Depuis le début des années 1990, différentes stratégies de phytoremédiation ont été proposées pour réhabiliter les zones polluées par des éléments traces métalliques (ETM). Parmi ces stratégies, la phytoextraction consiste en l’absorption et l’accumulation par les plantes des ETM présents dans les sols. Afin de mettre en place cette stratégie, il a été proposé d’utiliser le peuplier en raison de sa croissance rapide, de son importante biomasse et de ses débouchés énergétiques. Cependant une proportion considérable des métaux absorbés par cet arbre est accumulée dans les feuilles alors que celles-ci chutent à l’automne. Ainsi, l’efficacité de phytoextraction du peuplier peut se trouver limitée si aucun mécanisme de remobilisation des ETM n’est mis en place au cours de la sénescence automnale. Dans ce contexte, une partie des travaux de cette thèse a été réalisée sur la parcelle expérimentale de Pierrelaye polluée suite à l’épandage d’eaux usées de la ville de Paris. Nous avons recherché parmi les 14 génotypes de peuplier présents sur le site, ceux qui sont les plus efficaces pour remobiliser les métaux des feuilles vers les parties pérennes. Des mesures de contenu en métaux, d’expression de gènes et des analyses corrélatives ont ouvert de nouvelles pistes concernant la gestion des métaux foliaires. Parce que la vacuole constitue le principal lieu de stockage des métaux de la cellule, les protéines d’efflux vacuolaire NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) précédemment identifiées chez Arabidopsis thaliana, représentent de bons candidats pour stimuler la remobilisation des métaux foliaires. La caractérisation de leurs homologues chez le peuplier a donc été entreprise par expression chez la levure et chez A. thaliana. Afin de contrôler indépendamment le transport des métaux essentiels et non-essentiels chez les NRAMP, une étude visant à identifier les déterminants structuraux impliqués dans leur sélectivité a été réalisée. La caractérisation des mutants NRAMP affectés dans leur sélectivité par expression chez A. thaliana a mis en lumière leur impact sur l’accumulation et la tolérance aux métaux. Dans le but d’étudier l’implication de mécanismes plus généraux de recyclage des nutriments dans la remobilisation des métaux au cours de la sénescence foliaire, le rôle de l’autophagie a été testé chez A. thaliana. L’étude de plantes déficientes pour l’autophagie a montré l’implication de ce mécanisme dans l’efficacité d’utilisation des métaux et probablement dans leur remobilisation au cours de la sénescence. En combinant des études en champ sur le peuplier et de génétique moléculaire chez Arabidopsis, ce travail permet de proposer différentes pistes pour diminuer spécifiquement l’accumulation des ETM dans les feuilles de peuplier. / Since the early 1990s, various strategies have been proposed to rehabilitate trace element (TE) polluted areas by phytoremediation. Among these strategies, phytoextraction consists in TE uptake from soil and accumulation by plants. To implement this strategy, it has been proposed to use poplar due to its fast growth, its large biomass and its use in energy production. However, a substantial proportion of absorbed metals is accumulated in poplar leaves which fall in autumn. Thus, poplar phytoextraction efficiency may be limited if TE are not re-mobilized during autumn senescence. In this context, part of this thesis work has been carried out on the experimental field of Pierrelaye which was polluted by the spreading of sewage water from Paris. Among the 14 poplar genotypes growing on the field, we tried to identify those that efficiently remobilize leaf metals to perennial organs. Metal content, gene expression and correlative analyses have been undertaken, providing new insight in the management of metals in leaves. Because the vacuole is the main metal storage compartment in the cell, NRAMP (Natural Resistance-Associated Macrophage Protein) vacuolar efflux proteins previously identified in Arabidopsis thaliana are good candidates to enhance leaf metal remobilization. Characterization of their homologues in poplar was therefore undertaken by expression in yeast and in A. thaliana. In order to independently control the transport of essential and non-essential metals by NRAMP, a study aiming to identify the structural determinants involved in selectivity was undertaken. Expression of NRAMP mutants affected in their selectivity in A. thaliana highlighted their impact on metal accumulation and tolerance. To study the involvement of more general nutrient recycling mechanisms in metal remobilization during leaf senescence, the involvement of autophagy was tested in A. thaliana. Physiological characterization of autophagy deficient plants indicated that this mechanism plays a role in metal use efficiency and probably in metal remobilization during senescence. By combining a field approach on poplar and molecular genetics in Arabidopsis, this work opens multiple perspectives to specifically reduce the accumulation of TE in poplar leaves.

La croissance des plantes est limitée par la toxicité métallique. Des études suggèrent que le stress métallique peut être limité par l'absorption de silicium (Si). Cependant la phytodisponibilité du silicium n'a pas encore été clairement évaluée. Ainsi dans un premier temps cette étude a pour objectifs d'évaluer la disponibilité de Si issu de différents minéraux du sol et la signification des différents extractants utilisés pour l'extraction de Si du sol en terme de disponibilité lors d'une culture en continu de blé dur. Pour ce faire, des extractants acides et alcalins ont été comparés sur une série de sols non contaminés de nature différente, puis la validité de Na2CO3 pour l'estimation de la fraction disponible de Si pour une culture continue de blé dur (Triticum turgidum L.) a été testée sur une série de sols contrastés. Ensuite on a tenté de déterminer le rôle spécifique de Si dans la croissance de plantules de blé dur et la suppression des stress associés à la présence de Cd et Cu dans le milieu de croissance, à la fois en conditions hydroponiques et sur support solide simplifié en comparant un alumino-silicate et une diatomite. Finalement, l'apport de silicium amorphe (ASi) (et disponible) a été testé en pot sur les plantes de blé ayant poussé sur des sols multi-contaminés ou contaminés en Cd. ASi extrait par Na2CO3 (ASiNa) est apparu bien corrélé aux concentrations dans les parties aériennes du blé dur ayant poussé en pot sur différents sols non contaminés et, pour cette raison, pourrait être utilisé pour l'évaluation de la fraction phytodisponible. / Plant growth is seriously limited by heavy metal toxicity. Studies suggest that silicon (Si) can alleviate the metal stress in plants but its bioavailability in soil is not well defined. This study aims at assessing the bioavailability of Si from different soil minerals, the meaning of various extractants in terms of availability in relation with continuous plant uptake, and the specific role of Si on the plant growth and alleviation of cadmium (Cd) and copper (Cu) toxicity in durum wheat. For this purpose a series of experiments were performed both in soil and hydroponic conditions. Firstly, the significance of acid and alkaline methods was assessed in order to determine the bioavailable Si in soil and the applicability of the Na2CO3 extraction method was determined by repeated croppings of durum wheat on a variety of soils. Secondly, two hydroponic experiments were carried out to study the physiological response of wheat under Cd and Cu stress treated or not with Si. Thirdly, efficiency of different minerals to release bioavailable silica and its effect on reducing Cd and Cu toxicity was assessed. Finally, the effects of amorphous silica (ASi) application were investigated on metal stressed wheat plant grown in uncontaminated and contaminated soils. ASi extracted with Na2CO3 (ASiNa) was well correlated with the Si in plants shoots in our pot experiment with different soils. We showed that ASiNa can also be used for a good proxy of Si bioavailable to plants. Si present as amorphous Si (diatomite) added to the soil is available for plant uptake. However, in soils with large clay content, clay may be a significant source of Si for plants.

En conditions hivernales rigoureuses, l'application des fondants routiers (principalement du chlorure de sodium - NaCl) permet d'assurer la sécurité des usagers de réseaux. Toutefois, son utilisation généralisée entraîne des risques de contamination des écosystèmes aquatiques et terrestres. En milieu routier, le Na+ et Cl- sont transportés par les eaux de ruissellement vers des ouvrages de traitement tels que les bassins de rétention-décantation. Or, ces bassins n'ont pas la capacité de traiter efficacement cet apport de fondants sous forme dissoute. L'objectif de cette thèse est d'étudier le transfert de ces fondants au sein du système routier et de déterminer leur rôle dans la libération des polluants en période hivernale. Les caractéristiques du bassin situé à Azerailles (Lorraine, France) sur une route nationale moyennement fréquentée ont été étudiées, ainsi que les conditions météorologiques, les salages, la composition des matières en suspension (MES) et la concentration en éléments traces métalliques (ETM). Les résultats ont permis de montrer que entre 50 et 90 % du Cl- ont été collectés par le bassin. Il joue un rôle de tampon qui permet une libération du Cl- dilué durant la période de ruissellement suivant la période de salage. La présence de NaCl dans les eaux a joué un rôle sur la diminution de la qualité des matières en suspension, en mettant en évidence la présence de polluants organiques en période de salage. Elle entraîne également une modification de la chimie des eaux et une augmentation des polluants métalliques (zinc). / In severe winter conditions, the application of deicer salts (mainly sodium chloride -NaCl) ensures the safety of network users. However, its spreading carries contamination risks of aquatic and terrestrial ecosystems. On the road, Na+ and Cl- are transported by runoff water to retention-decantation ponds. These ponds do not have the capacity to efficiently treat this flux of deicer salts in dissolved form. In addition, they allow the modification of water and soil chemistry, generating the mobility of metallic pollutants. The objective of this thesis is to study the deicer salt transfer and to determine its role in the release of pollutants during winter. The characteristics of the pond located in Azerailles (Lorraine, France) on a medium-frequented national road were studied, as well as the weather and salting conditions, the composition of the suspended matters and the concentration of traces metals. The results highlighted that between 50 and 90 % of Cl- was collected by the pond. The pond acts as a buffer which allows a release of the collected Cl- diluted during the runoff period following the salting period. The presence of NaCl in runoff water reduced the quality of suspended solids with the presence of organic markers of road pollution and the increase of zinc. It also influenced the increase of zinc in water, the chemical composition and the speciation of elements.