Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2008-2009 / Le plateau côtier de la rivière Mackenzie dans la mer de Beaufort. un écosystème majeur du bassin arctique, reçoit une quantité considérable de sédiments et de matière organique terrigènes. Cette région de V Arctique canadien ouest est de plus en plus affectée par le réchauffement climatique qui augmentera vraisemblablement les apports riverains de carbone organique via l'avancée de la ligne des arbres, le dégel du pergélisol et l'augmentation des précipitations. Le réseau microbien occupe une place centrale dans le cycle du carbone et les transferts d'énergie dans les écosystèmes, mais à ce jour aucune étude n'aborde les variations spatiales et temporelles de la production bactérienne (PB) et des assemblages bactériens dans l'Arctique. La présente thèse avait pour objectif d'évaluer la structure et la dynamique des communautés microbiennes sur le plateau côtier arctique, avec une emphase sur le rôle des particules et des bactéries attachées à celles-ci. L'étude spatiale dans le panache de la rivière Mackenzie a montré que le gradient de salinité structure les communautés bactériennes qui sont dominées par le groupe Beîaproteobacteria en eau douce, et par les Alphaproteobacîeria dans la mer de Beaufort. Les secteurs influencés par la rivière présentaient des taux maximaux de PB, dont entre 75% et 96% pouvaient être attribués aux bactéries associées aux particules (AP). Cette première étude annuelle de la PB en milieu côtier arctique a montré que les communautés bactériennes de la baie de Franklin demeurent actives toute l'année puisqu'elles utilisent les substrats disponibles, soit les apports allochtones de carbone organique, pour survivre durant la noirceur hivernale. Même si en période estivale les bactéries utilisent les substrats organiques labiles de la production primaire in situ, la baie de Franklin semble être un écosystème hétérotrophe sur une base annuelle. Les bactéries AP étaient particulièrement actives au printemps et à l'été, très probablement en raison des apports allochtones saisonniers de matière organique particulaire (MOP). L'analyse de l'ADN par DGGE {denaturing gradient gel electrophoresis) a montré des différences phylogénétiques entre les assemblages de bactéries libres et les assemblages de bactéries AP lorsque les concentrations en MOP sont plus élevées. A plusieurs autres sites, les assemblages libres et PA étaient similaires. La thèse souligne l'importance des particules allochtones pour les réseaux microbiens des milieux arctiques côtiers, et qu'il faut les considérer dans l'étude de la réponse des cycles biogéochimiques au réchauffement climatique dans l'océan Arctique

Les pratiques de gestion des sols ont un impact direct sur leurs propriétés physico-chimiques et biologiques. Afin d'évaluer l'impact de ces pratiques sur les caractéristiques physico-chimiques du sol, une expérimentation à longue durée sur une rotation maïs-soja a été établie en 1992 à la Ferme expérimentale de l'Acadie de l'Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC), située dans l'est du Canada. En 2017, lors de la 25e année de cette expérimentation, les parcelles, situées sur un sol loam argileux, ont été analysées. La combinaison factorielle des traitements de travail du sol [labour conventionnel (LC) vs. semis direct (SD)] et de fertilisation azotée appliquée pour le maïs [0 kg N ha-1 (0N), 80 kg N ha-1 (1N), et 160 kg N ha-1 (2N)] a été analysée. Deux horizons de sol (0-5 cm et 5-20 cm) ont été prélevés pour l'étude. Dans un premier temps, nous avons examiné l'effet de ces pratiques sur les caractéristiques physico-chimiques du sol et la productivité du soja. Il en ressort que le SD a augmenté les stocks d'éléments dans le sol, suivant l'ordre décroissant P > Zn > Ntot > Ctot > B > K > Ca > Pb > Cd > Cu. Ni le travail du sol ni la fertilisation azotée n'ont augmenté le rendement en grains du soja. Nous avons également observé une augmentation de la concentration d'aluminium dans le traitement LC. Concernant la physique des sols, une densité plus faible a été notée dans l'horizon supérieur dans les deux systèmes, mais la macro-agrégation était favorisée dans le système SD. Les analyses métagénomiques de la communauté bactérienne du sol ont été réalisées par séquençage à haut débit (SHD) via la plateforme Illumina MiSeq®. Les résultats indiquent que les méthodes de travail du sol et l'horizon d'échantillonnage influencent le microbiome bactérien du sol, la fertilisation ayant une influence moindre. Le semis direct augmente la diversité bactérienne avec des genres comme *Terrabacter, Patulibacter, Blastococcus,* contribuant à la décomposition de la matière organique et au cycle des nutriments. Cette méthode montre une stratification claire entre les horizons du sol et une forte présence de bactéries spécialistes. En contraste, le labour conventionnel a une composition bactérienne plus homogène et moins diversifiée. Le semis direct, favorisant des « hubs » bactériens, renforce la résilience et la stabilité de la communauté microbienne du sol, tandis que le labour conventionnel présente une moindre complexité microbienne, pouvant affecter la santé du sol. Ainsi, l'analyse du microbiome bactérien est essentielle pour évaluer l'impact des pratiques de gestion des sols sur leur santé, et le semis direct se révèle plus avantageux pour la santé du sol. / Soil management practices have a direct impact on their physicochemical and biological properties. To assess the impact of these practices on the physicochemical characteristics of the soil, a long-term experiment on a corn-soybean rotation was established in 1992 at the Experimental Farm of Acadia of Agriculture and Agri-Food Canada (AAC), located in Eastern Canada. In 2017, during the 25th year of this experiment, the plots, located on clay loam soil, were analyzed. The factorial combination of soil management treatments [conventional tillage (CT) vs. no-till (NT)] and nitrogen fertilization applied to corn [0 kg N ha⁻¹ (0N), 80 kg N ha⁻¹ (1N), and 160 kg N ha⁻¹ (2N)] was analyzed. Two soil horizons (0-5 cm and 5-20 cm) were sampled for the study. Initially, we examined the effect of these practices on the physicochemical characteristics of the soil and the productivity of soybeans. It turns out that NT increased the stocks of elements in the soil, following the descending order P > Zn > Ntot > Ctot > B > K > Ca > Pb > Cd > Cu. Neither soil tillage nor nitrogen fertilization increased soybean grain yield. We also observed an increase in aluminum concentration in the CT treatment. Regarding soil physics, a lower density was noted in the upper horizon in both systems, but macro-aggregation was favored in the NT system. Metagenomic analyses of the soil bacterial community were conducted through high-throughput sequencing (HTS) using the Illumina MiSeq platform®. The results indicate that the methods of soil management and the sampling horizon influence the soil bacterial microbiome, with fertilization having a lesser influence. No-till increases bacterial diversity with genera such as *Terrabacter, Patulibacter, Blastococcus,* contributing to the decomposition of organic matter and nutrient cycling. This method shows a clear stratification between soil horizons and a strong presence of specialist bacteria. In contrast, conventional tillage presents a more homogeneous and less diversified bacterial composition. No-till, promoting bacterial 'hubs,' enhances the resilience and stability of the soil microbial community, while conventional tillage shows reduced microbial complexity, which could affect soil health. Therefore, the analysis of the bacterial microbiome is essential to assess the impact of soil management practices on their health, and no-till proves to be more advantageous for soil health.

L’éthyl tert-butyl éther (ETBE) et le méthyl tert-butyl éther (MTBE) sont des éthers carburants utilisés comme additifs dans les essences sans plomb. Du fait de leur utilisation massive, de nombreux cas de pollutions d’aquifères ont été répertoriés, en particulier pour le MTBE, et ces composés représentent donc un risque sanitaire potentiel. Des travaux récents ont permis de mettre en évidence différents micro-organismes capables de dégrader ces composés malgré leur faible biodégradabilité dans l'environnement. Néanmoins, une meilleure compréhension de l'écologie et de la régulation de ces capacités de dégradation permettrait une meilleure gestion de la bioremédiation de sites contaminés par l'ETBE ou le MTBE.L’objectif de la thèse, réalisée dans le cadre d'un projet ANR Blanc (MiOxyFun), est de mieux comprendre l'écologie des communautés microbiennes impliquées dans la dégradation de ces éthers et leur relation avec la régulation ainsi qu'avec les cinétiques de dégradation de ces composés par des membres spécifiques de ces communautés. Ainsi, à partir de différents échantillons environnementaux venant de sites pollués par l'ETBE ou le MTBE, des enrichissements ont pu être réalisés en laboratoire afin d'étudier leurs microflores. Ces enrichissements ont été étudiés notamment pour leurs cinétiques de dégradation, la composition de leurs communautés bactériennes, et pour l'isolement de souches bactériennes directement impliquées dans la dégradation de ces composés. L'étude des cinétiques de dégradation de l'ETBE ou du MTBE par différents enrichissements obtenus sur ETBE (cinq) et sur MTBE (six) a permis de montrer des profils de dégradation très différents. La dégradation était généralement lente et s'accompagnait d'un faible rendement en biomasse avec parfois accumulation transitoire de tert-butanol (TBA). Les capacités de dégradation d'autres composés des essences (BTEXs et n-alcanes) étaient aussi différentes d'un enrichissement à l'autre, le benzène, entre autres, étant dégradé par 10/11 enrichissements. Des techniques d'empreinte moléculaire (RISA, DGGE) ont permis de constater que les communautés bactériennes présentes dans les cinq enrichissements sur ETBE étaient différentes de celles sur les enrichissements sur MTBE. Les enrichissements sur ETBE ont fait spécifiquement l'objet d'une étude par analyse de banques de clones réalisées à partir des gènes codant l'ARNr 16S de ces enrichissements. Cette étude a montré la prédominance des Proteobacteria dans trois enrichissements, la prédominance des Acidobacteria dans un autre ainsi qu'une composition plus héterogène dans le cinquième. De plus, des Actinobacteria ont été détectées dans les 5 enrichissements.En parallèle, plusieurs souches possédant des capacités de dégradation ont été isolées des enrichissements: Rhodococcus sp. IFP 2040, IFP 2041, IFP 2042, IFP 2043 (dégradant l'ETBE jusqu'au TBA), une Betaproteobacteria IFP 2047 (dégradant l'ETBE), Bradyrhizobium sp. IFP 2049 (dégradant le TBA), Pseudonocardia sp. IFP 2050 (dégradant l'ETBE et le MTBE), Pseudoxanthomonas sp. IFP 2051 et une Proteobacteria IFP 2052 (dégradant le MTBE). Une étude par qPCR sur les gènes codant l'ARNr 16S a montré la prédominance de certaines souches isolées dans les enrichissements ETBE. Enfin, plusieurs gènes connus comme étant impliqués dans la dégradation des éthers carburants ont pu être mis en évidence dans les enrichissements et dans certaines des souches isolées. / ETBE and MTBE are fuel oxygenates added to unleaded gasoline to improve combustion. Due to their extensive use, numerous aquifers have been contaminated, particularly by MTBE. The use of ETBE and MTBE is considered to represent an environmental risk. Recent research has uncovered a range of microorganisms capable of degrading these compounds, even though their environmental half-lives are long. Improved understanding of the ecology and regulation of this degradative ability could improve the management of the ETBE and MTBE contaminated site remediation. The aim of this work, taking place in the framework of the ANR project MiOxyFun was to investigate the ecology of ETBE- and MTBE-degrading microbial communities and their relationship to the regulation and kinetics of ETBE- and MTBE-degradation by specific members of these communities. Several ETBE- and MTBE-degrading microbial communities were enriched in the laboratory from environmental samples from contaminated sites throughout the world. These enrichments were examined for their degradation kinetics, microbial community structure, and used to isolate specific community members actively degrading ETBE and/or MTBE. The ETBE or MTBE biodegradation kinetics of the five ETBE- and six MTBE- degrading enrichments demonstrated a diversity of biodegradation rates. Overall, biodegradation was generally slow and associated to a low biomass yield. Tert-butanol (TBA) was transiently produced in several cases. Biodegradation of other gasoline compounds (BTEXs and n-alkanes) was tested and varied among the enrichments studied. Benzene, however, was degraded in 10 out of the 11 enrichments. DNA fingerprinting techniques (RISA, DGGE) showed that the microflora present in the five ETBE enrichments were different from those of the MTBE enrichments. The ETBE enrichments were studied further by sequencing the 16S rRNA genes extracted, amplified and cloned from these enrichments. Proteobacteria dominated three of the ETBE enrichments, Acidobacteria in another one, and a more heterogeneous composition was found in the fifth ETBE enrichment. Actinobacteria were detected in all five enrichments. Several strains with ETBE or MTBE degradation capacities were isolated: Rhodococcus sp. IFP 2040, IFP 2041, IFP 2042, IFP 2043 (degrading ETBE to TBA),a Betaproteobacteria IFP 2047 (degrading ETBE), Bradyrhizobium sp. IFP 2047 (degrading TBA), Pseudonocardia sp. IFP 2050 (degrading ETBE and MTBE), Pseudoxanthomonas sp. IFP 2051 and a Proteobacteria IFP 2052 (degrading MTBE). Quantification of the 16S rRNA gene confirmed the relatively high number of these isolates in some of the ETBE enrichments. Several genes involved in ETBE and/or MTBE biodegradation were detected in some of the enrichments and in some of the isolated strains.

Deux réacteurs, R1 et R2, ont été alimentés quotidiennement avec les effluents à traiter à des TRH de 13 jours et de 20 jours, respectivement. Les résultats obtenus ont montré un taux d'abattement de la dégradation de la matière organique de 53% pour R2, contre 35% pour R1. Afin de mieux comprendre le fonctionnement biologique de ces réacteurs, nous avons exploré les communautés microbiennes d'importance écologique impliquées dans la dégradation de la matière organique contenue dans ces effluents. Cela a été réalisé dans un premier temps par des approches moléculaires en utilisant la technique de DGGE et le pyroséquençage 454. Nous avons alors montré que les représentants du domaine des Bacteria étaient les plus représentés dans les deux réacteurs par rapport aux Archaea avec une plus grande diversité au niveau du réacteur R2. Les séquences de Bacteria obtenues sont affiliées principalement aux phylums des Firmicutes, des Bacteroïdetes, et des Synergistetes, impliquées dans l'hydrolyse et la fermentation de la matière organique des effluents. Une mention particulière est à accorder aux membres du phylum des Synergistetes qui ont été également détectés par pyroséquençage 454. Dans les deux réacteurs, ce phylum majoritaire était représenté par deux familles, celle des "Dethiosulfovibrionaceae" et celle des "Aminiphilaceae" dont on sait qu'elles interviennant dans la dégradation des acides aminés. Enfin, l'approche culturale nous a permis d'isoler dans nos réacteurs plusieurs souches bactériennes anaérobies mésophiles hétérotrophes. Parmi celles-ci, nous avons pu décrire deux nouvelles espèces Desulfocurvus thunnarius et A thunnarium. / For this purpose, two ASBR reactors R1 and R2 were tested. They were fed daily with the industrial effluents at HRT of 13 days and 20 days, respectively. The results obtained during the anaerobic treatment showed a degradation rate of the organic matter of 53% for R2 against 35% for R1. In order to better understand this process, we explored the microbial communities of ecological importance involved in the degradation of organic matter in the effluent to be treated. This was accomplished by initiating molecular approaches. Using the DGGE technique and 454 pyrosequencing, we showed that representatives of the domain Bacteria were the most dominant in both reactors as compared to Archaea with a greater diversity observed in R2 reactor. Bacteria sequences were affiliated to the phyla Firmicutes, Bacteroidetes and Synergistetes, known to be involved in the hydrolysis and fermentation of organic matter. A particular mention is given to members of the phylum Synergistetes which were also detected by pyrosequencing 454. In both reactors, this phylum was represented by two families, the "Dethiosulfovibrionaceae" and that of "Aminiphilaceae" which are recognized as significant amino acids degraders. Finally, the cultivation approach allowed us to isolate several mesophilic heterotrophic anaerobic bacteria. Among them, a new sulfate-reducing species belonging to the family Desulfovibrionaceae, Desulfocurvus thunnarius, and A thunnarium.