Optimiser l'utilisation des nutriments par le porc, particulièrement l'azote et le phosphore qui sont essentiels à la croissance des porcs, mais peuvent être dommageables pour l'environnement, est un élément clé pour la durabilité de la production. Pour une évaluation plus précise des ingrédients, une bonne compréhension de la disponibilité de la ration et des nutriments à l'intérieur du tractus digestif est de mise. Le tractus gastrointestinal (TGI) est un milieu présentant un mélange complexe de macromolécules, microorganismes et enzymes qui interagissent ensemble pour extraire et fournir les nutriments à l'animal. Les caractéristiques physico-chimiques, telles que le pH et le temps de transit du digesta, peuvent altérer le processus digestif en incluant l'efficacité des enzymes, l'absorption de nutriments et la fermentation microbienne. Les essais nutritionnels conduits pour évaluer la valeur nutritive des rations incluant leur digestibilité sont souvent réalisés avec des porcs restreints nourris avec un ou deux repas par jour. Cependant, ces conditions ne sont pas celles généralement retrouvées en élevage. En plus de la taille et de la fréquence des repas, le temps de transit et donc la capacité digestive des porcs peuvent être affectés par la composition de leur ration. Parmi les composantes de la ration, les fibres alimentaires sont reconnues pour modifier le temps de transit et la capacité digestive. Ainsi, de nos jours, le type de ration et son impact sur la digestibilité est à revoir car les aliments peuvent inclure une grande proportion d'ingrédients alternatifs riches en fibres pour remplacer une partie du maïs et du tourteau de soya. Des enzymes exogènes sont fréquemment ajoutées aux aliments pour porcs afin d'améliorer la digestibilité du phosphore phytique (phytase) et de la fibre (xylanase). En plus de leur action spécifique sur le phosphore et les fibres, ces enzymes peuvent agir de manière positive sur la valeur nutritionnelle globale en améliorant la digestibilité des minéraux, des acides aminés et de l'énergie. La première étude de cette thèse visait à évaluer l'impact de la granulation et du type de ration sur la digestibilité des nutriments. Cette étude a montré que la granulation permet d'augmenter la digestibilité des nutriments et de réduire la variation de digestibilité dépendamment de la source d'ingrédients utilisés. Par ailleurs, l'inclusion de 30 % de coproduits dans la ration n'a pas diminué la digestibilité des nutriments ou de l'énergie. La deuxième étude avait pour but de déterminer l'impact de la fréquence et la taille de repas et l'ajout d'enzymes exogènes sur la digestibilité des nutriments d'une ration riche en fibres. Les résultats ont montré que la fréquence et la taille des repas ont un faible impact sur la digestibilité affectant seulement l'amidon et le calcium. En revanche, la supplémentation en enzymes a permis d'améliorer la digestibilité de la matière sèche et des fibres ainsi que du phosphore et du calcium. La dernière étude visait à évaluer l'impact de la fréquence et la taille de repas et du type de ration (faible ou riche en fibres) sur la digestibilité des nutriments et le transit gastrointestinal. Cette étude a montré que le transit peut être modifié par un changement de la fréquence et taille de repas et était ainsi augmenté par des repas moins fréquents (deux fois par jour). Par ailleurs, le transit était plus long lorsque la ration servie était riche en fibres. Les porcs nourris avec plusieurs repas par jour (huit repas par jour) obtenaient une meilleure digestibilité de la matière sèche et des fibres indépendamment du type de ration. En conclusion, les résultats de cette thèse montrent que la fréquence et la taille de repas peuvent modifier le temps de transit selon le type de ration servie aux porcs. Par contre, la digestibilité des nutriments était faiblement modifiée par les caractéristiques du repas. D'autre part, la supplémentation en enzymes exogènes et la granulation sont deux moyens d'augmenter la digestibilité des rations. / Optimizing the use of nutrients by pigs, especially nitrogen and phosphorus which can be harmful to the environment and essential for pig growth, is a key element for the sustainability of production. For a more accurate evaluation of the ingredients, a good understanding of the fate of the diet and the nutrients within the digestive tract is required. The gastrointestinal tract (GIT) is a medium with a complex mixture of macromolecules, microorganisms and enzymes that interact together to supply nutrients to the animal. Physicochemical characteristics, such as pH and transit time, can alter the digestive process including the efficiency of enzymes, nutrient uptake and microbial fermentation. Digestibility trials conducted to assess the nutritional value of rations as well as their digestibility are often carried out with restricted pigs fed one or two meals a day. However, these conditions are not those found in commercial farms. In addition to the size and frequency of meals, the transit time and therefore the digestive capacity of pigs can be affected by the composition of their diet. Among the components of the feed, dietary fibers are known to modify transit time and digestive capacity. Thus, the type of diet is of particular concern nowadays since diets can include a large proportion of alternative high-fibre ingredients to replace some of the corn and soybean meal. Exogenous enzymes are frequently added to pig diet to improve the digestibility of phytic phosphorus (phytase) and fibre (xylanase). In addition to their specific action on phosphorus and fibre, these enzymes can have a positive effect on the overall nutritional value by improving the digestibility of minerals, amino acids and energy. The first study of this thesis aimed to assess the impact of pelleting and type of diet on nutrient digestibility. This study has shown that pelleting increases the digestibility of nutrients and reduces variation in digestibility depending on the source of ingredients used. Also, the inclusion of 30% byproducts in the diet did not decrease nutrient or energy digestibility. The second study aimed to determine the impact of frequency and size of meals and the addition of exogenous enzymes on the digestibility of nutrients in a high fibre diet. The results showed that the frequency and size of meals had a low impact on digestibility affecting only starch and calcium. In contrast, supplementation with enzymes improved the digestibility of dry matter and fibre as well as phosphorus and calcium. The last study aimed to assess the impact ivof frequency and size of meals and type of diet (low or high in fibre) on nutrient digestibility and gastrointestinal transit. This study showed that the transit can be altered by a change in the frequency and size of meals and was thus increased by less frequent meals (twice a day). In addition, transit was longer when the diet served was rich in fibre. Pigs fed several meals per day (eight meals per day) obtained better digestibility of dry matter and fibre regardless of the type of diet. In conclusion, the results of this thesis show that the frequency and size of meals can modify the transit time depending on the type of diet fed to the pigs. The digestibility of nutrients was however marginally modified. On the other hand, supplementation with exogenous enzymes and granulation are two ways of increasing the digestibility of nutrients.

L’obésité ne cesse d’augmenter avec l’adoption généralisée de la diète occidentale et atteint aujourd’hui des proportions pandémiques. Elle cause des désordres métaboliques néfastes pour la santé, augmentant ainsi les risques de développer du diabète de type 2 (DT2) et des maladies cardiovasculaires (MCV). Il est alors crucial de comprendre les effets des nutriments sur le développement de ces pathologies, car la nutrition représente un facteur clé de prévention. D’une part, la consommation excessive de sucres ajoutés est reconnue pour être néfaste pour la santé, mais ces sucres sont surconsommés du fait de leur omniprésence dans les aliments et boissons, notamment sous forme de saccharose. Afin de limiter leur consommation, il est important d’identifier des alternatives moins nocives. Les sucres naturels pourraient bien représenter une option intéressante de par les molécules autres que les sucres qu’ils contiennent. D’autre part, la consommation régulière de poissons protège du DT2 et des MCV. Afin de profiter au maximum de ces bienfaits, il serait pertinent d’identifier les nutriments bénéfiques des poissons et de les concentrer sous forme de nutraceutique ou d’aliment fonctionnel. Le saumon est notamment composé de plusieurs nutriments capables de moduler le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés. Il contient des oméga-3 (w-3) et de la vitamine D3 (VitD3) potentiellement bénéfiques pour la santé cardiométabolique. Il contient aussi des protéines de qualité dont nous avons isolé une fraction bioactive, appelée salmon peptide fraction (SPF). Toutefois, les effets de ces nutriments de saumon et leur combinaison ont été peu étudiés, et plusieurs de leurs effets et mécanismes d’action restent à élucider. Cette thèse avait donc pour ambition d’évaluer les effets cardiométaboliques des sucres naturels et des nutriments de saumon (w-3, VitD3, SPF) sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés. L’hypothèse générale est que « le remplacement du saccharose par des sucres naturels et la consommation des nutriments de saumon limitent le développement de l’obésité et de ses complications en modulant l’inflammation, la résistance à l’insuline et la santé intestinale ». Nous avons alors réalisé trois études évaluant les effets de la consommation chronique de ces différents nutriments sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés dans des modèles murins d’obésité induite par une diète riche en gras et en saccharose. Dans un premier temps, nous avons étudié les effets d’une supplémentation à faible dose de saccharose par rapport à du sirop d’érable, de la mélasse, du sirop de riz brun, du sirop d’agave, du sirop de maïs et du miel, ainsi qu’à du fructose, chez des rats Wistar initialement en santé pendant 8 semaines. Les résultats démontrent que remplacer le saccharose par des sucres naturels limite la résistance à l’insuline et l’inflammation hépatique. Dans une moindre mesure, le sirop d’érable, la mélasse et le sirop d’agave tendent aussi à protéger contre la stéatose hépatique. De plus, cette étude montre que le fructose n’est non seulement pas plus néfaste que le saccharose dans les doses utilisées, mais qu’il permet même d’atténuer la résistance à l’insuline et l’inflammation hépatique. Dans un deuxième temps, nous avons évalué les effets cardiométaboliques des nutriments de saumon, seuls ou en combinaison, dans deux études de 12 semaines. Nous avons d’abord étudié les effets de la VitD3 et des w-3 chez des souris C57BL/6J initialement en santé, puis les effets du SPF et de la VitD3 chez des souris LDLr-/-/ApoB100/100 à haut risque de développer des maladies cardiométaboliques. Les résultats démontrent que la supplémentation en VitD3 n’a pas d’effet chez les souris initialement en santé, ni n’améliore les effets bénéfiques des w-3. En revanche, elle prévient sensiblement le développement des désordres métaboliques associés à l’obésité chez les souris à haut risque de maladies cardiométaboliques. Elle réduit un facteur de risque de thrombose en circulation et l’inflammation dans l’iléon lorsqu’elle est seule, et la sensibilité à l’insuline lorsqu’elle est combinée au SPF. Finalement, nos travaux révèlent que le SPF limite l’obésité et ses complications notamment grâce à son action anti-inflammatoire sur le foie et le côlon. Cette thèse a donc permis d’élucider les effets de ces différents nutriments sur le développement de l’obésité et des désordres métaboliques associés, et à plus long terme du DT2 et des MCV, et de mieux comprendre leurs mécanismes d’action. / Obesity continues to increase with the widespread adoption of the Western diet and nowadays reaches pandemic proportions. It causes metabolic disorders that are harmful to health, increasing the risk of developing type 2 diabetes (T2D) and cardiovascular disease (CVD). It is therefore crucial to understand the effects of nutrients on the development of these pathologies because nutrition is a key preventive factor. On the one hand, excess consumption of added sugars is known to be harmful to health, but these sugars are over-consumed by their ubiquity in foods and beverages, especially in the form of sucrose. It is therefore important to limit their consumption and identify less harmful alternatives. Natural sugars may well be an interesting option for the molecules other than sugars they contain. On the other hand, regular fish consumption protects against T2D and CVD. In order to make the most of these benefits, it would be relevant to identify the beneficial fish nutrients and concentrate them as a nutraceutical or functional food. Salmon is notably composed of several nutrients able to modulate the development of obesity and associated metabolic disorders. It contains omega-3 (ω-3) and vitamin D3 (VitD3) potentially beneficial for cardiometabolic health. It also contains quality proteins from which we have isolated a bioactive fraction, called salmon peptide fraction (SPF). However, the effects of these salmon nutrients and their combination have been poorly studied, and many of their roles and mechanisms of action remain unclear. This thesis therefore aims to evaluate the cardiometabolic effects of natural sweeteners and salmon nutrients (ω-3, VitD3, SPF) on the development of obesity and associated metabolic disorders. The general hypothesis is that “the replacement of sucrose with natural sweeteners and the consumption of salmon nutrients limit the development of obesity and its complications by modulating inflammation, insulin resistance and intestinal health”. We then conducted three studies evaluating the effects of chronic consumption of these different nutrients on the development of obesity and associated metabolic disorders in murine models of diet-induced obesity. First, we studied the effects of a low-dose supplementation of sucrose compared to maple syrup, molasses, brown rice syrup, agave syrup, corn syrup and honey, as well as fructose, in Wistar rats initially healthy for 8 weeks. The results show that replacing sucrose with natural sweeteners limits insulin resistance and hepatic inflammation. To a lesser extent, maple syrup, molasses and agave syrup also tend to protect against fatty liver. In addition, this study shows that fructose is not only no more harmful than sucrose in the doses used, but it even helps to reduce insulin resistance and hepatic inflammation. In a second step, we evaluated the cardiometabolic effects of salmon nutrients, alone or in combination, in two 12-week studies. We first studied the effects of VitD3 and ω-3 in initially healthy C57BL/6J mice, then the effects of SPF and VitD3 in LDLr- / -/ApoB100/100 mice at high risk to develop cardiometabolic diseases. The results demonstrate that VitD3 supplementation has no effect in initially healthy mice, nor improves the beneficial effects of ω-3. In contrast, it slightly prevents the development of metabolic disorders associated with obesity in mice at high risk of cardiometabolic diseases. It reduces a thrombosis risk factor and inflammation in the ileum when it is alone, and insulin sensitivity when it is combined with SPF. Finally, our work reveals that the SPF limits obesity and its complications thanks to its anti-inflammatory action on the liver and colon. This thesis has thus allowed a better understanding of the effects of these different nutrients on the development of obesity and associated metabolic disorders, and in longer term T2D and CVD, and of their mechanisms of action.

Le domaine de l'agriculture produit une part importante des gaz à effet de serre (GES) au Canada (8%) soit 8% des 747 Mt eq. CO[indice inférieur 2] émis chaque année. L'industrie porcine, un secteur clé de l'industrie agroalimentaire est en forte croissance au Canada depuis le milieu des années 80. L'entreposage du lisier préalablement séparé compte pour la plus grande partie du méthane (CH[indice inférieur 4]) émis, un GES au pouvoir de réchauffement global 25 fois celui du dioxyde de carbone (CO[indice inférieur 2]). Pour traiter le CH[indice inférieur 4], la biofiltration a déjà fait ses preuves pour le traitement des émissions de CH[indice inférieur 4] provenant des lieux d'enfouissement sanitaires (LES) et des mines. Ce procédé peut être également appliqué au CH[indice inférieur 4] issu de l'industrie porcine. Lors de la biofiltration du CH[indice inférieur 4], plusieurs facteurs clé peuvent améliorer la performance du système de traitement biologique comme, par exemple, la température, le pH, la nature du milieu filtrant, le taux d'humidité du lit et les nutriments. En particulier, l'apport en nutriments est un facteur déterminant pour la croissance et le maintien des microorganismes traitant le CH[indice inférieur 4]. Plusieurs nutriments doivent être fournis pour assurer le bon fonctionnement d'un biofiltre : carbone, oxygène, azote, phosphore, potassium et autres. D'un autre côté, certaines substances peuvent inhiber l'oxydation du CH[indice inférieur 4] dans un biofiltre et influencer la flore microbienne : un inhibiteur ayant fait l'objet de nombreuses études sur des supports de terre est l'ammonium (NH[indice inférieur 4][indice supérieur +]). Les expériences en laboratoire devaient déterminer l'impact du NH[indice inférieur 4][indice supérieur +] dans la solution nutritive contenant du nitrate sur un biofiltre rempli d'un garnissage inorganique traitant le CH[indice inférieur 4]. Dans les conditions expérimentales considérées (Débit d'air : 0,18 m[indice supérieur 3] h[indice supérieur -1] ; Concentration de CH[indice inférieur 4] à l'entrée : 3000 ppmv ; Débit de solution nutritive : 1,5 L j[indice supérieur -1]), l'ajout de NH[indice inférieur 4][indice supérieur +] dans la solution nutritive a eu un impact sur la performance du biofiltre, faisant diminuer la conversion du CH[indice inférieur 4] de 70 à 13% entre 0,05 et 0,5 gN-NH[indice inférieur 4][indice supérieur +] L[indice supérieur -1]. Les résultats de cette étude ont aussi démontré que l'augmentation progressive du NH[indice inférieur 4][indice supérieur +] réduit l'effet inhibiteur de celui-ci sur la performance du biofiltre.

Les invasions biologiques sont une cause majeure de perte de biodiversité à l’échelle mondiale. L’impact direct des espèces exotiques envahissantes (EEE) sur la structure et la composition des communautés a été bien documenté. Par contre, leur impact sur le fonctionnement des écosystèmes a été comparativement moins étudié. Dans le présent travail, j’ai mesuré sur le terrain et en conditions expérimentales l’impact de 7 espèces de plantes exotiques particulièrement envahissantes en Europe sur les propriétés chimiques du sol, sur la productivité et sur le stock d’éléments minéraux dans la biomasse. Malgré la diversité des groupes fonctionnels considérés dans notre échantillon (des espèces annuelles aux arbres), des impacts récurrents ont pu être mis en évidence. Les EEE ont toujours une biomasse et une productivité supérieures à celles de la végétation qu’elles envahissent. Il en va de même pour le stock d’éléments minéraux dans la biomasse aérienne. En ce qui concerne le sol, les traits fonctionnels des espèces ne permettent pas de prédire la direction et l’amplitude des impacts. Par contre, ces impacts sur le sol se sont révélés partiellement prévisibles en fonction des conditions écologiques initiales (contexte pédologique). La disponibilité des cations et du P et la concentration en C et N organiques augmentent suite à l’invasion dans les sites initialement pauvres alors que ces mêmes paramètres baissent dans les sites plus eutrophes au départ. Les EEE entraînent, dans une certaine mesure, une homogénéisation des conditions écologiques dans les écosystèmes envahis. Dans un deuxième temps, je me suis attaché à identifier les mécanismes de l’impact de Fallopia japonica sur le cycle de l’azote. Cette espèce, perenne rhizomateuse, adopte une gestion très conservatrice de l’azote en retransloquant jusqu’à 80 % de l’azote des tiges et des feuilles vers le système racinaire en automne avant l’abscission des feuilles. La litière restituée est, de ce fait, pauvre en azote. Ce paramètre, combiné à une teneur élevée en lignine, explique sa faible vitesse de décomposition par rapport à celle de la végétation non envahie. Une grande partie de l’azote de l’écosystème tourne donc en cycle quasi fermé entre les organes de réserve et les parties aériennes de la plante, tandis que l’azote restant est en grande partie bloqué dans la nécromasse de la plante et est donc non disponible pour les espèces concurrentes indigènes. Ce mécanisme explique, sans doute, en partie le succès invasif de l’espèce. A l’avenir, les implications des impacts sur le sol en terme de restauration des communautés devront être étudiées. L’hypothèse d’une influence positive de ces impacts sur l’aptitude compétitive des espèces envahissantes devra être testée. Enfin, une étude plus fonctionnelle des impacts de ces espèces dans des sites contrastés devrait permettre d’identifier les mécanismes impliqués./Biological invasions are a major cause of biodiversity loss worldwide. The direct impact of alien invasive species (AIS) on community structure and composition has been well documented. On the other hand, their impact on ecosystem functioning has been comparatively less studied. In this work, I measured, on the field and in experimental conditions, the impact of 7 highly invasive alien plant species in Europe on soil chemical properties, biomass and aboveground nutrient stock. Despite the high diversity in considered functional groups (from annuals to trees), recurring impacts have been found. AIS had always higher biomass and aboveground nutrient stocks than invaded resident vegetation. Concerning soil, species functional traits did not allow us to predict impact direction and intensity. On the other hand, impacts on soil were partially predictable based on initial ecological conditions (pedologic context). Thus, cations and P availability and organic C and N concentrations increased in initially poor sites and decreased in eutrophic ones. AIS tend to homogenize soil properties across invaded landscapes. In a second part, i tried to identify the mechanisms of the impacts of Fallopia japonica on N cycling. This perrennial rhizomatous species manage N in a very conservative way. About 80 % of aboveground N is translocated to rhizomes before leaves abscission. The litter is therefore poor in N. This parameter combined with a high lignin concentration explains its slow decomposition rate compared to that of uninvaded vegetation. A big part of the ecosystem N is engaged in a nearly closed cycle between above and belowground organs while the remaining N is blocked in the necromass and is thus not available for the indigenous competitors. This mechanism probably explains the invasive success of this species. In the future, the implications of soil properties modifications in terms of community restoration should be studied. The hypothesis of a positive influence of these modifications on the competitive ability of AIS should be tested. At last, a functional study of these soil impacts in contrasted sites should allow us to identify the implied mechanisms.

Cette thèse s'inscrit dans un projet de science participative financée par l'Union Européenne (AWARE). Le but du projet est de mettre en relation des scientifiques, des citoyens et des gestionnaires afin d'améliorer la qualité des eaux côtières européennes à travers trois cas d'études. Notre cas d'étude est constitué des eaux côtières de la mer du Nord et des trois bassins versants qui les alimentent, la Seine, la Somme et l'Escaut. Tout au long de ce manuscrit, nous nous attacherons à décrire et comprendre la cascade de nutriments le long du continuum aquatique terre - mer. L'exposé suit une logique amont - aval. Dans un premier temps, nous exposerons la qualité actuelle des hydrosystèmes continentaux et marins au regard de leur évolution passée. Cette reconstitution historique porte sur les trois derniers siècles sur le bassin bien documenté de la Zenne, affluent de l'Escaut traversant Bruxelles et concerne une reconstruction de la qualité de l'eau au cours des s 27 dernières années pour l'ensemble des trois bassins. Dans un deuxième temps, nous explorons le rôle de la topographie et des zones ripariennes sur le cycle de l'azote, d'abord à l'échelle du bassin de l'Orgeval (sous bassin de la Seine), puis à celle de la Seine dans son intégralité. Une troisième partie s'attache à étudier les effets des secteurs stagnants du réseau hydrographique sur les flux d'azote, de phosphore et de silice. Cette étude combine une approche rétrospective, par un travail sur les cartes anciennes, et prospective, par une proposition de scénario de réintroduction d'étangs au sein du chevelu de rivières du bassin de la Seine. Dans un quatrième temps, nous présentons le rôle que jouent les estuaires de l'Escaut et de la Seine sur les flux de nutriments avant leur arrivée en zone côtière. Enfin, une conclusion générale expose les principaux enseignements que nous avons tirés de l'étude de la cascade des nutriments et propose une hiérarchisation de l'efficacité des mesures (préventives ou curatives) qui peuvent être prises pour améliorer la qualité des hydrosystèmes continentaux et marins.

Chaque année, les plantations de ligneux à croissance rapide augmentent de près d'un million d'hectares dans le monde, menaçant selon certains la fertilité des sols et les ressources hydriques. Cette thèse s'attache, au sein d'un projet en cours à l'Université de São Paulo, à étudier le sol et la solution du sol pendant les deux premières années de croissance d'une plantation d'Eucalyptus grandis afin d'identifier les processus gouvernant la chimie de la solution du sol, de quantifier les flux d'eau et d'éléments minéraux sortant de l'écosystème par drainage profond, et de préparer la modélisation des transferts réactifs par le modèle MIN3P. On observe que (i) dès six mois, les Eucalyptus prélèvent de grandes quantités d'eau : le drainage à 3 m de profondeur en est largement réduit, (ii) les flux d'éléments minéraux à 3m sont pratiquement nuls, (iii) les éléments minéraux apportés par fertilisation sont en partie prélevés par les arbres sans apparaître dans la solution du sol, (iv) après la coupe rase et les fertilisations, les éléments minéraux sont libérés en quantité dans les horizons supérieurs du sol et lixiviés jusqu'à 1 m (65-100 kg ha-1 de N-NO3), des processus d'acidification apparaissent mais les réserves d'aluminium et le pouvoir tampon de ces ferralsols restent élevés, (v) le soufre libéré par les fertilisants augmente la mobilité de Ca, Mg et P et réduit la libération d'H et d'Al dans la solution, (vi) ce soufre se retrouve largement adsorbé sur les constituants du sol : son éventuelle désorption serait synonyme d'acidification. La fertilisation azotée de la plantation pourrait probablement être réduite sans en altérer la productivité.

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

Dans cette thèse, deux axes ont été investigués. Le premier visait à étudier les relations Si-Corg et plus précisément Si-Clipides. La mise au point d’un protocole destiné à l’analyse des lipides associés aux frustules a été réalisée. Ce protocole nous a permis de montrer que ces lipides, représentant environ 1 % du Corg total, étaient dominés par des acides gras saturés (14:0, 16:0 et 18:0) chez Thalassiosira weissflogii. Le suivi de cette fraction au cours d’expériences de dégradation nous a permis de confirmer l’hypothèse de protection de la matière organique (MO) par la silice biogénique. Ces relations Si-Corg ont également été analysées après une croissance carencée en nitrate. Les résultats montrent que cette fraction n’était pas affectée par une carence en nitrate chez T. weissflogii.Notre deuxième axe d’investigation a consisté à étudier l’impact des conditions nutritives de croissance (carence en N, P et Si) sur la composition biochimique de T. weissflogii et sur sa biodégradation. Le calcul des constantes de dégradation de ses différents pools constitutifs (COP, NOP, monosaccharides et lipides) nous a permis de juger de l’efficacité des diatomées carencées, à exporter du Corg. La dégradation du Corg est peu affectée par ces carences à l’échelle globale mais sa quantité absolue par cellule augmente. De plus, la réponse physiologique de nos cellules face à une carence en Si semble être découplée du métabolisme énergétique contrairement aux réponses observées face aux carences en N et P. Cette variabilité de la réponse physiologique pourrait expliquer en partie la variabilité interbassins observée dans les corrélations entre flux de Si et de Corg en profondeur. / In this thesis, two axes of investigation on the diatom Thalassiosira weissflogii have been studied. The first one aimed to study Si-OC relationships and more specifically Si-OClipids. The development of an adapted protocol designed to analyse lipids intimately associated with frustules has been carried out. This protocol enabled us to show that lipids, amounting to about 1 % of the total OC, were dominated by saturated fatty acids (14:0, 16:0 and 18:0) in T. weissflogii cells. The monitoring of this fraction during degradation experiments enabled us to confirm the protective role of biogenic silica on organic matter (OM). These Si-OC relationships have also been analyzed after diatoms grew in nitrate starved conditions. Results indicated that this fraction was not impacted by nitrate starvation in T. weissflogii.Our second axis of investigation was to study the impact of nutrient growth conditions (starvations in N, P and Si) on T. weissflogii biochemical composition and its biodegradation. The estimation of degradation rate constants for some OM pools (POC, PON, monosaccharides and lipids) enabled us to assess the OM quality changes and the efficiency of nutrient starved diatoms to export OC. Interestingly, the degradation of OC is weakly affected by these starvations at the global scale (POC) but its absolute amount per cell increases. Moreover, the physiological response of cells facing Si starvation seems to be uncoupled with energetic metabolism, the opposite of observed responses during N and P starvations. This variability of the physiological response could explain partly the inter basin variability observed in Si and OC flux in depth.

La rivière Saigon, qui constitue un sous bassin du fleuve Nha Be, est située dans le sud du Vietnam. Cette rivière a une longueur d'environ 250 km et le bassin versant total à une surface de 4717 km2. Le réservoir de Dau Tieng, situé en amont de la rivière Saigon, a été construit pour mieux gérer l’irrigation, lutter contre les inondations et contrôler l’intrusion d’eau salée. En traversant HCMC, la rivière Saigon est connectée à plusieurs canaux puis rejoint la rivière Dongnai pour devenir le fleuve Nha Be qui traverse la zone de mangrove de Can Gio et se jette dans la mer de l'Est. La rivière Saigon et son bassin versant sont situés dans la plaine côtière et sont soumis au balancement quotidien des marées.L'objectif général de cette thèse est (i) d’évaluer l'état trophique de la rivière Saigon - Dongnai, (ii) d’étudier les processus à l’origine de la dynamique des nutriments, en particulier le rôle des sédiments en suspension, du mélange turbulent et du gradient de salinité, afin d'estimer la capacité de rétention par rapport aux flux d'éléments nutritifs; (ii) d’utiliser ces mesures de terrain et de laboratoire pour envisager une simulation numérique de ce système estuarien.La première étape de cette thèse a consisté en une étude des concentrations en nutriments (N, P, Si) sur quatre sites d’échantillonnage dans le système de la rivière Saigon – Dongnai. Les mesures ont été réalisées deux fois par mois de juillet 2015 à décembre 2017 pour évaluer les niveaux de concentration en éléments nutritifs et l’état d’eutrophisation. Cette thèse a mis en évidence un excès de nutriments dans HCMC avec des concentrations de NH4+ et de PO43- atteignant en moyenne 0.7 mgN L-1 et 0.07 mgP L-1, respectivement. Nous avons observé que des rejets domestiques non traités entraînaient une dégradation de la qualité de l’eau de la rivière Saigon, avec une valeur extrême de biomasse algale (150 µChl-a L-1) et des périodes d’hypoxie (DO < 2 mg L-1), principalement en saison sèche. L’eutrophisation de la rivière dans la zone urbaine dense n'a pas d'effet clair en aval, car la masse d'eau eutrophie de la rivière Saigon est efficacement mélangée avec les masses d'eau de mer et de la Dongnai pendant chaque cycle de marée. Ce qui met en évidence le rôle tampon (capacité de métabolisation) de l’estuaire entre les apports amont et la mer.Sur la base d'enquêtes de terrain et d’expérience en laboratoire, nous avons évalué les causes de l'eutrophisation de la rivière et étudié la capacité d'adsorption-désorption du phosphore sur les sédiments en suspension dans le gradient de salinité. Les enquêtes sur le terrain ont montré un impact clair de la mégapole, le P total augmentant de trois fois dans le centre de HCMC, par rapport aux valeurs en amont. En aval, dans la zone estuarienne mélangée par des marées, le P total descend à moins de 0.5 gP kg-1. Les expériences en laboratoire ont montré le rôle clé de la concentration en sédiments cohésifs en suspension sur la capacité d’adsorption de P sur les particules dans le gradient de salinité.Dans cette thèse, nous avons également analysé une base de données des nutriments, des sédiments en suspension et des rejets d’eau de 2012 à 2016 (données du service de surveillance de la qualité de l’eau vietnamien de la province d’HCMV). Neuf sites le long de la rivière Saigon et un site dans la rivière Dongnai ont permis de déterminer l’état de référence à l’amont et à l’aval d’Ho Chi Minh Ville. Les flux calculés permettent de dresser un premier bilan sédimentaire et nutritif à l’échelle des fleuves Saigon – Dongnai, de discuter de la contribution de chaque sous bassin aux flux totaux et de dresser des hypothèses sur l’état géomorphologique et environnemental actuel et futur des zones estuariennes et côtières. / The Saigon River, a part of Saigon – Dongnai River basin located in Southern Vietnam, is about 250 km long with a catchment area of 4,717 km2. The Dau Tieng reservoir in the upstream of the Saigon River has been constructed for irrigation, flood protection purposes and the control of the intrusion of saline water. When flowing through HCMC, Saigon River is connected with canals and then joins Dongnai River to become the Nha Be River flowing through Can Gio Mangrove to the East Sea. Draining a low elevation coastal zone (LECZ), Saigon River is affected by the asymmetric semi-diurnal tides.The general goal of this thesis is to (i) assess trophic status in the Saigon – Dongnai River, (ii) assess the processes that lead nutrient behavior in the salinity gradient to estimate retention capacity with respect to the nutrients fluxes and (iii) calculate nutrient budgets to further be used for numerical simulations.The first step of this thesis consisted in a survey of nutrient concentrations (N, P, Si) at four sampling sites within the Saigon – Dongnai River system, which was carried out bi-monthly from July 2015 to December 2017, allowing to quantify the levels of nutrient concentrations and of indicators of eutrophication. This thesis pointed out an excess of nutrients in HCMC with concentrations of NH4+ and PO43- averaging to 0.7 mgN L-1 and 0.07 mgP L-1, respectively. We observed that untreated domestic discharges lead to the degradation of Saigon River’s water quality with extreme value of algal biomass (up 150 µChl-a L-1) and hypoxia conditions occurring episodically (DO < 2 mg L-1) during dry season. The eutrophic issue in the city center has no clear effect downstream because eutrophic water mass from Saigon River is efficiently mixed with Dongnai and sea water masses during the semi-diurnal tidal cycle, leading to efficient metabolism of nutrients within the estuarine partBased on field and laboratory surveys, we assessed the eutrophication of the river, and investigated P adsorption-desorption capacity onto suspended sediment (SS) within the salinity gradient. Field surveys showed a clear impact of the megacity, total P increasing three fold in HCMC center, as compared with upstream values. Downstream, in the tidally mixed estuarine area, the total P lowered to less than 0.5 gP kg-1. Laboratory experiments were carried out to characterize the influence of SS concentrations, salinity and turbulence on sorption/desorption processes. Among these observed variables, SS concentration was shown to be the main driver for adsorption capacity of P onto SS in salinity gradient. This underlines the role of cohesive sediment dynamics, as an important driver of nutrient dynamic in this estuarine river system.In this thesis, we analyzed the nutrients, suspended sediments and water discharges database from the Vietnamese Center of Monitoring of the Department of Natural Resources and Environment (period 2012 to 2016). Nine sites along the Saigon River and one site in the Dongnai River were used to identify the reference water status before HCMC and the increasing fluxes from upstream to downstream. The calculated fluxes allow drawing a first sediment and nutrients budget at the scale of the Saigon – Dongnai Rivers and discussing the contribution of each sub basins to the total fluxes to the estuarine and coastal zones. Add one sentence pointing out the main result of this 2005-2016 dataseries analysis.

La recherche visait à développer une technologie de biofilm à base de biofilms de microalgues pour le traitement des effluents riches en phosphore en vue de la production de produits de valeur secondaires, tels que la récupération du phosphore.Des recherches fondamentales ont été menées pour sélectionner des souches de microalgues efficaces en termes de traitement efficace des eaux usées et de production de biomasse algale, afin de mettre au point un procédé avec une faible addition d'électricité et de réactifs chimiques. Au total, 21 souches de microalgues ont été sélectionnées et sept souches ont été sélectionnées en fonction de leur taux de croissance. Le taux de croissance et l'efficacité d'élimination des éléments nutritifs de six souches ont été évalués dans différentes conditions de traitement des eaux usées synthétiques. Chlorella vulgaris ACUF_809 a montré une efficacité d'élimination du phosphate supérieure à celle des souches sélectionnées. Chlorella sp. ACUF_802 a également été caractérisé par l'effet des conditions limitant l'azote et le phosphore dans le milieu de croissance. Des expériences en laboratoire ont été effectuées pour évaluer les performances de formation de biofilm sur des tissus. L’activité photosynthétique, le pourcentage de colonisation et la croissance de la biomasse ont été étudiés pour deux Chlorella spp. Les différences dans les performances de formation de biofilm étaient observées entre les souches. Il a été constaté que l’analyse combinée de méthodes optiques non destructives est une méthode efficace pour surveiller les premières étapes du développement d’un biofilm. L'épaisseur moyenne du biofilm (106,37 ± 47 µm) a été mesurée. En outre, la distribution et la localisation des phosphates au cours du développement des biofilms C: pyrenoidosa ACUF_808 et C. vulgaris ACUF_809 ont été examinées au fil du temps, tout en préservant le contexte spatial. En utilisant des mesures physiologiques combinées, des techniques microscopiques, spectroscopiques et spectrométriques de masse ont été déterminées pour déterminer la croissance cellulaire, l'adhésion cellulaire, la performance physiologique, l'élimination des nutriments (phosphate et nitrate) et l'accumulation de phosphate visualisée au niveau des cellules dans les biofilms.La production de biomasse et l'efficacité d'élimination des nutriments par les microalgues Scenedesmus vacuolatus et C. vulgaris ACUF_809 à partir d'eaux usées synthétiques dans un nouveau photobioréacteur (PBR) de biofilm en laboratoire ont été étudiées. Le développement de biofilms sur du tissu de coton a été suivi dans le PBR dans des conditions semi-discontinues pendant 41 jours. S. vacuolatus ACUF_053 a obtenu l’élimination complète des éléments nutritifs et cinq étapes de développement du biofilm ont été identifiées: 1) fixation, 2) formation de biofilm, 3) maturation I, 4) sélection / adaptation et 5) maturation II. En revanche, le développement du biofilm de C. vulgaris ACUF_809 a montré une croissance de la biomasse plus régulière et une efficacité d'élimination constante. Cette recherche offre de nouvelles informations fondamentales dans le domaine de la formation de biofilms de microalgues pouvant être utilisées dans un plus large éventail d'applications scientifiques, notamment la possibilité d'un traitement couplé des eaux usées avec une récupération potentielle du phosphate / The aim of this Ph.D. research was to develop a bench scale microalgae biofilm technology for phosphorus rich effluents treatment toward the production of secondary valuable products, i.e. phosphorus recovery.Fundamental research was conducted to select efficient microalgae strains in terms of successful wastewater treatment and algal biomass production, in order to develop a process with low addition of electricity and chemical reagents. A total of 21 microalgae strains were screened and seven strains were selected according to their growth rate. The growth rate and nutrient removal efficiency of six strains were evaluated under different synthetic wastewater conditions, Chlorella vulgaris ACUF_809 showed superior efficiency of phosphate removal compared with the strains screened. Chlorella sp. ACUF_802 was characterized additionally by the effect of nitrogen and phosphorus limitating conditions in the growth medium. Laboratory scale experiments were done to evaluate the biofilm formation performance on textile fabrics. Photosynthetic activity, colonization percentage and biomass growth were investigated for two isolated Chlorella spp. Diffferences in biofilm formation performance were obswerved between the strains. It was found that combined analysis of non-destructive optical methods is an effective methodology for monitoring the early stages of biofilm development. Biofilm average thickness (106.37 ± 47 µm) was measured. Furthermore, as a promising valuable recovery product, phosphate distribution and localization during C: pyrenoidosa ACUF_808 and C. vulgaris ACUF_809 biofilms development were examined over time and keeping the spatial context unaltered. Using physiology measurements combined to advance microscopic, spectroscopic and mass spectrometric techniques were determined cellular growth, cell adhesion, physiological performance and nutrient (phosphate and nitrate) removal and visualized phosphate accumulation at single-cell level within the biofilms.Biomass production and nutrient removal efficiency by the microalgae Scenedesmus vacuolatus and C. vulgaris ACUF_809 from synthetic wastewater in a new laboratory configuration biofilm photobioreactor (PBR) was studied. Biofilm development on cotton fabric was followed in the PBR under semi-batch conditions during 41 days. Complete nutrient removal was obtained by S. vacuolatus ACUF_053 and five stages in the development of the biofilm were identified: 1) attachment, 2) biofilm formation, 3) maturation I, 4) selection/adaptation and 5) maturation II. In contrast, C. vulgaris ACUF_809 biofilm development showed a more regular biomass growth and constant removal efficiency. This research offers novel fundamental information in the field of microalgae biofilms formation with a scope for a wider range of scientific applications, including the possibility of coupled wastewater treatment with potential recovery of phosphate