Maintenir la qualité des ressources en eau est l'un des défis majeurs auxquels la société d’aujourd’hui doit faire face. Il est donc primordial que ce critère soit intégré correctement dans les méthodes d’analyse d’impacts environnementaux, tel que l’Analyse du Cycle de Vie (ACV). Cependant, l’estimation de la qualité de l’eau et la manière dont cette information est utilisée dans les modèles d’évaluation d’impacts soulève un certain nombre de challenges méthodologiques, d’où la problématique de recherche : « Comment considérer la qualité de l’eau dans l’évaluation des impacts de l’utilisation de l’eau en ACV, de l’inventaire aux Aires de Protection ? ». Ce travail de thèse propose dans un premier temps une étude approfondie du rôle et de la nécessité de l’information « qualité de l’eau » dans l’évaluation des impacts de plusieurs type d’utilisation d’eau (usage consommatif, dégradatif et amélioration de la qualité). Cette étude s’applique aux différentes chaines de causalité de manière mécanistique, jusqu’aux trois Aires de Protection (AoP) santé humaine, qualité des écosystèmes et ressources naturelles. Afin d’améliorer la compréhension et la considération des impacts de l’utilisation de l’eau sur l’AoP ressources naturelles, un cadre théorique consensuel élaboré en collaboration avec WULCA (le groupe Water Use in LCA, de l’UNEP-SETAC Life Cycle Initiative) est défini. Ce cadre fournit une base solide pour l’élaboration cohérente de méthodes d’analyse d’impacts, permettant d’évaluer la diminution irréversible de la disponibilité physique de l'eau douce et/ou de son degré d'utilisabilité pour les générations futures. La thèse se conclut par le développement d’un modèle de caractérisation d’impacts de la dégradation des ressources en eau causée par des émissions. Des facteurs de caractérisation sont calculés pour cinq métaux, au niveau midpoint. L’application de ces indicateurs permet d’améliorer l’interprétabilité des résultats concernant les défis futurs liés aux ressources en eau ainsi que les résultats des impacts sur la santé humaine liés aux problèmes de qualité d’eau / Maintaining the quality of water resources is one of the major challenges society faces today. It is therefore essential that this criterion be properly integrated into environmental impact assessment methods, such as Life Cycle Assessment (LCA). However, the estimation of water quality and how this information is used in impact assessment models raises a number of methodological challenges; hence, the general research question is “How to consider water quality in water use impact assessment in LCA, from inventory to Areas of Protection?” This thesis first provides a detailed study about the role and necessity of "water quality" information in assessing impacts of different types of water use (consumptive and degradative use, as well as quality improvement). This study applies to the different cause-effect chains in a mechanistic way, in view of the three Areas of Protection (AoP) human health, ecosystem quality and natural resources. In order to improve the understanding and consideration of the water use impacts on the AoP natural resources, a consensual framework, developed jointly with WULCA (Water Use in LCA group of the UNEP-SETAC Life Cycle Initiative), is presented. This framework provides a solid basis for the consistent development of impact characterization models to assess the irreversible reduction in physical availability of freshwater and its quality-based usability for future generations. The thesis ends with the development of a characterization model for water resource degradation impacts caused by emissions. Characterization factors are calculated for five metals at the midpoint level. The application of these indicators improves the interpretability of LCA results regarding future water resource challenges and water-quality related impacts on human health.

La diversité des très petits eucaryotes (<5 µm) a essentiellement été étudiée par des méthodes moléculaires dans les océans ou de grands lacs. La diversité dans les écosystèmes d'eau douce peu profonds reste très peu explorée, bien que ces systèmes soient très nombreux et écologiquement importants en régions tempérées. Dans ce travail, nous avons voulu explorer la diversité et certains aspects de l'écologie des micro-organismes eucaryotes dans ce type d'écosystèmes, à l'aide de méthodes moléculaires ciblant l'ADNr 18S de cellules planctoniques de surface, dans la fraction de taille théorique 0,2-5 µm. Nous nous sommes d'abord concentrés sur les haptophytes, un groupe important en milieu marin mais beaucoup moins bien connu en eaux douces. Nous avons exploré leur diversité à l'aide d'amorces spécifiques pour amplifier les gènes des ARNr 18S du groupe suivi du clonage / séquençage Sanger de ces marqueurs, dans 17 écosystèmes continentaux et 2 colonnes d'eau marines pour comparer la diversité dans différents milieux, ainsi qu'à l'aide du pyroséquençage de ce même marqueur dans 4 mares et 1 ru au cours d'un suivi mensuel sur 2 ans. La diversité des haptophytes était moindre en eau douce qu'en milieu marin, mais nous avons pu y détecter un nouveau groupe, divergeant au sein des Isochrysidales, présentant une saisonnalité marquée. Les phylotypes d'eau douce étaient majoritairement distincts de ceux détectés en milieu marin, et ont confirmé l'existence de plusieurs transitions marin/eau douce dans l'histoire des haptophytes. Dans un second temps, nous avons exploré par pyroséquençage 454 des ADNr 18S la diversité des micro-organismes eucaryotes dans 4 mares et 1 ru, échantillonnés au printemps, et différant par leur taille, leur forme et leur environnement proche. Nous avons détecté une grande diversité dans chaque système étudié, avec des séquences affiliées à tous les supergroupes reconnus (Archaeplastida, Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria, Excavata, Amoebozoa et Opisthokonta), ainsi qu'à des taxa de position phylogénétique mal résolue (i.e. Cryptophyta, Haptophyta, Centroheliozoa Katablepharida). Notamment, certaines OTU étaient affiliées au groupe MAST-3 (MArine STramenopiles) jusque-là considéré comme exclusivement marin. Les communautés de petits eucaryotes étaient différentes dans chacun des écosystèmes ; ces différences ne corrélaient pas avec les distances géographiques entre sites (test de Mantel), et des analyses multivariées n'ont pas mis en évidence de relation claire entre la distribution d'un groupe et un paramètre environnemental. Par la suite, nous avons suivi la diversité des eucaryotes microbiens sur 2 ans dans les mêmes 5 écosystèmes. Nous avons collecté des échantillons de plancton et mesuré différents paramètres physico-chimiques chaque mois, sauf pour 2 des écosystèmes lorsqu'ils étaient à sec. La diversité détectée sur 2 ans était bien plus grande que celle identifiée lors de l'étude ponctuelle. Cryptophytes, ciliés, chrysophytes et champignons stricto sensu étaient globalement les plus abondants. La composition et la structure des communautés différaient d'un écosystème à l'autre sur l'ensemble du suivi. Ces communautés étaient très dynamiques, et montraient une saisonnalité claire. La distribution spatio-temporelle des champignons sensu stricto était clairement corrélée aux hautes valeurs de conductivité. Enfin, nous avons décrit la dynamique des communautés de petits eucaryotes dans l'une des mares et le ru lors d'épisodes de sécheresse. Nous avons collecté du sédiment dans le lit asséché des écosystèmes lors des sécheresses, et du plancton le reste du temps. Les communautés du sédiment présentaient une signature différente des assemblages planctoniques. Ces derniers montraient une résilience élevée, et retrouvaient une signature planctonique moins d'un mois après que les écosystèmes soient de nouveau en eau. / The diversity of very small eukaryotes (<5 µm) has mainly been studied by molecular methods in marine systems or in large lakes. However, that of small shallow systems remains practically unexplored, despite the fact that these systems are extensive and ecologically important in temperate regions. We thus aimed at describing the diversity and community composition of small eukaryotes in shallow freshwater systems, using molecular methods targeting the 18S rRNA gene of planktonic cells in the 0.2-5 µm size range. We first focused on haptophytes, an important group in marine environments but much less known in freshwaters. We explored their diversity using newly designed specific primers to amplify haptophyte 18S rRNA genes, followed by their subsequent cloning and Sanger sequencing in seventeen continental ecosystems and in two marine water columns to allow comparisons between different environments, as well as using 454-pyrosequencing in 4 ponds and one brook during a 2-years monthly survey. Even if freshwater haptophytes were less diverse than marine lineages, we revealed the presence of a divergent lineage belonging to the Isochrysidales never recorded so far, which presented a marked seasonality. Freshwater phylotypes were usually distinct from their marine counterparts, and confirmed the occurrence of multiple marine–freshwater transitions in haptophyte evolution. In a second step, we explored the microbial eukaryote diversity in 5 distinct shallow ecosystems sampled at spring and that differ in size, shape and surrounding environment, by 454-pyrosequencing their 18S rDNA. Diversity was high in the studied systems, with sequences affiliated to the 7 recognized eukaryotic supergroups (Archaeplastida, Stramenopiles, Alveolata, Rhizaria, Excavata, Amoebozoa and Opisthokonta) as well as groups of unresolved phylogenetic position including, among others, Cryptophyta, Haptophyta, Centroheliozoa or Katablepharida. Especially, we detected OTUs affiliated to the previously thought exclusively marine lineage MAST-3 (MArine STramenopiles), and potentially to other MAST groups with no known representative from freshwaters. Small eukaryote community structures were different in the five ecosystems. Differences in community compositions did not correlate with geographical distances (Mantel test), and multivariate statistical analyses did not reveal clear relationships between any group distribution and specific environmental parameters. Then, we conducted a 2-years survey of eukaryotic micro-organisms diversity in the same 5 small ecosystems. To do so, we collected plankton and measured several physical and chemical parameters on a monthly basis, except for two systems when they were totally dry. The total diversity encountered during the 24 months was much broader than that identified in the previous snapshot study. The most abundant detected groups were Cryptophytes, Ciliates, Chrysophytes and Fungi sensu stricto. Community structures and compositions were different in the five systems along the two years. In all systems, communities were highly dynamic, and revealed a marked seasonality, notably with summer and winter communities being always distinct. Multivariate statistical analyses were used to analyze simultaneously physico-chemical data and community compositions. The clearest correlation associated fungi distribution and high conductivity. Finally, we described the dynamics of small-eukaryote communities in a pond and a brook through drought events. We collected sediment on the system beds when they were dry, and plankton the rest of time. Communities in the sediment and in the water presented distinct signatures. Surface water communities presented (a high) resilience, and recovered a planktonic signature within a month after the systems were filled up again with water.

Ces travaux s’intéressent au comportement de pâtes de ciment de différentes natures cimentaires exposées à une eau douce naturelle et plus particulièrement aux interactions avec les éléments biologiques. Cette étude est basée sur l’analyse comparative d’échantillons placés en milieu naturel (Moselle) et en milieux artificiels de laboratoire. Quels que soient les milieux et les microorganismes considérés, les résultats montrent une modification de la minéralogie de la surface et du réseau poreux des échantillons (taux de porosité, propriétés de transferts). Les essais en laboratoire ont permis d’isoler l’influence spécifique des bactéries dans les phénomènes de biolixiviation. Le dénombrement bactérien montre aussi que la densité de cellules présentes dans le biofilm recouvrant les échantillons dépend peu de la nuance cimentaire, excepté pour les ciments au calcaire. Les observations au MEB ont révélé, sur l’ensemble des échantillons, la présence abondante de diatomées en partie recouvertes par une couche minérale issue d’une cristallisation secondaire. La colonisation de la surface par ces diatomées est influencée par la géométrie et la nature minéralogique des échantillons. Les résultats d’essais en laboratoire ont montré qu’elles ont des interactions avec la pâte de ciment, l’évolution des densités de population de diatomées coïncide en effet avec l’évolution des caractéristiques de porosité (taux de porosité, propriétés de transferts) / This work focuses on the behavior of cement pastes of different cement bases exposed to natural fresh water and on the interactions with the biological elements. This study is based on the comparative analysis of samples immersed in natural environment (Moselle) and in artificial laboratory media. Whatever the media and microorganisms considered, the results show a change in the mineralogy of the surface and the porous network of the samples (porosity rate, transfer properties). Laboratory tests highlighted the specific influence of bacteria in bioleaching phenomena. The bacterial count also shows that the density of cells present in the biofilm covering the samples does not mainly depend on the cementitious grade, except for the limestone cements. The SEM observations revealed the abundant presence of diatoms on all samples. Diatoms are partly covered by a mineral layer resulting from secondary crystallization. The colonization of the surface by these diatoms is influenced by the geometry and mineralogical nature of the samples. The results of laboratory tests have shown that they interact with cement paste; the evolution of diatom population densities coincides with changes in porosity characteristics (porosity rate, transfer properties)

Dans l'environnement, les organismes sont soumis à des stress de multiples natures (e.g., polluants et pathogènes/parasites). Dans ce contexte, le système immunitaire joue un rôle fondamental. La pression chimique exercée par les polluants peut impacter leur système immunitaire, affaiblir leur santé et les prédisposer à contracter des maladies infectieuses. En écotoxicologie, l'évaluation de marqueurs d'immunocompétence peut servir à diagnostiquer l'état de santé des organismes et mieux comprendre le danger immunotoxique des xénobiotiques. Lymnaea stagnalis est un gastéropode d'eau douce représentatif de nombreux milieux lentiques sur la planète. Des tests OCDE de reprotoxicité sont disponibles mais peu d'études se sont focalisées sur des paramètres immunotoxiques. Le premier axe de la thèse se porte sur la connaissance et le développement de méthodes pour évaluer l'immunocompétence de manière répétée à l'échelle individuelle chez L. stagnalis. Le deuxième axe évalue cette approche multibiomarqueurs dans différents contextes écotoxicologiques. Plusieurs populations (élevages vs terrain), temps d'expositions (3 vs 29 – 44 jours), concentrations d'exposition (environnementales vs non réalistes) et contaminants ont été évalués : des médicaments (les anti-cancéreux Etoposide et cyclophosphamide, l'anti-rejet de greffes cyclosporine A et l'antiinflammatoire diclofenac), l'insecticide deltaméthrine, le métal cadmium et des effluents de station d'épuration. Des comparaisons entre des traits de vie et des traits immunitaires ont été réalisées. La réflexion est bâtie sur les questionnements relatifs à (i) la sensibilité de l'approche, (ii) le temps de réponse des marqueurs, (iii) leur précocité physiologique, (iv) la transposition d'immunotoxicité de xénobiotiques entre le phylum des chordata et L. stagnalis et (vi) l'utilisation pratique de L. stagnalis (élevages, collecte en milieu naturel, calibration, reproduction) / In natural environments, animals encounter multiple stresses (e.g., pollutants and pathogens/ parasites). In this context, the immune system plays a pivotal role. Chemical insults from pollutants can jeopardize the immune system of these animals, weaken their health and make them vulnerable to contracting infectious diseases. In ecotoxicology, assessment of immunocompetence markers can be used to diagnose the health of organisms and better understand the immunotoxic hazard of xenobiotics. Lymnaea stagnalis is a freshwater gastropod representative of several lentic ecosystems on the planet. OECD reprotoxicity tests are available using this species, but too few studies have focused on immunotoxic parameters. The first part of this thesis covers the description, comprehension and development of the methods used to assess the immunocompetence at an individual scale and repeatedly within an experiment in L. stagnalis. The second part assesses this multibiomarker approach in several ecotoxicological contexts. Several populations (laboratory-bred vs collected in the field), time exposures (3 vs 29–44 days), concentrations (environmental vs unrealistic) and contaminants were evaluated : pharmaceuticals (the anti-cancer drugs etoposide and cyclophosphamide, the anti-xenograft rejection drug cyclosporine A, the anti-inflammatory drug diclofenac), the insecticide deltamethrin, the metal cadmium and wastewater treatment plant effluents. The general reasoning is built on questions relative to (i) the sensitivity of the approach, (ii) the rapidity of the response, (iii) their physiological precocity of alteration (immune vs life-history traits), (iv) the transposition of xenobiotic immunotoxicity between L. stagnalis and the Chordata phylum and (vi) the pragmatic use of L. stagnalis (breeding, collection in the environment, calibration and reproduction)

Les circuits et réseaux d’eau subissent épisodiquement des problèmes de contamination par des microorganismes tels que Legionella pneumophila, conduisant à la dégradation de la qualité microbiologique de l’eau circulante. De nouveaux moyens de traitements doivent être mis en place de façon notamment à limiter l’usage de biocides chimiques. Ce travail de thèse s’inscrit dans cette problématique et a pour objectif d’identifier de nouveaux composés actifs contre L. pneumophila en tenant compte de son comportement et de ses interactions au sein de son microenvironnement. De manière à obtenir des composés produits par des souches bactériennes appartenant à la même niche écologique que L. pneumophila, une campagne de prélèvement d’eau a été réalisée. Un total de 273 isolats environnementaux ont été isolés et testés contre L. pneumophila. Les résultats obtenus indiquent que 178 de ces isolats (65%) présentent une activité anti-Legionella. Quatre souches ont ensuite été sélectionnées (Aeromonas bestiarum SW257, Rahnella aquatilis SW265, Flavobacterium spp. PW52 et Pseudomonas spp PW329) et les composés actifs produits ont été caractérisés. A. bestiarum SW257 produit un peptide anti-Legionella. Flavobacterium sp. PW52 produit un mélange de composés anti-Legionella ayant des propriétés tensioactives, les flavolipides. Pseudomonas sp. PW329 produit des composés organiques volatiles, identifiés par SPME-GC-MS, actifs contre L. pneumophila. Enfin, R. aquatilis SW265 produit un sidérophore à activité anti-Legionella. / Water is essential to sustain life and water sources used for human consumption must be biologically safe, to avoid any risk for health. Indeed, the most common and widespread health risk associated with drinking water are infectious diseases caused by pathogenic microorganisms such as Legionella pneumophila. However, more efforts are needed to control disinfection by-products and minimize people exposure to potentially hazardous chemicals while maintaining adequate disinfection to ensure good water quality. Thus, this work aimed to find natural antibacterial compounds to control L. pneumophila growth using bacteria from freshwater environments. Environmental aquatic bacteria were sampled from five freshwater sources to get a large culturable bacterial collection. A total of 273 bacterial isolates were recovered and screened for their ability to produce anti-Legionella compounds. Among those, 178 (65%) were shown to be active against L. pneumophila. Four strains (Aeromonas bestiarum SW257, Rahnella aquatilis SW265, Flavobacterium spp. PW52, and Pseudomonas spp PW329) were next selected for the characterization of their active compounds. A. bestiarum SW257 produces an anti-Legionella peptide, and Flavobacterium spp PW52 produces a mixture of anti-Legionella compounds with surface active properties, named flavolipids. Finally Pseudomonas sp. PW329 delivers many volatile organic compounds, and R. aquatilis SW26 produces a anti-Legionella siderophore.

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Bilan sur la faune carcinologique (Decapoda & Stomatopoda) des îles de Polynésie française : historique des recherches, inventaire à jour avec plus de 900 espèces, écologie des principaux taxons, importance économique, bibliographie.

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