La fixation biologique d’azote (réduction du N2 atmosphérique, non biodisponible, en ammonium (NH3) bioassimilable) est catalysée par la métalloenzyme nitrogénase. Cette enzyme existe sous trois isoformes chez la bactérie du sol Azotobacter vinelandii: les nitrogénases au molybdène (Mo), au vanadium (V) et au fer (Fe). L’acquisition des métaux cofacteurs constitue un paramètre d’intérêt majeur car Mo et V sont fortement complexés à la matrice (matière organique et oxydes) ce qui peut limiter leur disponibilité. Ces travaux ont montré que la présence d’acide tannique et d’oxydes de fer entraîne des changements majeurs dans la gestion des métaux cofacteurs (Mo et V) chez A. vinelandii. Les stratégies d’acquisition des métaux cofacteurs sont fortement modifiées en présence de ces complexants avec (i) un changement important de la quantité des metallophores produits ainsi que (ii) une acquisition simultanée de Mo et V dans des conditions traditionnellement considérées comme non limitantes en Mo. Ceci se traduit par un changement important dans l’utilisation des nitrogénases; les niveaux de transcrits élevés des gènes nifD et vnfD, spécifiques des nitrogénases au Mo et au V respectivement, suggèrent une utilisation simultanée de ces isoenzymes pour assurer la fixation d’azote. Ce projet a permis de mettre en évidence que face à un stress métallique, l’utilisation des isoformes de la nitrogénase par A. vinelandii est un processus plus versatile que précédemment décrit et que le coût d’acquisition des métaux dans ces conditions constitue un facteur important de la régulation de l’activité des nitrogénases. Ceci suggère que les nitrogénases alternatives pourraient contribuer à la fixation d’azote de manière plus importante que présentement admis.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Cette thèse a pour but la réalisation de capteurs fluorescents à base de liquides ioniques à tâche spécifique pour la quantification de traces de métaux lourds dans l’eau. Dans un premier temps, des sondes moléculaires fluorescentes efficaces pour la détection du mercure, du plomb et du cadmium ont été ciblées. Une première famille de molécules d’éthers lariat d’oxyde de phosphine a montré de bonnes affinités pour le plomb et le cadmium. Tandis qu’un dérivé de séléniure de phosphine s’est révélé être un très bon chemodosimètre pour le mercure avec une limite de détection basse de 3,4 nmol.L-1. Des sondes moléculaires fluorescentes dérivées de la 8-hydroxyquinoléine comportant un groupement phosphinate ou thiophosphinate capables de complexer le mercure en milieu aqueux ont permis d’atteindre une limite de détection exceptionnelle de 0,1 nmol.L-1. Enfin, un composé dérivé de la phénantroline capable de complexer très efficacement le cadmium avec la possibilité de détecter des traces de ce cation est présenté. Après indentification des sondes spécifiques pour les métaux lourds d’intérêt pour le projet, celles-ci ont étés fonctionnalisées afin de les incorporer dans un liquide ionique hydrophobe pour former des liquides ioniques à tâche spécifique pour l’extraction et la détection de métaux lourds. En parallèle du travail concernant les sondes moléculaires, un dispositif d’analyseur de métaux lourds portatif a été mis au point, notamment un nouveau module de détection optique développé. Ce dispositif permet là aussi de détecter des traces de mercure sub-nanomolaire. / The aim of this PhD is the realization of fluorescent sensors based on task specific ionic liquids for the extraction and the quantification of trace of heavy metals ions in water. As a first step, efficient fluorescent molecular probes for the detection of mercury, lead and cadmium were targeted. Two lariat ethers derivated from phosphine oxide show good affinity for lead and cadmium, while a phosphine selenide derivative has proven to be a very good chemodosimeter for mercury with a low detection limit of 3.4 nmol.L-1. Secondly, fluorescent molecular probes derived from 8-hydroxyquinoline having a phosphinate or thiophosphinate group are described. These molecules are able to coordinate mercury in aqueous medium and allow to detect a concentration of mercury in water of 0.1 nmol.L-1. Finally, a phenanthroline derivative for detection of cadmium in aqueous medium is described. With this compound, traces of cadmium can be detected. After identification of the most efficient probes for targeted heavy metals ions, they have been functionalized to be incorporated in a hydrophobic ionic liquid to form task specific ionic liquids for the extraction and detection of heavy metals ions. In parallel of this work on molecular probes, an portable analyzer of heavy metals ions has been developed, including a new optical detection module. This device can also detect sub-nanomolar traces of mercury.

L’accumulation d’éléments en traces métalliques (ETM), dont le cadmium (Cd), dans les sols et leur transfert aux plantes sont problématiques à cause de leur toxicité. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA), symbiontes des plantes, peuvent influencer le transfert des ETM de manière directe en les transportant jusqu’aux racines et de manière indirecte en favorisant la croissance de la plante. Des résultats divergents ont néanmoins été reportés et leur rôle global doit donc être éclairci. En prenant comme plante modèle la luzerne Medicago truncatula, l’effet d’un champignon MA (Glomus intraradices) sur le bilan de Cd dans la plante, le sol et les percolats a été étudié. La contribution du champignon au transfert de Cd a été évaluée dans des cultures en pot et des dispositifs à compartiment. Le champignon a principalement influencé la dynamique de Cd dans le système sol-plante de manière indirecte en améliorant fortement la croissance de la plante sur sol contaminé, conduisant à une quantité plus importante de Cd exporté dans les parties aériennes de la plante, bien que leur concentration en Cd soit plus faible que dans les plantes non mycorhizées. Cette forte augmentation de croissance de la luzerne par ce champignon est associée à la stimulation de bactéries formant des nodules. Cette influence mycorhizienne est néanmoins complexe, elle est variable selon les conditions édaphiques et selon l’isolat du champignon étudié. Le champignon MA contribue aussi directement au transfert de Cd en sorbant et en transportant le Cd soluble-échangeable par son mycélium extraracinaire, mais cette contribution directe semble être faible en comparaison de l’effet des racines. / Accumulation of trace metals, such as cadmium (Cd), in soils and their transfer to plants are serious environmental problems because of their acute toxicity. Metal mobility in soil depends on various abiotic and biotic factors. Among them, arbuscular mycorrhizal (AM) fungi are known to influence metal transfer by transporting metals to roots and also by improving plant growth. However, diverging results were reported and the global role of AM fungi thus needed more investigation. The influence of an AM fungus (Glomus intraradices) on Cd uptake and transfer to leachates was studied with Medicago truncatula as a host plant. Experiments were performed in pot cultures and in compartmented devices. The dynamic of Cd in the soil-plant system was indirectly influenced by the fungus via a strong increase of plant biomass, in interaction with nodulating rhizobacteria, leading to a higher total quantity of Cd transferred to shoots although Cd plant concentration was lower than in non mycorrhizal plants. This fungal influence was complex, and was variable according to soil conditions and to the fungal isolate studied. The AM fungus also contributed directly to Cd transfer thanks to its sorption capacity and its ability to transport soluble-exchangeable Cd via the extraradical mycelium, but this direct contribution seemed to be low as compared to the influence of roots.

Ce travail porte sur la synthèse et l'étude des propriétés structurales et magnétiques de solides cristallins résultant de l'assemblage tridimensionnel d'une molécule organique dicarboxylate et d'un sous-réseau inorganique à base de cations de métaux de transition. Dans les composés présentés la composante organique possède simplement un rôle structural, conduisant au confinement des atomes magnétiques dans un sous-réseau inorganique de basse dimensionnalité (0D, 1D ou 2D). Ce travail permet d'améliorer la compréhension de la relation entre structure cristalline et propriétés magnétiques dans ces édifices. Des composés inédits ont été synthétisés et décrits (diffraction des rayons X sur poudre ou monocristal), et une attention particulière a également été portée à l'étude de solutions solides bimétalliques de composés connus. Dans ce second cas, diverses méthodes sont employées afin de localiser les deux cations métalliques de densité électronique proche à travers différents sites cristallographiques. La plupart des solides hybrides présentés sont à base de cations de métaux de transition 3d et leur magnétisme est étudié par diverses techniques permettant à la fois de décrire leur comportement macroscopique (mesures d'aimantation et de chaleur spécifique) et l'origine microscopique de ces propriétés (diffraction des neutrons et spectroscopie Mössbauer de 57Fe). Une série de composés à base de cations de métaux de transition 4f est également présentée, notamment en raison des propriétés magnétiques du composé à base d'ions Gd(III). Son effet magnétocalorique à basse température a été évalué et s'avère excellent / This work deals with the synthesis and the structural and magnetic properties of crystalline solids resulting from the three-dimensional assembly of an organic dicarboxylate molecule and of an inorganic subnetwork based on transition metal cations. For the considered compounds the organic moiety has a structural role enabling the condensation of the magnetic atoms within a low dimensional (OD, 1D or 2D) inorganic subnetwork. This work aims to increase the understanding of the relations between structure and magnetic properties in these frameworks. New compounds have been synthesized and characterized (single-crystal and powder X-ray diffraction techniques), and a particular attention has been devoted to the study of bimetallic solid solutions of previously known compounds. In this latter case various methods are used in order to localize two metallic cations having close electronic densities among different crystallographic sites. Most of the hybrid solids studied in this thesis are based on 3d transition metal cations and their magnetism is investigated by various techniques, giving both a macroscopic characterization of their behavior (magnetization and heat capacity measurements) and a microscopic understanding of these properties (neutron diffraction and 57Fe Mössbauer spectroscopy). A series of compounds based on 4f transition metal elements is also described, in particular because of the magnetic properties of the Gd(III)-based compound. Its low-temperature magnetocaloric effect has been evaluated and has proved being excellent

Le cycle biogéochimique des métaux traces a été fortement accéléré par les activités anthropiques qui ont entraîné une contamination des eaux et des sédiments des rivières. A la suite de leurs émissions, la majorité des métaux traces se trouvent sous forme particulaire qui se transportent par ruissellement et se retrouvent en milieu fluvial où elles sédimentent et dont une partie est susceptible d'être solubilisée vers la colonne d'eau suite aux modifications des conditions physico-chimiques du milieu et sous l'action des microorganismes autochtones et pouvant après interagir avec la chaîne alimentaire et présenter un danger potentiel de toxicité pour l'homme et pour les autres organismes vivants. Dans cette étude, nous avons choisit de travailler sur le site de la rivière Al-Ghadir qui présente un cas exceptionnel et original des pollutions où la hauteur de sédiments, comprenant plusieurs types de polluants, est plus qu'un mètre. L'objectif de cette thèse était de comprendre et d'évaluer le rôle du compartiment microbien dans les sédiments de la rivière Al-Ghadir, qui est la source la plus polluante de la méditerranéen, sur la mobilité des métaux et leurs effets sur les eaux souterraines. Cette étude était réalisée en deux séries d'expériences (Batch et colonne du sol) semblables aux situations se trouvant dans la rivière. Une caractérisation physico-chimique et chimique des sites d'étude a été effectuée comme première étape afin ensuite de débuter l'approche expérimentale qui a permis d'isoler les processus physico-chimiques de ceux qui sont imputables à l'activité microbiologique. Dans les expériences menées en réacteurs fermés (batchs), nous avons montré que les activités microbiennes sont corrélées aux fortes dissolutions des métaux, en particulier du Fe, Mn, Pb, Cu et Zn. Le fer semble apparaître comme l'élément le plus solubilisé et sa solubilisation était corrélée à celle d'autres métaux traces laissant supposer que ces métaux sont associés aux oxydes de fer. Cette hypothèse a été confirmée par les extractions séquentielles indiquant la présence de bactéries ferri-réductrices qui, lors de la fermentation du glucose et la production d'acides organiques, ont réduit les oxydes de fer. Ces derniers ont entraîné la dissolution des métaux traces et une modification des populations bactériennes qui ont été détectés par l'étude microbiologique et génétique après cinq jours d'incubation. L'effet des bactéries sur la mobilisation des métaux a été ensuite étudié selon des expériences portant sur l'étude hydrodynamique du transfert des métaux en colonnes de sédiments et dans des conditions proches à celles du terrain. Nous avons montré que (i): les métaux étudiés ne sont pas lixiviés dans les mêmes ordres et en règle générale montrent l'ordre suivant (en μg/l): Fe>Mn>Cd>Zn>Cu>Pb≥Cr ; (ii) les métaux vont se reprécipiter sur les phases néoformées après que le système regagne l'équilibre. Les études du profil de distribution des métaux dans les colonnes ont mis en évidence que les métaux ont été lixiviés des sédiments durant l'incubation de façon homogène. Cette répartition dépend de la hauteur du sédiment: la ré-distribution est maximale à la surface des sédiments (0-10 cm), alors qu'à une profondeur située entre 10 et 25 cm elle est nulle. Ce phénomène est expliqué par le fait que les métaux après avoir été solubilisés et passés en solution, ils seraient réadsorbés sur les phases électrochimiques négatives, néoformées et colloïdales ce qui explique la diminution de la concentration des métaux dans le lixiviat obtenu en laboratoire et permet de penser que ce mécanisme de piégeage des métaux dans la colonne limite la migration de ces derniers vers les eaux souterraines, tant que la capacité d'adsorption des colloïdes présents n'est pas atteinte et que le système soit en équilibre / The biogeochemical cycle of trace metals was greatly accelerated by human activities that have led to the contamination of water and river sediments. Following their emissions, the majority of trace metals exist in particulate form which can be transported by runoff and end up in rivers where they settle and where a portion can be dissolved into the water column in response to changes in the physico-chemical conditions of the site and under the action of indigenous microorganisms which later can interact with the food chain and pose a potential danger of toxicity to humans and other living organisms. In this study, we have chosen to work on Al-Ghadir River which represents an exceptional and an original case of pollution where the height of sediments, including several types of pollutants, is more than one meter. The aim of this work was to understand and to evaluate the role of the microbial compartment in the sediments of the Al-Ghadir River, which is the most polluting source to the Mediterranean, on the mobility of metals and their effects on underground water. This study was realized in two series of experiments (batch and soil column) with situations similar to those found in the river. A physico-chemical and chemical characterization of the studied sites was conducted as a first step to begin, after that, with the experimental approach which was used to isolate the physico-chemical processes from those which are attributable to microbiological activity. In the experiments conducted in closed reactors (batch), results obtained showed that the microbial activities are correlated with the strong dissolution of metals, especially for Fe, Mn, Pb, Cu and Zn. Iron appeared the most solubilized element and its solubilisation was correlated with the other trace metals suggesting that these metals are associated to iron oxides. This hypothesis was confirmed by sequential extraction procedure indicating the presence of iron-reducing bacteria, which, during the fermentation of glucose and the production of organic acids, reduced iron oxides. These later have led to the dissolution of trace metals and to a change in the bacterial populations which were detected after five days of incubation by the microbiological and the genetic studies. The effect of the bacteria on the mobilization of metals in sediments was then studied in hydrodynamic columns, under conditions similar to those in the field. Results obtained showed that: (i) Studied metals are not leached in the same order and showed the following order (in μg/l): Fe > Mn > Cd > Zn > Cu > Pb ≥ Cr; (ii) Metals will reprecipitate on the neoformed phases after the system returns to equilibrium. Studies of the distribution profile of metals in columns showed that metals were leached homogenously from the sediments during incubation. This distribution was shown to depend on the height of the sediment where the re-distribution was shown at its maximum at the surface of the column sediments (0-10 cm) and became null at a depth between 10 and 25 cm. This phenomenon is explained by the fact that the metals after being dissolved and passed into solution, were then readsorbed to the negative electrochemical, neoformed and colloidal sediment phases which explains the decrease in the concentration of metals in the leachate obtained in the laboratory and suggests that the mechanism of trapping of metals in the column limits the migration of these later to underground water, as the adsorption capacity of present colloïds is not reached and the system is at equilibrium

Le gène FW2.2 correspond au locus de caractère quantitatif (QTL) majeur impliqué dans le contrôle de la taille finale du fruit de tomate. FW2.2 appartient à une famille multigénique et code une protéine transmembranaire de 163 acides aminés dont la fonction demeure de nos jours inconnue. Pourtant décrite comme un régulateur négatif des mitoses, par conséquent comme un régulateur de la taille du fruit et cloné plus de 12 ans auparavant, aucune fonction biochimique, physiologique ni même développementale n’a été déterminée concernant cette protéine. Ce qui est d’autant plus étonnant car aucun lien n’a été révélé entre sa fonction protéique et sa capacité à influencer le cycle cellulaire. L’analyse d’une nouvelle version du génome de la tomate nous a permis d’identifier 17 nouvelles séquences homologues à FW2.2 (que nous avons nommé FW2.2-like) et l’alignement de ces séquences nous a permis d’observer une importante conservation du motif PLAC8 commun à cette famille multigénique. L’étude phylogénétique que nous avons réalisée ne nous a donné aucune indication quant à la fonction potentielle de transporteur de métaux lourds de la protéine FW2.2 malgré le fait que sa séquence protéique présente les mêmes caractéristiques que celles décrites chez des transporteurs de métaux lourds. Des expériences d’électrophysiologie ne nous ont pas permis de confirmer son rôle de transporteur, mais des dosages de contenu minéral réalisés sur des péricarpes de fruits de tomate présentant des niveaux d’expression différents pour FW2.2 nous ont permis d’observer une différence de stockage du cadmium dans le péricarpe de ces fruits. Nous avons également étudié le rôle de la protéine FW2.2 dans le développement des plantes en utilisant des lignées de plantes et des lignées cellulaires surexprimant le gène FW2.2. Ceci nous a mené à l’hypothèse que la protéine FW2.2 pouvait être impliquée dans la voie de signalisation des brassinostéroïdes. Pour terminer, nous avons tenté de comprendre quels mécanismes de régulation étaient déclenchés par FW2.2 en recherchant ses partenaires potentiels par le biais de l’application de la technique du Split-Ubiquitin. / The FW2.2 gene corresponds to the major Quantitative Trait Locus (QTL) governing fruit size in tomato. FW2.2 belongs to a multigene family and encodes a transmembrane protein of 163 amino acids whose actual function remains unknown. Although described as a negative regulator of cell divisions and consequently as a regulator of fruit size, any definitive biochemical, physiological and developmental function assigned to FW2.2 is still lacking although the gene was cloned more than twelve years ago. Especially the fundamental question of what kind of link is there between the FW2.2 protein function and cell cycle regulation is all even more relevant. The analysis of the recently released genome of tomato identified 17 new sequences related to FW2.2 (SlFW2.2-like genes) and the protein sequence alignments showed the conservation of the PLAC8 motif common to this multigene family. Our phylogenetic studies did not give any clues relative to the FW2.2 function even though it presents sequence characteristics described for heavy metal transporters. Electrophysiology experiments did not allow the confirmation of the ion transporter function but a total ion content measurement on tomato fruit pericarps differing by their levels of FW2.2 expression showed a difference in the fruit pericarp cadmium content. We also investigated the role of the FW2.2 protein on the plant development using plant and cell lines that overexpress this gene and it appeared that this protein may be involved in the brassinosteroid signal pathway. The regulatory mechanisms mediated by the action of FW2.2 on mitotic activity during fruit development have also been analyzed by looking for potential partners interacting with the FW2.2 protein using the technique of split-ubiquitin.

Le crassier du site MetalEurop (Noyelles-Godault) a accueilli des scories de première fusion entre les années 1936 à 2003. Il est actuellement constitué de 4 millions de tonnes de ces matériaux générés par les deux procédés pyrométallurgiques les plus usités dans le monde pour la production du plomb et du zinc : le procédé Lead Blast Furnace (LBF) et le procédé Impérial Smelting Furnace (ISF). L'utilisation de ces scories en tant que matériau de substitution dans les ciments et dans les routes a été envisagée et a fait l'objet de recherches, mais présente des risques environnementaux, c'est-à-dire, essentiellement la dissémination de polluants (Pb et Zn) / Primary smelting slags, known as Lead Blast Furnace (LBF) and Imperial Smelting Furnace (ISF), were generated by the former pyrometallurgical industries located in Noyelles-Godault, Northern France. Following its closure in 2003, 4 million tons of primary slags have been landfilled as a heap in the vicinity of the Deûle River, near the industrial basin of Nord-Pas-de-Calais. These slag materials are often enriched in particular metals (Pb, Zn) that can be released into the environment through alteration processes and leaching. Many biological and chemical processes might take place within these tailings and thus affect significantly the slag weathering. Predicting the environmental impact of these wastes requires an understanding of the mineral-water interactions as well as the influence of the biological activities (the involvement of microorganisms). Thus, this research is designed to simulate the natural weathering of slag by simulating different weathering conditions with or without the involvement of the microorganisms as well as by varying several chemical parameters. Chemical weathering of both LBF and ISF slags was studied by as a function of pHs (4, 5.5, 7, 8.5 and 10) as well as under two atmospheres (open air and nitrogen). Significant amounts of Ca, Fe and Zn were released under acidic conditions (pH 4) with a decrease towards the neutral to alkaline conditions (pH 7 and 10) for both slags. The concentrations of all elements increased gradually after 216 h compared to initial 24 h of leaching period. The presence of oxygen under open-air atmosphere not only enhanced oxidative weathering but also encouraged formation of secondary oxide and carbonate phases. In addition, Zn dissolution was related to extremes zinc isotopic signatures in the leachate; heavier δ66Zn values at low pH than at high pH for both slags under open-air atmosphere. On the other hand, bioweathering of both slags was studied in the presence of a pure heterotrophic bacterial strain (Pseudomonas aeruginosa) in a bioreactor operated in batch conditon as well as in a semi-flow through reactor with intermittent leachate renewal conditions. P. aeruginosa is shown to play a significant role in slags weathering by enhancing the leaching and solubility of Zn and Pb. In addition, the cumulative bulk release of dissolved Fe, Si, Ca and Mg doubled in the presence of bacteria, probably due to the release of soluble complexing organic molecules (e.g. siderophores). Bacterial biomass served as the bioadsorbent for Pb, Fe and Zn as 70-80% of Pb and Fe, 40-60% of Zn released are attached to and immobilized by the bacterial biomass. Oxides, hydroxides and carbonates were predicted as secondary phases during chemical weathering of slags whereas carbonates and phosphates were dominant phases during bioweathering. These predictions were in agreement with the observations by Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive X-Ray Analysis (EDS), Transmission Electron Microscopy (TEM) analysis, and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) analysis

Les métaux sont des éléments chimiques ubiquitaires, naturellement présents dans notre environnement et utilisés dans de nombreux secteurs d’activité tels que, l’aérospatial, la cosmétologie ou l’industrie pharmaceutique. De nombreux travaux montrent qu’ils sont susceptibles d’être à l’origine de diverses pathologies. Toutefois, la diversité et les modalités des études réalisées rendent difficiles la comparaison de leurs effets et mécanisme d’action. Dans ce contexte, ce travail concerne l’étude de la cyto-génotoxicité du cadmium, du nickel et de l’aluminium, sur un même modèle cellulaire, le fibroblaste cutané humain. Leur cytotoxicité est évaluée en étudiant leur effet sur la bioénergétique cellulaire par microcalorimétrie et, leur effet sur la viabilité cellulaire est mesuré par des techniques colorimétriques conventionnelles. Leur génotoxicité est déterminée par des techniques spécifiques que sont le test des comètes et des micronoyaux. De plus, une approche de leur interaction avec l’ADN est réalisée par microcalorimétrie. Les résultats montrent que la cytotoxicité du cadmium est supérieure à celle du nickel, elle-même supérieure à celle de l’aluminium. Seuls le cadmium et le nickel sont génotoxiques à pH7 principalement en induisant un effet aneugène. Leur interaction est de type électrostatique anti-coopérative avec les groupements phosphate de l’ADN. Si l’aluminium à pH7, n’exerce pas d’effet génotoxique, son interaction avec l’ADN à pH acide est comparable à celle du cadmium et du nickel. Ce résultat singulier lié à la valeur du pH suggère l’importance de la prise en compte de la spéciation des métaux pour l’étude de leurs effets aussi bien in vitro qu’in vivo / Metals are ubiquitous chemical elements naturally present in our environment and used in many field, like aerospace, cosmetology or pharmaceutical industries. Many works show that metals are involved in diverse diseases. However, the way these studies are led, make the comparison of their effects and mechanism of action delicate. In this context, this work studies the cyto-genotoxicity of cadmium, nickel and aluminum on a single cellular model: normal human dermal fibroblasts. Cytotoxicity is first evaluated by the cell bioenergetics study thanks to microcalorimetry technics, and then the effect on cell viability is measured by conventional colorimetric techniques. Genotoxicity is evaluated by specific technics which are comet and micronuclei assays. Furthermore, thermodynamic properties of the interaction between metals and DNA are determined tanks to microcalorimetry measures. Results show that cadmium cytotoxicity is higher than nickel, itself higher than aluminum. Cadmium and nickel are the only ones genotoxic, they mostly induce aneugenic effects. They present an electrostatic anti-cooperative interaction with DNA phosphate groups. If, at pH 7, aluminum does not induce genotoxicity, his interaction is comparable to cadmium and nickel at acidic pH. This unusual result, related to pH value, highlights the importance of the speciation determination when metal effects are studied, as well in vitro as in vivo

Le but de ce travail de thèse est de démontrer l’intérêt d’un macrophyte aquatique submergé, Myriophyllum alterniflorum pour la détection de contaminants dans l’environnement. Des études in situ ont été réalisées pendant 28 jours sur cinq milieux aquatiques, affectés par différents types de pression anthropique, durant trois campagnes de terrain (printemps 2015, automne 2015 et printemps 2016), pour déterminer si l’accumulation des contaminants dans la plante et si des biomarqueurs du myriophylle peuvent être utilisés pour détecter la présence de contaminants dans les eaux. L’accumulation des contaminants au cours du temps était corrélée avec les teneurs des contaminants dans l’eau ; l’influence de la durée d’exposition a été étudiée. Au cours des trois campagnes, la réponse des biomarqueurs, teneur en MDA et activité de nitrate réductase était corrélée avec les teneurs en contaminants dans l’eau et dans la plante ; cependant l’influence de la durée d’exposition sur l’évolution de la réponse des biomarqueurs est moindre par rapport à celle de l’accumulation des contaminants. Ainsi, l’étude des biomarqueurs pourrait permettre une évaluation plus fiable de la qualité des masses d’eau que le suivi de l’accumulation dans la plante. Au cours de la campagne printemps 2015, un panel de biomarqueurs plus large a été étudié afin de définir les biomarqueurs les plus pertinents pour détecter spécifiquement les pressions liées aux activités urbaines ou industrielles. Une méthodologie d’évaluation de la qualité des eaux est proposée, en considérant un protocole d’analyse des biomarqueurs : un premier dosage de Chlb et MDA est simple et moins coûteux. Quand aucune preuve d'impact anthropique n'est montrée, aucune analyse complémentaire n'est requise. En revanche, lorsqu’une altération est mise en évidence, l’analyse d'autres biomarqueurs plus spécifiques tels que les activités G6PDH et γ-GCS sera nécessaire. La réponse de l'activité γ-GCS est spécifique du stress métallique, ainsi, la réponse de ce biomarqueur devrait amener à réaliser l’analyse des métaux/métalloïdes dans M. alterniflorum. / The aim of this thesis is to demonstrate the interest of a submerged aquatic macrophyte, Myriophyllum alterniflorum for the detection of contaminants in the environment. In situ studies were conducted over 28 days in five aquatic environments, affected by different levels of anthropogenic pressure, during three field seasons (spring 2015, autumn 2015 and spring 2016), to determine whether the accumulation of contaminants in the plant and whether biomarkers can be used to detect the presence of contaminants in water. The accumulation of contaminants over time was correlated with the levels of contaminants in the water; the influence of the duration of exposure has been studied. In all three campaigns, biomarker response, MDA content, and nitrate reductase activity were correlated with contaminant levels in water and in the plant; however, the influence of the duration of exposure on the evolution of the biomarker response is lower compared to the accumulation of contaminants. Thus, the study of biomarkers could allow a more reliable assessment of the quality of water bodies than the monitoring of contaminant accumulation in the plant. During the spring 2015 campaign, a much broader biomarker panel was investigated to define the most relevant biomarkers for assessing water quality. A methodology for evaluating water quality is proposed, considering a biomarker analysis protocol: a first assay of Chlb and MDA is simple and less expensive. When no evidence of human impact is shown, no further analysis is required. On the other hand, when an alteration is highlighted, the analysis of other more specific biomarkers such as G6PDH and γ-GCS activities will be necessary. The response of γ-GCS activity is specific for metal stress, so the response of this biomarker should lead to the analysis of metals / metalloids in M. alterniflorum.