Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Cette thèse de doctorat présente la problématique de résistance aux antibiotiques parmi les pathogènes bactériens en émergence et en réémergence à travers le monde. En effet, le développement et la propagation des mécanismes de résistance compromet l’efficacité des traitements antibactériens disponibles et met en danger la vie des patients infectés. Cette thèse se concentre sur l’identification de nouvelles cibles antibactériennes et sur le développement de nouvelles classes d’agents antibactériens en utilisant le pathogène opportuniste Pseudomonas aeruginosa en tan que modèle d’étude. Le premier chapitre aborde l’exploitation des protéines de division cellulaire FtsZ et FtsA en tant que cibles antibactériennes. Suite à une revue de la littérature détaillée, deux articles scientifiques décrivent la synthèse et la sélection d’inhibiteurs contre FtsZ et FtsA. Ces inhibiteurs représentent des candidats prometteurs en vue du développement d’une nouvelle classe d’agents antibactériens. Le deuxième chapitre du corps de la thèse porte sur l’utilisation des amides ligases MurC, MurD, MurE et MurF essentielles à la biosynthèse de la paroi bactérienne en tant que cibles antibactériennes. Suite à une revue de la littérature sur la biologie de ces enzymes, trois articles scientifiques relatent la sélection d’inhibiteurs peptidiques par présentation phagique contre les enzymes MurD, MurE et MurF. Le mode d’action innovateur de ces inhibiteurs permet d’envisager le développement de nouveaux agents antibactériens par peptidomimétisme. Le dernier chapitre expose le pouvoir antibactérien des endolysines de bactériophages. Une revue de la littérature résume le mode d’action et la biologie des endolysines en tant qu’agents antibactériens efficaces ciblant l’intégrité de la paroi bactérienne. Par la suite, un article décrit la capacité de l’endolysine du phage ΦKZ à hydrolyser la paroi bactérienne des bactéries à Gram-négatif et à outrepasser les membranes bactériennes. Ainsi, cette enzyme possède un potentiel antibactérien fort intéressant. En conclusion, cette thèse fournit plusieurs pistes attrayantes afin de développer de nouvelles stratégies antibactériennes pour contrer la problématique de résistance aux antibiotiques. / This thesis first presents the critical outcome of antibiotic resistance among emerging and re-emerging bacterial pathogens worldwide. The incessant increase and spread of antibiotic resistance mechanisms compromise the efficiency of available antibacterial therapies and increase the impact of bacterial infections on human mortality and morbidity. This thesis focuses efforts to identify new antibacterial targets in order to develop novel classes of antibacterial agents using the opportunistic pathogen Pseudomonas aeruginosa as a research model. The first chapter of this thesis reports the exploitation of the cell division proteins FtsZ and FtsA as antibacterial targets. A detailed scientific review is presented along with two articles reporting the synthesis and selection of inhibitors against FtsZ and FtsA. These inhibitors represent potent candidates to develop new classes of antibacterial agents targeting the bacterial cell division process. The second chapter describes the use of the essential bacterial cell wall biosynthesis enzymes MurC, MurD, MurE and MurF as antibacterial targets. A scientific review first summarises the biology of these amide ligase enzymes and three scientific articles report the selection of peptide inhibitors against MurD, MurE and MurF by phage display. The novel mode of action of these inhibitors against the unexploited Mur enzymes can be the basis for future development of antibacterial agents targeting the cell wall biosynthesis pathway by peptidomimetism. The last chapter exposes the antibacterial potential of the phage-encoded endolysin enzymes. A review describes the mode of action and the biology of endolysins as efficient antibacterial agents targeting the integrity of the bacterial cell wall layer. Finally, an article presents the peptidoglycan hydrolytic activity of the P. aeruginosa phage ΦKZ gp144 lytic transglycosylase. This endolysin is able to pass through the bacterial membranes and thus represents a strong candidate for developing new antibacterial therapies against Gram-negative bacteria. In conclusion, this thesis provides various attractive ways to develop new antibacterial strategies and face the problem of antibiotic resistance.

Les intégrons sont des éléments génétiques permettant la capture et l'expression de gènes sous la forme d'unités fonctionnelles nommées cassettes. Une cassette d'intégron est généralement constituée d'un gène suivi d'une séquence de recombinaison nommée site attC. Les cassettes sont mobilisables par un mécanisme de recombinaison spécifique de site qui est catalysé par une intégrase d'intégron. Les intégrons présents sur des éléments mobiles (les intégrons mobiles) sont grandement impliqués dans l'acquisition, l'expression et la dissémination des gènes de résistance aux antibiotiques dans les bactéries à Gram négatif. Malgré toutes les informations dont nous disposons sur les intégrons, les origines des gènes codant pour les intégrases d'intégrons (intl) retrouvés dans les intégrons mobiles demeurent imprécises. De plus, le mécanisme de formation des cassettes reste inconnu. Plusieurs indices suggèrent que les gènes intl retrouvés dans les intégrons mobiles proviennent de ceux présents dans les intégrons retrouvés dans les chromosomes de bactéries environnementales (les intégrons chromosomiques). D'autre part, des éléments génétiques mobiles ciblant les sites attC, nommés introns du groupe UC-attC, pourraient contribuer au recrutement des gènes en les associant avec des sites attC. Les objectifs principaux des travaux de cette thèse ont été divisés en deux volets : i) l'étude des activités de recombinaison d'une intégrase d'intégron chromosomique et ii) l'étude des introns bactériens du groupe UC-attC, dans le cadre de l'évolution des intégrons. L'objectif du premier volet de cette thèse consistait en l'étude des activités d'excision et d'intégration de l'intégrase IntINeu de l'intégron chromosomique de la bactérie environnementale Nitrosomonas europaea ATCC 19718 à l'aide d'un test de recombinaison in vivo. Les objectifs du deuxième volet consistaient en l'étude des introns du groupe UC-attC afin a) de caractériser les promoteurs internes permettant l'expression de cassettes de résistance aux antibiotiques, b) de définir les principes de base de la reconnaissance des séquences cibles (les sites attC), et c) de déterminer leur rôle potentiel dans la formation des cassettes d'intégrons. Les résultats obtenus dans le premier volet ont révélé que l'intégrase IntINeu peut capturer plusieurs cassettes de résistance aux antibiotiques retrouvées dans des intégrons mobiles. Ces résultats suggèrent que les gènes intl retrouvés dans les intégrons mobiles proviennent de ceux présents dans les intégrons chromosomiques de bactéries environnementales. Les résultats obtenus dans le deuxième volet ont révélé que les introns du groupe UC-attC possèdent potentiellement un ou deux promoteurs conservés permettant, à l'occasion, l'expression de cassettes de résistance aux antibiotiques. Ensuite, les études de mobilité de l'intron du groupe UC-attC S.ma.12 provenant d'un isolât clinique de Serratia marcescens ont révélé l'importance de la structure secondaire conservée des sites attC dans la reconnaissance des séquences cibles. Des expériences additionnelles de mobilité ont permis de démontrer que S.ma.12 peut cibler une variété de séquences correspondant à des sites attC, mais également à de possibles terminateurs de transcription. Des études in vitro ont révélé, pour certains des introns à l'étude, les produits d'épissage des exons, les activités de transcription inverse, de même que les activités ADN polymerase de protéines introniques purifiées. Les résultats obtenus dans le deuxième volet de cette thèse ont permis d'élaborer un modèle concret du mécanisme de formation des cassettes d'intégrons.

La menace croissante de la résistance aux antibiotiques nécessite des approches innovantes. Ainsi, dans le contexte de la recherche des alternatives aux antibiotiques, cette étude explore le potentiel antimicrobien de cinq peptides contre des souches multirésistantes de *Campylobacter* spp., une cause fréquente d'intoxication alimentaire. L'objectif de cette étude était de caractériser les déterminants génétiques de la résistance et de la virulence à l'aide du séquençage du génome entier, et d'évaluer l'activité inhibitrice de quatre microcines (McC, MccJ25, MccB17 et MccE492) et d'un analogue de la brévibacilline chimiquement synthétisé contre des isolats cliniques multirésistants de *Campylobacter* spp. L'antibiogramme initial met en évidence une résistance marquée à la ciprofloxacine, la tétracycline, l'ampicilline et la gentamicine, avec 54.4 % de souches exprimant une multirésistance. L'analyse génomique a identifié des gènes de résistance et des mutations, associant la résistance à la tétracycline au gène *tet(O)*, la résistance à la ciprofloxacine à des mutations du gène *gyrA* et des séquences régulatrices modulant l'expression d'un système d'efflux, et des gènes de la famille *aph* pour les aminosides. La majorité des souches portent des gènes de virulence, notamment le gène *cgtB* lié au syndrome de Guillain-Barré. Les peptides MccJ25, McC, MccB17 et MccE492 ont été produits par fermentation, puis purifiés. En revanche, l'analogue de la brévibacilline, un dérivé de la brévibacilline, un lipopeptide linéaire naturellement produit par *Brevibacillus laterosporus*, a été synthétisé chimiquement. Les peptides MccJ25, McC et MccE492 ont démontré des effets inhibiteurs notables, avec des CMI variant de 125µg/ml à 500µg/ml. L'analogue de la brévibacilline se distingue par une efficacité supérieure, présentant des CMI variant de 8µg/ml à 64µg/ml. Ces peptides sont actifs contre les isolats multirésistants. Notre tentative de générer des mutants résistants à l'analogue de la brévibacilline n'a pas abouti. En revanche, nous avons réussi à sélectionner des mutants résistants à la microcine C. Les CMI de ces souches passaient de 125ug/ml à 1mg/ml (CMIx4). Ces résultats soulignent le potentiel des peptides antimicrobiens notamment l'analogue de la brévibacilline, en tant qu'alternatives aux antimicrobiens contre les infections bactériennes à *Campylobacter* résistants aux antibiotiques. Cette étude met en lumière le rôle majeur de cette bactérie en tant que vecteur de transmission de la résistance aux antibiotiques, soulignant l'importance de recherches continues pour atténuer cette menace mondiale. / The growing threat of antimicrobial resistance (AMR) calls for innovative approaches. This study explored the antimicrobial potential of five peptides against multi-resistant *Campylobacter* spp. strains, a common cause of food poisoning. This study aimed to characterize the genetic determinants of resistance and virulence using whole-genome sequencing, and to evaluate the inhibitory activity of four microcines (McC, MccJ25, MccB17, MccE492) and a chemically synthesized brevibacillin analog against clinical isolates of multidrug-resistant *Campylobacter* spp. Initial susceptibility testing revealed marked resistance to ciprofloxacin, tetracycline, ampicillin, and gentamicin, with 55.4% of strains expressing multidrug resistance. Genomic analysis identified resistance genes and mutations, associating resistance to tetracycline with the *tet(O)* gene, ciprofloxacin with mutations in the *gyrA* gene and regulatory sequences modulating the expression of an efflux system, and aminoglycosides with genes of the *aph* family. Most strains carry virulence genes, notably the *cgtB* gene linked to Guillain-Barré syndrome. The peptides MccJ25, McC, MccB17 and MccE492 were produced by fermentation and then purified. In contrast, brevibacillin analogue, a derivative of brevibacillin, a linear lipopeptide naturally produced by *Brevibacillus laterosporus*, was chemically synthesized. Peptides MccJ25, MccC and MccE492 demonstrated significant inhibitory effects, with MICs ranging from 125µg/ml to 500µg/ml. Brevibacillin analogue stands out for its superior efficacy, with MICs ranging from 8µg/ml to 64µg/ml. These peptides are active against multi-resistant isolates. Our attempt to create mutants resistant to the brevibacillin counterpart has not succeeded. On the other hand, we succeeded in selecting mutants that are resistant to microcin C. These results underline the potential of antimicrobial peptides, notably brevibacillin, as alternatives to antimicrobials against antimicrobial-resistant *Campylobacter* bacterial infections. The current study highlighted the major role of this bacterium as a vector involved in the transmission of AMR to humans, animals, and the environment, exacerbating the global threat of antibiotic-resistant infections, underlining the importance of ongoing research to mitigate this global threat.

La maîtrise de l'hygiène des surfaces demeure une préoccupation constante dans de nombreux secteurs d'activité. En effet, la contamination microbiologique des surfaces peut être à l'origine de problèmes de santé publique plus ou moins sévères dans les industries agro-alimentaires (toxi-infections alimentaires) ou le milieu médical (infections nosocomiales). L'efficacité des agents désinfectants restant variable d'une application à l'autre (notamment sur des micro-organismes adhérant), il s'avère nécessaire d'améliorer les formulations désinfectantes et/ou les procédures de désinfection qui y sont associées. Cette amiélioration passe par la mise en place de méthodes tests permettant d'évaluer rapidement l'activité antimicrobienne de produits commercialisés ou non, dans des conditions proches de la réalité. Ainsi, au cours de ce travail, nous avons défini un protocole pour déterminer l'activité létale des produits désinfectants sur cellules adhérentes, protocole composé de quatre étapes principales : i) choix des micro-organismes et standardisation de leurs conditions de conservation et de croissance, ii) mise en place d'un protocole d'adhésion reproductible sur supports conditionnés ou non, iii) test de désinfection sur cellules adhérentes et iv) optimisation de ce protocole dans le caractère in situ et le délai d'obtention des résultats par l'utilisation de marqueurs fluorescents, indicateurs de la viabilité cellulaire.

La concentration microbienne des nuages collectés depuis le sommet du puy de Dôme se situe, en bruit de fond, autour de 5x10puissance 4 cell.mL-1 pour les bactéries, et 5x10puissance3 cell.mL-1 pour les champignons. La plus grande partie d'entres elles est viable, comme le montrent les mesures de concentration en ATP. Les souches isolées présentent des propriétés physiologiques d'intérêt pour la survie dans le nuage (pigments, capacité de se développer à basse température). Ils sont capables de dégrader, même à basse température, des composés organiques présents en quantité importante dans l'eau des nuages , comme le formiate, l'acétate, le lactate, le succinate, le méthanol et le formaldéhyde. Enfin, plusieurs souches ont une capacité élevée à agir comme noyau glaçogène. Cette étude suggère que les microorganismes pourraient être impliqués dans les processus chimiques et physiques qui se déroulent dans les nuages, et leur importance est à ce titre, à reconsidérer de façon globale.

Suite à des usages intensifs d’origines industrielles, des surfaces considérables de sols dégradés, peu fertiles, voire contaminés sont délaissées. Dans un contexte de raréfaction des sols et de pressions foncières et économiques grandissantes, la réhabilitation de ces sols fortement anthropisés et délaissés peut-être un enjeu. Toutefois, pour envisager une réutilisation de ces sols, il est nécessaire de mieux les caractériser. L’étude de la qualité des sols prend rarement en compte la biodiversité et le fonctionnement biologique. Ainsi, l’objectif de ce travail de thèse était de caractériser des sols délaissés, en prenant en compte leurs paramètres abiotiques, biotiques et fonctionnels. Pour cela, six sols fortement anthropisés délaissés du nord-est de la France, correspondant à différentes activités industrielles, ont été étudiés in situ et en laboratoire. Plusieurs groupes biotiques (bactéries, champignons, mésofaune, macrofaune et flore) ont été étudiés afin d’avoir une approche quasi-exhaustive de la biodiversité des sols. Une approche taxonomique et fonctionnelle (basée sur les traits) de la biodiversité a été réalisée pour les champignons, la méso- et la macrofaune. De plus, l’évolution in situ au cours du temps des paramètres abiotiques et biotiques a été prise en compte sur un des six sols délaissés étudiés. Enfin, les interactions biotiques entre une espèce de collembole, de champignon mycorhizien à arbuscules et de plante herbacée ont été étudiées dans deux sols délaissés, en laboratoire. Nous avons montré que les sols délaissés étaient caractérisés par une biodiversité significative, comparable selon les cas, à celles d’autres types de sols, comme les sols forestiers, de prairies ou agricoles. Toutefois, des différences de densité, de richesse et de structures taxonomiques et fonctionnelles entre les sols délaissés existent et dépendent du groupe biotique étudié. Ces différences sont notamment liées aux propriétés physico-chimiques contrastées de ces sols. Ainsi, un sol construit, amendé en compost, était l’écosystème le moins perturbé des sols étudiés, contrairement à un autre sol construit et contaminé en métaux lourds. Nous avons montré que les paramètres physico-chimiques, et surtout biologiques, évoluaient rapidement au cours du temps (environ un an) dans le sol construit contaminé en métaux lourds. Enfin, nous avons mis en évidence, dans les deux sols étudiés en laboratoire, des modifications des interactions biotiques sous l’influence de nombreux paramètres comme le volume de sol, la durée de l’interaction, la présence d’une microflore indigène etc. Finalement, nous avons montré que ces sols pouvaient être le support de services écosystémiques tels que l’habitat pour la biodiversité et qu’ils pouvaient être fonctionnels, permettant ainsi de considérer leur potentielle valorisation / Due to industrial activities intensification, large surfaces of degraded soils, with low fertility and sometimes contamination, are derelict. In the context of land depletion and economic pressure, the rehabilitation of these derelict anthropogenic soils could be a key issue. However, these derelict soils needs to be better characterized before to consider their potential use. Soil quality studies rarely take into account the biodiversity and the biological functioning. Thus, the aim of this PhD work was to characterize derelict soils by considering their abiotic, biotic and functional parameters. To this end, six derelict strongly anthropogenic soils from north-eastern France, resulting from different industrial activities, were studied in situ and in laboratory. Several biotic components (bacteria, fungi, mesofauna, macrofauna and flora) were studied to have an almost complete approach of the soil biodiversity. Taxonomical and functional (trait-based approach) study of biodiversity was performed for fungi, meso- and macrofauna. Moreover, the in situ evolution over time of abiotic and biotic parameters was taken into account in one of the six studied derelict soils. Lastly, biotic interactions between a species of Collembola, of arbuscular mycorrhizal fungi and of herbaceous plant were studied in two derelict soils, in a growth chamber. We showed that derelict soils were characterized by a significant biodiversity, comparable case to case with other kinds of soils like forest, grassland or crop. Nevertheless, differences in terms of density, richness and taxonomical and functional structure community were observed between soils and depend on considered biotic group. These differences were notably linked with contrasting physico-chemical parameters between soils. Thus, a compost-amended constructed soil was the less disturbed among the six studied soils, in contrast with a heavy metal-contaminated constructed soil. We showed that abiotic parameters, notably biotic parameters, evolved quickly (within one year) in the metal-contaminated constructed soil. In the two derelict soils where interactions between Collembola and mycorrhizal fungi were studied, biotic interactions were affected by several parameters like soil volume, time of interaction, indigenous microflora presence etc. Finally, we have shown that these derelict soils support ecosystems services such as biodiversity reserve and could be functional, allowing potential re-use

Ce projet concerne l’analyse de l’organisation de populations microbiennes au sein de structures complexescomme des dépôts ou des biofilms.Si différentes méthodes sont couramment utilisées pour étudier la structure globale ou l’organisation localed’agrégats microbiens, peu d’entre elles, permettent de réaliser simultanément ces deux analyses et nécessitentsouvent des étapes de préparation qui pénalisent un approche in-vivo et en dynamique.La stratégie proposée repose sur la mise en oeuvre de micro-organismes modèles autofluorescents (levures etbactéries) qui peuvent sans aucun traitement être directement observés en microscopie. La similitude ducomportement physiologique de ces micro-organismes avec celui des souches sauvages a été démontrée. Lesconditions d’acquisition des images en microscopie confocale ont été optimisées. Des dispositifs spécifiques ontété conçus pour générer des dépôts ou des biofilms dans des conditions de contraintes physico-mécaniques etbiochimiques maîtrisées afin d’analyser simultanément leurs caractéristiques et les performances du bioprocédé.Ainsi les dépôts ont pu être observés in-vivo et in-situ grâce à une cellule de filtration équipée d’une fenêtred’observation. Le développement d’un biofilm mixte composé de levures et bactéries modèles autofluorescentes,dans un réacteur continu spécifique, a également été analysé par microscopie confocale.Le traitement et les analyses des images acquises au cours des expériences ont été effectués et ont permisd‘étudier la structure globale des agrégats biologiques et l’organisation tridimensionnelle des micro-organismesdans ces structures, en mettant par exemple en évidence une répartition hétérogène de deux populationsmicrobiennes dans des dépôts de filtration ou en comparant la capacité de deux espèces microbiennes à formerdes biofilms en étudiant in-vivo la dynamique de croissance de chacune des espèces.Cette étude a en outre permis de démontrer la pertinence de la méthode proposée, de définir ses limites et sonchamp d’application / The aim of this project deals with the analysis of both the local localization and organization of microbialpopulations in complex structures such as deposits or biofilms. Different methods are currently used to study theglobal structure or the local organization of biological aggregates but only few ones allow a combined approachand require ex-vivo analyses.The proposed strategy uses home-designed model auto-fluorescent microorganisms (yeasts and bacteria) whichcan be observed directly by microscopy without any dying treatment. Same kinetic behaviours between the wildstrains and their recombinant ones were demonstrated. The confocal microscopy conditions were optimised.Specific devices were developed to generate deposits or biofilms under controlled and known hydrodynamic orbiochemical environment conditions to analyse their structure characteristics linked to the bioprocessperformances.Based on the proposed strategy, microbial deposits modifications due to pressure constraints were observed invivo in a specifically designed flow cell equipped with a microscope glass coverslip. A mixed biofilm composedby our auto-fluorescent yeasts and bacteria was carried out in a specific bioreactor allowing the sampling ofbiofilms during their development to be analysed by confocal microscopy. Both studies have shown specificorganisations between yeasts and bacteria mainly depending on their size and on the environment conditions(pressure or dilution rate).These studies of both local and global structure of biological aggregates and 3D-organisation of themicroorganisms within theses structures demonstrated the relevance of the proposed strategy defining the limitsof the method and proposing various perspectives for further characterizations and applications

Le « topsoil » comme outil de restauration écologique des terrains miniers dégradés, consiste à récupérer la couche de sol naturellement riche en matières organiques, semences et micro-organismes (qui définissent le potentiel biologique de restauration), lors d'une opération qui précède l'exploitation minière, puis à l'épandre sur les sites à restaurer. Au coeur desproblématiques de restauration écologique, les topsoils apparaissent à travers la littérature comme une technique efficiente et leur utilisation est abondamment préconisée. Toutefois celle-ci ne date, en Nouvelle-Calédonie, que des années 2000. Les connaissances actuelles locales liées à cet outil sont encore fragmentaires, et les caractéristiques des topsoils, tout comme les résultats obtenus sont hétérogènes. Ce travail de recherche a permis d'améliorer notre compréhension des interactions entre les composantes biologiques des topsoils et les phénomènes intervenant dansleur évolution (banque de graines, micro-organismes, et caractéristiques physico-chimiques). Les résultats obtenus ont montré que l'utilisation des topsoils en restauration écologique peut favoriser la restauration des écosystèmes ultramafiques néo-calédoniens, et pourraient trouver une application dans la conception de nouvelles stratégies de restauration écologiques des terrains miniers dégradés du territoire. Néanmoins, il est également apparu que les topsoils ne peuvent à eux seuls restaurer la totalité de la diversité végétale qui caractérise les substrats ultramafiques du territoire, et doivent donc être associés à d'autres techniques de restauration. / "Topsoil", as an ecological tool of restoration of the mines made in terraces, consist of getting back the layers full of organic matter, seeds and micro-organisms (which define the biological potential of restoration), during a procedure made following the exploitation of the mines, then could be extend to the sites which require some restoration.While the problem of ecological restoration is at the center of the debate, topsoil appears, according to the literature, as an efficient technique and their uses are well recommended. However, they only have been used in New Caledonia since the beginning of the XXI century. The actual knowledge of this specific tool is still incomplete, and the characteristics of topsoil, same as the results, remain inconsistent. The research made around this topic gave us a better understanding of the interaction between the biological components of topsoil and their way of evolving (seeds’ bank, micro-organisms and the physic and chemical characteristics). The results obtained demonstrate that the use of topsoil as an ecological restoration could be beneficial for the restoration of the ultramafic ecosystem of New Caledonia. It could, as well, find a place in the development of new strategies of ecological restoration of mines in terrace of the country. However, it has been shown in another hand that topsoil would not be sufficient to restore the entire vegetal diversity of the ultramafic bedrock of the country. For this reason, it has to be associated with different techniques of restoration.

La production de carburants est possible à partir d’eau, d’énergie solaire et de CO2 par la voie de la photosynthèse artificielle. L’optimisation de ce processus est un thème de recherche de l’Institut Pascal. À la petite échelle contrôlant ce procédé, il est indispensable de déterminer les propriétés radiatives des microalgues photosynthétiques pour résoudre l’équation de transfert radiatif au sein des photobioréacteurs. La grande variété des micro-organismes liée à la forme, à l’élongation et aux paramètres de taille fait que la mise en œuvre des méthodes numériques existantes échoue pour des raisons de précision ou de capacité mémoire. De nombreuses communautés scientifiques se heurtent à ce problème d’électromagnétisme non encore résolu surtout pour les particules de grands paramètres de taille. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont consisté à résoudre ce problème par la méthode modale de Fourier, une méthode numérique a priori développée et optimisée pour modéliser les problèmes de l’optique électromagnétique. Dans cette méthode, chaque micro-organisme est approché par un empilement de couches ce qui revient à approcher son profil par des marches d’escalier. L’approche proposée a été validée par comparaison avec les résultats disponibles dans la littérature. Une validation expérimentale des calculs théoriques a également été faite dans le domaine des micro-ondes grâce à une collaboration avec l’équipe HIPE de l’Institut Fresnel (Marseille, UMR 7249). Les résultats obtenus montrent la pertinence de la méthode développée. / The production of fuels is possible from water, solar energy and CO2 through artificial photosynthesis. The optimization of this process is a research topic of Pascal Institute. At a small scale controlling this process, it is essential to determine the radiative properties of photosynthetic microalgae to solve the radiative transfer equation in photobioreactors. The wide variety of microorganisms related to the form, the elongation and size parameters make that the implementation of existing numerical methods fails because of lack of accuracy or memory. Many scientific communities face this problem of electromagnetism unresolved especially for particles of large size settings. The work achieved in this research is aimed at solving this problem by the Fourier modal method which is a numerical method first developed and optimized for modelling the electromagnetic optics problems. In this method, each microorganism is approached by a stack of layers which leads to replace the profile by the staircase approximation. The proposed approach was validated by comparison with results available in the literature. An experimental validation of theoretical calculations was also made in the microwave spectrum thanks to a collaboration with the HIPE team from Fresnel Institute (Marseille, UMR 7249). The results show the accomodation of the developed method.

Les changements climatiques globaux ont un impact majeur sur la couverture de glace de mer à l'échelle planétaire, affectant les écosystèmes subarctiques et côtiers comme la baie de Sept-Îles (BSI). Pour mieux comprendre ces écosystèmes et évaluer leur réponse aux pressions climatiques et anthropiques, une étude a été menée pour caractériser le microbiome et la biomasse de chlorophylle a de la glace de mer nouvellement formée et de l'eau sous-jacente dans la BSI, ainsi que pour brosser un portrait de la communauté diatomifère hivernale. Six sites ont été échantillonnés en hiver (glace, eau) et au printemps (sédiments) 2023. Les résultats obtenus par l'analyse de cytométrie en flux ont révélé une communauté microbienne diversifiée, avec une plus grande abondance de cellules algales dans l'eau que dans la glace et où les nanoeucaryotes forment le groupe dominant. Le carbone organique dissous (DOC), le type de glace et la disponibilité en nutriments semblent influencer la composition de la communauté microbienne. Les diatomées centrales de petite taille, principalement du genre *Thalassiosira*, sont dominantes en termes d'abondance dans la glace et l'eau, mais leur abondance relative est plus faible dans les sédiments de surface. L'espèce *Fossulaphycus arcticus* (anciennement *Fossula arctica*), associée à la glace de mer, a été retrouvée dans tous les échantillons de sédiments. Les analyses des isotopes stables du carbone (δ¹³C) et du ratio carbone : azote (C : N) ont indiqué une importante contribution du phytoplancton et des algues sympagiques à la matière organique des sédiments de surface. Cette étude représente la première caractérisation du microbiome et de la communauté de diatomées dans la BSI en hiver.