : Muse Ocanographique de Monaco (aquarium) Confirmation par des analyses gntiques (marqueurs molculaires)

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Chapitre 5 : Les mares vertes

A Introduction

Drglement : quilibre interspcifique des cosystmes modifi au profit d'une

espce Causes : sites ctiers soumis une augmentation importante des apports en sels

nutritifs

Origine urbaine : Effluents de stations d'puration Tourisme

Origine agricole : Lessivage de terres cultives trop enrichies en engrais Porcheries

Caractristiques visibles : prolifration saisonnire rapide et massive d'une algueverte mare verte en Bretagne depuis les annes 1970. Accumulation sur lesplages tous les ans la belle saison

Espces impliques : Ulves ou laitue de mer : Ulva armoricanaet Ulva rotundata

B Description du phnomne

volution saisonnire typique : Dmarrage printanier (avril) : fragments de thalles en

suspension dans l'eau du rivage. Acclration de la prolifration en juin. Biomassemaximale dbut juillet (apoge). Recouvre la totalit de l'estran lors des maresdescendantes. Desschement et putrfaction estivales des algues des dpts dehaut de plage non-reprises par la mer lors des mares d'amplitude dcroissante.Odeur nausabonde. Ramassage mcanique estival par les pouvoirs publiques(riverains touristes) 50 000 t en juillet sur le littoral breton

Problmes : Propret des plages non restaure Quantits indues de sable prleves

Pollution reporte vers la nappe phratique

Seule une petite partie des milliers de tonnes ramasses par an remploye commeengrais et amendement calcaire

C Explication scientifique du phnomne

1 Cycle de vie de Ulva lactuca (nmathothalle)

Espce dioque sexes sparesGamtophyte (individu) mle (thalle) et Gamtophyte (individu) femelle (thalle)Gamtocyste mle (sac) et Gamtocyste femelle (sac)La fcondation donne un zigote qui produit des spores (sporophytes) dans des

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sporocystes (sac)Spore subit la miose et germe en donnant un individu mle/femelle

2 Les paramtres environnementaux ncessaires

La lumire

ulvales = espces trs photophiles (galement eurytherme : supporte de fortes variationsde temprature)

lumire accessible aux thalles suffisante (intensit et dure) partir du printempsjusque fin septembre

Les nutriments disponibles (lments minraux)

L'azote = lment nutritif limitant de la croissance algale en fin de printemps et en

t Lessivage important des terres agricoles Les ulves sont adoptes des milieux trs riches (eutrophes)

D Gestion du problme

Traitement curatif (nettoyage de plages) privilgi par les pouvoirs publics pendant denombreuses annes par rapport aux actions prventives (limitation des apports en azote)

Politique de rduction a source des excdents azots

Faire respecter les normes permettant une utilisation respectueuse del'environnement

Faire passer l'intrt gnral avant celui d'un groupe professionnel particulier

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Chapitre 6 : Les blooms phytoplanctoniques

(Algues unicellulaires plagiques)

A Les blooms de diatomes

Algues brunes de la classe des Bacillariophyceae

Algues unicellulaires (parfois colonies)

En gnral plagiques (phytoplancton

Aussi benthiques : microphytobenthos (biofilm)

Diatomes trs abondantes (blooms) au printemps (temprature et lumire)

Enveloppe siliceuse = frustule = 2 valves embotes = 2 thques

2 types de frustules :

Symtrie bilatrale (plan) : ordre des pennales. Essentiellement dulaquicoles (eau

douce) Symtrie radiale (axe) : ordre des centrales. Essentiellement marines

Fente sur la rgion mdiane de la thque suprieur = raph (canal pourcommunication avec l'extrieur et locomotion par excrtion de mucilage)

Reproduction essentiellement vgtative (bipartition)

Chaque cellule fille conserve une valve et en rgnre une autre

La valve rgnre est plus petite

La moiti des cellules de chaque gnration devient progressivement plus

petite (arrt quand taille limite) La taille reste constante dans l'autre moiti

B Les blooms de Phaeocystis globosa

Algue unicellulaire

Dveloppement important au printemps sur le littoral Nord-Pas-de-Calais : bloomde Phaeocystis

Cycle biologique 2 phases distinctes :

Unicellulaire et flagell (2 flagelles) Colonies : amas globulaire dans un abondant mucus polysaccharidique

Altration de l'aspect des eaux du large (mer huileuse ). Accumulation spectaculaired'cume souvent nausabonde sur les plages

Non toxique mais nuisances :

colmatage des filets de pche

dviation des migrations de harengs : diminution du rendement des pches

C Les algues toxiques

Algues toxiques de la division des Dinophyta (Rgne Protozoa) = dinobiontes ou

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dinoflagells

1 Alexandrium excavatum

Ordre des Pridiniales (pigment roux : pridine)

Coloration rouge sang des eaux = mare rouge

Paroi trs paisse de nature cellulosique Mobile (2 flagelles)

Reproduction vgtative

Formation de bloom ou efflorescence (100 millions de cellules par litre)

Scrtion de substances toxiques (neurotoxines = gonyautoxines) pour l'homme etles vgtaux

Toxines concentres dans les mollusques filtreurs (moules, hutres) non affects

Inhibition chez l'homme de la transmission de l'influx nerveux

Espce haut risque (mortelle)

2 Dinophysis(surtout sur Ctes Atlantiques)

Pas besoin de prolifrer pour agir

Accumulation par les mollusques filtreurs

Chez l'homme, modification de la permabilit vasculaire (malaises, diarrhes,vomissements)

Mise en place par l'IFREMER d'un rseau de surveillance : si [toxine] > 80 100 g/gde chair de coquillage arrt interdisant la mise en march des coquillages

3 Gambierdiscus toxicus

Autre dinoflagell qui produit une neurotoxine = cignatera

Vit sur les fonds, accroches aux coraux et aux grandes algues

Ingestion des grandes algues par les poissons et donc des dinoflagells qui lesrecouvrent

Cignatera soluble dans les graissesaccumulation dans les tissus des poissonsremonte la chane alimentaire

Poissons les plus dangereux = les plus vieux et les plus gros

Paralysie mortelle

4 Ostreopsis ovata

Localise en mer mditerrane (Italie) sur la cte ligurienne (Gnes) en juillet 2005

Dinoflagell benthique (et surface quand bloom)

180 personnes hospitalises

Normalement, eaux chaudes des carabes et de l'Ocan Pacifique

Neurotoxine (arosols marins intoxication par inhalation ou ingestion d'eau) Toxine peut galement se concentrer dans la chane alimentaire

Fivre, toux, problmes respiratoires, vertiges, diarrhes