Les avantages liés à la réduction de taille et la microfabrication, caractéristiques des microsystèmes électromécaniques (MEMS), sont favorables à l'utilisation de microstructures dans le domaine des biocapteurs. Dans ce contexte, nous avons développé des micromembranes résonantes à actionnement et détection intégrés, par l'intermédiaire d'une couche piézoélectrique (PZT), pour la transduction d'une reconnaissance biologique. Après la fabrication de matrices de micromembranes par les techniques de microfabrication, des travaux de caractérisation statique ont permis d'appréhender le comportement initial des structures et de déterminer les propriétés du matériau piézoélectrique. Ces optimisations ont ensuite servi de base pour la caractérisation dynamique des micromembranes, qui correspond à leur mode de fonctionnement en tant que capteur de masse. Ainsi, après la validation de l'actionnement intégré des structures et la détection des fréquences de résonance par les deux effets piézoélectriques, la génération optimisée de spectres a permis de développer une électronique spécifique aux structures et de les calibrer en masse pour la détermination de la sensibilité dans l'air : Sair=-15 pg/(mm².Hz). La caractérisation dynamique approfondie a permis enfin d'aborder l'utilisation des membranes en tant que biocapteur pour deux types d'application : une première orientée diagnostic par la détection spécifique en temps-réel et en milieu liquide d'anticorps alors que la seconde application concerne la combinaison des micromembranes avec des polymères à empreinte moléculaire (MIP). Cette seconde application, orientée analyse environnementale, permet de profiter des avantages liés aux MIP, tels que la stabilité et la structuration des polymères, avec ceux des micromembranes, tels que la sensibilité et le multiplexage intégré. Ces travaux correspondent à la démonstration des capacités de micromembranes résonantes pour la détection fiable, sensible, intégrée et multiplexée de biom olécules.

L’interface entre deux solutions électrolytiques immiscibles (ITIES) peut agir comme un support pour l’assemblage de nanoobjets. Cela présente de nombreux avantages : les particules ne requièrent pas d’ingénierie particulière pour leur obtention, peuvent s’assembler dans des conditions qui leur sont propres, sont pratiquement non dégradables et facilement renouvelables. Les recherches actuelles portent tant sur leur utilisation potentielle en tant que plateformes pour des appareils optiques ajustables, pour des capteurs ou encore pour de la catalyse. L’adsorption de nanoparticules de silice, dense ou mésoporeuse, à l’interface liquide-liquide a été étudiée par voltammétrie en courant alternatif. L’interaction des nanoparticules de silice avec le bleu de méthylène et l’éosine B a été étudiée par voltammétrie cyclique et spectrophotométrie. Les constantes thermodynamiques d’adsorption du bleu de méthylène ont été déterminées à 1.66 105 et 3.68 103 sur les particules de silice dense et mésoporeuse respectivement. La variation de constante entre les deux types de silice repose essentiellement sur leur état d’ionisation respectif. L’énergie de Gibbs de transfert entre phase liquide est modifiée de 8.9 kJ mol-1 en présence de nanoparticules denses ce qui donne des indications sur le mécanisme de transfert du bleu de méthylène en présence de nanoparticules. Mettant à profit l’aptitude de la silice à accumuler le bleu de méthylène et à s’adsorber sur l’interface liquide il nous a été possible d’améliorer la sensibilité de la détection électrochimique. L’éosine B n’a aucune interaction avec les particules de silice. Nos efforts ont ensuite porté sur l’amélioration de la sélectivité du transfert électrochimie par l’utilisation de nanoparticules de silice à empreinte moléculaire. Des nanoparticules de silice dense à empreinte moléculaire de Diclofénac (DIN) ont été synthétisées. Cette molécule est un anti-inflammatoire non stéroïdien très largement utilisé et figurant sur la liste européenne des polluants émergents. Les constantes d’affinité du Diclofénac pour les DIN et les particules équivalentes sans empreinte sont de 7.47 108 et 2.96 107 respectivement ce qui démontre clairement la présence d’empreintes ayant une forte affinité pour le diclofénac au sein des particules. Des molécules analogues (Diclofénac acide, Aceclofenac, acide 4 phenyl-azo benzoique) ont été testées et ont une affinité faible pour les DIN. En électrochimie, l’ajout de DIN bloque le transfert de Diclofénac à l’interface liquide-liquide / The interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES) can act as a scaffold for the assembly of nanometer-sized objects. The assembly of nanoparticles at liquid-liquid interfaces has numerous advantages – the nanoparticles do not require engineering, can assemble given proper conditions, are practically non-degrading and easily renewable. Research is ongoing into their use as a platform for tunable optical devices, sensors and catalysis. The adsorption of both dense and mesoporous silica nanoparticles at the ITIES was studied by AC voltammetry. Their interactions with methylene blue (MB+) and Eosin B (EB-), selected as a model ions, were studied by cyclic voltammetry and UV/Vis absorption spectroscopy. The thermodynamic constants of adsorption of MB+ were found to be 1.66 105 and 3.68 103 onto dense and mesoporous silica nanoparticles respectively. The difference of adsorption constants for the two types of silica was explained by their differing ionisation states. The Gibbs energy of transfer of MB+ is shifted by -8.9 kJ mol-1 in the presence of dense silica nanoparticles, giving some insights to the transfer mechanism of MB+ in presence of nanoparticles. Combining the ability of silica to adsorb onto the ITIES and their affinity for MB+, MB+ was accumulated at the ITIES and so an increase in sensitivity of electrochemical detection was achieved. Eosin B demonstrated no affinity for the silica nanoparticles and its transfer at the ITIES was not influenced by their presence. Next the focus was placed on improving the selectivity of the interaction by synthesising imprinted silica nanoparticles, more specifically, Diclofenac-imprinted dense silica nanoparticles. This drug was chosen as it is a commonly used nonsteroidal anti-inflammatory drug which has been placed on the European watch list of emerging pollutants. The thermodynamic constants were calculated as 7.47 108 for Diclofenac-imprinted silica and only 2.96 107 for non-imprinted silica. Thus the presence of imprint cavities greatly influences the affinity of diclofenac for the silica nanoparticles. The analogues of Diclofenac (Aceclofenac, Acid diclofenac, 4-phenyl azo benzoic acid) were shown to have a very limited affinity for the imprinted particles. Electrochemical experiments at the liquid-liquid interface revealed that the diclofenac transfer is blocked by the presence of imprinted particles

La consommation frauduleuse de nandrolone est détectée dans les urines par la présence de ses métabolites isomères norandrostérone et norétiocholanolone. Afin de contrôler si, chez la femme, une activité sportive peut être responsable de l'augmentation de leurs productions endogènes, ainsi que de celles de la déhydroépiandrostérone et de l'androstérone, une méthode d'analyse urinaire faisant intervenir trois extractions sur phase solide suivies d'une analyse par GC-MS a été mise au point. Une correction des concentrations brutes en analytes a été appliquée par rapport au taux de créatinine, marqueur de la dilution des urines. Le traitement statistique des résultats obtenu à partir de 400 urines n'a montré aucun effet de l'exercice sur les concentrations en métabolites de la nandrolone, mais un effet modéré de l'exercice aérobie sur les concentrations en androstérone. Le statut hormonal des individus (phase du cycle menstruel et prise de contraceptif) a également été évalué. <br />Une amélioration de l'extraction a été ensuite proposée par la synthèse d'une phase stationnaire polymérique à impression moléculaire (MIP). Le MIP a été synthétisé dans des conditions favorisant la mise en place d'interactions non covalentes avec l'androstérone, ces mêmes interactions étant ensuite mises à contribution dans la rétention de la norandrostérone et de ses isomères lors de la percolation d'un échantillon sur la phase d'extraction. Conduisant à des résultats prometteurs, la technique semble intéressante en vue de l'analyse de traces de métabolites de la nandrolone grâce à une amélioration de la sélectivité de la méthode globale d'analyse

Le vétérinaire aide le producteur laitier à garder son troupeau en santé. Lorsqu’une vache est malade, il peut prescrire des antibiotiques. Le cas échéant, le lait de la vache traitée aux antibiotiques est jeté. Il n’est donc pas vendu pour consommation. Tout le lait produit est analysé avant d’être pasteurisé et transformé afin de s’assurer que les produits laitiers ne contiennent pas de résidus d’antibiotiques. Si les analyses indiquent que le lait renferme des traces d’antibiotiques, il est jeté et le producteur en cause doit assumer la perte. Les épreuves de dépistage actuelles de ces résidus médicamenteux sont onéreuses et inapplicables sur le terrain. Pour résoudre cette problématique aux pieds de la vache, la solution proposée dans ce projet est la fabrication d’un kit de détection basé sur les polymères à empreinte moléculaire. Il s’agit de polymères dont la conformation moléculaire est complémentaire à celle des antibiotiques. Dans ce projet, il est question d’améliorer l’efficacité des épreuves de dépistages des résidus de tétracyclines en augmentant le nombre de sites d’interaction entre l’antibiotique et des polyesters. Trois polymères sont utilisés portant respectivement des groupements aromatiques, carboxyliques et hydroxyles. Une étude antérieure dans notre laboratoire avait déjà donné un pourcentage de rétention de tétracycline de 50% pour une composition de 1/3 PLAOH- 1/3 PLACOOH- 1/3 PLAOBn. Avec des ajustements, le pourcentage passe à 38.93 % pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/2 PLACOOH- 1/4 PLAOPh, de 44.81 % pour une composition de 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOH- 1/4 PLAOPh, de 66.34 %pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOPh et de 78.07 % pour une composition de 1/6 PLAOH- 1/6 PLACOOH- 2/3 PLAOPh. Notre hypothèse était que la présence accrue du groupement phényle augmenterait le nombre de sites d’interaction spécifique avec l’antibiotique augmentant ainsi le pourcentage de rétention de l’antibiotique à travers les MIP. Les résultats ont confirmé cette hypothèse. / The veterinarian is helping the dairy farmer to keep his flock healthy. When a cow is sick, he may prescribe antibiotics. But in that case, the cow milk treated with antibiotics is discarded, and not sold for consumption. All milk products are analyzed before being pasteurized and processed to ensure that dairy products do not contain residues of antibiotics. If the analyses show that milk contains traces of antibiotics, it is discarded and the producer must bear the loss. On place, the current screening tests for drug residues are expensive and inapplicable. To resolve this problem at the feet of the cow, the solution proposed in this project is the production of a detection kit based on molecular imprinted polymers. These are polymers whose molecular conformation is complementary to that of antibiotics. This project is about improving the effectiveness of screening tests for residues of tetracyclines by increasing the number of interaction sites between the antibiotic and polyester. Three polymers are used respectively, aromatic, carboxyl and hydroxyl groups. A previous study in our laboratory had already shown a tetracycline retention percentage of 50% for a composition of 1 / 3 PLAOH-1 / 3 PLACOOH-1 / 3 PLAOBn. After variation in the polymers ratio, the percentage obtained is, 38.93 % for a composition of 1 / 4 PLAOH-1 / 2 PLACOOH-1 / 4 PLAOPh, 44.81 % for a composition of 1 / 4 PLACOOH- 1 / 2 PLAOH- 1 / 4 PLAOPh, 66.34 % for a composition of 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/4 PLAOPh and 78.07 % for a composition of 1/6 PLAOH- 1 / 6 PLACOOH- 2 / 3 PLAPh. Our hypothesis was that the increase of the amount of the phenyl group, increases the number of specific interaction sites with the antibiotic, and so increases the percentage of retention of the antibiotic through the MIP. The results confirmed this hypothesis.

L’esca est une maladie de dépérissement du bois de la vigne conduisant à la mort des ceps. Actuellement le vignoble mondial est atteint, et au niveau français, cette maladie ne cesse de progresser. Ainsi, 8% des ceps dans le Jura et 4,5% dans la région de Bordeaux manifestent des symptômes d’esca, selon les parcelles des chiffres beaucoup plus élevés sont obtenus, certains cépages sont aussi beaucoup plus sensibles que d’autres. Plusieurs champignons seraient impliqués dans l’esca mais leur rôle ainsi que la détermination de la microflore responsable de cette maladie est encore sujette à interrogation. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de caractériser et de comparer les microflores fongiques et bactériennes colonisant le bois de ceps de vigne ayant exprimé ou non des symptômes foliaires d’esca. Dans un premier temps, nous avons prélevé des ceps (cultivar Cabernet Sauvignon) relativement jeunes (10 ans d’âge) car ils présentaient l’intérêt d’être peu dégradés au niveau du bois du tronc, les symptômes foliaires étant associés à la présence d’amadou (une nécrose typique de l’esca) uniquement dans les bras. Une grande diversité dans les communautés fongiques (674 OTUs) et bactériennes (222 OTUs) colonisant le bois a été observée. Cette diversité est plus importante dans le bois sain de la vigne que dans celui partiellement ou totalement nécrosé. Les techniques utilisées, i.e. isolement/séquençage de souches, empreinte moléculaire (Single Strand Conformation Polymorphism, SSCP) et pyroséquençage 454, ont montré que les communautés bactériennes ou fongiques étaient différentes dans les tissus dégradés comparés à ceux qui ne l’étaient pas. Des changements de microflores en fonction du temps (expérimentation durant 1 année) ont aussi été observés. D’une façon générale, les espèces de champignons impliquées dans l’esca sont déjà présentes dans le bois apparemment sain de ceps esca-foliaires symptomatiques mais aussi des asymptomatiques. Il n’a pas été possible de différencier ces 2 types de microflores au niveau du bois sain des plants, cette différentiation se faisant au niveau des nécroses, qui sont plus abondantes dans les ceps esca-symptomatiques. Pour la première fois nous avons montré que des communautés bactériennes spécifiques étaient associées à l’esca, leurs aptitudes trophiques étant différentes selon les tissus où elles étaient prélevées. Les espèces isolées suggèrent que certaines pourraient avoir un rôle dans la protection du végétal, d’autres dans la dégradation des structures du bois, e.g. de la lignine, préparant ainsi le terrain aux champignons dégradateurs des tissus ligneux, déjà présents à l’intérieur des ceps. Nous avons aussi étudiés des ceps plus âgés (cultivar Baco blanc), de 42 et 58 ans, qui avaient un rendement acceptable et n’avaient pas manifesté de symptômes d’esca ou eutypiose (une autre maladie du bois) l’année du prélèvement. Au niveau des tissus fonctionnels du bois, les communautés fongiques étaient caractéristiques de plants atteints par l’eutypiose (ceps de 42 ans) ou de l’esca (ceux de 58 ans). La non expression par les ceps de ces 2 maladies pourrait cependant être associée à la forte présence de champignons mycoparasites et protecteur du végétal, comme Trichoderma spp., dans ces tissus fonctionnels. Les interactions au sein des communautés fongiques créant un équilibre où le pathogène ne se développerait pas de façon extensive. Les caractéristiques du Baco blanc, un hybride, moins sensible à certaines maladies de la vigne, pourrait aussi expliquer ce résultat. Ainsi la présence d’une microflore bénéfique naturellement présente dans le bois des ceps associée à des plants ayant une tolérance à ces maladies pourrait ouvrir de nouvelles perspectives pour lutter l’esca, voire l’eutypiose, pour lesquelles aucun moyen de protection n’existe aujourd’hui. / Esca is a Grapevine Trunk Disease (GTD) that induces a decline in grapevine vigour that generally leads up with the death of the plants. Nowadays, vineyards worldwide are attacked by esca and, in France this disease increases steadily. In the Jura, 8% of the grapevines are esca-foliar symptomatic and approximately 4.5% in the Bordeaux region. However, some vineyards are more severely attacked by esca, and certain cultivars are more susceptible than others. Although several pathogenic fungi are associated with esca, their individual roles and their interaction with other microorganisms for the esca have still to be determined. In this context, the objective of the present PhD study is to characterize and compare the bacterial and fungal microflora that colonize the wood tissues of esca-foliar symptomatic and asymptomatic grapevines. First, we sampled young (10 year-old) grapevines (Cabernet Sauvignon cultivar) because they had only few necroses in the trunk and white-rot (also called amadou) was only present in the cordons of symptomatic plants. Great diversity in the fungal (674 OTUs) and bacterial (222 OTUs) communities was observed. This diversity was higher in the apparently healthy wood than in the partially or totally necrotic wood tissues. The methods used isolation/sequencing of microbial strains, a molecular fingerprinting method (Single Strand Conformation Polymorphism, SSCP) and 454 pyrosequencing showed that the fungal and bacterial communities of the necrotic and healthy wood tissues were different. Changes in the microflora over time (over a one-year period) have been observed. Fungal species involved in esca are already present in the apparently healthy wood of esca-foliar symptomatic plants but also in the asymptomatic ones. It was not possible to differentiate these 2 microflora. Only microflora from the necroses differed from those of the healthy wood with these necroses being more developed in the esca-foliar symptomatic grapevines. For the first time, we were able to determine that specific bacterial communities are associated with esca. Depending on the wood tissues, different types of bacteria were isolated, with different trophic behaviour. Two roles could be assigned to the species isolated from the various wood tissues: (i) a positive role, due to the biocontrol potential that many species have; (ii) a negative one, by predisposing the wood of grapevines to fungal attacks. We also studied, old (42 and 58 year-old) grapevines of the cultivar, Baco blanc, that produced regular harvests. The plants had no expressed foliar symptoms of esca or eutypa dieback during the sampling year. Many plant pathogens colonized the functional wood tissues, but in 58 year-old plants they were associated with esca, and in 42 year-old plants, with eutypa dieback. The absence of GTDs expression could be linked to the numerous plant protectant mycoparasites, such as Trichoderma spp., that colonized the functional wood tissues. Interactions between species within the fungal communities may create a balance that is unfavourable to the development of the pathogens. The use of Baco blanc, a hybrid less susceptible to certain grapevine diseases could also explain this result. So, because no means of protection are currently available, the combination of beneficial microflora within the garpevine wood tissues with plants that are tolerant to esca, or even eutypa dieback, could be helpful to control those diseases.

Le vétérinaire aide le producteur laitier à garder son troupeau en santé. Lorsqu’une vache est malade, il peut prescrire des antibiotiques. Le cas échéant, le lait de la vache traitée aux antibiotiques est jeté. Il n’est donc pas vendu pour consommation. Tout le lait produit est analysé avant d’être pasteurisé et transformé afin de s’assurer que les produits laitiers ne contiennent pas de résidus d’antibiotiques. Si les analyses indiquent que le lait renferme des traces d’antibiotiques, il est jeté et le producteur en cause doit assumer la perte. Les épreuves de dépistage actuelles de ces résidus médicamenteux sont onéreuses et inapplicables sur le terrain. Pour résoudre cette problématique aux pieds de la vache, la solution proposée dans ce projet est la fabrication d’un kit de détection basé sur les polymères à empreinte moléculaire. Il s’agit de polymères dont la conformation moléculaire est complémentaire à celle des antibiotiques. Dans ce projet, il est question d’améliorer l’efficacité des épreuves de dépistages des résidus de tétracyclines en augmentant le nombre de sites d’interaction entre l’antibiotique et des polyesters. Trois polymères sont utilisés portant respectivement des groupements aromatiques, carboxyliques et hydroxyles. Une étude antérieure dans notre laboratoire avait déjà donné un pourcentage de rétention de tétracycline de 50% pour une composition de 1/3 PLAOH- 1/3 PLACOOH- 1/3 PLAOBn. Avec des ajustements, le pourcentage passe à 38.93 % pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/2 PLACOOH- 1/4 PLAOPh, de 44.81 % pour une composition de 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOH- 1/4 PLAOPh, de 66.34 %pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOPh et de 78.07 % pour une composition de 1/6 PLAOH- 1/6 PLACOOH- 2/3 PLAOPh. Notre hypothèse était que la présence accrue du groupement phényle augmenterait le nombre de sites d’interaction spécifique avec l’antibiotique augmentant ainsi le pourcentage de rétention de l’antibiotique à travers les MIP. Les résultats ont confirmé cette hypothèse. / The veterinarian is helping the dairy farmer to keep his flock healthy. When a cow is sick, he may prescribe antibiotics. But in that case, the cow milk treated with antibiotics is discarded, and not sold for consumption. All milk products are analyzed before being pasteurized and processed to ensure that dairy products do not contain residues of antibiotics. If the analyses show that milk contains traces of antibiotics, it is discarded and the producer must bear the loss. On place, the current screening tests for drug residues are expensive and inapplicable. To resolve this problem at the feet of the cow, the solution proposed in this project is the production of a detection kit based on molecular imprinted polymers. These are polymers whose molecular conformation is complementary to that of antibiotics. This project is about improving the effectiveness of screening tests for residues of tetracyclines by increasing the number of interaction sites between the antibiotic and polyester. Three polymers are used respectively, aromatic, carboxyl and hydroxyl groups. A previous study in our laboratory had already shown a tetracycline retention percentage of 50% for a composition of 1 / 3 PLAOH-1 / 3 PLACOOH-1 / 3 PLAOBn. After variation in the polymers ratio, the percentage obtained is, 38.93 % for a composition of 1 / 4 PLAOH-1 / 2 PLACOOH-1 / 4 PLAOPh, 44.81 % for a composition of 1 / 4 PLACOOH- 1 / 2 PLAOH- 1 / 4 PLAOPh, 66.34 % for a composition of 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/4 PLAOPh and 78.07 % for a composition of 1/6 PLAOH- 1 / 6 PLACOOH- 2 / 3 PLAPh. Our hypothesis was that the increase of the amount of the phenyl group, increases the number of specific interaction sites with the antibiotic, and so increases the percentage of retention of the antibiotic through the MIP. The results confirmed this hypothesis.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le processus de dégradation anaérobie de la matière organique est un phénomène naturel largement répandu sur terre (ex. marais, lacs, rizières, systèmes digestifs d'animaux et humains). Une très grande diversité microbienne est entretenue durant ce processus, traduisant une diversité de voies métaboliques impliquées. Lorsqu'elle est complète, la digestion anaérobie aboutie à la formation de biogaz (mélange de méthane et de dioxyde de carbone). En termes de biotechnologie, le traitement par voie anaérobie de pollutions organiques permet de réduire le volume de déchets en générant du méthane valorisable sous plusieurs formes (électricité, chaleur, gaz naturel, biocarburant). Cependant, les digesteurs industriels sont optimisés pour un fonctionnement à 35°C ou à 55°C, ce qui nécessite un apport exogène d'énergie de maintenance. Ainsi, les travaux de thèse se sont intéressés à l'étude de la capacité d'adaptation de divers écosystèmes anaérobies industriels couvrant une variété de procédés et de conditions opératoires à convertir l'éthanol en biogaz à différentes températures. La première phase de l'étude avait pour but le conditionnement, en réacteurs de laboratoire d'écosystèmes à leur température d'origine avec un substrat facilement biodégradable (éthanol). Ensuite, les performances des communautés microbiennes (le potentiel méthanogène maximal et la cinétique de dégradation) ont été estimées sur un gradient de température de 5°C à 55°C en fioles. La phase de conditionnement des écosystèmes en réacteur batch a montré que la production de biogaz avoisinait la production théorique et que cette production s'accompagnait d'une diminution de la durée de réaction avec ajout successif du substrat. De plus, les cinétiques de production de biogaz obtenues les variaient fortement d'un écosystème à l'autre. Des profils d'empreintes moléculaires (CE-SSCP) des communautés bactériennes et archées ont été réalisés au début et à la fin du conditionnement. Ces profils de communauté ont été comparés entre eux par analyse en composante principale (ACP). Les populations bactériennes qui assuraient une performance efficiente étaient différentes de celles qui garantissaient une bonne capacité d'adaptation. Par ailleurs, le potentiel d'adaptation dépendait de la présence de populations d'Archaea méthanogènes bien spécifiques. En plaçant ensuite les écosystèmes conditionnés dans des conditions de température éloignées de la température d'origine, seuls les écosystèmes mésophiles se sont acclimatés aux températures psychrophiles. Comme attendu, l'activé spécifique maximale des méthanogènes était toujours obtenue à la température d'origine de l'écosystème. L'analyse des communautés bactériennes et archées à la fin de la période d'acclimatation a révélé que l'acclimatation des écosystèmes thermophiles et mésophiles à des températures plus faibles ne modifiait que légèrement la structure des communautés microbiennes. En revanche, des changements plus importants étaient obtenus lorsque la température d'incubation était augmentée par rapport à la température d'origine de l'écosystème. En résumé, l'étude de l'effet de la température d'incubation (de 5°C à 55°C) sur l'activité fermentaire et sur la structure des populations microbiennes est un bon modèle d'étude au laboratoire pour appréhender l'impact d'un facteur abiotique sur la dynamique structurelle et fonctionnelle d'une communauté microbienne complexe. / The process of anaerobic degradation of organic matter is a natural phenomenon widespread on Earth (eg, marshes, lakes, rice fields, digestive systems of animals and humans). A high microbial diversity is maintained during this process, reflecting a diversity of metabolic pathways involved. When complete, the anaerobic digestion accomplished in the formation of biogas (methane mixture and carbon dioxide). In terms of biotechnology, anaerobic treatment of organic pollution reduces the volume of waste and generates methane recoverable in several forms (electricity, heat, natural gas, biofuels). However, industrial digesters are optimized for operation at 35 ° C or 55 ° C, which requires exogenous energy maintenance. Thus, the thesis is interested in the study of the adaptability of various anaerobic ecosystems covering a variety of industrial processes and operating conditions to convert ethanol into biogas at different temperatures. The first phase of the study was to the conditioning, in laboratory reactors ecosystems to their original temperature with a readily biodegradable substrate (ethanol). Then, the performances of microbial communities (the maximum methanogenic potential and degradation kinetics) were estimated on a temperature gradient of 5 ° C to 55 ° C in glass bottles. The conditioning phase of the ecosystems in batch reactor showed that the biogas averaged theoretical production and this production was followed by a decrease in reaction time with successive addition of the substrate. In addition, the kinetics of the biogas obtained varied greatly from one ecosystem to another. Molecular fingerprinting profiles (CE-SSCP) of bacterial and archaeal communities were performed at the beginning and at the end of conditioning. These community profiles were compared with each other by principal component analysis (PCA). Bacterial populations that ensured efficient performance were different from those that ensured a good adaptability. In addition, the potential for adaptation depended on the presence of very specific methanogenic Archaea populations. When placing ecosystems conditioned in temperature away from the original temperature, only mesophilic ecosystems adapted to psychrophilic temperatures. As expected, specific methanogenic activity was always obtained at the original temperature of the ecosystem. Analysis of bacterial and archaeal communities at the end of the acclimation period revealed that acclimation thermophilic and mesophilic ecosystems to lower temperatures only modified slightly the structure of microbial communities. On the other hand, more significant changes were obtained when the incubation temperature was increased in comparison to the original temperature of the ecosystem. In summary, the study of the effect of incubation temperature (5 ° C to 55 ° C) on the fermentation activity and microbial population structure is a good model for laboratory study to understand the impact of abiotic factor on the structural and functional dynamics of a complex microbial community.

Les maladies du bois de la vigne (MDBs) et plus particulièrement l’esca, sont devenues en l’espace de deux décennies l’objet de préoccupations majeures puisqu’elles mettent en danger la pérennité de nombreux vignobles partout dans le monde. En Tunisie, ces maladies sont peu connues mais elles semblent être en pleine expansion et, en France, environ 13% du vignoble est improductif à cause des dépérissements qu’elles provoquent. Pour lutter contre les MDBs, les filières viticoles françaises et tunisiennes sont actuellement dans une impasse technique car elles ne disposent d’aucune méthode de lutte chimique « curative ». Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est de (i) déterminer quels agents pathogènes sont responsables des dégradations du bois de la vigne en Tunisie ? Les symptômes correspondent-ils à ceux de l’esca ? Existe-t-il une spécificité des agents pathogènes chez les ceps tunisiens ? Aussi (ii) afin de lutter contre ces maladies du bois (MDBs), de potentiels agents de biocontrôle bactériens ont été recherchés dans les parties ligneuses de ceps sélectionnés dans des vignobles tunisiens. Ils ont été caractérisés et des essais de protection in planta ont été réalisés. [...] Ces champignons ont été identifiés au niveau morphologique et moléculaire. Leur pathogénicité a été confirmée après inoculation sur jeunes plants de vigne. Des travaux originaux basés sur la co-inoculation de plants de vigne par ces 3 pathogènes ont montré qu’ils pouvaient rentrer en compétition entre eux au sein du végétal. Par ailleurs, sur le même thème, 2 autres pathogènes des MDBs, i.e. Phomopsis viticola et Diploidia seriata, ont été isolés dans une autre étude à partir de ceps prélevés dans la même région en Tunisie. Dans une deuxième étape, la microflore bactérienne colonisant les tissus ligneux de vignes prélevées dans le nord de la Tunisie a été étudiée afin de rechercher des agents de lutte biologique potentiels. La technique d’empreinte moléculaire Single-Strand Conformation Polymorphism (SSCP) a d’abord montré que les communautés bactériennes étaient différentes en fonction des tissus qu’elles colonisaient, i.e. le bois nécrosé ou sain. Soixante-neuf souches bactériennes ont été isolées par méthode pasteurienne, et les 19 souches les plus abondantes ont fait la suite de l’étude. L’identification moléculaire de ces souches par séquençage de l’ARNr 16S et du gène rpoB a montré l’existence de 4 genres colonisant les ceps de vignes : Bacillus, Curtobacterium, Pantoea et Pseudomonas. Ces bactéries ont été également caractérisées au niveau biochimique, métabolique et génétique. Des tests de sélection in vitro contre les trois pathogènes fongiques ont été effectués, suite auxquels, une souche B6 de B. subtilis a été sélectionnée pour des essais de protection in planta en serre. Par la suite, une étude combinant deux bactéries antagonistes isolées de bois de vigne tunisien, i.e. B. subtilis B6, et français, i.e. Pantoea agglomerans S5, a été réalisée pour lutter contre 2 agents pathogènes, Phaeomoniella chlamydospora (isolé des vignobles français) et N. parvum (isolé des vignobles tunisiens), impliqués dans les MDBs. Deux cépages, un fréquent en Tunisie, le Muscat d’Italie, et l’autre en France, le Cabernet Sauvignon, ont été utilisés. En effet, suivant l’agent pathogène et le cépage utilisés, les résultats de protection obtenus étaient différents. Les meilleurs résultats de protection ont été obtenus en combinant les bactéries et en les appliquant sur Muscat d’Italie contre les 2 champignons pathogènes. La spécificité et l’efficacité de la protection biologique a ici été démontrée. / Grapevine trunk diseases (GTDs) such as esca are of major concern for viticulture worldwide. In Tunisia, knowledge about the symptoms of this disease and the microflora associated with, is still incomplete despite their ability to cause considerable damage to vineyards. In France, around 13% of whole vineyard is unproductive because of GTDs, and no effective treatment currently exists. In that context, the objectives of the present PhD study were: (i) to characterize the fungal microflora inhabiting the wood tissues of Tunisian esca-foliar symptomatic vines in order to identify the pathogens responsible for wood decay. (ii) To investigate the bacterial microflora colonizing the wood tissues of Tunisian grapevines cv. Muscat d’Italie in order to find a suitable Biological Control Agent (BCA) that can be applied to vineyards. First, in order to better characterize the microflora colonizing the wood tissues of vine, samples were collected from 10 vineyards in the north of Tunisia. Fungal isolates were obtained from trunk of grapevines showing decline, small and distorted leaves and chloroses. To identify the isolated fungal species, sequencing of the Internal Transcribed Spacer region of the rDNA was performed (ITS1 and ITS4 primers). Three pathogens, i.e. Lasidiodiplodia pseudotheobromae, Neofusicoccum parvum and Schizophyllum commune, described in the literature as involved in GTDs were isolated for the first time in Tunisia. Their pathogenicity was confirmed in planta. Moreover, the coinoculation of these 3 fungi in planta, showed that they displayed a competitive inhibition effect on each other. In another study, two others pathogens involved in GTDs, i.e. Phomopsis viticola and Diploidia seriata were also isolated from the same region. This PhD also aimed at identifying the bacterial microflora inhabiting the wood tissues of escafoliar symptomatic vines, i.e. necrotic and non-necrotic wood, using microbiological and molecular approaches. Complex bacterial communities, as shown by Single-Strand Conformation Polymorphism (SSCP) analyses, colonize both types of wood tissues. After isolation, the 19 most abundant cultivable strains were sequenced (16S rRNA and rpoB genes) and identified as belonging to four genera: Bacillus, Pantoea, Pseudomonas and Curtobacterium. They were then screened for their in vitro antagonistic traits against the three pathogenic fungi L. pseudotheobromae, N. parvum and S. commune. Based on the results obtained, two bacterial strains were selected: B. subtilis (strain B6) and Pantoea agglomerans (strain S5), respectively isolated from Tunisian and French grapevines. They were then tested in planta on young vines of cv Muscat d’Italie and Cabernet Sauvignon against two fungal pathogens involved in GTDs, i.e. N. parvum (isolated from Tunisian wood) and Phaeomoniella chlamydospora (isolated from French vines). Young vines of both cultivars were inoculated by B. subtilis B6, P. agglomerans S5 or the combination of B6+S5, singly or in combination with N. parvum and P. chlamydospora. In terms of plant protection, the most efficient condition to reduce in planta necrosis caused by the fungal pathogens in the two cultivars was the combination of the two bacteria. However, bacterial treatments were significantly more efficient to reduce necrosis caused by N. parvum or P. chlamydospora in Muscat d’Italie than in Cabernet Sauvignon.

Dans le domaine des capteurs chimiques et biologiques, les besoins toujours croissants en termes de sensibilité, de rapidité et de sélectivité de l’analyse nécessitent le développement de couches sensibles transductrices de plus en plus performantes. Dans ce contexte et dans l’optique de pouvoir détecter de petites molécules non électroactives, telles que l’atrazine (ATZ), nous avons conçu, caractérisé et développé des couches sensibles constituées de polymères conducteurs fonctionnalisés à empreintes moléculaires (MICP) et les avons intégrées au sein de capteurs électrochimiques et gravimétriques. A partir de solutions d’acétonitrile contenant de l’ATZ, molécule empreinte en interaction avec des monomères fonctionnels dérivés du thiophène (FM = TMA, TAA, EDOT, TMeOH ou Th), différents polythiophènes FM-MICP de structures et de fonctionnalités différentes ont été électrosynthétisés sur substrats d’or et utilisés pour la détection de l’ATZ. Nous avons montré que les propriétés de reconnaissance des FM-MICP résultaient de la présence en leur sein d’empreintes moléculaires, fonctionnalisées par les résidus FM, qui conservaient la mémoire géométrique et fonctionnelle des molécules cibles. Néanmoins, une adsorption non-spécifique se produit systématiquement à la surface des couches sensibles et affecte par conséquent la sélectivité de la reconnaissance. Les techniques de caractérisation de surface employées nous ont permis de mettre en évidence l’influence de l’épaisseur et des propriétés structurales des couches sensibles sur l’efficacité de la détection. En outre, nous avons montré que du fait de la porosité de la couche polymère, le processus de reconnaissance se produisait en volume. Par ailleurs, des mesures électrochimiques corrélées à des calculs semi-empiriques ont permis de démontrer l’influence de la nature de FM d’abord sur la force de l’interaction ATZ-FM au sein de la solution de pré-polymérisation, ensuite sur le nombre d’empreintes moléculaires et enfin sur la sensibilité des FM-MICP vis-à-vis de l’ATZ. La couche TAA-MICP, qui présente un faible seuil de détection (10-9 mol L-1) ainsi qu’une large gamme dynamique (10-8 à 10-4 mol L-1), est la plus performante des couches sensibles puisqu’elle offre le meilleur compromis entre une détection spécifique de l’ATZ relativement élevée et une adsorption non-spécifique relativement faible. Enfin, le TAA-MICP a été utilisé comme couche sensible au sein d’un capteur électrochimique original à ondes acoustiques de surface (ESAW) dans l’optique de réaliser des mesures gravimétriques et électrochimiques couplées et simultanées. / In the field of chemical and biological sensors, the increased need for better sensitivity, faster response and higher selectivity during an analysis process, requires the development of more and more efficient transducing sensing layers. In this context, and with the aim to detect small non-electroactive molecules, such as atrazine (ATZ), we designed, characterized and developed sensing layers constituted by functionalized Molecularly Imprinted Conducting Polymers (MICP) and we integrated them into electrochemical and gravimetrical sensors. Starting from acetonitrile pre-polymerization media containing ATZ as template molecules in the presence of thiophene-based functional monomers (FM, namely TMA, TAA, EDOT, TMeOH or Th), differently functionalized and structurally different polythiophene-based FM-MICP films were electrosynthesized onto gold substrates and used for ATZ detection. The sensing properties of FM-MICP layers were shown to result from the presence in their backbones of pre-shaped FM-functionalized imprinted cavities which keep the memory of the targets. Nevertheless, non-specific adsorption onto the surface of the sensing layers takes place systematically, which affects the selectivity of the recognition process. Thanks to surface characterization techniques, we highlighted the influence of the thickness and of the structural properties of the layers on the efficiency of the recognition process. Besides, this latter was shown to operate in the bulk of the polymer matrixes thanks to layers porosity. On another hand, electrochemical measurements correlated with semi-empirical calculations demonstrated the influence of the nature of FM on the strength of the ATZ-FM interaction in the pre-polymerization medium, and then on the number of ATZ molecular imprints and on the sensitivity towards ATZ of the FM-MICP layers. We showed that TAA-MICP, which presents a low limit of detection (10-9 mol L-1) and a large dynamic range (10-8 to 10-4 mol L-1), is the best sensing layer since it offers the best compromise between high level of specific detection of ATZ and low level of non-specific adsorption. Finally, TAA-MICP was used as sensitive layer in an original Electrochemical Surface Acoustic Wave sensor (ESAW) which enabled simultaneous coupled gravimetric and electrochemical measurements.