Les méthodes de Monte Carlo et Dynamique Moléculaire ont été utilisées pour étudier l’argile hydratée de type Wyoming-montmorillonite. Nous avons examiné le comportement du gonflement et du dégonflement de la montmorillonite sous l'effet de la température, de le teneur en eau et de la nature des différents cations. Un phénomène d’hystérésis a été constaté pendant le processus d’hydratation/déshydratation ainsi que durant le processus de chauffage/refroidissement. La quantité de cations et leur capacité d’attraction ont un rôle important dans ce comportement du gonflement et du dégonflement de l’argile. En outre, l’étude de la diffusion de l’eau et des cations dans l’espace interlamellaire de la montmorillonite montre l’effet du degrés d’hydratation et de la nature des cations (en particulier les polluants) sur la diffusion de l’eau, ainsi que l’effet de la température sur la diffusion des particules présentes dans les inter-couches. Le bon accord de nos résultats de simulation concernant l'argile contenant Li+, Na+, K+ et Ca2+ avec les résultats expérimentaux et d’autres travaux théoriques nous a permis d'étendre notre étude à l'argile comportant des ions métalliques lourds, comme Rb+, Cs+, Ni2+, Zn2+ et Pb2+.Enfin l’étude détaillée de l’effet de la pression sur la montmorillonite montre la variation de la rigidité en fonction de la teneur en eau et permet de prédire des transitions de phase structurales inférieures à 1 GPa. Cette étude montre particulièrement que le module de rigidité peut atteindre des valeurs extrêmement élevées à des pressions relativement modestes d’environ 20 GPa. Ce résultat ouvre clairement la voie pour une nouvelle famille de matériaux ultra-incompressible, et éventuellement ultra dures, composés d’argiles. Ce type de matériaux aux propriétés mécaniques spécifiques et de faibles coûts (abondance des argiles), peut être particulièrement attractif pour de nombreuses applications dans divers domaines. / Monte Carlo and Molecular Dynamic simulation methods have been performed to study hydrated Wyoming-type montmorillonite, a naturally occurring swelling clay, including different monovalent or divalent counterions. Simulations have been also performed to investigate the swelling and shrinking behaviour of montmorillonite under the influence of water content, temperature and different counterions. We found a general phenomenon of hysteresis during both the hydrate/dehydrate and the warming/cooling processes. The quantities of counterions together with their solvation characteristics and their attraction capacities have an important influence on the swelling and shrinking behaviours of this clay. Moreover, investigations on the diffusion behaviours of water and counterions in the interlayer space of montmorillonite show the effect of hydrated degree and different existing cations especially the pollutants on the diffusion of water, as well as the effect of temperature on the diffusion of interlayer particles. The agreement of our simulation results on the clay containing some common cations such as Li+, Na+, K+ and Ca2+, with available experiment and preceding theoretical works, permitted us to extend our study to the clay with heavy metal ions, such as Rb+, Cs+, Ni2+, Zn2+ and Pb2+, some of which have never been studied.Finally, detailed studies on the shrinking behaviours of hydrated montmorillonite under pressure allowed us to shed light on the rigidity of this clay affected by the hydrated degree, where we found a phase transition phenomenon in hydrated montmorillonite with the phase transition pressure less than 1GPa. According to our calculations the bulk modulus reaches extremely high values at modest pressures of ~20 GPa. It would open a route to a new family of ultra-incompressible materials of clay composition. Such materials, and their superior mechanical properties and possibly low cost, could be practically attractive for a number of uses.

La pollution des eaux usées par les éléments métalliques présents à l’état de traces et les cholorophénols pose un problème majeur pour l’environnement et la santé humaine. Cette étude concerne la synthèse d’argiles organophiles et de zéolithes à partir d’argiles naturelles prélevées en Tunisie et leurs applications pour l’adsorption respectivement des chlorophénols et des cations métalliques (Pb2+, Cd2+).Sur le plan de la synthèse d’argiles organophiles, une argile de type smectitique a été modifiée en utilisant le tensio-actif HDTMA. Cette argile organophile a été utilisée pour l’adsorption du 3-chlorophénol et du 4-chlorophénol. L’étude des isothermes et de la calorimétrie d’adsorption ont prouvé l’efficacité de cette argile organophile pour l’adsorption des deux chlorophénols.Des zéolithes ont été préparées à partir d’une argile naturelle composée de kaolinite, d’illite et de quartz. Ces zéolithes ont été utilisées pour l’adsorption des éléments métalliques tels que la cadmium (Cd2+) et le plomb (Pb2+) . Les cinétiques et les isothermes d’adsorption de Cd2+ et Pb2+ sur les zéolithes synthétisées (CAN, ANA, mélange Faujasite (FAU), néphéline et quartz), une cancrinite naturelle, une zéolithe commerciale (FAU 13X) et l’argile de départ ont été étudiées à 25°C en utilisant la méthode des restes. Une étude calorimétrique a été faite pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu lors de l’adsorption. La cinétique d’adsorption est très rapide. Une meilleure affinité est obtenue pour les zéolithes. / This study concerns the synthesis of zeolites and organophilic clays from clay and their applications for the adsorption of metallic elements (Pb2+, Cd2+) and chlorophenols.In terms of the synthesis of organophilic clays, a smectite clay was modified using the HDTMA surfactant. This organophilic clay was used for the adsorption of 3-chlorophenol and 4-chlorophenol. The study of isotherms and adsorption calorimetry have proved the effectiveness of this organophilic clay for the adsorption of the two chlorophenols.By hydrothermal high-pressure synthesis of zeolites, from natural clay composed of a fraction of kaolinite, illite and quartz, two types of zeolites were synthesized with good purity, a cancrinite (CAN) type zeolite and the other analcime (ANA) type; other type of zeolite was synthesized such as faujasite 13X but the purity and reproducibility was limited.These three types of zeolite (CAN, ANA and FAU 13X) were tested for the adsorption of Pb (II) and Cd (II). A better affinity of the zeolites synthesized than the starting clay with respect to the two metallic cations (Pb (II) and Cd (II)). The study of the adsorption kinetics of Pb (II) and Cd (II) showed rapid adsorption of the two metallic cations studied on the different types of zeolites. The results proved that the synthesized zeolites were a very promising materials for the adsorption and removal of heavy metals in water.

Cupriavidus metallidurans CH34 is a Gram-negative & / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Dans les années 1950-60, un déclin des populations de loutre a été observé dans tous les pays européens. Différentes causes sont à l'origine de ce déclin : chasse, destruction de l'habitat, eutrophisation et pollution chimique. Un facteur semble occuper une place prépondérante dans cette disparition : la contamination des chaînes alimentaires par les pesticides organochlorés et les polychlorobiphényles. <br />En France, les populations de loutre ont disparu de nombreux départements, mais restent présentes dans le Massif Central et sur la côte Atlantique. Il existe également une population résiduelle en Alsace, provenant d'une campagne de réintroduction. <br />Dans le cadre de la ZABR (Zone Atelier du Bassin du Rhône) et en collaboration avec le CORA (Centre Ornithologique Rhône-Alpes), nous avons réalisé une étude sur le département de la Drôme afin d'évaluer le statut des populations de loutre sur ce département. En parallèle, une étude écotoxicologique de cette rivière a été menée, avec analyse des polluants bioccumulatifs (PCBs, organochlorés et métaux) le long de la chaîne alimentaire. Une enquête sociologique a permis d'évaluer l'état de connaissance et la perception de cet animal par les usagers de la rivière (pêcheurs, chasseurs, kayakistes...). <br />La loutre est-elle présente sur la Drôme ? Ce milieu est-il apte à la survie de cet animal ? Quel est l'état de pollution de cette rivière ? Quelles comparaisons est-il possible de réaliser avec les populations ardéchoises et alsaciennes ? Voici les principales questions auxquelles nous avons tenté de répondre.

La pratique du dragage d'entretien déplace chaque année dans le bassin de la Seine des volumes moyens de 150 000 m3. Ces sédiments accumulent des polluants et c'est pourquoi leur devenir soulève des questions environnementales que nous avons souhaité éclaircir au cours de ce travail. Un bilan des réglementations internationales concernant la gestion de ces matériaux de dragage (MD) nous a permis de noter que cette question au niveau Européen et surtout Français restait posée. Nous avons ensuite décrit les différentes étapes subies par le sédiment depuis l'opération de dragage jusqu'à sa destination finale. Nous avons, grâce à des échantillonnages de sédiments dans le bassin de la Seine, déterminé la qualité des sédiments avant dragage. L'étude de distributions géographiques (SIG) a montré que les fortes concentrations en micropolluants étaient majoritairement retrouvées à l'aval direct des sources de pollution. Après une description des sites d'échantillonnage et des méthodes d'analyse utilisées, nous avons présenté les résultats concernant le suivi de la mise en dépôt de matériaux de dragage provenant du bassin de la Seine dans l'étang du Rouillard. Ce site de dépôt en eau est situé au sein d'une base de loisirs (Verneuil-sur-Seine, 78). Il a reçu de juin 1999 à septembre 2001 200 000 m3 de MD provenant de la Seine à l'aval de Vitry (94) jusqu'à Vernon (27) et de l'Oise à l'aval de Compiègne (60). Le mode de mise en dépôt utilisé remet en suspension les MD avec de l'eau de Seine pour faciliter leur pompage et remblaiement dans l'étang. Cependant, cette remise en suspension modifie les conditions physico-chimiques au sein des MD et est susceptible d'entraîner des relargages de polluants présents dans les sédiments dragués. Nous avons donc suivi l'évolution temporelle de différents paramètres (paramètres in situ, matière organique, nutriments et micropolluants) dans les eaux superficielles de l'étang remblayé, dans les sédiments et leurs eaux interstitielles, ainsi que dans les eaux de la nappe phréatique en contact avec le dépôt. Le suivi de la qualité des eaux superficielles de l'étang a permis de montrer que l'impact majeur de la pratique est l'apport de nutriments et, en particulier, l'apport d'ammonium, et de carbone organique. Ces apports entraînent une eutrophisation de l'étang confirmée par les mesures de chlorophylle a. Il est également apparu clairement que les micropolluants présents dans les MD introduits dans l'étang n'ont pas été relargués vers les eaux superficielles pendant la période étudiée. Cependant, les effets à plus long terme restent à étudier. Les dépôts de l'étang ont joué un rôle important dans la mobilisation ou non des polluants qu'ils contiennent. En effet, ils sont le siège de la diagenèse qui englobe des procédés biologiques et/ou physico-chimiques qui tendent à minéraliser le dépôt. Nous avons mis en évidence l'activité ammonifiante et dénitrifiante du dépôt. Nous avons également constaté la dégradation de la matière organique de ce dépôt entraînant le relargage de carbone organique et de phosphore. Le dépôt a également joué le rôle de puits de micropolluants : à court terme, nous avons effectivement constaté une accumulation des ces polluants à la surface du dépôt. Grâce à l'observation de la qualité des eaux de la nappe située à proximité de l'étang du Rouillard au moyen des piézomètres, nous avons pu noter que la qualité de cette nappe était très peu modifiée. Des calculs de flux de polluants au cours des trois années de mise en dépôt ont permis, d'une part de vérifier nos hypothèses concernant les déplacements d'eau : les infiltrations ont lieu majoritairement depuis la nappe ou la Seine vers l'étang. D'autre part, nous avons pu confirmer les tendances déduites des observations de l'évolution des concentrations en polluants mesurées. Dans une perspective de gestion durable, ce travail a permis de proposer des alternatives de gestion des MD dans le bassin de la Seine et enfin, propose des travaux ultérieurs destinés à approfondir la connaissance des mécanismes observés sur le terrain par des recherches en réacteurs et/ou en site pilote expérimental.

La pollution par les métaux lourds entraine des conséquences néfastes pour les sols et pour les communautés qui les colonisent. Afin d'étudier la diversité des mécanismes moléculaires mis en jeu par ces organismes en réponse au stress métallique, deux approches différentes ont été menées.Premièrement, une approche ciblée de caractérisation fonctionnelle de gènes impliqués dans l'homéostasie et la tolérance au zinc a été menée chez Laccaria bicolor, un champignon ectomycorhizien modèle à forte valeur économique ajoutée. L'homéostasie et la tolérance au zinc sont essentiellement liées à l'activité des transporteurs des familles ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) et CDF (Cation Diffusion Facilitator). Une étude phylogénétique a permis de mettre en évidence une expansion du nombre de gènes appartenant à ces deux familles dans le génome de L. bicolor, comparé à celui de S. cerevisiae. Le niveau d'expression de ces différents gènes a ensuite été étudié dans différents tissus fongiques ou en présence de différentes concentrations en zinc. L'étude s'est poursuivie par la caractérisation fonctionnelle et la localisation subcellulaire de plusieurs membres CDF et ZIP. L'ensemble de ces analyses ont permis d'affiner fortement les connaissances dans le domaine de l'homéostasie et de la tolérance au zinc chez les champignons ectomycorhiziens. Enfin, une approche expérimentale innovante de métatranscriptomique a également été utilisée. Cette étude du métatranscriptome a permis la comparaison de fonctions exprimées au sein de communautés de microorganismes eucaryotes colonisant des sols d'intérêt (contaminé, anciennement contaminé et non contaminé par des métaux lourds). Des banques environnementales d'ADNc construites à partir des ARN messagers extraits directement de ces sols ont été criblées par complémentation fonctionnelle de mutants de levures sensibles au zinc. Cette étude a permis l'identification de nouveaux gènes et de nouveaux mécanismes impliqués dans la résistance au zinc. La mise au point de cette approche ouvre de nouvelles perspectives intéressantes au niveau de la recherche fondamentale mais aussi de la recherche appliquée en permettant la détection de gènes d'intérêt, que l'organisme soit cultivable ou non / Heavy metal pollution leads to harmful impacts on lands and their associated communities. In order to study the diversity of the molecular determinants involved in metal tolerance by these organisms, two different strategies were employed. First, the mechanisms involved in zinc homeostasis and tolerance were studied by functional characterization of selected genes in Laccaria bicolor, an ectomycorrhizal model fungus with high economic value. Zinc homeostasis and tolerance mechanisms are mainly achieve d through the intracellular traffic of zinc mediated by transporters belonging to the ZIP (Zrt-, Irt- related Protein) and CDF (Cation Diffusion Facilitator) families. Phylogenetic analyses revealed an expansion of both CDF and ZIP gene numbers in the genome of L. bicolor, when compared to that of S. cerevisiae. Gene expression was also studied in different fungal tissues or under different zinc concentrations in the culture medium. Moreover, the functional characterization of several CDF and ZIP members was performed, as well as their subcellular localization. These data allowed us to refine the knowledge on the molecular mechanisms involved in both zinc homeostasis and tolerance in ectomycorrhizal fungi. Finally, an innovative experimental approach of metatranscriptomics was used. The study of the soil metatranscriptome from eukaryotes allows the comparison of functions expressed in eukaryotic communities colonizing different types of soil (contaminated, formerly contaminated, or non-contaminated by heavy metals). Environmental cDNA libraries constructed from mRNA extracted directly from these soils were screened by functional complementation of yeast mutants sensitive to zinc. This study allowed the identification of new genes and new mechanisms involved in zinc resistance. The development of this approach opens new insights into both fundamental and applied research for the detection of genes of interest, whatever the organism is cultivable or not

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.

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.