Th.--Sci.--Ecole nationale supérieure des mines de Paris, 1988. / Bibliogr. p. 213-228. Résumé en français et en anglais.

Etude expérimentale et modélisation, en fonction du pH et de la concentration en NaCl, du système ternaire U(VI)-NaCl-H2O à T = 155°C et pression de vapeur saturante. Une étude expérimentale sur la solubilité de l'U(VI) dans des saumures de NaCl (0.5 – 6 M) en fonction du pH (3-13) a été réalisée à T = 155°C et pression de vapeur saturante. Les résultats obtenus ont montré que la phase solide initiale UO3 se transforme en de multiples phases solides d'uranates de sodium de formule générale Na2xUyO(x+3y) hydratés dont le rapport molaire Na/U croit avec l'accroissement du pH et de la concentration de NaCl. La solubilité de l'U(VI) est directement gouvernée par trois paramètres physico-chimiques : le pH, le ligand Cl- et le cation Na+. Les deux premiers favorisent fortement la solubilité de l'U(VI) sous forme de complexes d'U(VI) avec les ligands OH- et Cl- à pH = 4. A la différence des deux premiers paramètres, le cation Na+ inhibe la solubilité de l'uranium (VI) en le précipitant sous forme de multiples composés d'uranates de sodium très peu solubles. Les résultats de mesures de solubilité de l'U(VI) obtenues servent de base de données de référence pour calculer les variations de la concentration de chaque complexe soluble d'U(VI) en fonction de deux paramètres, pH et [Na], à l'aide d'une équation de type exponentielle d’un paraboloïde elliptique négatif. Un modèle empirique a également été mis au point, à partir des équations de Pitzer, afin de déterminer, de manière continue, les variations des divers paramètres physico-chimiques des ions solubles présents dans une saumure de NaCl en fonction de quatre paramètres : pH, [Na], T et P du milieu réactionnel. Ce modèle est valable jusqu’à [NaCl] = 6M, T = 300°C et P = 100 MPa. / An experimental study on the solubility of U(VI) in concentrated (0.5-6.0 M) NaCl solutions as a function of pH (3-13) has been realized at 155°C and saturation vapor pressure. The obtained results indicate that the initial solid phase UO3 initial solid phase is transformed into multiple solid phases of hydrated sodium uranates with general formula Na2xUyO(x+3y), the Na/U molar ratio of which increases with increasing pH and NaCl concentration. The solubility of U(VI) is directly dependant of three physico-chemical parameters : the pH, the Cl- ligand, and the Na+ cation. The first two parameters strongly favour the U(VI) solubility in the form of aqueous U(VI) complexes with the OH-and Cl- ligands at a pH = 4, while the Na+ cation inhibits the solubility of U(VI) as it precipitates into various low solubility sodium uranates. The results of solubility measurements obtained for U(VI) serve as a reference data base for the calculation of concentration variations of each soluble U(VI) complex as a function of two parameters, pH and [Na], with the use of a negative elliptic paraboloïd exponential. An empirical model has also been developed from the Pitzer equations in order to determine, in a continuous way, the variations of various physico-chemical parameters of the soluble ions present in the concentrated NaCl solutions as a function of four parameters: pH, [Na], T and P of the reaction medium. This model is valid up to [NaCl] = 6M, T = 300°C and P = 100 MPa.

Dans le but de préciser les conditions, de formation des gisements de fluorine, des analyses de lanthanides ont été effectuées' dans une quarantaine d'échantillons provenant de coupes' transversales' de filons hydrothermaux de basse température (mines du Burc et de Montroc du district de l'Albigeois'dans le Tarn). Deux techniques complémentaires ont été utilisées: La Résonance Paramagnétique Electronique (RPE) et l'activation neutronique. Il est alors possible, par comparaison des mesures'de concentrations obtenues à partir de ces deux techniques, d'évaluer pour certaines terres rares ce que nous appelons'leur "défficit en spins'" . un tel déficit indique que la terre rare n'est pas seulement présente dans l'échantillon sous la (les) forme(s) paramagnétique(s) observée(s) par RPE. Notre mémoire est composé de quatre chapitres - Dans le premier chapitre nous décrivons de façon détaillée le cadre géologique de l'Albigeois en insistant plus particulièrement sur ce qui le distingue des autres districts fluorés du Massif Central. - Le deuxième chapitre est consacré à la présentation des deux gisements choisis (Montroc et le Burc) et à la description des différentes coupes que nous avons levées et échantillonnées. - Le troisième chapitre décrit tout d'abord les deux techniques utilisées. Il rend compte ensuite de l'étude expérimentale des variations des rapports, ( Gd3+ ) /(Gdtotal), (Eu2+) /( EUtotal) et (Ce3+- Fi) /(Cetotal) dans les filons de Montroc et du Burc et des interprétations que nous proposons. Il traite également du comportement de deux autres éléments: le néodyme (mine de Montroc) et l'ytterbium (mines du Burc et de Montroc). - Dans le quatrième chapitre nous proposons une interprétation de l'anomalie en europium des fluorines, ce qui nous permet d'apporter des précisions sur le modèle génétique du filon de Montroc (Deloule 1981 ) . Une grande partie des résultats consignés dans les chapitres trois et quatre fait l'objet de deux articles soumis à publication. En annexe, nous joignons deux autres articles - Le premier, "Nouvelle méthode d'étude des terres rares dans les gisements fluorés basée sur des corrélations RPE-Analyse par Activation Neutronique", représente en quelque sorte la genèse de notre travail. - Le second,"l'ion paramagnétique Tm2 dans la fluorine - Un témoin de la radioactivité dans le gisement" se situe dans le même axe de recherche.

Les astéroïdes carbonés ont été affectés par des processus d’altération aqueuse qui ont largement modifié leur minéralogie primaire au profit d’une grande diversité de phases néoformées. Malgré les nombreuses études conduites sur les chondrites hydratées (chondrites CM), la compréhension des processus physico-chimiques de l’altération aqueuse et les conditions d'hydratation des astéroïdes reste aujourd’hui encore très parcellaire. À partir de l’étude minéralogique et isotopique des phases secondaires, cette thèse a pour objectifs (i) de déchiffrer l’origine et l’évolution de l’eau accrétée par les astéroïdes primitifs et (ii) de retracer les conditions physico-chimiques de l’altération aqueuse grâce à des expériences hydrothermales en laboratoire. Tout d’abord, les résultats montrent que la chondrite CM Paris contient des carbonates de calcium dont la composition isotopique en oxygène ([delta]17,18O) implique l’incorporation de 8-35 % de glace d’eau originaire du Système Solaire externe. De plus, les analyses isotopiques en carbone, menées sur ces mêmes carbonates, indiquent que les valeurs en [delta]13C sont similaires à celles de la matière organique soluble (SOM) présente dans les chondrites carbonées. Ainsi, j’ai pu proposer que la SOM représente la source la plus probable de carbone pour former les carbonates. L’étude des différents clastes de la CM Boriskino a permis de mettre en évidence que cette météorite a subi des épisodes d’impacts de forte intensité, engendrant la formation de fractures et la circulation de fluides tardifs enrichis en 16O. Enfin, des expériences de laboratoire de basse température ont permis de synthétiser les phases d’altération les plus caractéristiques des chondrites CM : la tochilinite et la cronstedtite. Par ailleurs, en comparant ces résultats avec ceux obtenus par d’autres études expérimentales, une corrélation positive a été observée entre la quantité de Mg contenue dans la couche hydroxylée de la tochilinite synthétique et la température. Cette corrélation suggère que la composition chimique de la tochilinite peut servir de traceur pour remonter aux températures des processus d'altération aqueuse des chondrites CM / Carbonaceous asteroids were affected by aqueous alteration processes that have strongly modified their primary mineralogy in favour of a wide diversity of newly formed phases. Despite the numerous studies carried out on hydrated chondrites (CM chondrites), the physicochemical conditions of aqueous alteration and the identification of the water sources accreted by asteroids are still poorly constrain. From the mineralogical and isotopic survey of secondary phases, this thesis aims (i) to decipher the origin and evolution of water accreted by primitive asteroids and (ii) to retrace the physicochemical conditions of aqueous alteration using hydrothermal laboratory experiments. First of all, our results show that the pristine CM chondrite Paris contains Ca-carbonates whose O-isotopic compositions ([delta]17,18O) requires an 8-35% contribution of water ice from the outer part of the Solar System. In addition, our C-isotopic analyses conducted on these same Ca-carbonates indicate similar [delta]13C values to those of the soluble organic matter (SOM) that constitute carbonaceous chondrites. Thus, we suggest that SOM is the most probable source of carbon to form Ca-carbonates. Then, the study of different clasts in the CM chondrite Boriskino revealed that this meteorite has experienced high intensity impact events, causing the formation of fractures and the circulation of later 16O-rich fluid flow. Finally, our low temperature laboratory experiments successfully synthetized the most characteristic phases of CM chondrites: tochilinite and cronstedtite. Moreover, by comparing our results to other experimental studies, we observed a positive correlation between the nMg content in the hydroxide layer of synthetic tochilinite and temperature. This correlation suggests that the chemical composition of tochilinite represents as powerful proxy to retrace the alteration temperature experienced by CM chondrites

Le contrôle fin de la structure et de la chimie de surface en milieu confiné a été développé dans des silices poreuses mésostucturées de type MCM-41 pour synthétiser des catalyseurs hétérogènes combinant confinement moléculaire, hydrophobicité et spécificité de sites à l'instar des métalloprotéines. La surface considérée comme lisse a en fait une rugosité de type alvéolaire due à l'empreinte de la tête ammonium du tensioactif de synthèse. Pour des températures croissantes du traitement hydrothermal, la taille des mésopores augmente par érosion de cette rugosité puis diminue par épaississement des parois. On a aussi trouvé des conditions de synthèse de zéolihes mésoporeuses avec une micro- et mésoporosité hiérarchisée. Ces surfaces sont polyfonctionnalisées grâce à la technique de pochoir moléculaire pour isoler des fonctions bidentatés aminoéthylaminopropyles par des groupements hydrophobes triméthylsimyles. Les ions cuivriques sont alors retenus dans le matériau par complexation à ces fonctions diamino.

Bathymodiolus azoricus est un bivalve endémique des sources hydrothermales de la dorsale Médio Atlantique qui présente une forte capacité à accumuler différents métaux dans ses tissus, la qualifiant comme espèce modèle en écotoxicologie. L’objectif de ce travail a consisté à décrire les mécanismes moléculaires de tolérance et de détoxication des métaux, que ce soit au sein des populations naturelles ou durant des expositions expérimentales, par le biais d’approches chimiques (quantification des métaux) et transcriptomiques (PCR quantitative et puces à ADN), afin de comprendre comment les facteurs environnementaux pouvaient influencer l’expression des gènes de B. azoricus et d’identifier des biomarqueurs potentiels utiles pour des études écotoxicologiques en environnement extrême. Les mesures de bioaccumulation de différents métaux (Cd, Cu, Fe, Pb,…) sur des individus provenant de sites aux caractéristiques contrastées ont révélé des patrons spécifiques aux populations et aux tissus examinés chez cette espèce, suggérant des phénomènes d’organotropisme. Nos résultats suggèrent également que les bactéries symbiotiques des branchies pourraient participer à la tolérance aux métaux et aux processus de détoxication. Des tendances comparables sont observées pour l’expression relative de certains gènes candidats impliqués dans la réponse au stress métallique, par exemple les métallothionéines, les superoxyde dismutases, les ferritines et les phytochélatines. Les réponses distinctes observées pour certaines populations ou certains tissus traduisent des différences d’état physiologique qui ne seraient pas directement reliées avec l’accumulation de métaux. En outre, l’analyse des puces à ADN à une échelle globale nous a permis d’identifier les réseaux métaboliques principaux pour chaque population et chaque tissu. / Bathymodiolus azoricus is an endemic bivalve from hydrothermal vents in the Mid-Atlantic ridge, which is known to accumulate different types of metals in various tissues at high concentrations, and has therefore been granted model species for exotoxicology. The objective of this work is to describe the mechanisms of metal tolerance and detoxification as they occur in natural populations and during experimental exposures, using both chemical (metal quantification) and transcriptomic (qPCR and microarrays) approaches to understand how environmental factors influence gene expression response in B. azoricus and to identify potential biomarkers useful for ecotoxicological studies in extreme environments. Bioaccumulation of different metals (Cd, Cu, Fe, Pb,…) was measured on individuals from contrasted vent sites, revealing specific population patterns and tissue differences for this species that could be related to processes of organotropism. Our results also suggest that the symbiotic bacteria in gills may be involved in metal tolerance and detoxification. Similar variation trends are observed in the relative expression of candidate genes involved in response to metal stress, e.g. metallothioneins, superoxide dismutase, ferritin, and phytochelatin, revealing contrasted responses at population and tissue level, and reflecting differences in physiological status not directly correlated with the accumulation of metals. In addition, global scale microarray analysis allowed us to identify the principal biological pathways representative of each population and tissues.

L'importance des symbioses dans l'évolution du vivant est désormais admise et les associations symbiotiques sont observées dans une grande diversité d'habitats. Notre étude porte sur une symbiose au sein d'un écosystème réduit, les sources hydrothermales de l'océan profond. Bathymodiolus azoricus est un bivalve hydrothermal vivant le long de la ride Médio-Atlantique, qui héberge dans des cellules branchiales spécialisées, deux types de γ-protéobactéries différentes : des méthanotrophes (MOX) et des sulfo-oxydantes (SOX). Ces dernières sont capables d'oxyder les composés réduits présents dans le fluide hydrothermal fournissant ainsi énergie et/ou source de carbone à leur hôte. Cette double endosymbiose est plastique ainsi, l'abondance relative du type de symbionte hébergé (SOX vs. MOX) varie en fonction des concentrations en composés réduits présent dans le milieu (H2S, CH4). L'objectif de ce travail de thèse est d'identifier les acteurs moléculaires impliqués dans l'acquisition, le maintien et la régulation des bactéries symbiotiques. Pour ce faire, une analyse OMICs globale (protéomique -nano LC-MS/MS- et transcriptomique -micro-array-) a été mise en ¿uvre sur des individus symbiotiques issus de population naturelle (site hydrothermal Lucky Strike, -1700m) et sur des individus ayant expérimentalement perdu ou maintenu leurs symbiotes. Suite à cette approche globale et exploratoire, une approche plus spécifique a été menée sur des familles de protéines impliquées dans des processus immunitaire et/ou d'interactions hôte/symbiotes. Cette thèse apporte un éclaircissement sur les mécanismes régissant les relations et la communication hôte/symbiote. / Hydrothermal vents are located on the mid-ocean ridges, and are characterized by challenging physico-chemical conditions. Despite these conditions dense hydrothermal communities develop down around hydrothermal fluid emissions. The presence of marine invertebrates relies on their capacity to cope with these challenging factors, and, for those forming most of the biomass, on their ability to live in symbiosis with chemoautotrophic bacteria. Bathymodiolus azoricus is one of these symbiotic species that harbors two types of γ-proteobacteria, a sulfide-oxidizing bacterium (SOX) (using the oxidation of H2S as the source of energy and CO2 as source of carbon) and a methane-oxidizing bacterium (MOX) (that uses the oxidation of CH4 as both a source of energy and carbon). These bacteria are located in specific epithelial cells in the gill tissue of the mussel. The proportion and number of these symbiont types (SOX vs. MOX) in B.azoricus can change in response to environmental conditions, and especially on the relative concentration of reduced compounds. The aim of our study is to understand the molecular mechanisms of acquisition, regulation and maintenance of the symbiotic charge in B .azoricus gills. We therefore, performed a global OMICs analysis (proteomics –nano LC-MS/MS and transcriptomics- micro-array) on mussels from natural population (Lucky Strike, -1700m) and on mussels that experimentally loose or maintain their symbiotic rate. This exploratory approach was followed by a more specific approach on family of proteins involved in immunity process and/or in host/symbiont interactions. This PhD provides hypotheses on the mechanisms governing the relationship and communication between host and symbionts.

L'une des questions essentielles concernant l'origine de la vie est de comprendre les étapes de l'évolution ayant permis le passage d’une chimie prébiotique complexe aux premières étapes biologiques. Les constituants cellulaires actuels nous permettent de suivre le lien des produits chimiques aux métabolites biochimiques, de l'ancien au monde moderne. De nombreuses preuves soutiennent l'hypothèse du "monde à ARN" stipulant qu’au début de l'évolution de la vie, l'ARN était responsable à la fois du stockage et du transfert de l'information génétique mais aussi de la catalyse de réactions biochimiques. Dans cette thèse, j’ai étudié la synthèse non-enzymatique d’ARN dans des conditions prébiotiques. Ces conditions simulent les processus hydrothermaux qui se produisent dans les sources chaudes hydrothermales modernes et étaient vraisemblablement omniprésentes sur la Terre primitive. J’ai ensuite recherché les conditions optimales permettant la synthèse de longs polymères d’ARN et montré que la présence d’une matrice cristalline augmente de manière significative le rendement et la longueur des polymères synthétisés. Enfin, j’ai examiné la stabilité des polymères nouvellement synthétisés dans ces conditions hydrothermales and comparé la dégradation par dépurination des nucléotides et polymères en présence des deux agents organisateurs favorisant la polymérisation, soit des phospholipides, soit des sels cristallins. Nous avons conclu que, bien que la décomposition des nucléotides ait lieu dans ces conditions, des nucléotides puriques sont toujours disponibles pour participer à la synthèse de polymères et que la présence de phospholipides protège les nucléotides contre la dégradation. / One remaining crucial point in the early life history is to understand how evolution passed from complex prebiotic chemistry to simple biology. Current cellular facts allow us to follow the link from chemical to biochemical metabolites, from the ancient to the modern world. A substantial weight of evidence supports the “RNA world” hypothesis stipulating that the earliest forms of life passed through a phase in which RNA served both for the storage and transfer of genetic information and for the catalysis of biochemical reactions. In this thesis, we studied the non-enzymatic synthesis of RNA under simulated prebiotic conditions. These conditions simulated hydrothermal processes that commonly occur in volcanic hydrothermal fields today and were presumably ubiquitous on the primitive Earth. We then looked for optimal conditions allowing synthesis of long RNA-like polymers and showed that the presence of crystalline matrix significantly increases the yield and length of synthesized polymers. Finally, we investigated the stability of the synthesized polymers under hydrothermal conditions and compared the degradation by depurination of nucleotides and polymers in the presence of two organsing agents that promotes polymerisation, either phospholipids or salts crystals. We concluded that although decomposition of nucleotides occurs in these simulated conditions, purine nucleotides are still available to participate in polymers synthesis and the presence of phospholipids protects nucleotides against degradation.

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

Notre connaissance de la diversité virale associée aux microorganismes procaryotiques issus des sources hydrothermales océaniques profondes demeure encore limitée. Peu d’études se sont intéressées à l’abondance virale ou à l’impact des virus sur la mortalité microbienne au sein de ces écosystèmes. Le nombre de virus caractérisés, issus de ces environnements, reste faible. Deux virus, PAV1 et TPV1, associés à des archées hyperthermophiles anaérobies appartenant à l’ordre des Thermococcales ont été décrits dans notre laboratoire. Afin de poursuivre nos recherches sur la diversité virale infectant les microorganismes hydrothermaux marins, l’ordre bactérien des Thermotogales a été ciblé. Cet ordre est composé de bactéries chimioorganotrophes anaérobies pour la plupart hyper/thermophiles. Elles partagent la même niche écologique que les Thermococcales et sont métaboliquement proches. De nombreux transferts latéraux de gènes ont, par ailleurs, contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales, subodorant l’implication potentielle de virus. La présence de séquences CRISPR a également été rapportée au sein de plusieurs génomes de Thermotogales, suggérant que les Thermotogales sont ou ont certainement déjà été exposées à des infections virales. Pour autant, à ce jour, les seuls éléments génétiques mobiles à avoir réellement été décrits chez les Thermotogales sont 3 miniplasmides et aucun virus. Une cinquantaine de souches de Thermotogales provenant majoritairement de la collection de notre laboratoire (Souchothèque de Bretagne et Collection Ifremer) a été passée au crible quant à la présence d’éventuels bactériovirus associés. A l’issue de ce criblage, des éléments à ADN extra-chromosomiques, incluant 2 plasmides et 7 bactériovirus (du type Siphoviridae) ont été découverts au sein de souches appartenant aux genres Thermosipho et Marnitoga. Des analyses préliminaires ont été réalisées sur ces différents éléments et l’un des nouveaux systèmes hôte/virus a été caractérisé en détail. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) est un siphovirus-like tempéré isolé d’une bactérie piezophile, il constitue le premier bactériovirus associé à l’ordre des Thermotogales. La souche hôte est piezophile mais aisément cultivable à pression atmosphérique au terme de plusieurs repiquages. Si l’essentiel des analyses a été mené à pression atmosphérique, la production virale s’est avérée tout à fait effective à pression hydrostatique. Nous avons réalisé les analyses de la séquence complète du génome MPV1 (43,7 kb, extrait des capsides virales purifiées) et sa comparaison avec le provirus présent au sein du génome séquencé de Marinitoga piezophila KA3. Les analyses de ce génome viral ont suggéré une proximité évolutive de MPV1 avec les bactériovirus de Firmicutes. Nous avons également mis en évidence que le bactériovirus partage son hôte avec un élément génétique extra chromosomique circulaire de 13,3 kb (pMP1). Ce « ménage à 3 » est surprenant dans le sens où l’élément de 13,3 kb, contenant 13 ORF de fonctions majoritairement inconnues, utilise les capsides virales afin de se propager. Ceci pourrait, ainsi, illustrer un nouvel exemple de piratage moléculaire. / Our knowledge of the viral diversity associated to procaryotic microorganisms inhabiting the deep sea hydrothermal vents is still limited. Only few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses from these environments were isolated and characterized. Two viruses, PAV1 and TPV1, associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, Thermococcales order, have ever been described in our laboratory. The topic of this phD thesis was to extend our investigation to other deep sea vent microorganisms in order to deepen our knowledge on the marine hydrothermal virosphere. We decided to focus more precisely on the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for almost, hyper/thermophilic. They share the same ecological niche as the Thermococcales and are metabolically close. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. The presence of CRISPRs has also been reported in many genomes, suggesting that Thermotogales certainly are or have been exposed to viral infections. However, up till now, only 3 miniplasmids have been described within Thermotogales and no viruses. Fifty strains of Thermotogales, mostly from the LM2E culture collection (Ifremer and “UBOCC”), were screened for the presence of potential bacteriovirus. Extrachromosomal DNA elements, including 2 plasmids and 7 bacterioviruses (siphovirus-like), were discovered amongst strains belonging to both Thermosipho and Marinitoga genera. Preliminary studies were performed on these elements and one of the new virus-host systems was characterized in details. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) is a temperate siphovirus-like isolated from a piezophilic bacterium, it is the first bacteriovirus associated to the Thermotogales order. This host strain is piezophilic but easily cultivable at atmospheric pressure after several subcultures. Whether most experiments were performed at atmospheric pressure, the viral production appeared to be effective at hydrostatic pressure. We reported the analyses of the complete sequence of the MPV1 genome (43.7 kb, extracted from purified virions) and its comparison to the provirus present in the sequenced genome of Marinitoga piezophila KA3. Analyses of the viral genome suggested a close evolutionary relationship of MPV1 to Firmicutes bacterioviruses .We also reported that this bacteriovirus shares its host with a circular extrachromosomal genetic element of 13.3 kb (pMP1). This ‘ménage à trois’ is surprising in the sense where the 13.3kb element, that contains 13 ORFs of mostly unknown function, uses the viral capsid to propagate. Therefore, it would likely correspond to a new example of molecular piracy.