Le travail présenté dans cette thèse porte sur l'adaptation bactérienne aux molécules chlorées, tant au niveau des ressources génétiques nécessaires à la mise en place des gênes de dégradation qu'au niveau de la structure de la communauté microbienne observée durant la dégradation de ces composés. La première partie de ce document est une bibliographie qui se focalise sur les mécanismes développés par les bactéries pour répondre aux stress environnementaux, et sur les possibles origines des gènes responsables des premières étapes de dégradation des composés chlorés : les dehalogenases (qui réalisent les étapes de déchloration). Le deuxième chapitre de cette thèse porte sur des essais expérimentaux de remodelage génétique, dans le but de valider les hypothèses présentées lors de la bibliographie quant aux mécanismes qui ont pu conduire à la génération de nouveaux gênes de dégradation. Ces remodelages in vitro et in vivo ont été effectués en utilisant les gènes linB et dhaA. Le chapitre suivant examine la structure de la communauté bactérienne lors de la dégradation réductive du tetrachloroéthylène (PCE). Pour cette étude, des outils de biologie moléculaire, plus spécifiquement des puces phylogénétiques, ont été utilisés pour étudier la structure de la communauté microbienne depuis l'introduction du polluant jusqu'à sa dégradation. Afin d'élucider les fonctions métaboliques qui peuvent être corrélées avec la dégradation du PCE, les résultats des puces phylogénétiques ont été comparés avec un suivi chimique des métabolites de dégradation de ce composé, lors d'une étude en microcosmes. L'objectif du dernier chapitre de la thèse a été de relier la structure de la communauté microbienne avec la cinétique de dégradation des composés chimiques étudiés. Pour cela, une étude globale comportant à la fois un suivi chimique des métabolites de dégradation, une quantification des gènes de dégradation impliqués dans la déchloration réductive du PCE ainsi que l'étude de la structure de la communauté microbienne ont été mis en place. Cette étude a permis de corréler les conditions environnementales nécessaires à la déchloration et la communauté microbienne associée avec l'expression des déhalogénases quantifiées. En résumé, cette thèse explore à la fois les mécanismes mis en place par les bactéries pour dégrader ces composés polluants et la structure de la communauté bactérienne durant la dégradation de ce polluant. Comprendre ces deux étapes dans l'adaptation bactérienne peut contribuer à améliorer l'utilisation des capacités bactériennes utilisées en bioremédiation. / This thesis concerns the bacterial adaptation to the chlorinated compounds at both the gene level and the microbial community level. The bibliography will focus on the adaptation mechanisms developed by bacteria to respond to environmental stresses and on the possible origins of the genes responsible for the first steps of chlorinated compound degradation, those encoding for the dehalogenases, which perform the dechlorination or chlorine removal step. The second chapter of the thesis consists of an experimental exploration of the gene shuffling hypothesis presented in the bibliography, using linB and dhaA genes. The next chapter examines the bacterial community structure in relation to compound degradation using the reductive dechlorination of tetrachloroethylene. For this study, molecular biology tools, specifically phylochip microarrays were used to examine bacterial community structure from the moment of pollutant introduction to the environment and during bioremediation. In order to elucidate the metabolic functions, which correlate the PCE degradation, phylogenetic results were compared with functional genes in the microcosms studied. The last chapter of this global study on chlorinated compound degradation genes was to link the microbial community structure kinetics with the chemical degradation kinetics. In order to evaluate the molecular biological parameters of the microbial community, all the genes known to be involved in the entire pathway of PCE reductive dechlorination were quantified. This global study, incorporating chemical monitoring, dehalogenase quantification and microbial community structure, produced correlations between the environmental conditions necessary for dechlorination and the microbial community associated with dehalogenase expression. In summary, both the mechanisms implemented by the bacteria to degrade this compound pollutant and the bacterial community structure during the pollutant degradation were addressed. Improving the understanding of these two steps in bacterial adaptation can contribute to the understanding of bacterial and environmental cleanup capabilities.

This master thesis is focused on groundwater remediation of chlorinated ethylenes and methanes in the area of chemical factory Spolchemie in the Czech Republic, Ústí nad Labem city. For these purposes nano zero valent iron particles were used. For the remediation two separate applications of different types of particles together in suspension with tracer (lithium chloride), were carried out. The results from the first application were evaluated by the supervisor of this thesis and are briefly summarized and discussed together with the second application which was evaluated by the author of this thesis. Second application of particles was carried out in October 2015 and observed for 424 days. Observation consisted of monitoring of groundwater level, physical-chemical parameters and collection of water samples for the analysis of concentrations of chlorinated hydrocarbons, their degradation products and several chosen ions. Nanoiron particles had the assumed effect onto the physical-chemical parameters and reduction of contamination. The application of tracer had proven the expected groundwater flow and made a possibility to distinguish between the process of reductive dehalogenation and dilution caused by the injected water, the dilution did not exceeded 5 % in most monitored points. Other...

Le potentiel de biodégradation des éthènes chlorés (ECs) et du dichlorométhane (DCM) dans les eaux souterraines de l’ancien site industriel de Themeroil (Varennes-le-Grand, France) a été évalué par des études en microcosmes, à travers l’utilisation de biomarqueurs moléculaires, et par analyse isotopique spécifique au composé (compound specific isotope analysis, CSIA). L’objectif de ce travail a été d’évaluer i) la biodégradation de ces polluants et la diversité bactérienne associée dans les eaux du site, et ii) l’impact de mélanges de contaminants et des conditions rédox dans ce processus. L’implication majeure d’un taxon bactérien affilié à Dehalococcoides dans la dégradation du PCE dans les eaux du site, et son lien potentiel aux gènes de déshalogénase pceA et vcrA associés au processus de déchloration, ont été mises en évidence. La dégradation du DCM en présence d’ECs dans les eaux du site a ensuite été démontrée, et des souches bactériennes dégradant le DCM ont été isolées à partir d’eaux du site et caractérisées. La CSIA a révélé une forte biodégradation du DCM in situ. Des analyses des eaux du site, par qPCR ciblant les gènes dcmA et dhlA de la biodégradation bactérienne du DCM, et par séquençage haut-débit du gène de l’ARNr 16S, ont permis d’évaluer le rôle potentiel de différents taxa bactériens associés à la dégradation du DCM. Il a ainsi été montré que la répartition spatiale de ces taxa sur site dépend dans une large mesure des conditions rédox et du niveau de contamination. L’influence de ces paramètres sur la biodégradation, étudiée ensuite en microcosmes, a été confirmée par l’observation de différents profils de dégradation dans des conditions rédox et de co-contamination distinctes. Ceci suggère la participation de différents types de métabolisme à la biodégradation des éthènes et alcanes chlorés sur site. Les résultats obtenus confirment la pertinence d’études en microcosme pour évaluer le potentiel de biodégradation des polluants halogénés dans les sites contaminés, et pour orienter les traitements de dépollution à privilégier. / The biodegradation potential of chlorinated ethenes (CEs) and dichloromethane (DCM) in groundwater from the former industrial site of Themeroil (Varennes-le-Grand, France) was evaluated in microcosm studies, using molecular biomarkers and compound-specific isotope analysis (CSIA). The objective of this work was to evaluate i) the biodegradation of these pollutants and the associated bacterial diversity in site groundwater, and ii) the impact of contaminant mixtures and redox conditions on biodegradation. The major role of a taxon affiliated to Dehalococcoides in PCE degradation in site groundwater, and its potential link to dehalogenase genes pceA and vcrA associated with the process, were highlighted. Degradation of DCM in the presence of CEs in site groundwater was then demonstrated, and DCM-degrading strains were isolated from site groundwater and characterised. CSIA revealed a large extent of DCM biodegradation in situ. Analyses of groundwater from the site, targeting dcmA and dhlA genes for DCM biodegradation by qPCR, as well as by high-throughput sequencing of the 16S rRNA gene, allowed to evaluate the potential role of different bacterial taxa associated with DCM dehalogenation in DCM degradation on site. It was shown that the spatial distribution of these taxa on site depends significantly from redox conditions and contamination level. The influence of these parameters on biodegradation was also investigated in microcosms, and distinct degradation profiles were observed under different redox and co-contamination conditions. This suggests that different types of metabolism participate in biodegradation of chlorinated ethenes and alkanes on site. Obtained results confirm the relevance of microcosm studies in evaluating halogenated pollutants biodegradation potential on contaminated sites, and in guiding the choice of remediation approaches to be favoured.

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