Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2007. / Bibliogr.: f. 52-55. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Les algues vertes sont divisées en cInq classes: Charophyceae, Prasinophyceae, Ulvophyceae, Trebouxiophyceae et Chlorophyceae. Afin de résoudre le positionnement phylogénétique de la classe Ulvophyceae au sein des ces multiples lignées et d'acquérir de l' information sur les tendances évolutives de 'ses génomes d'organites, j ' ai séquencé les ADN chloroplastiques (ADN cp) et ADN mitochondriaux (ADNmt) des ulvophytes basales Pseudendoclonium akinetum et Oltmannsiellopsis viridis, effectué des analyses génomiques comparatives détaillées d'ADNcp et ADNmt de chlorophytes, et réalisé des analyses phylogénétiques approfondies dérivées de ces organites. Les analyses comparatives de génomes d'organites ont révélé que leur architecture est très fluide chez les Chlorophyta et démontre une grande variabilité de structure, d' ordre génique, de contenu génique, intronique et en éléments répétés, et ont également fourni des évidences indiscutables du transfert intracellulaire, interorganite d'éléments génétiques dans les cellules d'ulvophytes. De plus, les analyses phylogénétiques des données structurales et moléculaires dérivées de ces organites supportent fortement l'affiliation entre Ulvophyceae et Chlorophyceae.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / Les Algues vertes de la classe Chlorophyceae appartiennent au sous-embranchement Chlorophyta, l'une des deux divisions majeures formant le groupe des Algues vertes et des Plantes terrestres. Au moment d'initier le projet de recherche décrit dans cette thèse, seuls les génomes chloroplastiques de Chlamydomonas reinhardtii (Chlamydomo-nadales) et de Scenedesmus obliquus (Sphaeropleales) étaient connus dans cette classe. De surcroît, l'ordre d'apparition des principaux groupes évolutifs (ordres) était incertain. Pour clarifier les relations évolutives chez les Chlorophyceae, mais aussi pour étudier les mécanismes d'évolution du génome chloroplastique, les génomes de cinq représentants appartenant aux trois autres lignées majeures des Chlorophyceae ont été séquences et analysés dans leurs moindres détails. Des analyses phylogénétiques, conduites notamment avec les séquences d'Oedogonium cardiacum (Oedogoniales), de Stigeoclo-nium helveticum (Chaetophorales) et de Floydiella terrestris (Chaetopeltidales), ont montré que les Chlorophyceae sont divisées en deux grands groupes évolutifs : le groupe CS (Chlamydomonadales et Sphaeropleales) et le groupe OCC (Oedogoniales, Chaetophorales et Chaetopeltidales). L'analyse des caractères moléculaires présents dans ces génomes a permis de valider ces conclusions phylogénétiques et de déterminer que les Oedogoniales représentent le groupe frère des Chaetophorales et des Chaetopeltidales. Ces études comparatives ont aussi établi que, chez les Chlorophyceae, le génome chloroplastique est très fluide en termes de structure et affiche les changements les plus marqués par rapport à sa condition ancestrale chez les Algues vertes. Le génome chloroplastique des Chlorophyceae a été sensiblement transformé par la réduction de son répertoire génique, l'importance des réarrangements génomiques et la modification de la structure de certains gènes. Par ailleurs, l'analyse des génomes d'Oedocladium caroli-nianum (Oedogoniales) et de Schizomeris leibleinii (Chaetophorales) a mis en évidence des tendances évolutives bien particulières. Chez les Oedogoniales, de nouveaux gènes ont été acquis à l'occasion de transferts latéraux et des introns de groupe II sont vraisemblablement apparus à la suite de la prolifération intragénomique de quelques introns fondateurs. De même, chez les Chaetophorales, le génome chloroplastique apparaît avoir conservé une architecture singulière qui est compatible avec un mode de replication bidirectionnel à partir d'une origine de replication unique.

Les algues unicellulaires de la classe Chlorophyceae sont particulièrement étudiées pour leur potentiel économique dans la production de biocarburant. La première taxonomie de cette classe a été faite avec l'avènement de la microscopie électronique et par la suite avec des phylogénies moléculaires. Cette lignée se divise en deux groupes : OCC (Oedogoniales + Chaetophorales + Chaetopeltidales) et CS (Chlamydomonadales + Sphaeropleales). Il existe de profondes incertitudes sur les positions phylogénétiques des organismes à la base du groupe CS. Afin de renforcer la phylogénie de ces organismes, les génomes chloroplastiques de cinq algues basales ont été séquencés à l'aide de la technologie de nouvelle génération 454 et assemblés de novo. Une analyse phylogénétique de 69 séquences de protéines a permis de montrer que trois des cinq organismes classés dans l'ordre Chlamydomonadales par la littérature actuelle sont en fait basaux dans l'ordre Sphaeropleales. Ce reclassement phylogénétique implique de nouvelles hypothèses sur l'évolution des corps flagellaires. / The unicellular algae class Chlorophyceae is notably studied for its economic potential for biofuel production. The first taxonomy of this class was made with the advent of electron microscopy and subsequently with molecular phylogenies. This lineage is divided into two groups: OCC (Oedogoniales + Chaetophorales + Chaetopeltidales) and CS (Chlamydomonadales + Sphaeropleales). There are deep uncertainties about the phylogenetic positions of the organisms at the base of the CS group. To strengthen the phylogeny of these organisms, the chloroplast genomes sequences of five basal algae were obtained by Roche 454 pyrosequencing . A phylogenetic analysis of sixty-nine chloroplast protein sequences revealed that three of these five organisms, listed in the order Chlamydomonadales by the current literature, are in fact basal in the order Sphaeropleales. This phylogenetic reclassification involves a new hypothesis on the evolution of flagellar bodies.

Les algues vertes et les plantes terrestres sont des organismes photosynthétiques qui se regroupent dans le sous-règne des Viridiplantae. Ce règne se divise en deux lignées évolutives que sont les Streptophyta (plantes terrestres et algues vertes de la classe des Charophytes) et les Chlorophyta (algues vertes appartenant aux classes : Prasinophyceae, Ulvophyceae, Chlorophyceae et Trebouxiophyceae). L’embranchement des ordres composant la classe Trebouxiophyceae est encore mal connu. En étudiant les génomes chloroplastiques d’au moins un représentant de chaque ordre, il sera possible de reconstruire une phylogénie juste et de mieux comprendre l’évolution moléculaire de cette classe. La famille Trebouxiophyceae comptent 4 ordres : Trebouxiales, Microthamniales, Chlorellales et Prasiolales. Pour chacun de ces ordres, excepté les Prasiolales, un génome chloroplastique d’une algue verte a été séquencé. Le séquençage du génome chloroplastique de Pabia signiensis, aussi appelé Planophila sp et appartenant aux Prasiolales, vient compléter cet échantillonnage. Selon les analyses phylogénétiques du gène codant pour l’ARNr 18S, P. signiensis aurait divergé relativement tôt durant l’évolution de la classe des Trebouxiophyceae et formerait avec Chlorella ellipsoidea (Prasiolales) le groupe soeur de Chlorella vulgaris (Chlorellales). Le génome chloroplastique de P. signiensis est, avec ses 236,463 pb, un des plus grands génomes séquencés dans la classe des Trebouxiophyceae. La présence de régions inversées répétées, lui confère la structure quadripartite caractéristique de la plupart des génomes chloroplastiques. Sur les 111 gènes trouvés, seul le gène ycf47 est propre au génome chloroplastique de P. signiensis. Les principaux regroupements de gènes ancestraux chez les génomes chloroplastiques d’algues vertes sont présents et 13 d’entre eux sont entièrement conservés. Aucun intron n’a été mis en évidence. L’ordre des gènes et leur répartition dans le génome sont peu réarrangés par rapport aux génomes ancestraux de la classe Prasinophyceae. Seules les longues régions inversées répétées (27.3 kb) dérobent à la règle, puisque celles-ci possèdent les gènes psbA et trnS(gcu) en plus de contenir un opéron rrn brisé en deux segments qui sont inversés l’un par rapport à l’autre et un taux élevé de SDRs. Bien que plusieurs des caractéristiques mentionnées ci-dessus se retrouvent dans les génomes chloroplastiques des Trebouxiophyceae, le grand nombre de caractères ancestraux présents dans le génome de P. signiensis semble confirmer la position basale de cette algue verte et appuie l’hypothèse selon laquelle les Trebouxiophytes seraient à la base du clade UTC (Ulvophyceae-Trebouxiophyceae-Chlorophyceae).

La distribution et l'abondance de deux espèces d'algues vertes filamenteuses (Ulothrix flacca et Urospora penicilliformis) ont été étudiées le long d'un gradient d'émersion dans la zone intertidale de l'estuaire maritime du Saint-Laurent. Des régressions multiples ont été effectuées pour modéliser l'abondance de ces algues en fonction de la hauteur, de la pente, de l'orientation géographique, de l'abondance de l'autre espèce ainsi que du taux d'évaporation. Bien que les facteurs environnementaux varient selon le critère statistique utilisé, U. flacca apparaît moins tolérante à la dessiccation qu'U. penicilliformis puisqu'on la retrouve généralement dans des conditions où le stress d'émersion est réduit (e.g., plus bas sur la rive). Des transplantations réciproques ont montré qu'U. flacca adulte est apte à survivre en milieu plus aride mais qu'U. penicilliformis ne supporte pas la vie dans une zone plus longtemps immergée en raison de la compétition avec les diatomées. Cela est supporté par les résultats obtenus lors d'une expérience de perturbation du tapis d'U. flacca visant à réduire la compétition dans les zones inférieures. / The distribution and abundance of two species of co-occurring filamentous green algae (Ulothrix flacca and Urospora penicilliformis) were examined along a cross-shore intertidal gradient in the St. Lawrence maritime estuary. Multiple regressions were used to model the abundance of these algae with respect to tidal height, substratum slope, surface orientation, algae abundance, and evaporation rates. Although the environmental factor of importance varied according to the statistical criterion used, it appears that U. flacca is less tolerant to desiccation than U. penicilliformis as it was generally found in habitats where emersion stresses are reduced (e.g., lower on the shore). Reciprocal transplants demonstrated that adult stages of U. flacca are, however, able to survive in higher zones, but U. penicilliformis appears unable to thrive in the lower zone due to competition with diatoms, a result supported by experimental perturbation of the U.flacca mat to reduce competition in the lower zones.

La première partie de ce travail de thèse s'est intéressée à l'impact des régimes alimentaires des porcs sur la quantité de soufre présente dans les déjections. La charge en soufre apportée par chacun des ingrédients qui composent la formulation a été analysée. La rétention et l'excrétion du soufre ingéré par les animaux (porcs) ont été évaluées par une étude in-vivo. Le soufre absorbé par les animaux est faiblement retenu, au-delà des besoins nutritionnels, il est excrété principalement sous la forme de sulfates, par la voie urinaire. La dynamique des sulfates dans le lisier a été évaluée par une simulation de stockage anaérobie, ils sont consommés et transformé en sulfure d'hydrogène, lequel est, soit transféré vers la phase gazeuse, soit stocké dans la phase liquide. La principale voie de production étant la réduction dissimilatrice des sulfates. La deuxième partie de ce travail de thèse est consacrée au devenir du soufre dans les unités de méthanisation agricoles où la production d'hydrogène sulfuré est sous la dépendance des mélanges de co-substrats digérés. Un inventaire des différents substrats utilisables par les unités de méthanisation à la ferme a donc été réalisé. Les teneurs en soufre total ainsi que les potentiels méthanogènes pour chacun de ces substrats ont été déterminés et un potentiel sulfurogène (concentration maximale d'hydrogène sulfuré du biogaz pour un substrat donné) a été défini. Grâce à ces données, un ratio C/S a pu être défini, lequel a permis de classer les différents substrats quant à leur potentialité à produire de l'hydrogène sulfuré. Les algues vertes d'échouage, substrat à faible ratio C/S, ont été testées sur des pilotes de digestion anaérobie en co-digestion avec des lisiers de porcs. Pour ces algues, le faible potentiel de production de biogaz couplé aux fortes teneurs en hydrogène sulfuré du biogaz mesuré avec nos essais limite fortement l'intérêt de leur utilisation dans les filières de méthanisation à la ferme.

Les invasions biologiques sont reconnues comme une menace importante pour les écosystèmes, en particulier pour les écosystèmes côtiers. Originaire d’Asie, la macroalgue verte Codium fragile ssp. fragile (synonyme de ssp. tomentosoides, ci-après Codium) a été observée pour la première fois dans l’est du Canada en 1989 et prolifère depuis sur toutes les côtes du sud du golfe du Saint-Laurent. Cette algue est connue pour s’établir sur les côtes rocheuses, mais il a récemment été observé qu’elle est également capable de coloniser les habitats sableux et d’y former de denses populations en se fixant sur les rhizomes de la plante marine Zostera marina. L’objectif principal de cette thèse était de connaître les impacts de l’établissement de Codium dans les herbiers marins des îles de la Madeleine. L’étude du recrutement de Codium a démontré que l’expansion de la population de Codium était possible au sein des herbiers marins étudiés, mais que la colonisation était plutôt lente. De plus, il a été observé que le succès d’établissement de Codium dans les herbiers marins était variable spatialement. Là où Codium peut atteindre une grande biomasse, une expérience in situ a démontré que cela peut avoir un effet négatif sur la densité de zostère et les réserves d’hydrates de carbone dans les rhizomes. L’opacité du couvert algal serait le mécanisme expliquant ces observations en ayant pour effet de limiter la croissance clonale de la zostère, ainsi qu’influencer son allocation d’énergie. Ces effets n’étaient cependant pas perceptibles dans les herbiers naturellement envahis. Comme démontré par l’expérimentation, les effets sur la zostère ont lieu que lorsque Codium atteint une grande densité; or l'abondance de Codium varie annuellement et surtout les grandes biomasses sont peu fréquentes au sein des herbiers naturellement envahis. Il fut également démontré que les thalles de Codium offrent un habitat distinct des tiges de zostère pour l’épifaune, qui était plus abondante et diversifiée sur Codium. À plus grande échelle, la présence de Codium dans les herbiers influençait la distribution des poissons en favorisant la densité de certaines espèces. Finalement, aucun effet nuisible n’a été détecté sur la faune indigène. / Biological invasions are recognized as an important threat to ecosystems, in particular for coastal ecosystems. Native of Asia, the green seaweed Codium fragile ssp. fragile (synonymous of ssp. tomentosoides, herafter Codium) was first observed in eastern Canada in 1989 and has since been proliferous along the coasts of the southern Gulf of the St. Lawrence. This alga is known to establish on rocky shores, but it has recently been observed colonizing soft bottom habitat also, in particular forming dense canopies on eelgrass (Zostera marina) rhizomes. The main objective of this thesis was to identify the impacts of Codium establishment on eelgrass beds of the îles de la Madeleine. The study of Codium recruitment has shown that population expansion is possible within the studied eelgrass beds, but the colonization was rather low. Moreover, the success of Codium establishment in eelgrass beds varied spatially. Where Codium can reach a high biomass, An in situ experiment revealed that areas with high biomass of Codium can negatively effect eelgrass density and carbohydrate storage in rhizomes. A possible cause for these observations could be the shading created by algal cover, affecting clonal growth by eelgrass as well as influencing the plants allowance of energy. However, these effects were not detectable in naturally invaded beds. As shown, negative effects on eelgrass beds only occured when Codium biomass was high, an infrequent phenomenon that varied annually in the naturally invaded beds. It was also shown that thalli of Codium offer a distinctly different habitat than eelgrass shoots, resulting in more diverse and abundant epifauna on Codium. At a larger scale, the presence of Codium in eelgrass beds was found to influence fish distributions, by promoting higher density of certain species. However, no adverse effects were detected on native fauna.

La dissémination secondaire d'une espèce envahissante peut se faire par les processus naturels et anthropiques. Dans les lagunes des Îles-de-la-Madeleine, l'algue verte envahissante Codium fragile ssp. tomentosoides (par après, Codium) a envahi les herbiers marins de zostères (postera marina), en se fixant directement sur les rhizomes de la zostère. Cette étude a étudié les facteurs affectant la dissémination secondaire naturelle et l'établissement de cette algue dans les herbiers, et nous avons porté une attention particulière à l'effet de la flottabilité sur le potentiel de dissémination des fragments. Nous avons d'abord trouvé que la flottabilité était corrélée de façon positive à l'intensité lumineuse, et qu'il y avait donc deux types de fragments produits : ceux à flottabilité positive, et ceux à flottabilité négative. Le potentiel de dissémination des fragments à flottabilité positive était plus élevé que celui des fragments à flottabilité négative, et était surtout contrôlé par la vitesse du courant de surface, ainsi que le vent, tandis que la dissémination et la rétention des fragments à flottabilité négative étaient affectées par le courant, et la densité la hauteur de la zostère. Les deux types de fragments jouent donc différent rôle dans la dissémination secondaire de Codium. Les fragments à flottabilité positive se disséminent sur de longues distances et contribuent à l'établissement de nouvelles populations, tandis que les fragments à flottabilité négative se disséminent sur de courtes distances et augmentent la densité locale. Nous avons aussi étudié le rôle des perturbations sur la fixation de Codium sur les rhizomes. L'abondance, la biomasse, et le pourcentage de recouvrement de Codium étaient plus élevés dans les endroits perturbés que dans les endroits non-perturbés. Les perturbations naturelles (l'action de glace) et anthropiques (ancres et hélices) dans les zones peu profondes pourraient donc augmenter les chances d'établissement de Codium sur les rhizomes.

En Bretagne, les « marées vertes » sont récurrentes depuis le début des années 70 et occupent une place importante dans le débat public en terme sanitaire, politique et économique. Lors de cette thèse, une large revue bibliographique a été réalisée sur l’export d’azote et une méthodologie innovante a été mise en place afin d’étudier la variabilité spatio-temporelle de l’export de nutriments dans 2 bassins versants à algues vertes à une échelle intra-annuelle et pendant des évènements extrêmes (évènements pluvieux, période touristique de basses eaux,…). Les bassins versants sélectionnés pour les expérimentations de terrain sont l’Ic et le Frémur (Côtes d’Armor). 3 types d’expérimentations ont été réalisées sur ces bassins versants : 1) Des campagnes de prélèvements ponctuels par temps sec et par temps de pluie (32 stations, 27 campagnes) ; 2) des prélèvements automatiques en crue (3 stations, 8 crues) ; et 3) la mesure haute fréquence (2 stations, en continu). Les paramètres hydrologiques et physico-chimiques classiques, les matières en suspension, les spectres UV et toutes les formes de macronutriments (carbone, azote, phosphore) ont été analysés lors de ces expérimentations. Les résultats obtenus confirment pour une part un certain nombre de résultats de la littérature. D’autre part, il met en lumière la relation carbone/nitrates, jusqu’à présent peu étudiée à différentes échelles spatio-temporelles et pendant des évènements pluvieux, qui semble pourtant primordiale dans la compréhension des phénomènes d’export de nitrates à l’échelle de l’année. Enfin, l’analyse de toutes les formes de nutriments révèle l’importance des formes particulaires issues de l’érosion des sols. Ces résultats soulèvent de nombreuses questions de recherche qui mériteraient un approfondissement afin d’améliorer la connaissance des transferts de nutriments dans les bassins versants et prioriser les actions de remédiations. Les perspectives de ce travail sont à la fois scientifiques et pratiques. Au niveau scientifique, les efforts de recherche sur la relation carbone/nitrate et l’identification de la fraction de carbone organique assimilable par les organismes dénitrifiants doivent être poursuivis. De même, l’amélioration des connaissances sur l’export de nutriments en crue passe par l’identification précise des sources de nutriments particulaires pendant les crues printanières. Au niveau pratique, il doit contribuer à l’amélioration des pratiques agricoles, à la reconnaissance de l’intérêt des zones humides naturelles et à l’amélioration des types de traitement utilisés par les stations d’épuration. Les résultats obtenus lors de cette étude devraient notamment être mis en relation avec la dynamique des nutriments observée dans l’estran pendant la période de développement des algues vertes. Enfin, un effort d’amélioration de l’accès à certains type de données sur les bassins versants est nécessaire afin d’améliorer la compréhension des transferts de nutriments. / In Brittany (Western France), "green tides" are recurrent since the early 70s and have an important place in public debate in health, political and economic terms. In this thesis, a wide bibliographic review was performed on the export of nitrogen, and an innovative methodology has been set up to study the spatial and temporal variability of nutrient export in two coastal watersheds on an intra-annual basis and during extreme events (rainfall events, tourist periods of low water, ...). Watersheds selected for the field experiments are Ic and Frémur (Côtes d'Armor). 3 types of experiments were performed on these watersheds: 1) Campaigns of grab samples by dry and wet weather (32 stations, 27 campaigns); 2) automatic sampling during floods (3 stations, 8 floods); and 3) high frequency measurement (2 stations, continuous). Conventional hydrological and physicochemical parameters, suspended solids, UV spectra and all forms of macronutrients (carbon, nitrogen, phosphorus) were analyzed during these experiments. The results confirm in part a number of results of the literature. Furthermore, it highlights the relationship carbon / nitrates far little studied at different spatial and temporal scales and during rainfall events, which however seems to be crucial in understanding of nitrate export. Finally, the analysis of all forms of nutrients reveals the importance of particulate forms from soil erosion. These results raise many research questions that merit further development in order to improve knowledge on nutrient transfers in watersheds and prioritize remediation actions. The prospects of this work are both scientific and practical. At the scientific level, research efforts on the relationship carbon / nitrate and identification of the assimilable fraction of organic carbon by denitrifying organisms must be continued. Similarly, the knowledge on nutrient export must be improved through the precise identification of particulate nutrient sources during the spring floods. On a practical level, it should contribute to the improvement of agricultural practices, the recognition of the interest of natural wetlands and improvement of the types of treatment used by treatment plants. The results obtained in this study should in particular be linked to the dynamics of nutrients in the foreshore observed during the development of green algae. Finally, an effort to improve access to certain types of data on watersheds is needed to improve understanding of nutrient transfers.