L’objectif de ce travail de thèse a été d’étudier l’impact des activités microbiennes sur la spéciation et les flux de phosphore au sein de la colonne d’eau du lac Pavin. Ce lac ferrugineux et méromictique (stratifié de façon permanente) constitue un modèle d’étude des processus de phosphatogenèse, la transition oxique-anoxique délimitant une zone de précipitation de phases minérales phosphatées. Alors que l’on pensait que cette précipitation résultait de processus abiotiques, la contribution des communautés microbiennes a été récemment évoquée mais son ampleur restait à déterminer.Les travaux présentés dans cette thèse ont permis de révéler une plus forte activité phosphatasique alcaline (APA) au niveau du compartiment supérieur brassé saisonnièrement (mixolimnion). De plus, une corrélation négative entre la concentration en orthophosphates en solution et l’APA a été montrée. Nous avons déterminé le flux et la composition des particules phosphorées sédimentant vers la zone de phosphatogenèse. Nous avons également quantifié par spectrofluorimétrie les inclusions de polyphosphates (poly-P) intracellulaires du mixolimnion et montré qu’elles sont particulièrement abondantes dans le pic de turbidité lié à la biomasse photosynthétique. En outre, l’optimisation d’un protocole de quantification des poly-P nous a permis de déceler plusieurs contraintes associées. Enfin, en utilisant une approche corrélative couplant différentes microscopies, nous avons identifié des bactéries magnétotactiques abondantes à l’interface redox, accumulant des inclusions de soufre et de phosphore (poly-P), et qui pourraient ainsi contribuer significativement aux cycles biogéochimiques de ces éléments. / This work aimed at deciphering the contribution of microbial activities to the speciation and fluxes of phosphorus particles in the water column of Lake Pavin. This ferruginous and meromictic (i.e. permanently stratified) lake is a model case for phosphatogenesis; the oxic/anoxic boundary is located within the water column, delimiting a zone where precipitation of phosphate mineral phases occurs. While it was previously assumed that this precipitation was induced by abiotic processes only, recent clues highlighted the contribution of microbial communities. Yet, the nature and magnitude of this contribution were poorly known.Here, we show that the highest activity of alkaline phosphatases (APA) occurred within the mixolimnion (the upper layer affected by seasonal mixing). Moreover, we found a negative correlation between the concentration of dissolved orthophosphates and the APA. We quantified the flux and the composition of the phosphorus particles settling to the phosphatogenesis zone. We also quantified the intracellular polyphosphate (poly-P) inclusions in the mixolimnion, by using spectrofluorimetry. We showed that poly-P were particularly abundant at depths where the photosynthetic biomass dominated. Furthermore, the development of a poly-P quantification protocol enabled us to detect several associated issues. Finally, using a correlative approach with different types of microscopy, we identified abundant magnetotactic bacteria at the redox interface, containing intracellular inclusions of sulfur and phosphorus (poly-P). These bacteria may therefore play a major role in the biogeochemical cycles of these elements.

L’objectif de cette recherche était d’évaluer les dynamiques de retour à court et à long terme des propriétés physico-chimiques et microbiologiques des sols incendiés et d’étudier le devenir des communautés végétales brûlées. Pour l’étude du sol nous avons analysé les propriétés physiques, chimiques et microbiologiques de 25 échantillons de sol prélevés dans la Forêt de Fénouane (Wilaya de Saida, Algérie) le long d’une chonoséquence de 2, 4, 8, 13 et 20 ans après le dernier feu. Cette étude a permis de montrer la vulnérabilité des sols forestiers de l’étage semi-aride de l’Atlas tellien aux fréquences d’incendies supérieures à 1 feu tous les 20 ans. Pour l’étude de l’effet du feu sur la composition des pinèdes à Pinus halepensis Mill.de la forêt de Fénouane (Algérie) on a utilisé les mêmes placettes et chronoséquence que celle choisie pour l’étude du sol. Des relevés floristiques ont été réalisés selon la méthode sigmatiste en fonction du dernier feu. La méthode comparative a montré une reconstitution progressive des pinèdes sans grande variation dans leur composition floristique. Ce sont pratiquement les mêmes espèces qui existaient avant le feu qui réapparaissent après. Il ressort de l’étude phytoécologique que la forêt de Fénouane est très fragile et le peu d’espèces végétales qu’elle renferme pourrait diminuer pour atteindre un niveau critique à cause de l’aridité climatique et édaphique accentuée par les incendies et le surpâturage. / Within this research was to evaluate dynamic return to short and long-term of the physicochemical and microbiological properties of the burnt grounds and to study to become to it burned vegetable communities. For the study of the ground we analyzed the physical properties, chemical and microbiological of 25 samples of ground taken in the Forest of Fénouane (Wilaya of Saida, Algeria) along a chono-sequence of 2,4,8,13 and 20 years after last. This study made it possible to show the vulnerability of the forest grounds of the semi-arid stage of the Tellian Atlas at the frequencies of fires higher than 1 fire every 20 years. For the study of the effect of fire on the composition of the pine forests with Pinus halepensis Mill.de the forest of Fénouane (Algeria) one used the same small squares and chrono-sequence that selected for the study of the ground. Floristic statements were carried out according to the method sigmatist according to the last fire. The comparative method showed a progressive reconstitution of the pine forests without much variation in their floristic composition. In fact practically the same species existed before fire which reappears afterwards. It arises from the phyto-ecological study that the forest of Fénouane is very fragile and the little of plant species which it contains could decrease to reach a critical level because of the climatic and edaphic aridity accentuated by the fires and the overgrazing.

Thesis (M. Sc. (Soil Science)) -- University of Limpopo, 2019 / Water scarcity poses significant risks to global food security. The use of treated wastewater for irrigation could be a sustainable remedy for water scarcity in arid to semi-arid regions. Furthermore, it has been the most readily available source of water which can serve as an adaptation strategy to shortage of irrigation water. The objectives of the study were to determine (1) whether different disposal points following wastewater treatment could have effects on the quality of treated wastewater used for irrigation at the University of Limpopo (UL) experimental farm and (2) the response of selected critical nutrients, microbial and enzyme activities on soils irrigated with treated wastewater at the UL Experimental Farm. Water samples were collected monthly at three disposal points, namely, the exit point of treated wastewater from the treatment plant (Pond 16), the entry point into the night-dam and the exit point from the night-dam at the UL Experimental Farm. The water samples were analysed for pH, electrical conductivity (EC), sodium (Na), nitrate (NO3-), phosphate (PO42-), sulphate (SO42-), salinity, magnesium (Mg), calcium (Ca), potassium (K), chlorine (Cl), total dissolved solids (TDS), total soluble salts (TSS), lead (Pb), copper (Cu), cadmium (Cd), zinc (Zn), Ascaris lumbricoides, Escherichia coli, Shigella spp., Salmonella spp. and Vibrio cholera. A field experiment was conducted on a separate 4-ha virgin field (VF), cultivated field (CF) and fallowed field (FF), with soil samples collected from 0- 5, 5-15 and 15-30 cm soil depth in each field and analysed for pH, EC, mineralisable P, NH4+, NO3-, organic carbon (OC), active carbon (AC), potential mineralized nitrogen (PMN), fluorescein diacetate (FDA) and phosphatase (PTS) enzyme activity. All data were subjected to ANOVA using Statistix 10.1. The treated wastewater had, at the three sampling points, significantly different EC, Na, NO3-, PO42-, SO42-, Cu, Zn, Shigella spp., V. cholerae, A. lumbricoides and E. coli, whereas salinity, pH, Mg, Ca, K, Cl and Cd were not affected by the sampling point. Generally, the night-dam entry and exit points had significant increases in PO42-, K and Ca when compared to Pond 16 exit. In contrast, the flow of wastewater from Pond 16 through the furrow to the entry and exit of the night-dam resulted in decreases of Na, NO3- and Cl. The exit point of water from the night-dam at UL Experimental Farm had the least harmful materials, rendering it the safest point with the best water quality for irrigation. In the field study, NH4+, NO3- and PMN were significantly different in soil depth. However, NO3- field × depth interaction effects were not significantly different. In contrast to all soil parameters, FDA and PTS activity for both soil depth and field × depth interaction effects were highly significantly different. The EC and pH were not affected by soil depth or field type. The negative effects of treated wastewater were mainly observed in the cultivated field. In conclusion, treated wastewater with fallowing could be used as the best approach to overcome water shortages, with the uses having the potential to reduce the need to apply high synthetic chemical fertilisers. Keywords: water reuse, disposal points, essential nutrients, microbial activities

Les sols des oliveraies subissent des pressions environnementales fortes telles que les contraintes pédoclimatiques méditerranéennes et des pratiques agronomiques intensives. Ils requièrent une grande attention face aux changements climatiques. En zone littorale, les stress osmotiques et thermiques s’intensifient. Dans un contexte d’exacerbations de pressions, les sols pourraient subir des modifications profondes de leur qualité, modifications qu’il serait possible d’atténuer en adoptant des pratiques agricoles "durables". Ce projet de thèse a pour objectif d’examiner, en tenant compte de la littoralité, l’impact de pratiques conventionnelles et de conservation sur les activités microbiennes des cycles du C et N et les caractéristiques chimiques du sol. Ont été évaluées dépendamment de la distance à la mer, I)les fonctions des communautés microbiennes de la phyllosphère et de la rhizosphère de l’olivier, II)l’incidence du labour, de co-culture de Fabaceae, d’un enherbement et d’un apport de margions au Liban et en France, III)les réponses microbiennes à des stress hydriques après différentes pratiques. Ce travail a porté plus précisément sur les activités enzymatiques et cataboliques microbiennes intervenant dans la transformation de la matière organique dont la qualité a été étudiée par RMN du solide13C. Ce travail a permis d’observer une littoralité des fonctionnements microbiens avec une atténuation probable des émissions de CO2 par l’utilisation des pratiques de conservation. Par conséquent il est nécessaire de développer en oléiculture intensive des pratiques garantissant la stabilité des fonctions écologiques supportées par les relations sols/microorganismes/plantes. / Olive grove soils are subjected to harsh environmental pressures such as Mediterranean constraints and intensive agriculture practices. They require a great attention in the context of climate change. In coastal areas, osmotic and thermal stresses are intensified. Under these conditions of intensified pressure, significant changes in soil quality may occur and these changes can be mitigated by ‘sustainable’ farming practices. Thus, this thesis project aimed at evaluating, under coastal constraints, the impact of conventional and conservation practices on microbial activities involved in C and N cycles, and soil chemical characteristics. Depending on the distance from the sea, we evaluated i) functions of microbial communities of olive rhizosphere and phyllosphere, ii) the effect of tillage, Fabaceae co-culture, natural grass, OMW in Lebanon and France, iii) microbial responses to water stress under different practices. This work focused on microbial activities involved in the transformation of organic matter, whose quality was studied by solid state NMR 13C. Therefore, this work reported a ‘coastal print’ on microbial functioning and a likely reduction of CO2 emissions through the application of conservation practices. Therefore, it is necessary to develop, under olive tree culture intensification, practices ensuring stability of ecological functions supported by soils / microorganisms / plants relationships.

Les antibiotiques (ATB) consommés en médecine humaine et vétérinaire sont en grande partie excrétés et peuvent entrer dans les sols agricoles via l’épandage des produits résiduaires organiques (PRO), avec des risques encore mal connus sur la santé humaine et l’environnement. De plus, ces ATB sont le plus souvent apportés en mélange avec d'autres contaminants organiques et/ou minéraux. Or très peu d’études ont abordé le devenir et les effets des ATB en interaction avec d'autres contaminants dans les sols.L’objectif de la thèse était donc de mieux comprendre le devenir des ATB, apportés seuls, ou en mélange et leurs impacts sur les microorganismes du sol et leurs activités.Les antibiotiques sélectionnés ont été le sulfaméthoxazole (SMX) et la ciprofloxacine (CIP), pour leur comportement dans le sol et leur mode d’action contrastés, ainsi que le N-ac-SMX, métabolite principal du SMX. Les métaux choisis ont été le cuivre et le zinc car leur accumulation dans le sol est connue pour être favorisée via certains PRO. Ils ont été apportés en mélange, à une dose environnementale, et à une dose 5 fois plus élevée. Les sols sont un sol témoin qui n'a jamais reçu de PRO et deux sols amendés depuis 1998, par du fumier ou un compost de déchets verts et boues de station d’épuration, afin de tester l'impact d'apports répétés de PRO et la nature du PRO.Des microcosmes ont été incubés en conditions contrôlées pendant 156 jours. Pour l'étude du devenir des ATB, les sols ont été traités avec des ATB marqués au 14C et la distribution du 14C a été suivie dans les fractions minéralisées, facilement et difficilement extractibles et non extractibles. L'étude de l'impact des ATB seuls ou en mélange sur les microorganismes et leurs activités a été réalisée à partir d'ATB non marqués.Le devenir des ATB est contrôlé par :i) La nature et les propriétés des ATB : la CIP s'adsorbe rapidement et fortement dans les sols et n'est pas minéralisée. Les sulfonamides sont rapidement dégradés et minéralisés jusqu'à 10% après 156 jours.Les devenirs du SMX et du N-ac-SMX, sont quasiment similaires lorsqu'ils sont apportés seuls, le N-ac-SMX étant transformé en SMX. Quelles que soient les molécules, les résidus non extractibles sont majoritaires en fin d'incubation (> 50%).ii) L'apport répété de PRO qui favorise l'adsorption des ATB et diminuent leur minéralisation.iii) La nature des PRO suivant leur stabilité : le compost, plus stable, favorise la production de résidus difficilement extractibles, le fumier, plus dégradable, stimule la minéralisation des sulfonamides et la production de résidus non extractibles.iv) La présence d'autres contaminants, leur nature et leur concentration : si l'apport de CIP à dose environnementale n'a pas impacté le devenir du SMX et du N-ac-SMX dans les sols, les métaux ont exercé des effets d'autant plus importants que leur dose était élevée. A dose faible, les métaux diminuent la minéralisation du SMX et du N-ac-SMX d'un facteur 2 en favorisant l'adsorption des ATB par complexation en particulier avec le cuivre. A forte dose, les métaux inhibent la minéralisation des sulfonamides avec des effets d'origine physico-chimique (augmentation de l'adsorption des ATB via le cuivre) et certainement biologique (effets toxiques en particulier du zinc).Les sulfonamides n'ont pas eu d'effet sur les microorganismes du sol et la minéralisation du carbone et de l'azote lorsqu'ils sont apportés seuls ou en mélange avec de la ciprofloxacine ou avec des métaux à dose environnementale. En revanche, les mélanges avec la forte dose de métaux exercent des effets toxiques sur la biomasse microbienne et sur la minéralisation du carbone. Ces effets toxiques semblent essentiellement dus aux métaux et non au pH ou à la force ionique.Dans ces conditions expérimentales, les risques environnementaux liés aux ATB semblent donc limités à court terme. Mais il serait nécessaire d’étudier les effets à plus long terme, et les effets d'apports cumulatifs. / The antibiotics (ATB) used in human and veterinary medicine are largely excreted and can enter agricultural soils through the spreading of organic waste products (OWP), with unassessed risks on human health and the environment. In addition, these ATBs are most often combined with other organic and / or mineral contaminants. However, very few studies have addressed the fate and effects of ATBs interacting with other contaminants in soils.The objective of the thesis was to better understand the fate of ATB applied to soils alone or in combination with other contaminants, and their impacts on soil microorganisms and their activities.The antibiotics selected were sulfamethoxazole (SMX) and ciprofloxacin (CIP), for their contrasting mode of action and behavior, and N-ac-SMX, the main metabolite of SMX. The chosen metals were copper and zinc, which are known to increase in soils with regular applications of certain OWPs. They were brought together, at an environmental dose, and at a dose 5 times higher. The soils are a control soil that has never received OWP and two soils amended since 1998, by manure or compost green waste and sewage sludge, to test the impact of repeated applications of OWP and of the nature of OWP.Microcosms were incubated under controlled conditions for 156 days. For the study of ATB fate, the soils were treated with 14C-labeled ATBs and the 14C distribution was followed in the mineralized, easily and hardly extractable and non-extractable fractions. The impact of ATBs alone or in combinations on microorganisms and their activities was studied using unlabelled ATBs.The fate of ATBs is controlled by :i) The nature and properties of ATBs: CIP is rapidly and strongly adsorbed in soils and is not mineralized. Sulfonamides are rapidly degraded and mineralized up to 10% after 156 days.The fates of the SMX and N-ac-SMX are almost similar when they are brought alone, the N-ac-SMX being transformed into SMX. Whatever the molecules, the non-extractable residues are major at the end of incubation (> 50%).ii) Previous repeated applications of OWP that enhance adsorption of ATBs and reduce their mineralization.iii) The nature of the OWP : the more stable compost promotes the production of hardly extractable residues, the manure, more degradable, stimulates the mineralization of the sulfonamides and the production of non-extractable residues.iv) The presence of other contaminants, their nature and concentration : although the CIP at environmental doses did not affect the fate of SMX and N-ac-SMX in soils, the influence of metals was measurable and increased with their dose. At low doses, metals decrease the mineralization of SMX and N-ac-SMX by a factor of 2, by promoting the adsorption of ATBs through complexation, in particular with copper. At high doses, metals inhibit the mineralization of sulfonamides, through physicochemical reactions (increased adsorption of ATBs via copper) and certainly biological effects (toxic effects especially of zinc).The sulfonamides had no effect on soil microorganisms and mineralization of carbon and nitrogen when applied alone or as a mixture with ciprofloxacin or metals at environmental doses. But mixtures with the high dose of metals induce toxic effects on microbial biomass and mineralization of carbon. These toxic effects seem mainly due to metals and not to pH or ionic strength indirect effects.Therefore under these experimental conditions, the environmental risks associated with ATBs seem limited in the short term. But it would be necessary to study the effects in the longer term and of cumulative applications.

Ce travail a pour objectif principal l'étude des interactions entre les compartiments procaryotiques des zones méso- et bathypélagique avec les différentes fractions du carbone organique dissout (DOC) océanique. Des mesures d'assimilation de monomères (3H-Glucose), de dégradation de molécules complexes (3H-EPS et HMW-DOC), et de production hétérotrophe procaryotique (PHP/3H-Leucine) ont été réalisées le long de la colonne d'eau en Mer Méditerranée Nord Occidentale (Golfe du Lion, sites DYFAMED, ANTARES) et en Océan Atlantique Nord-Est (site PAP). Au cours des ces études, toutes les mesures réalisées au-delà de 1000 m de profondeur ont été effectuées dans des conditions in situ de haute pression hydrostatique (> à 10 MPa, HP) et comparées à des mesures réalisées sous pression atmosphérique (0,1 MPa, ATM). Cette double mesure détermine le rôle de la pression hydrostatique sur les activités microbiennes profondes via un rapport Pe pour pressure effect (= mesure HP / mesure ATM). Les résultats démontrent que les activités microbiennes mesurées en conditions HP sont plus importantes qu'en conditions ATM en période de stratification des eaux, (Pe moyen de 4,01, n=120), et confirment la capacité des procaryotes du domaine océanique profond à dégrader des molécules organiques complexes. Par ailleurs et à une échelle cellulaire, les populations métaboliquement actives du milieu profond dégradent les 3H-EPS à une vitesse 6 fois plus rapide que leur homologue de surface, indiquant la capacité des procaryotes autochtones profonds à dégrader des molécules plus complexes en conditions de haute pression. / This main objective of this work is the study of interactions between prokaryotic compartments of meso-and bathypelagic zones with different size classes of dissolved organic carbon (DOC). Several measurements of monomers assimilation (3H-Glucose), of complex molecules degradation (3H-EPS and HMW-DOC) and prokaryotic heterotrophic production were realized through the water column of NW Mediterranean Sea (Gulf of Lion, DYFAMED and ANTARES station) and NE Atlantic Ocean (PAP site). During these studies, all measurements realized below 1000 m depth, were carry out under in situ condition of hydrostatic pressure (> 10 MPa, HP) and compared to their decompressed counterpart measurements, realized at atmospheric pressure (0.1 MPa, ATM). These coupled measurements determine the role of hydrostatic pressure on deep sea microbial activity following the Pressure effect (Re) ration (=HP measurement / ATM measurement). The results show that microbial activities measured under HP condition during stratified water period, were more important than those measured under ATM condition (mean Pe = 4.01, n=120), and confirm the abilities of deep sea prokaryotes to degrade complex organic molecules. Moreover, the cell-specific activity of deep sea prokaryotes in 3H-EPS degradation are 6 time more active than the surface, indicating the ability of autochthonous deep sea prokaryotes to degrade complex molecules under high conditions of pressure.