L'exploitation, puis l'abandon, des sites miniers, dans l'oriental marocain, a entraîné une importante pollution des zones avoisinantes, générée par la dispersion de déchets riches en Pb. Pour résoudre ce problème, des programmes de phytomanagement sont à développer. Cependant, la réalisation de ces projets se heurte à deux contraintes : une faible diversité des plantes métallophytes et une méconnaissance des mécanismes de la tolérance au Pb.Dans ce contexte, l'objectif de mon travail de thèse a été de sélectionner une ou des plantes susceptibles d'entrer dans un programme de phytoremédiation et d'identifier des gènes impliqués dans la tolérance au Pb. Dans un premier temps, l'analyse des sols et des résidus miniers a révélé une importante contamination polymétallique du site d'étude. Des prospections floristiques ont ensuite permis d'identifier une plante de la famille des brassicacées, Hirschfeldia incana, prédominante sur les sites miniers pollués et qui accumule le Pb. L'accumulation du Pb chez H. incana a été confirmée en conditions contrôlées et une stratégie « gène candidat » a montré l'implication dans la tolérance au Pb de deux gènes, l'un codant pour une métallothionéine MT2a et l'autre pour un transporteur membranaire HMA4. Enfin, la comparaison des transcriptomes d'H. incana et d'A. thaliana a abouti à l'édification d'une liste de gènes candidats susceptibles d'être impliqués dans la tolérance au Pb. L'analyse fonctionnelle de quatre de ces gènes, codant pour une ferritine, une métallothionéine, une protéine fixatrice du cuivre et une défensine, a précisé leur rôle dans la tolérance au Pb. / Exploited, and then abandoned, mining sites, in the oriental Morocco, have polluted the neighboring regions, by dispersion of mining wastes containing Pb. Facing this problem, it is necessary to develop phytomanagement programs. Nevertheless, these project realisations encountered two major constraints: weak metallophyte plant diversity and misunderstanding of Pb tolerance mechanisms. In this context, the objectif of my work was to select plants compatible with a phytoremediation program and to identify genes implicated in lead tolerance. Firstly, soil and mining waste analysis has revealed an important polymetallic pollution of the studied region. Then, floristic explorations had permitted to identify a plant of the brassicaceae family, Hirschfeldia incana, which is predominant on the polluted mining regions and accumulated Pb. Pb accumulation in H. incana was confirmed in controlled conditions and a candidate gene approach has shown the lead tolerance implication of two genes, one coding for a metallothionein (MT2A) and the other a membrane transporter (HMA4). Finally, the transcriptome comparison from H. incana and A. thaliana has generated a list of candidate genes putatively implicated in Pb tolerance. Functional analysis of four genes, coding a ferretin, a metallothionein, a copper binding protein and a defensin, has permitted to clarify their role in Pb tolerance.

Sur le site minier de Milluni (Bolivie, Altiplano, 4800 m asl), la contamination des eaux de surface et des sédiments par les métaux lourds a été étudiée en combinant des approches géochimiques, minéralogiques et hydrochimiques. Pour les différents métaux, les sources minérales de la contamination ont été établies, ainsi que les processus géochimiques d'altération des minéraux primaires en minéraux tertiaires. La compréhension des mécanismes géochimiques en jeu et les bilans réalisés ont permis de déterminer les origines et les modes de transport et de contrôle des métaux dans cet environnement. Enfin, les carottages des sédiments lacustres et des tourbières ont permis d'évaluer l'évolution historique de la contamination en métaux lourds, notamment au cours du siècle dernier.

Une approche pluridisciplinaire intégrée a été proposée pour étudier le transfert de la contamination métallique depuis les déchets de l'ancien site minier à Pb-Zn de Jebel Ressas, jusqu'à l'être humain. Nous avons pris en considération à la fois les caractéristiques physico-chimiques de la source, les conditions climatiques et la topographie pour hiérarchiser les vecteurs de la dispersion des métaux à partir des déchets de laverie de l'ancienne mine de Jebel Ressas. Le vecteur éolien est le principal agent capable de disperser les métaux dans toutes les directions, avec des quantités variables pouvant dépasser les normes de la qualité des l'air pour Pb et Cd sur plusieurs centaines de mètres loin de la source. Le transfert hydrique particulaire est assez limité à cause de la topographie douce au tour des terrils de déchets. Le transfert en solution est négligeable grâce à l'environnement carbonaté. L'investigation sur le risque des métaux pour la santé humaine au village de Jebel Ressas montre d'abord que, d'une part l'environnement carbonaté et d'autre part le pH neutre des fluides physiologiques dans le corps humain, limitent le passage en solution des métaux et leurs quantités bioaccessibles. Toutefois, Pb et Cd présentent un risque surtout pour les enfants en plus d'un effet cancérigène probable pour toute la population.

Les sédiments urbains et résidus minier sont deux sources de pollution potentielle pour l’environnement et plus particulièrement les eaux de surfaces ou les eaux souterraines. L’altération chimique de ces interfaces solides par contact avec une source d’acidité ou d’alcalinité via l’air ou l’eau, est susceptible de se traduire par une dissolution des phases minérales et organiques et d’induire une mobilisation des éléments majeurs et traces métalliques. Ces mécanismes sont encore mal décrits et modélisés pour ce type de matrices très complexes. Cette thèse étudie donc le potentiel de mobilisation des éléments majeurs et traces métalliques de diverses interfaces carbonaté ou non carbonaté (pour l’étude du drainage minier acide et neutre contaminé). En supplément, des interfaces minérales pures ont été utilisées pour simuler en laboratoire des assemblages de phases et identifier les mécanismes croisés impliqués dans le drainage minier acide et neutre contaminé. Toutes ces matrices ont été soumises à des tests de capacité de neutralisation acido-basique (mise en contact avec une source de protons ou d’alcalinité), avec le suivi du pH (pouvoir tampon), de la conductivité et de la mobilisation élémentaire (majeurs et éléments traces métalliques). Les données expérimentales ont été modélisées avec le logiciel de spéciation géochimique PHREEQC. La combinaison des volets d’expérimentation et de modélisation, qui a très rarement été développé sur des interfaces solides aussi complexes, a permis l’identification (i) des réactions de dissolution des phases constitutives des interfaces polluées avec les réactions de sorption impliquées dans la mobilisation de leurs éléments majeurs et traces métalliques, (ii) de la spéciation des éléments majeurs et traces métalliques dans ces interfaces et dans les solutions en équilibre avec les phases solides. Ce travail de thèse permet donc d’aboutir à une méthodologie robuste, précise et réplicable permettant une caractérisation fine de la spéciation en phase liquide et solide des polluants métalliques dans les interfaces contaminées. Cette méthodologie constitue une base cruciale pour comprendre et prédire l’évolution des matières solides contaminées (sédiments urbains et déchets miniers) en fonction des différents modes de gestion : dépollution, valorisation et recyclage. / Urban sediments and mine tailings constitute two potential sources of pollution for the environment, especially surface water or groundwater. The chemical alteration of these solid matrices by contact with a source of acidity or alkalinity via air or water is likely to result in the dissolution of the mineral and organic phases and to induce the mobilization of majors and trace elements. These mechanisms are still poorly described and modeled for this type of very complex matrices. This thesis investigates potential for the mobilization of major and trace metals elements of various contaminated complex matrices, including an urban infiltration basin sediment and two carbonated and non-carbonated mining waste (for the study of contaminated acid mining drainage and contaminated neutral drainage). Besides, pure minerals were used to simulate phase mixture at the laboratory and identify the crossed mechanisms involved in contaminated acid and neutral mine drainage. All these matrices were subjected to acid-base neutralization capacity tests (solids put into contact with a source of protons or alkalinity), with monitoring of the pH (buffer capacity), the conductivity and the elemental release (major and trace metal elements). Experimental data were modeled with the PHREEQC geochemical speciation software. The combination of experimental and modeling approaches, which had very rarely been developed on such complex solid matrices, allowed the identification of (i) the dissolution reactions of the constitutive phases of the polluted matrices with the sorption reactions involved in the mobilization of their major and trace metal elements, (ii) the speciation of the major and trace metal elements in these matrices and in solution in equilibrium with the solid phases. This thesis, therefore, leads to a robust, precise and replicable methodology allowing a fine characterization of liquid and solid phase speciation of metallic pollutants in contaminated matrices. This methodology constitutes a crucial basis for understanding and predicting the evolution of contaminated solids (urban sediments and mining waste) according to different management methods: decontamination, recovery, and recycling.