Biologically controlled mineralization implies that organisms devote a part of their physiological activity to build up a specific mineralized skeleton. A preliminary comprehensive general view of the morphology and physiology of a given organism is therefore required before trying to understand where and how its biomineralizing system functions. Furthermore, the entire biomineralization sequence is not mediated by purely inorganic mineralogical rules but rather by a cellular machinery. Accordingly, a mineralogical characterization should be linked to a histological and cytological investigation of mineralizing cells to understand how a skeleton is produced. In the present thesis, we developed such a multi-disciplinary approach of some biomineralization processes of the massive basal skeleton in a few Recent hypercalcified sponges, likely survivors from Palaeozoic and early Mesozoic seas.<p>The three first chapters of this thesis are dedicated to the Mediterranean Calcarea Petrobiona massiliana, a conveniently accessible living hypercalcified sponge whereas all other Recent hypercalcified species are tropical and less easily reached. This model species permitted an initial morphological approach followed by an integrated biological and mineralogical study of biomineralization mechanisms. The fourth chapter aims at the comparative mineralogical study of the basal skeleton of eight tropical Recent hypercalcified demonsponges.<p>In the first chapter, important modifications and/or morphogenesis at the tissular or cellular level in response to life cycle phases and environmental conditions were depicted in specimens of Petrobiona massiliana. A survey of “storage cells” filling trabecular tracts, which are specific to P. massiliana, suggested that these cells may provide energy and a pool of toti- or pluripotent cells able to restructure the aquiferous system and repopulate cell types like pinacocytes. This potentiality of "storage cells would allow the sponge to sustain important physiological activities, like calcification, along its life cycle. Furthermore, basopinacocytes, cells delineating basally the soft tissue from the underlying basal skeleton, were identified through ultrastructural observations as the most probable cell type involved in the formation of the basal skeleton.<p>In the second chapter, the skeleton was found to be composed of ca. 50 to 100 nm crystallized grains as the smallest skeletal units, likely initially deposited in a mushy amorphous state. TEM and SEM observations further highlighted that these submicronic grains were assembled in clusters or fibres, the later even laterally associated into bundles. A model of crystallization propagation through amorphous submicronic granular units is proposed to explain the single-crystal feature of these micron-scale structural units, as demonstrated by selected area electron diffraction (SAED) in TEM. Finally, these units were assembled into a defined microstructure forming flattened growth layers called "sclerodermites", which superposed to produce the massive basal skeleton. In addition, X-ray diffraction (XRD) and energy electron loss spectroscopy (EELS) analyses highlighted respectively heterogeneous concentration and spatial distribution of Mg and Ca ions in the skeleton and structural units. This characterization highlighted mineralogical features, not conforming to the inorganic principles, and presuming a highly biologically regulated construction of the basal skeleton.<p>Accordingly, in the third chapter, it arose that the endomembrane system of basopinacocytes might play a dual function in the production and transport of both mineralizing ions and organic matrices. Combining partial decalcification methods with histochemical dyes and observing ultra-thin sections of the mature basal skeleton in TEM, very spatially and functionally diverse organic matrix components were found to occur in growing and mature portions of the skeleton. The following model of biomineralization was proposed for Petrobiona massiliana: basopinacocytes would use the endomembrane system pathway to produce and carry organic-coated submicronic amorphous grains in a mushy state within intracellular vesicles. These would then be released through the basal cell membrane toward the growing layer of the skeleton, where a highly structured gel-like organic framework, rich in sulfated/acidic GAGs-rich macromolecules, secreted by basopinacocytes, would ensure their assemblage into oriented fibres or clusters.<p>In the fourth chapter, the basal skeleton of eight tropical Recent hypercalcified species belonging to demosponges: Acanthochaetetes wellsi, Willardia caicosensis, Astrosclera willeyana, Ceratoporella nicholsoni, Goreauiella auriculata, Hispidopetra miniana, Stromatospongia norae and Calcifibrospongia actinostromarioides, were compared. Some mineralogical nano- to submicronic patterns already observed in the Calcarea P. massiliana, appeared as general features: the occurrence of submicronic granular units, their coherent assemblage into monocrystalline fibres and bundles and the likely presence of organic material around all structural units. Additional features brought new insights in our comprehension of biomineralization mechanisms in hypercalcified sponges. Among them, micro-twin and stacking-fault planes aligned with the fibres/bundles axis and crossing over submicronic granular units characterized the skeleton of most aragonitic species. This highly supports the crystallization propagation model proposed for P. massiliana, although it additionally suggests that it should occur only after the oriented assemblage of submicronic grains. Furthermore, lighter transverse striations separated by few nanometres occurred systematically in fibres and bundles of the eight basal skeletons investigated, suggesting the involvement of nanoscale intracrystalline fibrils in the biological control.<p>In conclusion, this comparative study of nine Recent hypercalcified sponges belonging to phylogenetically distant taxa resulted in the proposition of a shared biomineralization model based on the production of micron and submicron-scale structural units to build up macro-scale basal skeletons under a high biological control. We suggest that the cellular toolkit used for the biologically controlled biomineralization in these sponges is very ancient<p>and was already developed by their early Palaeozoic ancestors. Furthermore, this model supports recent concepts of calcium carbonate biomineralization developed for example in corals, molluscs and echinoderms, suggesting an even more universal and ancestral character of initial biomineralization mechanisms in all Metazoa producing a calcium carbonate skeleton.<p><p>La minéralisation biologiquement contrôlée implique qu’un organisme consacre une partie de son activité physiologique à l'élaboration de son squelette. La connaissance de sa morphologie et de sa physiologie est donc une étape préliminaire indispensable pour comprendre les mécanismes de formation de celui-ci. L’entièreté du processus de biominéralisation ne dépend pas simplement de principes fondamentaux issus de la minéralogie inorganique mais aussi de mécanismes cellulaires particuliers. La caractérisation minéralogique d'un squelette devrait donc être systématiquement liée à une étude histologique et cytologique des cellules impliquées dans la formation du biominéral. La thèse présentée ici a suivi une telle approche multidisciplinaire de certains mécanismes de biominéralisation du squelette basal de plusieurs éponges hypercalcifiées actuelles, considérées comme reliques d'espèces plus anciennes du Paléozoïque et Mésozoïque.<p>Les trois premiers chapitres de cette thèse concernent l'espèce calcaire de Méditerranée, Petrobiona massiliana, une éponge hypercalcifiée actuelle plus accessible que d'autres principalement distribuées dans les mers tropicales. Une approche de sa morphologie générale a été réalisée en préliminaire à une étude de ses mécanismes de biominéralisation, intégrant une caractérisation minéralogique et biologique. Le quatrième chapitre compare d’un point de vue minéralogique le squelette basal de huit autres espèces hypercalcifiées tropicales appartenant aux démosponges.<p>Au cours du premier chapitre, d'importantes modifications morphogénétiques à l'échelle tissulaire et cellulaire, liées à certaines phases du cycle biologique et aux conditions environnementales, ont ainsi été mises en évidence chez Petrobiona massiliana. Par l'observation de modifications de l'organisation et de l'ultrastructure des cellules de réserves remplissant les cordons trabéculaires, structures spécifiques de l'espèce, un rôle dans l'approvisionnement nutritif des cellules de l'éponge ainsi qu'un caractère toti- ou pluripotent leur ont été conférés. Les fonctions potentielles de ces cellules dites de réserves pourraient permettre à l'éponge de maintenir des activités physiologiques importantes, telles que la calcification, au cours de son cycle vital. Finalement, l'analyse ultrastructurale des tissus de P. massiliana a permis d'identifier les basopinacocytes, cellules délimitant les tissus mous du squelette basal, comme le type cellulaire ayant le plus de probabilité d'être impliqué dans la formation de ce dernier.<p>Dans le deuxième chapitre, des granules de 50 à 100 nm de diamètre se sont avérés les plus petites unités structurales du squelette basal de Petrobiona massiliana, probablement déposées initialement dans un état amorphe à consistance molle. Des observations en MEB et MET ont mis en évidence l'assemblage de ces granules en amas ou fibres, ces dernières étant elles-mêmes latéralement associées en faisceaux. Un modèle impliquant la propagation de la<p>cristallisation au travers de ces assemblages de granules submicroniques a été établi pour expliquer le caractère monocristallin des unités microstructurales, démontré par diffraction électronique en MET. Leur assemblage en une microstructure particulière produisant des couches\ / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La présence des antibiotiques à usage humain et vétérinaire dans l’écosystème aquatique, est devenue un problème écologique sérieux. En effet, ces substances résistent aux traitements des stations d’épuration, ce qui engendre leur introduction et accumulation dans l’environnement. Par conséquent, le développement de méthodes efficaces pour le traitement de ces polluants est nécessaire. La première partie de ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la dégradation des antibiotiques par procédé électro-Fenton. Ce procédé consiste à produire in situ des espèces fortement oxydantes, les radicaux hydroxyle, permettant la dégradation totale des composés organiques persistants. La sulfaméthazine (SMT) et le triméthoprime (TMP) ont été choisis comme composés modèles, en raison de leur détection régulière dans les effluents des stations d’épuration, les eaux de surface et les eaux souterraines. Dans cette première partie, nous avons examiné l’influence de différents paramètres expérimentaux, sur l’efficacité du procédé électro-Fenton. Les conditions opératoires optimales nécessaires pour la dégradation totale des deux antibiotiques étudiés, ont été également déterminées. En outre, les produits intermédiaires aromatiques générés lors de la dégradation des deux antibiotiques, ont été identifiés. Leur évolution durant l’électrolyse a été également suivie. La deuxième partie est consacrée à l’étude de la minéralisation de la SMT et du TMP par procédé électro-Fenton. Les résultats obtenus indiquent que les taux de minéralisation de la SMT et du TMP sont respectivement de 91 et 85% après dix-huit heures de traitement. Les acides carboxyliques formés, ainsi que les ions inorganiques libérés ont été identifiés, leur évolution a été suivie au cours du traitement. De plus, en se basant sur les différents sous-produits générés, nous avons proposé des mécanismes réactionnels pour la minéralisation de la SMT et du TMP par procédé électro-Fenton. La troisième partie de ce travail porte sur l’étude de la minéralisation des deux antibiotiques considérés par couplage du procédé électro-Fenton et d’un traitement biologique. La SMT et le TMP, ont été prétraités par procédé électro-Fenton, ce qui a conduit à leur dégradation totale, avec des taux de minéralisation faibles. Par la suite, un traitement biologique a été effectué durant 20 jours, les taux globaux de minéralisation ont alors augmenté pour atteindre 81 et 68% pour respectivement la SMT et le TMP. Dans une dernière partie, nous avons procédé à la minéralisation de deux effluents industriels, contenant les antibiotiques étudiés, par couplage du procédé électro-Fenton et d’un traitement biologique. Les taux de minéralisation globaux obtenus sont de 81 et 89% pour respectivement l’effluent SMT et l’effluent TMP. Ce qui prouve la pertinence du procédé combiné, pour le traitement des effluents industriels. / The occurrence of human and veterinary antibiotics in the aquatic ecosystem becomes a serious environmental problem. These compounds cannot be treated by wastewater treatment plants, resulting in their entry and accumulation to measurable levels in the environment. Over the last decade, the conventional biological processes were used for wastewater treatment, but did not appear to be enough effective when dealing with wastes containing antibiotics, owing to the important recalcitrance of these compounds. Therefore, the development of efficient methods to treat antibiotics is needed. The first part of this thesis is focused on the degradation of antibiotics by electro-Fenton process. This process consists in producing in situ strongly oxidizing species, hydroxyl radicals, allowing the total degradation of persistent and toxic organic compounds. Sulfamethazine (SMT) and trimethoprim (TMP) were selected as model compounds, because of their regular detection in the effluents of sewage plants, surface water and groundwater. In this first part, we examined the influence of various operating parameters, on the efficiency of electro-Fenton process. The optimal operating conditions necessary for the removal of the studied antibiotics, were also determined. Moreover, the aromatic intermediate products, generated during antibiotics degradation, were identified. Their evolution during electrolysis was also followed. The second part is devoted to the study of mineralization, of SMT and TMP, by the electro-Fenton process. The obtained results indicate that the yields of SMT and TMP mineralization were 91 and 85%, respectively after eighteen hours of treatment. The identification and monitoring of short chain carboxylic acids and released inorganic ions during the treatment, were carried out. Furthermore, based on the identified by-products, we proposed a plausible mineralization reaction pathway for SMT and TMP. The third part of this work concerns the study of the mineralization of considered antibiotics by a combined process coupling an electro-Fenton pretreatment and a biological degradation. SMT and TMP were pretreated by the electro-Fenton process, which led to their total degradation, with low levels of mineralization, ensuring significant residual organic content for a subsequent biological treatment. Afterwards, biological treatment was performed during 20 days and showed that the level of overall mineralization increased to reach 81 and 68% for SMT and TMP, respectively. In a last part, we carried out the mineralization of two industrial effluents containing SMT and TMP, by combining electro-Fenton and activated sludge treatment. Overall mineralization yields of the combined process of 81 and 89% were obtained for SMT effluent and TMP effluent, respectively. This result confirms the relevance of combined process, even for the treatment of industrial effluents.

L’affaissement et la dégradation des sols organiques, utilisés pour les cultures maraîchères du Québec, sont actuellement des sujets criants. Ces sols très fertiles sont utilisés pour la production d’environ 50 % des légumes au Québec. Cependant, une partie de cette ressource est perdue, à chaque année, à cause de l’érosion et de l’activité microbienne. Plusieurs mesures sont actuellement prises pour réduire ces pertes, telles que l’utilisation de brise-vent et la réduction des labours, dans le but d’augmenter la durée de vie de cette ressource. Toutefois, ces méthodes ne sont pas suffisantes et ne considèrent pas les facteurs biotiques derrière la dégradation des sols organiques. La respiration (oxydation) microbienne représente pourtant plus de 50 % de la perte totale de matière organique dans le sol. Comme les nématodes libres sont les prédateurs principaux du microbiote, leur abondance et leur diversité pourraient influencer les populations microbiennes, mais les conséquences de cette interaction sur la composition et la diversité des communautés sont peu connues. Cette étude fait ressortir le rôle indirect des nématodes dans la dégradation de la matière organique via la prédation des bactéries et des champignons dans le sol et la régulation de ces communautés. Nous avons manipulé les communautés de nématodes afin d’observer des variations de composition et de diversité dans la communauté bactérienne, ainsi que dans les processus de dégradation de la matière organique. Des variations significatives ont été observées pour la production possible d’enzymes extracellulaires provenant des bactéries, l’abondance des bactéries, la disponibilité de l’azote dans le sol et le rendement des feuilles de laitues. Ces résultats permettent de faire ressortir l’importance de la prédation des nématodes et la nécessité d’accorder à ce groupe une plus grande attention dans la mise en place de systèmes de production végétale. L’ajustement des pratiques culturales pourrait aider à maintenir des réseaux écologiques plus stables et augmenter la longévité des sols organiques. / The subsidence and degradation of organic soils, used for vegetable crops in Quebec, is currently a critical issue. These very fertile soils are used for the production of about 50% of the vegetables in Quebec. However, part of this resource is lost every year due to erosion and microbial activity. Several measures are currently being taken to reduce these losses, such as the use of windbreaks and the reduction of plowing, to increase the life span of this resource. However, these methods are not sufficient and do not consider the biotic factors behind organic soil degradation. Microbial respiration (oxidation) accounts for more than 50% of the total loss of organic matter in the soil. Free-living nematodes are the main predators of the microbiota, their abundance and diversity could influence microbial populations, but the consequences of this interaction on community composition and diversity are poorly understood. This study highlights the indirect role of nematodes in the degradation of organic matter via predation of bacteria and fungi in the soil and the regulation of these communities. We manipulated nematode communities and observed variations in composition and diversity in the bacterial community, as well as in organic matter degradation processes. Specifically, significant variations were obtained for the possible production of extracellular enzymes from bacteria, bacterial abundance, soil nitrogen availability, and lettuce leaf yield. These results serve to highlight the importance of nematode predation and the need for greater attention to this group in the development of crop production systems. Adjusting cultural practices could help maintain more stable ecological networks and increase the longevity of organic soils.

Une réduction des apports alimentaires de phosphore (P) aux porcs en engraissement, à des niveaux qui garantissent des performances de croissance maximales et une minéralisation osseuse adéquate, est aujourd'hui largement utilisée par l'industrie pour limiter l'utilisation des phosphates et l'impact environnemental associé aux rejets de ce minéral. L'usage d'une telle pratique nutritionnelle n'est pas encouragé chez les cochettes ou les truies de remplacement considérant qu'elles doivent maximiser leurs réserves minérales osseuses pour faire face aux fortes demandes dans les multiples phases de gestation et lactation à venir. Cette pratique demeure néanmoins présente dans certains contextes de production comme la Suisse où les cochettes sont élevées et alimentées avec les porcs à l'engrais et reçoivent ainsi les mêmes apports de P que ces derniers qui ne vise pas une maximisation des réserves osseuses. Par la suite, il est donc crucial d'augmenter la minéralisation osseuse pour qu'elle soit maximale avant leur début de carrière. Il est important de noter que peu d'études ont été consacrées aux truies de remplacement et leurs besoins en P et Ca sont ainsi moins bien connus que ceux des porcs en croissance. Le but du présent travail de thèse était donc de progresser dans la détermination des apports optimaux de Ca et P pour maximiser la minéralisation osseuse des cochettes dans différents contextes de production, soit des élevages destinés aux cochettes uniquement ou avec les porcs en croissance jusqu'au poids d'abattage de ces derniers. L'approche utilisée se basait sur l'expérimentation in vivo pour générer des données sur la truie de remplacement et réfléchir à l'adaptation des modèles de détermination des besoins des porcs en croissance pour prédire ceux des cochettes adéquatement. La première phase de ce travail de thèse nous a permis de vérifier l'impact d'une stratégie de déplétion et de réplétion de Ca et P digestible (Pdig) sur la cinétique de dépôt des tissus osseux et mous chez la cochette. Il s'agissait entre autres d'évaluer l'aptitude d'une telle stratégie à induire des régulations pour augmenter l'utilisation des minéraux afin de compenser un déficit de minéralisation osseuse induit entre 60 et 95 kg de PV par un aliment déficient en Ca et Pdig suivi d'un régime contenant des quantités normales ou excessives de Ca et Pdig entre 95 et 140 kg de PV. La seconde partie nous a permis de tester l'hypothèse que la récupération de la minéralisation osseuse après un déficit de minéralisation osseuse chez les cochettes était complète dans tous les os individuels ou les régions osseuses en utilisant l'absorptiométrie bi-énergétique à rayon-X (DXA). Les résultats de ces deux études montrent le potentiel de réduire les apports de P alimentaire sans modifier les performances de croissance et confirment la capacité des cochettes déplétées à récupérer après 2 à 4 semaines leur retard de minéralisation osseuse dans le corps entier et dans tous les os individuels ou les régions osseuses lorsqu'elles sont nourries au moins au besoin à partir de 95 kg de PV. La partie modélisation du travail était consacrée à la comparaison des données de rétention corporelle de Ca et P avec nos données de composition corporelles obtenues dans les étapes précédentes en utilisant les traitements apportant des apports élevés de P avec les rétentions simulées par différents modèles de prédiction des besoins en P existants chez les porcs à l'engrais. Les résultats montrent des différences importantes entre les valeurs prédites par ces modèles et donc avec les données expérimentales. Cette comparaison des rétentions corporelles de P, de Ca et de cendres entre les modèles de besoin des porcs qui sont utilisés pour les cochettes et des données réellement mesurées chez des cochettes constitue une étape essentielle dans le développement de modèles mieux adaptés aux cochettes afin de proposer des recommandations à même de maximiser la minéralisation osseuse avant leur début de carrière. Ce travail de thèse a permis de progresser dans la compréhension de l'impact des particularités d'élevages des cochettes de remplacement sur le métabolisme phosphocalcique pour faire évoluer nos modèles de prédiction des besoins. Il a de plus permis de suggérer des stratégies d'alimentation aptes à permettre une maximisation de la minéralisation osseuse malgré l'élevage des cochettes avec les porcs en croissance telle que pratiquée en Suisse, sans modification des performances des animaux et avec un impact environnemental faible. / Reducing the dietary phosphorus (P) intake of fattening pigs to levels that ensure maximum growth performance and adequate bone mineralization is now widely used by the industry to limit the use of mineral phosphates and the environmental impact associated with the release of this mineral. The application of such feeding strategy is not encouraged in gilts or replacement sows considering that they must maximize their bone mineral reserves to meet the high demands of the multiple phases of gestation and lactation. However, this practice is still present in some production contexts such as Switzerland where gilts are raised and fed with fattening pigs and thus receive the same P intake as the latter, which does not aim at maximizing bone reserves. It is therefore crucial to increase bone mineralization to a maximum before the start of their career. It is important to note that few studies have been devoted to replacement sows and their P and Ca requirements are thus less well known than those of growing pigs. The purpose of this thesis was to progress in determining optimal P and Ca intakes to maximize bone mineralization in gilts in different contexts of production, from gilt-only farm to farm with growing pigs up to slaughter weight. The approach used was based on in-vivo experimentation to generate data on the gilts in order to reflect on the adaptation of the models for determining the needs of growing pigs to predict those of gilts adequately. The first phase of this thesis allowed us to verify the impact of a depletion and repletion strategy of Ca and digestible (Pdig) on the kinetics of bone and soft tissue deposition in gilts. One of the objectives was to evaluate the ability of such a strategy to induce regulations to increase mineral utilization in order to compensate for a bone mineralization deficit induced between 60 and 95 kg of BW by a Ca and Pdig deficient diet followed by a diet containing normal or excessive amounts of Ca and Pdig between 95 and 140 kg of BW. The second part allowed us to test the hypothesis that recovery of bone mineralization after a bone mineralization deficit in gilts was complete in all individual bones or bone regions using dual energy X-ray absorptiometry (DXA) The results of these two studies show the potential to reduce the dietary P intake without altering growth performance and confirm the ability of depleted gilts to recover from delayed bone mineralization in the whole body and in all individual bones or bone regions after 2 to 4 weeks when fed at least as needed from 95 kg BW. The modeling part of the thesis was devoted to the comparison of body P retention and body composition Ca data obtained in the previous steps with the treatments providing high P intakes and the requirements simulated by different existing P requirement prediction models in fattening pigs. The results show significant variability between the prediction of these models and the experimental data. This comparison of body retention of P, Ca and bone ash between pig requirement models used for gilts and data measured in gilts is an essential step in the development of models better adapted to gilts in order to propose recommendations for maximizing bone mineralization before the beginning of their career. This thesis has allowed us to progress in our understanding of the impact of the breeding particularities of gilts on phosphocalcic metabolism in order to evolve our models of prediction of needs. It also allowed us to suggest feeding strategies that would allow maximization of bone mineralization despite the rearing of gilts with growing pigs as practiced in Switzerland, without modifying the animals' performance.

Le tabagisme est un facteur de risque dans le développement des maladies parodontales. Une dérégulation des fonctions ostéoblastiques du parodonte pourrait entrainer des maladies parodontales. Le but de cette étude est d’évaluer les effets de différentes concentrations d’un condensé de fumée de cigarette (CFC) sur l’adhésion, la croissance, la mort cellulaire et la minéralisation des ostéoblastes. Méthode: Différentes techniques ont été utilisées afin d’évaluer les effets du CFC sur l’adhésion, la prolifération, la mort cellulaire ainsi que la minéralisation des ostéoblastes. Résultats: Le CFC a des effets directs sur les ostéoblastes; leurs adhésion et prolifération sont modifiées de façon significative. Une augmentation de la lactate déshydrogénase et une modification du rapport Bax/Bcl2 ont été montrées. Ces effets ont une répercussion sur la minéralisation puisque la formation de nodules osseux est réduite en présence de CFC. Le CFC est nocif pour les ostéoblastes, augmentant le risque de développement d’une maladie parodontale. / Smoking is a risk factor in the development of periodontal disease. Deregulation of osteoblast function could lead to periodontal gum disease. The purpose of this study is to evaluate the effects of different concentrations of cigarette smoke condensate (CFC) on the adhesion, growth, cell death and mineralization of osteoblasts. Method: Various techniques have been used to assess the effects of CFC on the adhesion, proliferation, cell death and mineralization of osteoblasts. Results: The CFC has direct effects on osteoblasts; their adhesion and proliferation are significantly modified. Increased lactate dehydrogenase and a change in the ratio of Bax / Bcl2 were shown. These effects have an impact on bone mineralization. Nodule formation is reduced in the presence of CFC. CFC is harmful to the osteoblasts, increasing the risk of developing periodontal disease.

Cette étude porte sur l'application de différents procédés d'oxydation avancée, POA (plasma d'air humide, électro-Fenton, photo-Fenton et oxydation anodique avec BDD) pour le traitement des colorants de textile. La particularité de ces procédés tient à la génération dans le milieu d'entités très réactives et très oxydantes, les radicaux hydroxyles *OH qui sont capables d'oxyder n'importe quelle molécule organique jusqu'au stade ultime d'oxydation, c'est-à-dire la minéralisation (transformation en CO2 et H2O). Le plasma d'air humide a été appliqué pour l'oxydation d'un colorant azoïque, l'OD 61. Différents catalyseurs (Fe2+, Fe3+ et TiO2) ont été ajoutés dans leurs conditions optimisées afin d'améliorer les performances du système Glidarc. La combinaison des deux catalyseurs: Fe2+ et TiO2 a permis de décolorer 91% de l'OD 61 au bout de 3 heures et d'atteindre un taux d'abattement du COT de l'ordre de 52% après 10 heures de traitement. La méthodologie de la recherche expérimentale a été appliquée dans ce mémoire afin d'étudier l'influence de: l'intensité du courant, la concentration du colorant et le temps d'électrolyse sur la vitesse de disparition de l'OD 61 et afin de déterminer les conditions optimales de sa minéralisation. Dans les conditions optimales obtenues ([colorant] = 0,53.10-3 mol.L-1, I = 250 mA), le procédé électro-Fenton (EF) permet d'atteindre des taux de minéralisation de l'ordre de 98% dans le cas de l'OD 61 et l'AO 7 et de 88% dans le cas de l'indigo carmine. L'identification des produits intermédiaires au cours de l'électrolyse a permis de proposer un mécanisme de minéralisation de l'AO7. Les constantes cinétiques apparentes et absolues ont été déterminées. La dégradation de l'indigo a été étudiée par oxydation anodique avec BDD (OA-BDD) et par procédé photo-Fenton (PF). Cette étude a montré que l'électrolyse de l'indigo suit une cinétique de pseudo premier ordre et que le taux d'abattement du COT était de l'ordre de 97% et 63% respectivement avec OA-BDD et PF. Une étude comparative pour l'oxydation de l'AO 7 a été menée par trois procédés d'oxydation avancée: PF, OA- BDD et EF-Pt et EF-BDD. Cette étude a montré que le procédé photo-Fenton permet d'atteindre des taux d'abattement supérieurs à 90% après seulement 2 heures de traitement. Toutefois, le PF s'est révélé le plus coûteux suite à l'utilisation de la lumière artificielle UV et l'ajout des réactifs. Par ailleurs, le traitement d'un effluent réel issu de l'industrie de textile par le procédé électro-Fenton avec une anode de platine a permis la minéralisation presque totale du rejet initial (94% du COT initial ont été éliminés).

Plusieurs éléments de la pathogenèse de la scoliose idiopathique de l’adolescent indiquent que les estrogènes pourraient intervenir dans le développement et la progression de cette maladie. Ce projet avait donc pour but d’explorer l’expression et la fonctionnalité des récepteurs aux estrogènes ERα et ERβ ainsi que leurs isoformes dans les ostéoblastes de patients scoliotiques et sains. L’induction des gènes de facteurs influençant la minéralisation et la différenciation des ostéoblastes par les estrogènes a également été étudié. Par immunofluorescence, nous avons remarqué une augmentation de la présence protéique de ERβ dans les ostéoblastes de patients SIA comparé aux sujets contrôles. Les récepteurs aux estrogènes provenant des ostéoblastes des patients sont fonctionnels tout comme ceux des contrôles et aucune différence dans l'interaction ADN-protéine n’a été observée. Il y a également une augmentation de l’expression génique de l’ostéopontine, l’ostéocalcine, le collagène de type I, la phosphatase alkaline et BMP2 dans les ostéoblastes des patients SIA. Un début de minéralisation in vitro a été observé dans les ostéoblastes de patients SIA et contrôles. ERα et ERβ sont présents et fonctionnels dans les ostéoblastes des patients SIA et sains. Leur expression est variable, mais ces variations existent chez les patients SIA et les contrôles. L’implication des estrogènes dans la SIA ne serait donc pas au niveau des récepteurs aux estrogènes mais au niveau de l’interactions des estrogènes avec d’autres facteurs étiologiques tels que la mélatonine, la formation/résorption osseuse ou autres facteurs neuro-endocriniens. / Recent developments in the research on pathogenesis of Adolescent Idiopathic Scoliosis indicate that estrogens could intervene in the development and progression of this disease. Therefore, this project focussed on the expression and functionality of estrogen receptors ERα and ERβ and their isoforms in osteoblasts of scoliotic patients and controls. The induction by estrogens of the expression of factors influencing mineralization and osteoblast differentiation was also studied. We observed by immunofluorescence, an increase of the presence of ERβ in osteoblasts of AIS patients compared to controls. A higher level of expression of osteopontin, osteocalcin, type I collagen, alkaline phosphatase and BMP2 was found in osteoblasts of AIS patients compared to controls. Estrogen receptors in osteoblasts from AIS patients are functional, as they were in controls and no difference in DNA-binding activity was observed. ERα et ERβ are present and functional in osteoblasts from AIS patients and controls. Their expression is variable, but these variations exist in both populations. The implication of estrogens in AIS would therefore be in the interaction between these hormones and other factors influencing the aetiology of AIS like melatonin, bone formation and resorption and neuro-endocrin factors, rather than in a default in the estrogens receptors themselves.

En agriculture de conservation (AC), les résidus de cultures sous forme de paillis à la surface du sol associés à la suppression du travail du sol sont une composante intrinsèque des systèmes de culture. L'objectif principal de ce travail était de comprendre les effets de la nature et de la décomposition de mulch de résidus s sur les services d'approvisionnement et de régulation fournis par les sols dans les agrosystèmes en AC de régions tempérées (France) et tropicales (Madagascar et le Brésil). Des études expérimentales ont été réalisées pour obtenir des paramètres de décomposition pour une large gamme représentative de la qualité des résidus végétaux des agrosystèmes étudiés et pour tester et améliorer un modèle de décomposition des mulchs. Ensuite nous avons utilisé le modèle PASTIS_MULCH qui simule les biotransformations C et N et le transport de solutés dans les sols lors de la décomposition des mulchs.Pour la gamme de résidus de tiges testées, la rétention d'eau maximale a varié considérablement et ceci a été expliqué par les caractéristiques physiques du résidu. Avec les données obtenues par une série d'incubations de décomposition de résidus, nous avons proposé un ensemble de paramètres biologiques unique pour le module de décomposition CANTIS, simulant une large gamme de qualité des résidus de culture. L'étude expérimentale dans les colonnes de sol a montré que le mulch de maïs + dolique se décompose plus rapidement que mulch de blé + luzerne. Un régime de pluies fines et fréquentes augmente la décomposition du mulch par rapport à des pluies plus rares et plus fortes et cela est dû au maintien de l'humidité du mulch.Les simulations de scénarios avec PASTIS_MULCH ont montré que la pluie et les conditions d'évaporation classent les résidus de culture vis-à-vis de la décomposition lorsque ceux-ci sont placés en mulch à la surface des sols, tandis que les caractéristiques chimiques des résidus classent ceux-ci vis-à-vis de la décomposition lorsqu'ils sont incorporés. Aucune des situations étudiées pourrait être définie au vu des résultats de simulation comme étant adaptée à toutes les conditions pédo-climatiques et agricoles. / In conservation agriculture (CA), crop residues mulches are associated to reduction or suppression of soil tillage and are an intrinsic component of CA. The objective of this work was to understand the effects of nature and decomposition of crop residue mulches on the provisioning and regulating services of agrosystems provided by soils under temperate (France) and tropical (Madagascar and Brazil) conditions. Experimental studies were realized to get decomposition parameters for a large range of residue quality representative of the agrosystems studied and to test and improve a MULCH model. Then we used PASTIS_MULCH model which simulates the C and N biotransformations and solutes transport in soils during mulch decomposition.For a range of plant-stem residues tested, the maximal water retention varied greatly and was only explained by the physical features of the residue. With a series of decomposition incubations, we proposed a single set of biological parameters for CANTIS decomposition module, simulating a large range of crop residue quality. Experimental study in soil columns showed that maize+dolichos mulch decomposed faster than wheat+alfalfa mulch. Frequent and light rain enhanced mulch decomposition compared to infrequent and heavy rain and this was due to the mulch remaining wetter with frequent rain.The simulations of scenarios with PASTIS showed that rain and evaporation conditions ranked crop residues decomposition when placed as mulches while the residue chemical characteristics ranked crop residues decomposition when incorporated. None of the situations studied would be defined as suitable in all pedo-climatic and agricultural conditions.

Dans le contexte de la transition agroécologique en faveur de systèmes de culture plus économes en intrants azotés, la réintroduction des légumineuses a un rôle majeur à jouer pour atteindre la durabilité de ces systèmes. Peu de références sont actuellement disponibles sur les intérêts agronomiques et écologiques des différentes espèces, notamment à l’échelle de la rotation. Dans ce cadre, notre objectif principal consiste à mieux quantifier les flux d’azote impliqués au cours et après culture de légumineuses, et ce pour une gamme élargie d’espèces. Notre travail expérimental porte donc sur la caractérisation des flux d’azote induits dans le sol et dans les cultures de légumineuses aux caractéristiques morphologiques contrastées en parallèle de la mesure des déterminants de ces flux. Les objectifs spécifiques consistent à : i) quantifier la fixation symbiotique en fonction du niveau du stock d’azote minéral du sol, la minéralisation de l’azote des résidus de légumineuses après enfouissement et les pertes d’azote en dehors du système sol-plante (lixiviation, émission de protoxyde d’azote), ii) identifier les « traits de plantes » explicatifs des fonctions liées à ces flux d’azote. Pour atteindre ces objectifs, les différents flux d’azote ont été quantifiés au cours d’une expérimentation au champ avec implantation d’une culture de légumineuses en première année suivie par une culture de blé en année 2 qui a été menée en 2014-2015 et reconduite sur la campagne 2016-2017. En parallèle, les traits des plantes, notamment racinaires, ont été caractérisés plus finement au cours d’expérimentations conduites en conditions contrôlées / In the context of agroecological transition, the reintroduction of legume crops should play a key role in cropping system sustainability by allowing a reduction of nitrogen (N) inputs. But few references are available concerning the agronomical and ecological services provided by a wide range of legume crops, particularly within crops succession scale. Thus, the main objective of our study is to quantify the N fluxes during and after the legume crops taking into account 10 legume crops (peas, lupin, faba bean, soybean...). Our experiment consists in i) quantifying symbiotic N fixation depending on the amount of soil inorganic N, the mineralisation of N present in legume crop residues after soil incorporation and N losses outside of the soil-plant system (leaching, emission of nitrous oxide), ii) identifying plant biological traits associated to N fluxes. Thus, different N fluxes were quantified during a two-year field experiment, i.e. the first year (2014) legume crops were implanted and followed by wheat the second year (14-15) after incorportation of legume residues. This experiment was repeated in 2016-2017.In parallel, plant root traits were characterised during greenhouse hydroponic experiments

Le sol est un compartiment majeur de stockage du carbone (C) organique de l’écosystème terrestre. Il joue un rôle important dans la régulation du climat. Toute variation des flux de carbone entre l’atmosphère et l’écosystème terrestre pourrait avoir un impact important sur l’augmentation de CO2 dans l’atmosphère, mais aussi sur la diminution des teneurs en matière organique du sol et donc sur la fertilité des sols. Au Nord Cameroun, les sols sont exposés à de longues périodes sèches (5 à 6 mois par an) qui alternent avec une saison humide. La période de transition entre ces deux saisons, peut durer de mi-avril à fin juin et est caractérisée par des pluies très irrégulières. Ces cycles d’humectation-dessiccation pourraient selon la littérature accentuer la minéralisation du carbone organique du sol et le cycle des éléments nutritifs. L’objectif de cette étude est de quantifier l’impact des cycles humectation-dessiccation sur la minéralisation du carbone dans un contexte soudano-sahélien. Pour faire des mesures représentatives sur le terrain, il est nécessaire d’étudier la variation sur 24 heures de la respiration du sol après humectation suite à une période sèche. Cette mise au point méthodologique a montré que la respiration du sol présente une courbe quadratique au cours de la journée, devenant presque linéaire au cours de la nuit. La température et l’humidité du sol ont permis d’expliquer au moins 73% des variations sur 24 heures. Ces observations ont été utilisées pour proposer une méthode pour estimer la respiration moyenne diurne et nocturne après humectation des sols. La méthode proposée dans cette étude a l’avantage d’être basée sur un nombre réduit de mesures et est par conséquent plus facile à mettre en œuvre pour suivre la respiration du sol sur 24 heures après les premières pluies. Une première étude expérimentale de terrain a permis de montrer que la ré-humectation des sols et le mode de gestion des pailles ont augmenté la minéralisation du carbone de ces sols. En revanche, la fréquence des cycles humectation-dessiccation des sols sur une période de 50 jours n’a pas augmenté la minéralisation cumulée du carbone des sols. Au Nord Cameroun, la minéralisation rapide des pailles rend difficile l’augmentation des stocks de carbone du sol par conservation des pailles des cultures précédentes à la surface du sol. Dans une seconde expérimentation de laboratoire, en conditions contrôlées, les cycles humectation-dessiccation n’ont pas augmenté la minéralisation du carbone organique du sol et de l’azote (N) par rapport aux sols maintenus humides. Cependant, les émissions de CO2 ont augmenté avec l’addition de paille enrichie en carbone-13. Cette addition de la paille marquée a augmenté la minéralisation de la matière organique du sol (priming effect). La minéralisation de la paille a diminué avec les cycles humectation-dessiccation et la quantité de paille restante était de 102 µg Cg-1 sol sur les sols ré-humectés contre 48 µg Cg-1 sol sur les sols maintenus humides. L’absence de cette réponse de la minéralisation du carbone et d’azote du sol aux cycles humectation-dessiccation pourrait être liée à une baisse de l’activité microbienne durant les périodes de dessèchement et l’absence d’une augmentation soutenue des taux de minéralisation du carbone avec les cycles ultérieurs d’humectation-dessiccation. / Soil as a major storage component for terrestrial ecosystem’s organic carbon plays an important role in regulating climate and agricultural production. Any variation of carbon fluxes between the atmosphere and the terrestrial ecosystem can have a significant impact on the increase of carbon dioxide in the atmosphere but also the decrease in soil organic matter and thus accelarate soil fertility degradation. In northern Cameroon, the transition period between long dry periods with a wet season is characterized by very irregular rainfall that can last several weeks. These wetting-drying cycles can accentuate the mineralization of soil organic carbon and nutrient cycling. The objective of this study is to assess the impact of wet-dry cycles on carbon mineralization in a sudano-sahelian context. From methodological stand field measurements require to study the soil respiration variation over 24 hours after a wet period. This methodological test has shown that soil respiration has a quadratic curve during the day, becoming almost linear during the night. The temperature and soil moisture have explained together the variation over 24 hours (at least 73% ; p< 0.001). These observations have been used to propose a method for estimating the mean daytime and nighttime soil respiration after wetting the soil. Indeed the method proposed in this study has the advantage of being based on a small number of measurements and is, therefore, easier to implement to monitor 24-h soil respiration after the first rains following a long dry period. A first experiment has shown that the wetting of the soil and mulching increased soil carbon mineralization. However, wetting-drying cycles on soil did not increase the cumulative mineralization of soil carbon more than keeping the soil continuously moist. Indeed, in northern Cameroon, the rapid mineralization of crop residues makes it difficult to increase soil carbon stocks by mulching. In a second laboratory experiment, the wetting-drying cycles did not increase organic carbon and nitrogen mineralization from soils added with straw. However, carbon dioxide emissions increased on straw amended soils compared to soils without straw. This addition of the labeled straw increased mineralization of soil organic matter (priming effect). The mineralization of the straw also decreased with the wetting-drying cycles, thus the amount of straw remaining on soils was 102 µg C g-1 soil on re-wetted soils compared to 48 µg C g-1 soil for those with constant moisture. The lack of response for C and N mineralization during wetting-drying cycles may be linked to a decrease of microbial activity during dry periods and the lack of a steady increase in the carbon mineralization rate with subsequent wetting-drying cycles.