Des études récentes ont permis de constater qu'une part de plus en plus importante des sols agricoles présente des déficiences en micronutriments. Ces carences posent donc de graves problèmes en terme de productivité. Il existe de nombreuses études sur le rôle des micronutriments dans le métabolisme des plantes et des microorganismes. Cependant aucune étude basée sur une approche holistique visant à prendre en considération l'ensemble des trois composantes biologiques du sol (plante, faune, microorganismes) par rapport à l'apport de micronutriments n'a été entreprise à ce jour. L'objectif de cette étude était de préciser l'impact des micronutriments sur les trois composantes biologiques d'un sol en étudiant différents paramètres tels que la production de biomasse végétale, les communautés bactériennes et les aspects fonctionnels à travers l'analyse de l'activité des enzymes du sol.Une expérimentation menée en champ a été réalisée sur une culture de colza. Une comparaison entre blocs parcellaires traités et non traité a été réalisé en analysant le nombre et le poids de siliques ; la teneur en chlorophylle des feuilles, le poids et la densité des vers de terre, les activités enzymatiques, la structure des communautés microbiennes et l'activité microbienne globale. L'apport de micronutriments induit des changements de tous les paramètres biologiques étudiés en fonction du stade de développement de la plante. Parmi les enzymes étudiées (phosphatases alcaline et acide, beta-glucosidase, alpha-glucosidase, beta xylosidase), une augmentation significative de la phosphatase alcaline et de l'alpha-glucosidase a été mesurée mais seulement lorsque la plante est au stade de grenaison. A ce stade, on constate également une augmentation de l'activité microbienne totale ainsi qu'une plus forte densité de vers de terre dans les blocs parcellaires traités. De plus, l'apport de micronutriments affecte de manière significative les communautés de bactéries nitrifiantes mais ce phénomène ne s'observe qu'au stade de la floraison. L'ensemble des ces résultats suggère donc que les micronutriments agissent comme des catalyseurs de l'activité biologique des différents acteurs du sol (plante, microorganismes et macrofaune). Ils sont à l'origine d'une succession d'inter action complexes et modifient alors les processus biologiques qui s'opèrent dans le sol.Le deuxième objectif de cette étude était de comparer l'impact de micronutriments sur les communautés microbiennes en présence /absence de plantes ou de vers de terre. Une expérimentation conduite en microcosme a été entreprise. Compte- tenu que les paramètres physico –chimiques du sol influent la biodisponibilité des micronutriments, l'expérience a été réalisée avec trois types de sols (sols limoneux, argileux et sableux). Les résultats obtenus mettent en évidence que l'impacte des micronutriments sur les communautés bactériennes est subordonné à la présence et le type d'organismes (vers de terre/plante) ainsi qu'à la nature du sol.Finalement, les micronutriments ne doivent plus être perçus en terme de productivité à travers une simple relation avec la plante mais au contraire comme des agents agissant comme catalyseur de l'activité biologique des principaux acteurs du sol. Une telle vision holistique constitue les premières données pour établir les bases de l'agroécologie. / Numerous arable lands in the world have a low availability of micronutrients. This lack of micronutrients has a serious impact on crop production. To increase plant productivity more attention must be paid to micronutrients. A number of studies have focused on the effect of micronutrients on plant and bacterial metabolism. However, studies on the impact of these micronutrients, when all living organisms (plant, macrofauna and microorganism) present in a field are taken into account, are scarce..The aim of the present study was to investigate the effects of these micronutrients on the three soil components. Different parameters were chosen such as plant productivity, bacterial community, soil enzyme and fauna to determine the impact of micronutrients on these organisms.A field experimental approach consisted of micronutrient treatments during oilseed rape cultivation in the Aisne Department (France) was carried out. In comparison to control plots, the weight and number of siliques (seed pods), the chlorophyll content of leaves, the weight and density of earthworms, soil enzyme activities, bacterial communities and total microbial activity were analysed. The addition of micronutrients caused changes to all the biological parameters studied in relation to the plant growth stage. Among the enzymes tested (alkaline and acid phosphatase, beta-glucosidase, alpha-glucosidase, beta xylosidase), a significant increase in alkaline phosphatase and alpha-glucosidase was measured at the 3rd stage of oilseed rape development with the addition of micronutrients. At this stage of oilseed rape development, total microbial activity and the weight and density of earthworms were higher in plots under micronutrient treatment. On the other hand, micronutrients had a significant impact on the nitrifying bacterial community and the total bacterial community only at the 2nd stage of oilseed rape development. All these results suggest that micronutrients act as a catalyst by stimulating plants, soil fauna and microorganisms directly or indirectly. Thus micronutrients can modify biological processes in all living organisms through successive complex interactions.The second objective of this study was to compare the impact of micronutrients on bacterial communities in presence/absence of plants or earthworms. An in vitro experimental approach using microcosms has been conducted to study different parameters (bacterial community, soil enzyme activity, total microbial activity). Because characteristics of soil contents are important in determining the availability of micronutrients in soils the experiment was conducted on three type of soil: sandy; loamy and clay soil. Our results bring to light that the application of micronutrients affected the bacterial communities. However the nature and the importance of this impact varies according to the organisms presents (plant or earthworms) and the nature of the soil.The results of this study provide a scientific basis for fertilizing and utilizing soil, protecting microbial diversity, and accomplishing the sustainable development of agroecology.

Les essences de forêts tropicales sont caractérisées par une importante variabilité de la qualité et de la stœchiométrie des feuilles qui tombent au sol. Les microorganismes hétérotrophes à la base des réseaux trophiques de décomposeurs dépendent principalement de ces ressources organiques qui varient de façon substantielle à petite échelle quant à la quantité et la contribution relative de certains éléments clés tels que le carbone (C), l'azote (N) et le phosphore (P). J'ai évalué au cours de cette thèse comment les variations de qualité et de stœchiométrie C:N:P de la ressource influençaient l'activité, la biomasse, la stœchiométrie et la structure des communautés des décomposeurs microbiens. J'ai réalisé ce travail en forêt Amazonienne de Guyane française sur des sols extrêmement appauvris en nutriments où les microorganismes hétérotrophes sont supposés être particulièrement dépendants du C et des nutriments provenant des litières. J'ai d'abord démontré que la qualité du C et le contenu en P des feuilles de litières expliquaient plus de 50% de la variabilité observée du processus de respiration microbien (SIR) du sol sous-jacent. Lors d'une expérience de fertilisation factorielle avec du C (sous forme de cellulose), de l'N (sous forme d'urée) et du P (sous forme de phosphate) sur le terrain, j'ai ensuite confirmé que la SIR de la communauté du sol était co-limitée par C et P, alors la SIR dans la litière était co-limitée par N et P. Ces limitations différentielles dans les litières et le sol sous-jacent étaient reliées à des modifications de la structure des communautés microbiennes, et en particulier des changements du ratio champignon:bactérie et de la proportion de bactéries copiotrophes et oligotrophes. Finalement au cours d'une expérience d'incubation au laboratoire, j'ai montré que la biomasse, la stœchiométrie et la structure des communautés microbiennes de la litière différaient fortement entre six litières chimiquement contrastées variant dans leur stœchiométrie initiale C:N:P. Cependant, les variations des paramètres microbiens étaient mieux expliqués par les caractéristiques de la fraction soluble des litières (y compris sa stœchiométrie) que par la qualité de la litière dans son ensemble, entrainant des variations de la stœchiométrie de la biomasse microbienne et un shift vers une dominance fongique en réponse à une augmentation de la stœchiométrie C:N:P des lessivâts. Collectivement, ces résultats montrent que des qualités de litière distinctes produites par une importante diversité d'essences forestières contrôlent la structure, la stœchiométrie, l'abondance et l'activité des communautés microbiennes des litières à petites échelles spatiales en forêt tropicale d'Amazonie. Par ailleurs, les litières en décomposition stimulent également les communautés microbiennes du sol sous-jacent, qui apparaissent être limitées par l'accès combiné à une source de C (énergie) et de P. L'importance de la contrainte stœchiométrique pour les microorganismes hétérotrophes à la base des réseaux trophiques de décomposeurs suggère que des modifications de la composition des communautés végétales ou des dépositions atmosphériques de N et/ou P peuvent avoir des conséquences plus lointaines sur les cycles du C et des nutriments au sein des biomes tropicaux. / Tree species-rich tropical rainforests are characterized by a high variability in quality and stoichiometry of leaf litter input to the soil. Microbial heterotrophs in the decomposer food web depend primarily on these organic resources that can vary dramatically in quantity, quality and relative contribution in key elements such as carbon (C), nitrogen (N), and phosphorus (P). I evaluated during this thesis how differences in leaf litter resource quality and C:N:P stoichiometry influence the activity, biomass, stoichiometry and community structure of microbial decomposers. I did this work in the Amazonian rainforest of French Guiana, where the soils are highly nutrient-impoverished and microbial heterotrophs are assumed to be particularly dependent on litter-derived nutrients. I first showed that leaf litter C quality and P content explained more than 50% of the observed variability of the microbial respiration process in the underlying soil. Using a fertilization experiment with C (as cellulose), N (as urea), and P (as phosphate) in the field, I further showed that microbial respiration process in the litter layer was co-limited by N and P, while that in the soil was co-limited by C and P. Additionally, distinct nutritional limitations in litter and underlying soil were related to shifts in the microbial community structure, especially regarding the fungi:bacteria ratio and the proportion of copiotrophic versus oligotrophic bacteria. Finally, during a laboratory incubation experiment, I showed that litter microbial biomass, stoichiometry and community structure differed strongly among leaf litter from six different tree species varying in C:N:P stoichiometry. The variations in microbial parameters among substrate litters, however, were not related to bulk leaf litter quality, but rather driven by the stoichiometry of the soluble fraction, with larger microbial C:nutrients ratios and a shift towards fungal dominance with increasing litter leachate C:N:P stoichiometry. Collectively, these results showed that the distinct leaf litter quality produced by a diverse tree canopy controls the structure, stoichiometry, abundance and activity of microbial communities in the studied Amazonian rainforest at small spatial scales. Moreover, the decomposing leaf litter stimulates microbial communities in the underlying soil that appear to be under the combined control of energy (C) and P availability. The strong stoichiometric constraint on microbial heterotrophs in the decomposer food web suggests far-ranging consequences on ecosystem C and nutrient cycling with ongoing alteration of nutrient deposition and tree species diversity in tropical rainforests..

La préservation de la qualité de l’eau est un enjeu majeur du 21ème siècle notamment avec l’augmentation de la population humaine. Or les rejets de stations d’épuration représentent un risque de pollution du milieu récepteur, notamment en azote et phosphore, aux effets néfastes pour la santé et l’environnement. C’est pour limiter cette pollution que les zones tampon végétalisées (ZTV), systèmes d’infiltration ou d’écoulement des effluents, plantés d’espèces végétales, ont été développées. Cette étude a pour objectif principal de mieux comprendre les transferts de nutriments dans ce type de système. L’impact des différents compartiments –Sol, végétation, microflore- a été étudié dans deux ZTVs de type « noues » situées en aval de stations d’épuration végétalisées en activité et dans une zone expérimentale aux modalités contrôlées. Cette étude a démontré l’importance de l’hydraulique du site, de la texture du sol et de la surface de la zone dans l’efficacité de rétention des flux d’eau et nutriments. L’impact du compartiment microbien dépend en grande partie du temps de rétention hydraulique lié à la surface de la ZTV, et du taux d’oxygénation de l’effluent. La végétation permet une amélioration de l’activité microbienne mais son rôle dans la rétention et l’élimination des nutriments s’avère mineur au regard des quantités en nutriments apportés. Le sol est le compartiment majeur de rétention du phosphore, même si une saturation rapide du sol en phosphore pourrait limiter cette potentialité. Ces observations ont permis de mettre en évidence une variabilité de l’efficacité des ZTVs dans la rétention de l’eau et des nutriments. Cette variabilité peut d’ores et déjà être minimisée par des mesures d’aménagement et de gestion. L’étude des transferts de nutriments mérite d’être approfondie et étendue à tous les types de ZTV. / The conservation of water quality is a major issue in the 21th century in particular with the increase in the human population. Water-treatment plants rejections represent a risk of pollution of the receiving environment, in particular in nitrogen and phosphorus, with fatal effects for the health and the environment. It is to limit this pollution that the vegetated buffer zones (VBZs), systems of infiltration, where water and nutrients retention are expected, were developed. This study has for main objective to better understand the transfers of nutrients in this type of system. The impact of the various compartments - soil, vegetation, microflora- was studied in two VBZs ditches type, situated downstream to vegetated water-treatment plants in service and in an experimental zone with controlled modalities. This study demonstrated the importance of site hydraulic, soil texture and VBZ surface in effectiveness of water and nutrients retention. The impact of microbial compartment depends largely on the hydraulic retention time bonds to VBZ surface and oxygenation rate of the effluent. Vegetation allows microbial activity improvement but its role in nutrients retention and removal is minor because of high quantities brought by effluents. The soil is the major compartment in phosphorus retention, although a rapid saturation of soil phosphorus could limit this potential. These observations demonstrate variability in the effectiveness of VBZ in water and nutrients retention. This variability could be minimized by planning and management measures. The study of nutrients transfers deserve to be further study and extended to all types of VBZ.

La fertilité, la pollution de l’écosystème sol sont devenues aujourd’hui des préoccupations etdes problèmes écologiques majeurs. L’objectif de cette étude est d’arriver à travers l’activitémicrobienne (hydrolyse de la FDA) et un large panel de 16 enzymes (phosphatases,hétérosidases, polysaccharidases, oligosaccharidases, oxydasses), à appréhender l’impact depolluants et d’amendement. Cinq sols aux caractéristiques physico-chimiques différentes ontété étudiés, et ont été soumis à différents traitements réalisés en microcosmes. Ces traitementsont porté sur l’ajout de zinc, cadmium, d’un herbicide, d’un insecticide, d’un fongicide, d’unnématicide et de fumier.L’expression des activités enzymatiques dépend fortement du type de sol. Ainsi lafraction limoneuse du sol jouerait un rôle crucial dans l’expression des enzymes telluriques. Parailleurs les résultats obtenus ont montré que des sols très proches d’un point de vu physicochimiquene le sont pas forcément au niveau enzymatique et microbien.L’ajout du fumier dans nos différents sols a entraîné quelque soit le type de sol defortes modifications positives des activités microbiennes et enzymatiques. L’effet stimulateurdu fumier sur l’activité microbienne et enzymatique dépend non seulement des paramètres dusol mais surtout de son activité initiale. Entre autre, l’impact positif du fumier est moinsmarqué dans les sols ayant des activités enzymatique ou des quantités de matière organiquefaibles. La tendance semble s’inversée concernant l’activité microbienne.L’impact des métaux lourds sur l’activité microbienne et les enzymes testées esttributaire des paramètres (argile, M.O), et de la nature des métaux lourds. Le cadmium s’avèreplus néfaste que le zinc. Si la majorité des activités enzymatiques sont diminuées par laprésence de métaux lourds d’autres en revanche ne sont pas impactées.La présence de pesticides dans nos sols révèle une grande disparité de résultat. Selon letype de sol, le type d’enzyme, une inhibition, un effet neutre ou bien une stimulation del’activité microbienne ou enzymatique par les pesticides ont été observés.Cette étude a permis de montrer que les enzymes sont très réactives aux différentesperturbations anthropiques quelque soit le type de sol considéré. Cependant cette réactivité setraduit par une très grande diversité des réponses. Cette diversité de réponse résulte d’ungrand nombre de paramètres liés aussi bien aux caractéristiques physico-chimiques quebiologiques du sol. Il n’a donc pas été possible de définir une enzyme ou groupe d’enzymesusceptible d’être utilisée comme indicateur pour l’ensemble des sols ou des traitements / Fertility and pollution of the soil ecosystem have become today’s concern and major ecologicalproblems. The objective ofthis study is to estimate through microbial activity (hydrolysis ofFDA) and a wide range of 16 enzymes (phosphatases, heterosidases, polysacchridases,oligosaccharidases, oxydase), the impact of pollutants and amendment in soil. The five soilsstudied are different regarding their physical and chemical characteristics. This soils are areexposed to different treatments in microcosms. These treatments consist to pollute our soilswith heavy metals (zinc, cadmium), pesticides (herbicide, insecticide, fungicide, nematicide)or to add manure.Our results showed that the expression of enzymatic activities depends on soil type.Thus, the silt fraction of soil plays a crucial role in this expression of soil enzymes. The soilswith physico-chemical characters are very similars, have not necessarily the same enzymaticprofile and expression or microbial activity.The presence of manure on our differents soils greatly increased the enzymatic andmicrobial activities. The stimulatory effect of manure depends on soil parameters but also theinitial enzymatic and microbial soil activities. The results showed that the positive impact ofmanure is less pronouncing in soils where the initial enzyme activity and organic matterquantity are low.The impact of heavy metals on microbial activity and enzymes tested depends on soilparameters (clay, organic matter, pH, ...) and nature of heavy metal. Cadmium is more toxicand longer decreases enzymatic and microbial activities than zinc. The presence of heavymetals in soils has reduced most of enzymes activity. Other enzymes are also unchanged orincreased by the pollutants.Soil pollution by pesticides show a large disparity and diversity of results. Dependingon soil type or the enzyme tested, the diffrents results showed an increase, neutral effect ordecrease by pesticides of enzymes and microbial activities.Watever the type of soil considered, this study has shown that soil enzymes are verysensitive and responsive to human disturbance. The reactivity of telluric enzymes is manifestedby a very large diversity of responses. Diversity responses of soil enzymes is depended tophysico-chemical characters and also soil biological parameters. In this study, it is verydifficult to define one or group of enzymes as a bioindicator for all soil disturbances

Le genre Eryngium L. (Apiaceae, Saniculoideae) comprend plus de 250 espèces utilisées en médecine traditionnelle à travers le monde. En Tunisie il existe seulement huit espèces : E. barrelieri Boiss., E. campestre L., E. dichotomum Desf., E. glomeratum Lamk., E. ilicifolium Lamk., E. maritimum L., E. tricuspidatum L. et E. triquetrum Vahl. ; ces espèces sont en majorité peu étudiées du point de vue phytochimique. La présente étude a été effectuée sur la totalité des Eryngium qui poussent en Tunisie dans le but d’évaluer leurs activités biologiques, essentiellement antimicrobienne contre des microorganismes multirésistants et producteurs de béta-lactamases à spectres étendus (BLSE), mais aussi phototoxique et cytotoxique ainsi que la variabilité chimique par analyse par GC-FID et GC-MS des extraits les plus actifs.Toutes les espèces étudiées étaient dotées d’un pouvoir antimicrobien (1,25 à 0,07 mg/mL) et cytotoxique (24,4 à 0,32 µg/mL) considérable. Le criblage de l’activité phototoxique a permis de mettre en évidence la richesse de ces plantes en composés photoréactifs antimicrobiens potentiellement intéressants pour leur efficacité d’action et l’élargissement du spectre d’activité antimicrobienne.L’analyse des extraits actifs apolaires a permis d’étudier la variabilité chimique entre les différentes espèces et la mise en évidence de la présence majoritaire de composés antimicrobiens notamment des sesquiterpènes oxygénés tels que le spathulénol, le lédol, l’α-bisabolol et le cubénol, et des sesquiterpènes hydrocarbonés comme le β-bisabolène et le copaène ; et cytotoxiques tel que le falcarinol.Une étude phytochimique approfondie a été réalisée sur les racines d’E. triquetrum afin d’extraire, isoler par des essais bio-guidés et identifier les composés actifs. Le fractionnement a été optimisé par des chromatographies sur colonnes, CPC et CLHP. Parmi les composés identifiés deux polyacétylènes, le panaxydiol et le falcarinol, ont montré un fort pouvoir antimicrobien et une spécificité d’action notamment contre les souches de Pseudomonas aeruginosa BLSE et multirésistantes, avec des CMI allant jusqu’à 0,25 ng/mL et une activité en majorité bactéricide. / The genus Eryngium L., (Apiaceae, Saniculoideae) comprises more than 250 flowering plant species, which are commonly used as medicinal plants in different countries. Only eight species are growing in Tunisia: E. barrelieri Boiss., E. campestre L., E. dichotomum Desf., E. glomeratum Lamk., E. ilicifolium Lamk., E. maritimum L., E. tricuspidatum L. et E. triquetrum Vahl. These species are used in traditional medicine and there are relatively few papers on the phytochemical investigations of most of them. This study was performed on all Eryngium species growing in Tunisia in order to evaluate their chemical variability using GC-FID and GC-MS analyses and their biological activities, mainly antimicrobial against multiresistant microorganisms and extended spectrum beta-lactamase producing bacteria (ESBL), and also phototoxic and cytotoxic effects.All investigated species showed considerable antimicrobial effect with MIC value ranging between 1,25 and 0,07 mg/mL and important cytotoxic activity against J774 tumoral cells with IC50 from 24,4 to 0,32 µg/mL. Phototoxic investigation demonstrated a significant photoactive inhibitory effects against tested pathogenic microorganisms.GC–MS analysis of the most active crude extracts (petroleum ether extracts) revealed their high content of antimicrobial agents particularly oxygenated sesquiterpenes such as spathulenol, ledol, α-bisabolol and cubenol, and hydrocarbon sesquiterpenes such as β-bisabolene and copaene; and cytotoxic components such as falcarinol.The chemical investigation and bio-guided isolation of active compounds of the selected crude extract of E. triquetrum roots were performed using column chromatography, centrifugal partition chromatography (CPC) and preparative high-performance liquid chromatography (HPLC). among purified components, two bioactive polyacetylenes, panaxydiol and falcarinol, showed a great antimicrobial activity mainly against multiresistant and ESBL producing Pseudomonas aeruginosa with MIC value up to 0,25 ng/ml and a mostly bactericidal effect.

Les modèles disponibles prévoient que le changement climatique entrainera de plus longues périodes de sécheresse et/ou une diminution globale des précipitations en région méditerranéenne. Ces changements affecteront probablement la composition des communautés, la biodiversité et les processus écosystémiques. Cependant, les effets de la biodiversité, des changements de précipitations et de leurs interactions sur le fonctionnement des écosystèmes restent mal connus. Dans cette thèse, j’ai cherché à quantifier le rôle de la diversité des plantes dans la réponse d’un écosystème de garrigue méditerranéenne à une diminution de la disponibilité en eau, avec un intérêt particulier pour les processus souterrains, tels que le fonctionnement de la communauté microbienne du sol et les réponses fonctionnelles des racines.Afin d’étudier les conséquences d’une sécheresse sévère répétée sur la croissance végétale, et particulièrement racinaire, j’ai mis en place une expérience en rhizotrons, en conditions semi-contrôlées. Dans chaque rhizotron ont été plantées deux individus d’une même ou de différentes espèces des trois espèces dominantes de notre site d’étude (Quercus coccifera, Cistus albidus, Brachypodium retusum). Les sécheresses sévères répétées ont eu un effet négatif sur la survie des deux espèces ligneuses mais pas sur celle de l’herbacée. La compétition interspécifique a généralement augmenté la survie de C. albidus et B. retusum comparé à la compétition intraspécifique. A l’inverse, la compétition interspécifique a diminué la survie de Q. coccifera. De la même manière, les traits morphologiques racinaires ont été plus affectés par l’identité des espèces voisines que par le traitement de sécheresse. Les profils métaboliques des communautés microbiennes (CLPP) de sol associé aux racines n’ont pas été affectés par les traitements de sécheresse ni par l’identité des espèces végétales. Cependant, avec l’augmentation de la profondeur du sol, les CLPP ont augmentés mais avec une utilisation de ressources moins diversifiées. Ces résultats suggèrent que la composition d’espèces végétales de la garrigue méditerranéenne étudiée a un effet plus important sur la croissance, la variabilité intraspécifique des traits racinaires et la survie que les sécheresses sévères répétées.Dans le contexte d’un projet collaboratif (CLIMED), j’ai utilisé un gradient naturel de diversité d’espèces d’arbustes d’un écosystème de garrigue méditerranéenne ayant reçu un traitement d’exclusion de pluie partielle (-12% de précipitation). Cette expérience m’a permis d’étudier les réponses des profils métaboliques des communautés microbiennes du sol CLPP à une diminution des précipitations ainsi qu’à un changement de diversité des litières végétales décomposant au sol comme ressource clé pour les microorganismes hétérotrophiques du sol, pendant deux ans. Alors que l’exclusion de pluie n’a eu qu’un impact mineur sur la diversité des substrats métabolisés par les communautés microbiennes, la richesse spécifique de la litière a favorisé l’activité microbienne du sol en augmentant la diversité catabolique de la communauté microbienne du sol. Ces résultats suggèrent que les effets indirects du changement climatique sur la composition et la richesse des espèces végétales pourraient avoir des conséquences plus importantes pour le fonctionnement microbien du sol que la réduction des précipitations prévue dans l’écosystème de garrigue méditerranéenne étudié.Mes deux études, de terrain et en rhizotron, ont clairement montrées que l’identité et la diversité des espèces végétales peuvent être plus importantes pour le fonctionnement de ces garrigues méditerranéennes qu’une augmentation des sécheresses. Je conclus que les changements de composition et de diversité d’espèces végétales induits par le changement climatique peuvent avoir des conséquences plus importantes pour le fonctionnement des garrigues méditerranéennes que les effets directs d’une modification des précipitations / Longer drought periods and/or overall less precipitation are thought to be major consequences of ongoing climate change in the Mediterranean region. These changes in the water regime will likely affect community composition, biodiversity and ecosystem processes, but very little is known about how biodiversity and changes in precipitation interactively affect ecosystem functioning. In my PhD thesis, I aimed to quantify the role of plant diversity in the response of Mediterranean shrubland ecosystem to a decrease in water availability, with a particular interest in belowground processes, such as soil microbial community functioning and functional responses in plant roots.I used a rhizotron approach under partially controlled conditions to study plant growth responses to repetitive severe droughts, with a particular focus on root growth. Two individuals of the same species or in all possible combinations of the three dominating species at our field site (Quercus coccifera, Cistus albidus, Brachypodium retusum) were grown together in a rhizotron. Repetitive severe droughts had a negative effect on survival of the two woody species (Q. coccifera, C. albidus), but not of the grass B. retusum. Interspecific competition generally increased survival of C. albidus and B. retusum compared to monospecific competition. Conversely, interspecific competition decreased the survival of Q. coccifera. Likewise, I found that root morphological traits were mostly affected by the neighbor species identity rather than by severe drought. The community level physiological profiles (CLPPs) of root associated soil microbial communities did not differ between drought treatments and were also not affected by plant species identity. However, CLPPs changed towards more total microbial activities but less diverse resource use at increasing soil depth. Collectively these results suggest that plant species composition of the studied Mediterranean shrubland has a stronger effect on growth, intraspecific variability in root traits and survival than repetitive severe droughts.In the context of a larger collaborative project (CLIMED), I used a natural gradient of shrub species diversity in a Mediterranean shrubland ecosystem (garrigue) to which a permanent partial rain exclusion treatment (12% less precipitation) was added. This field experiment allowed me to study the responses of soil microbial community level physiological profiles (CLPPs) to reduced precipitation and to a change plant-produced leaf litter material decomposing on the ground as a key resource for heterotrophic soil microorganisms over two years. While rain exclusion had only a minor impact on the diversity of substrates metabolized by the microbial communities, litter species richness promoted global soil microbial activity by increased catabolic diversity of the soil microbial community. These results suggest that indirect climate change effects on plant species composition and richness might have more important consequences for soil microbial functioning than reduced precipitation in the studied Mediterranean shrubland ecosystem.Both, the field study of soil microbial functioning and the rhizotron study of plant growth and survival clearly showed that plant species identity and diversity may be more important for the functioning of these Mediterranean shrublands than increased drought. I conclude that climate change induced shifts in plant species composition and diversity may have more important consequences for the functioning of Mediterranean shrublands than the direct effects of altered precipitation.

En ville, les parcs de stationnement couverts représentent un milieu confiné dans lequel s'accumule une pollution importante et complexe. Ils constituent également une source de pollution pour leurs abords puisqu'aucune obligation de traitement n'est imposée sur la qualité de l'air rejeté dans l'atmosphère par les systèmes de ventilation. Dans le cadre du traitement de l'air, l'utilisation d'un biofiltre végétalisé, faisant intervenir des bactéries et des plantes en association, constitue une solution innovante contribuant à l'amélioration de la qualité de l'air en ville en réduisant la dispersion de polluants gazeux dans l'atmosphère. Dans un contexte de « recherche et développement », l'objectif est de comprendre le fonctionnement biologique et physico-chimique du biofiltre dans le but d'en améliorer la maitrise opérationnelle. Le caractère innovant de l'étude porte sur le traitement d'importants volumes d'air viciés contenant de faibles concentrations de polluants, tels que les NOx et les COV (de l'ordre de 100 à 200 µg/m3), par un biofiltre planté d'épaisseur modeste. L'utilisation d'une unité pilote de biofiltration a permis d'évaluer l'influence de la présence de plante, ainsi que la nécessité d'un apport d'engrais, sur les capacités d'épuration d'un tel système. Afin d'optimiser les volumes d'air traités tout en limitant l'empreinte au sol des biofiltres végétalisés, la vitesse de passage de l'air a été augmentée et l'épaisseur de garnissage réduite. Le rôle des bactéries indigènes a été caractérisé par une étude fonctionnelle des communautés bactériennes impliquées dans la dégradation des NOx et des TEX d'une part, et par une étude quantitative et qualitative de la communauté bactérienne totale, en utilisant des approches de biologie moléculaire, telles que l'amplification par PCR en temps réel et le pyroséquençage à partir de l'ADN métagénomique / In town, underground car parks are confined spaces in witch large and complex pollution are accumulated. They are also a source of contamination of the external environment since the treatment of the air pumped out by ventilation system sis not regulated. In the framework of air treatment, using planted biofilter, combining bacteria and plants, is an innovative solution contributing to the improvement of urban air quality by reducing the dispersion of gaseous pollutants in the atmosphere. In a « research and development » context, the objective is to understand the biological and physico-chemical operation for improving operational control. This innovative study focuses on the treatment of high volumes of air containing a low concentrations of pollutants, such as NOx, VOCs (about 100 à 200 µg.m-3) through a thin planted biofilter. The use of a pilot-scale unit of biofiltration allowed to evaluate the influence of the plant, as well as the necessity of a fertilization, on the removal efficiency of such a system. In order to maximize the volumes of treated air while limiting the footprint of the planted biofilters, the superficial gas velocity has been increased and the thickness of the packing material decreased. The indigenous bacteria have been characterized by a functional study of the bacterial communities involved in the degradation of NOx and TEX on one part, and by a quantitative and qualitative study of the total bacterial community on the other part, by using molecular biology approaches, such a real-time PCR amplification, and pyrosequencing from metagenomic DNA. Results on pilot-scale unit have shown a removal efficiency greater than 97%, in all environmental conditions tested. Consequently, it seems possible to treat high volumes of air containing low concentrations of TEX through a thin planted biofilter. The presence of plants does not seem to have short-term impacts on the removal efficiency when a fertilizer promotes the nitrogen availability in the packing material. The evaluation of the global microbiological functioning showed the potential of microbial communities in the biodegradation of NOx and TEX in planted biofilters. The indigenous bacterial communities of the packing material and the mound of soil are rapidly able to adapt to the functioning conditions of such a system

Les processus microbiens ont une importance déterminante dans la dynamique des processus réactifs dans les eaux souterraines. La compréhension de la variabilité spatiale et temporelle de ces phénomènes, et le développement de méthodes expérimentales de terrain, ouvrent de nouveaux champs de recherches et d'applications allant de la remédiation des aquifères contaminés à la compréhension des grands cycles biogéochimiques naturels. Dans le premier volet de cette thèse nous présentons des observations de terrain permettant de comprendre le rôle des fractures sur la formation d'un ''hotspot'' d'activité microbienne en profondeur. Du fait de leur forte réactivité, ces ''hotspots'' peuvent dominer la dynamique biogéochimique des milieux souterrains, malgré leur faible extension spatiale. Nous avons ainsi analyser les conditions de formation d'un tapis microbien par des bactéries ferro-oxydantes à 60 mètres de profondeur sur l'observatoire de Ploemeur (réseau H+) alors que ces phénomènes ont été observé jusqu'à présent en surface. Les résultats de cette étude montrent que des circulations hétérogènes, liées à la structure des milieux fracturés, créent des zones mélanges entre des eaux riches en fer et des eaux oxygénées, à l'origine de ce hotspot microbien. Le deuxième volet de ce travail de thèse a été consacré au développement d'une méthode innovante pour la mesure en continu de l'activité microbienne dans les eaux souterraines. La méthode est basée sur l'utilisation de la Fluoréscéine DiAcétate (FDA) dont le produit de réaction peut être mesuré en continu par un fluorimètre de terrain. Après avoir testé et validé les protocoles sur des solutions enzymatiques et des eaux naturelles en laboratoire, nous avons mis en œuvre cette technique sur le terrain au cours d'expériences de traçages réactifs. Un modèle cinétique nous a permis d'approcher les résultats obtenus en laboratoire, et de comparer nos résultats de terrain aux calibrations effectuées in vitro. Cette méthode ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour la caractérisation des processus biogéochimiques sur le terrain. / Microbial processes play a key role in controlling biogeochemical reactivity in groundwater. The understanding of the spatial and temporal variability of these phenomena and the development of novel experimental field methods, has opened new fields of research and applications, ranging from groundwater remediation to understanding of global biochemical cycles. In the first part of this thesis, we present field observations providing new insights on the role of fractures in the formation of a hotspot of microbial activity. Because of their large reactivity, these hotspots can dominate the biogeochemical dynamics of subsurface systems, despite their small spatial extent. We have thus analyzed the conditions for the formation of a microbial mat composed of iron-oxidizing bacteria at 60 meters depth in the Ploemeur fractured rock observatory (H+ network) while these phenomena are usually observed at the surface. These results show that heterogeneous flowpaths, linked to the structure of fractured media, create mixing zones between iron rich water and oxygen rich water, at the origin of the microbial hotspot. The second part of this work was devoted to the development of a novel method for a continuous measurement of microbial activity in groundwater. The method is based on the use of Fluorescein DiAcetate (FDA) whose product of reaction can be measured continuously by a field fluorimeter. After testing and validating protocols in the lab on enzymatic solutions and natural water, we have implemented this technic in the field in reactive tracer test experiments. A kinetic model allowed us to interpret the lab results, and to compare them to the field kinetics. This method thus opens new perspectives for the characterization of biogeochemical processes in the field.