Le projet de recherche de cette thèse consiste à investiguer les mécanismes d'inhibition du transport d'électrons photosynthétiques induite par les xénobiotiques qui affectent les réactions photochimiques du photosystème II (PSII). Des méthodes fluorimétriques et biochimiques ont été utilisées pour étudier les effets de xénobiotiques sur les réactions photochimiques et le transport des électrons photosynthétiques. Le changement des différents paramètres de fluorescence chlorophyllienne, indiquant la dissipation de l'énergie via le transport d'électrons ou via les voies non photochimiques, a été utilisé comme indicateur de toxicité de xénobiotiques. L'induction du stress oxydatif a été analysée par l'investigation de la teneur en espèces réactives de l'oxygène. Nous avons utilisé les plantes Lemna gibba et Lactuca sativa ainsi que l'algue Chlamydomonas reinhhardtii comme matériel pour les expériences. Dans la partie concernant l'étude des mécanismes de toxicité du dichromate chez L. gibba, nous avons démontré que ce xénobiotique inhibe le transport d'électrons du PSII et induit la dissipation d'énergie sous forme non photochimique. Sous ces conditions, une inhibition de l'activité photochimique du PSII et une diminution de la proportion des centres réactionnels en état fonctionnel ont été obtenues. Le changement du rendement et de la cinétique rapide de fluorescence montre que le dichromate induit une inhibition du complexe de la photolyse de l'eau et de la réduction de l'accepteur primaire d'électrons (QA). Ces effets ont été associés à l'altération de la protéine Dl du centre réactionnel du PSII, ainsi que la protéine 33 kDa constituant le complexe de photolyse de l'eau. L'induction d'un stress oxydatif a été démontrée par l'augmentation de la teneur en espèces réactives de l'oxygène chez les plantes exposées au dichromate. La diminution de la proportion des PSII en état fonctionnel et la formation des espèces réactives de l'oxygène induites par le dichromate ont été corrélées avec le changement des polypeptides Dl. On a pu établir que l'altération fonctionnelle de l'activité du PSII par le dichromate est étroitement associée au changement structurel se produisant dans le complexe PSII. Nous avons également investigué les effets toxiques du dichromate sur l'activité du PSII chez des algues ayant une faible capacité de dissipation de l'énergie sous forme non photochimique. On a utilisé deux algues mutantes de C. reinhardtii qui ont une altération de la biosynthèse de pigments xanthophylles: le premier mutant, npq1, est déficient en zéaxanthine et le deuxième, npq2, est déficient en violaxanthine et accumule la zéaxanthine. On a étudié l'effet du dichromate sur l'activité du PSII sous des conditions lumineuses favorisant la photoinhibition. Après exposition au dichromate, ces algues ont été illuminées par différentes intensités lumineuses pour mesurer le changement du rendement photochimique opérationnel du PSII et la dissipation de l'énergie sous forme non photochimique. L'exposition aux dichromate des mutants npq1 et npq2 a induit une inhibition de transport d'électrons de PSII à faible intensité lumineuse, indiquant une accélération de la photoinhibition par le dichromate. Lorsque ces mutants d'algues ont été exposés aux dichromate et à une intensité lumineuse élevée, la dissipation d'énergie sous forme non photochimique, impliquant des processus non régulateurs, est devenue majoritaire, atteignant la valeur de 80 %. Par conséquent, les mutants d'algues npq1 et npq2 ayant le cycle de xanthophylles non fonctionnel étaient plus sensibles aux effets toxiques du dichromate. Ces résultats ont permis l'élaboration d'un modèle des effets du dichromate sur l'activité du PSII chez les algues ayant un cycle de xanthophylles non fonctionnel. Dans la troisième partie, on a analysé les effets toxiques du trinitrotoluène sur le changement des paramètres de fluorescence utilisés comme indicateurs de toxicité sur la photosynthèse et l'état physiologique de Lactuca sativa. L'activité photosynthétique a été mesurée en utilisant la cinétique rapide de la fluorescence chlorophyllienne et la fluorimétrie modulée. Nos résultats ont montré une diminution de la fluorescence variable provoquée par la désactivation des centres réactionnels PSII. En plus de cet effet, les paramètres de fluorescence indiquant l'état de réduction du PSII et la dissipation d'énergie sous forme non photochimique ont été les indicateurs les plus sensibles de la toxicité du trinitrotoluène. Ces paramètres ont montré une dépendance entre l'inhibition de l'activité du PSII et la concentration du trinitrotoluène. Le changement des paramètres photosynthétiques de fluorescence était une indication fiable de l'état physiologique des plantes exposées à ce polluant. Nous avons proposé que l'état de réduction du PSII et la dissipation non photochimique de l'énergie représentent des indicateurs utiles dans les bioessais. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Xénobiotiques, Bioessais, Fluorescence chlorophyllienne, Réactions photochimiques, Photosystème II, Chrome hexavalent, Trinitrotoluène, Fluorométrie PAM et PEA.

Dans le sud du bassin méditerranéen, le citronnier fleurit et fructifie plusieurs fois par an mais la production ne couvre pas la demande estivale ce qui engendre une inflation des prix. La floraison du citronnier a été peu étudiée et reste mal connue. Pourtant, mieux contrôler la production nécessite de connaitre les différentes étapes de transformation du méristème (de l'état végétatif à l'état floral), les potentialités des organes de production et les caractéristiques des fruits chez les variétés les plus cultivées. Pour trois variétés majeures (Eureka, Femminello et Interdonato), nous avons étudié au cours de 2 cycles annuels de production, le cycle biologique, la morphogénèse et l'histogénèse des structures reproductives, le lien entre les activités d'enzymes de neutralisation de H2O2 et le développement floral et l'impact de régulateurs de croissance sur la floraison-fructification. Les 3 variétés diffèrent sensiblement en terme de cycle de développement. La variété Eureka présente les critères de sélections agronomique les plus intéressants : calibre du fruit de taille moyenne, rendement en jus élevé et peu voire pas de pépins. L'activité G-POD (feuilles et bourgeons) varie selon le stade d'évolution des bourgeons fructifères ce qui en fait un bon marqueur du développement floral chez les 3 variétés. A court-terme, l'application sur la frondaison de régulateurs de croissance (gibbérellines, GA et hydrazine maléique, HM) affecte le métabolisme oxydatif et l'activité photosynthétique des feuilles. A plus long terme, la floraison et la fructification sont impactées. L'application de GA améliore la production estivale et de ce fait le bénéfice annuel pour l'arboriculteur. / In the southern Mediterranean, lemon trees flourish and fructify several times a year but production does not cover summer demand which causes price rises. Flowering in this species has been poorly studied and is little known. Still, better production control requires better knowledge of the different stages of meristem transformation (vegetative to floral stage), the potential of the producing organs and the fruit characteristics in the most frequently cultivated varieties. During two annual production cycles we studied three of the main varieties (Eureka, Femminello and Interdonato), investigating the life cycle, morphogenesis and histogenesis of the reproductive structures, the link between the activities of the H2O2 neutralizing enzymes, floral development and the impact of growth regulators on flowering and fruiting. The three varieties were found to differ significantly in the development cycle. Eureka presents the most interesting agronomic criteria: medium fruit size, higher juice yield and the fruit are virtually seedless. The activity of the enzyme guaiacol peroxidase (in the leaves and buds) varies with the development stage of fruit buds making it a good marker of floral development in all three varieties. In the short term, foliar application of growth regulators (gibberellins and maleic hydrazine) was found to affect oxidative metabolism and photosynthetic activity of the leaves. In the longer term, flowering and fruiting are impacted. Application of gibberellins improves summer production and therefore the fruit producers' economic return.

Les travaux décris dans cette thèse rapportent la conception de Metal-Organic Frameworks (MOFs) photoactifs et leur immobilisation sur surface dans le but d’obtenir et d’étudier des SurMOFs (Surface anchored Metal-Organic Frameworks) propices aux processus photoinduits dans le cadre de la photosynthèse artificielle. Pour accomplir cela, nous avons synthétisé différents ligands photoactifs et réalisé leur immobilisation sur surface à l’aide de la croissance épitaxiale en phase liquide. Ainsi, différents SurMOFs à base de zinc(II), présentant tous une structure de type SurMOF-2, ont été préparés avec succès. Les premiers matériaux obtenus à base de ligands rylènes (naphtalène dimide : NDI et pérylène diimide : PDI) ont mis en avant de fortes interactions  entre les chromophores au sein du SURMOF, causant une perte de la luminescence. Une deuxième génération de ligands plus encombrés a été synthétisée. Ils ont conduit à des SurMOFs luminescents et siège de transferts d’énergie interligands. Ces premiers travaux ont mis en avant l’impact de la disposition des ligands dans le matériau sur les propriétés photoniques. Par ailleurs, des SurMOFs constitués de ligands dicétopyrrolopyrrole (DPP) et d’anthracène (ADP) ont été synthétisés. L’étude de leurs propriétés photoniques alliée à des calculs théoriques ont montré que le transfert d’énergie au sein de ce SurMOF ne se fait pas de manière isotrope. Enfin, un SurMOF à partir de ligand DPP portant des fonctions réactives (azoture) a été synthétisé et nous avons pu greffer différentes molécules par réaction de cyclo-addition de type Huisgen, dont un accepteur d’électron, à sa périphérie par modification post-synthétique. / The aim of this thesis was the development of photoactive Metal-Organic Frameworks (MOFs) and their immobilizations on surface to obtain and study SurMOFs (Surface anchored Metal-Organic Frameworks) to investigate photoinduced processes in the context of the artificial photosynthesis. Towards this goal, we have synthesized photoactive ligands and immobilized them on surfaces using liquid phase epitaxy (LPE) in a layer-by-layer (LbL) fashion. Thus, different zinc (II) based SurMOFs, featuring a SurMOF-2 structure, were successfully prepared. The first rylene- (naphthalene diimide: NDI and perylene diimide: PDI) based SurMOFs described in this thesis showed strong  interactions between the chromophores within the MOF, causing the quenching of the luminescence. A second generation of ligands, sterically hindered, was then synthesized. They lead to luminescent SurMOFs showing efficient ligand-to-ligand energy transfer. These first results highlight the impact of linker arrangement within the material on its photonic properties. Furthermore, diketopyrrolopyrrole (DPP) and anthracene (DPA) based SurMOFs were prepared. The study of their photonic properties coupled with theoretical calculations showed that energy transfers, occurring within SurMOF-2 type materials, were not isotropic. Finally, a SurMOF, made out of a DPP ligand bearing reactive moieties (azide), was synthesized and was functionalized with different kinds of molecules, including an electron acceptor, at the periphery by post-synthetic modification using the Huisgen cycloaddtion reaction.

Ce travail a pour objectif la mise en place d'un procédé de phytostabilisation sur un ancien site industriel, la Vieille Usine d'Auzon (43, France). La caractérisation pédochimique du site atelier a révélé une pollution polymétallique par l'As, Pb, Sb, Cd et Cu. L'As, de par sa concentration totale et sa biodisponibilité dans le sol, est considéré comme le polluant le plus présent et le plus toxique. L'étude floristique réalisée sur le site a relevé une flore métallicole dominée par des pseudométallophytes électives telles que Agrostis capillaris, Equisetum arvense, ou les Euphorbiacées. De manière générale, la majorité des espèces présentes sur la friche industrielle a accumulé de très faibles quantités de polluants (As, Pb) dans ces parties aériennes. Dans un deuxième temps, les travaux ont porté sur les effets induits par les ETM au niveau physiologique et biochimique chez des modèles végétaux, Agrostis capillaris, Solanum nigrum, Vicia faba et Cannabis sativa. Ces données ont mis en évidence la sensibilité de V. faba et la tolérance de S. nigrum à la pollution aux ETM, un maintien de l'activité physiologique mais un ralentissement de la croissance de C. sativa sur sol pollué et une tolérance adaptative d'A. capillaris à la pollution du sol. Par ailleurs, une culture en hydroponie de S. nigrum et V. faba en présence d'As inorganique, arsénite et arséniate, à différentes concentrations a permis de mettre en évidence deux effets de l'As. Celui-ci a provoqué une altération de la structure et du fonctionnement des PSII, plus sensibles à l'As(III), et, une inhibition de l'activité oxygénase et carboxylase de la Rubisco, cible privilégiée de l'As(V). Enfin, ces résultats ont été utilisés dans le cadre de l'expérimentation in situ pour la validation d'un procédé de phytostabilisation sur la friche industrielle d'Auzon. Les effets de la combinaison d'une association d'espèces prairiales et d'un amendement de grenaille de fer zérovalent ou/et de compost ont pu être caractérisés. L'ajout de grenaille de fer au sol complété par un apport de compost a accentué la réduction de la disponibilité de l'As et dans une moindre mesure de Sb. De plus, il a permis d'enrichir le sol en élément minéraux et organiques et a ainsi facilité l'implantation d'un couvert végétal constitué d'espèces végétales à phénotype d'exclusion. Cette expérience in-situ a donc permis de mettre en avant la faisabilité d'un procédé de phytostabilisation dans la dépollution et la revalorisation de sites industriels.

Le cytochrome b6f est un complexe majeur de la chaîne photosynthétique oxygénique de par son activité quinol:plastocyanine oxydoréductase, qui contribue à la formation d'ATP via un transfert d'électrons couplé à un transfert de protons. La présence d'un hème c particulier lié par une seule liaison covalente, l'hème ci, au sein du site de réduction de quinone Qi du cytochrome b6f constitue une différence notable en comparaison avec son homologue de la chaîne respiratoire, le cytochrome bc1. Un cytochrome b6f dépourvu d'hème ci est dégradé, sa faible accumulation ne permet pas une croissance photosynthétique. Cette observation a donné lieu à une recherche de suppresseurs permettant une plus grande accumulation de cytochrome b6f dont la fonction même altérée, serait suffisante pour assurer une croissance photosynthétique. Cette approche génétique de recherche de suppresseur a été entreprise chez Chlamydomonas reinhardtii. Ce travail de thèse a permis l'isolation et la caractérisation d'un mutant de la protéase FtsH1 (mutation R420C qui affecterait l'activité ATPasique). Le mutant ftsh1-1 s'est révélé être un outil puissant pour l'étude fonctionnelle de complexes mutés autrement dégradés. Une approche multidisciplinaire combinant expériences de génétique, biochimie, physiologie et biophysique a démontré notamment que : (i) le mutant QiKO, dont le complexe b6f est dépourvu des hèmes bh et ci, peut pousser de manière phototrophique malgré un Q-cycle cassé, (ii) l'absence d'hème ci lié covalemment, pour le mutant Rccb2, génère une photosensibilité exacerbée en présence d'oxygène, ce qui sous-tend un rôle pour l'hème ci dans un environnement riche en oxygène, (iii) la protéase FtsH exerce un contrôle qualité global des complexes majeurs photosynthétiques.

Les effets du dichromate et de l'aluminium sur le transport d'électrons photosynthétique et les mécanismes de dissipation d'énergie des Photosystèmes II et l ont été évalués quand différentes espèces d'algues ont été exposées aux métaux. Les propriétés structurelles du photosystème II ont été étudiées par immunobuvardage de type Western blot et par chromatographie liquide à haute performance. Les propriétés fonctionnelles des Photosystème II et l ont été déterminées par la mesure de la cinétique de fluorescence chlorophylienne et les changements d'absorbance à 830 nm, respectivement. Pour l'étude des effets du dichromate, l'algue verte Chlamydomonas reinhardtii et des mutants de C. reinhardtii déficients du cycle des xanthophylles ont été utilisés comme modèle biologique. Pour l'aluminium, l'étude des effets de la forme ionique libre A1³⁺ a été effectuée dans un milieu acide (pH 3,0) en utilisant deux espèces d'algues tolérantes à de bas pH, Euglena gracilis et Chlamydomonas acidophila. Nous avons conclu que les rendements photochimiques maximals des Photosystèmes II et l sont diminués par les effets du dichromate. L'inhibition de la photochimie par le dichromate cause une diminution de la dissipation d'énergie par la voie photochimique du Photosystème II et une augmentation de la dissipation d'énergie sous forme non-photochimique non-régulée. L'absence d'un cycle des xanthophylles fonctionnel rend l'appareil photosynthétique plus sensible à la photoinhibition induite par la toxicité du dichromate. Pour les effets de l'aluminium sur la photochimie du Photosystème II, la dissipation d'énergie par les voies photochimiques et non-photochimiques est affectée différemment chez des espèces d'algues présentant des résistances différentes aux effets des métaux. Cette inhibition va entrainer une diminution de la production d'ATP et de NADPH menant à une diminution de la production de biomasse chez les algues sensible à l'aluminium. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Algues, Aluminium, Chlamydomonas acidophila, Chlamydomonas reinhardtii, Dichromate, Euglena gracilis, Métaux, Photosynthèse, Photosystème l, Photosystème II, Toxicologie.

L'agriculture intensive utilise de grandes quantités d'herbicides afin de contrer la prolifération des mauvaises herbes. On retrouve ces divers herbicides dans l'environnement, que ce soit dans les sols ou dans les cours d'eau. Chacun de ces herbicides peut avoir un effet délétère sur les organismes aquatiques. Certains de ceux-ci, tel l'atrazine, ont été l'objet de nombreuses études sur leurs effets sur les organismes vivants. On sait, par ailleurs, que ces herbicides peuvent dérégler l'équilibre du biote aquatique. Il faut toutefois se rappeler que plusieurs types d'herbicides sont utilisés simultanément et à de nombreuses reprises au cours d'une saison créant ainsi un mélange potentiellement très toxique pour les différents organismes non-cibles. Ces herbicides peuvent interagir de nombreuses façons entre eux, que ce soit de manière synergique, antagoniste, additive. Les cyanobactéries sont appelées couramment algues bleu-vert et se retrouvent dans les milieux eutrophes riches en phosphates et en nitrates. L'agriculture, de par son utilisation massive d'engrais, permet la création de milieux particulièrement propices à l'éclosion de floraisons de cyanobactéries qui forment ces tapis verdâtres et gluants sur les cours d'eau, les rendant nauséabonds et impropres à la baignade. De plus, certaines souches produisent, de surcroît, des toxines qui peuvent être délétères pour Ies organismes vivants. Ces toxines peuvent parfois se retrouver en quantité suffisante dans l'eau potable et affecter la santé humaine. Peu d'études ont été faites sur les effets de xénobiotiques, tels que des herbicides, sur la photosynthèse et la physiologie des cyanobactéries. Comment ces herbicides et leurs mélanges affectent-il la cyanobactérie qu'on retrouve partout dans le monde, Microcystis aeruginosa? Nous avons utilisé deux souches de Microcystis aeruginosa, l'une produisant la toxine hépatotoxique appelée microcystine (UTCC 299), l'autre ne la produisant pas (UTCC 632). Lors de cette étude, nous avons testé les effets individuels de divers herbicides commerciaux (atrazine, métolachlore), d'un additif (safener ou phytoprotecteur) appelé Benoxacor et de divers mélanges de ces substances. Nous avons étudié les effets de ces substances sur la photosynthèse grâce au PAM et au PEA, appareils utilisant la fluorescence comme outil de mesure afin de déterminer comment est utilisée l'énergie lumineuse servant à la photosynthèse et comment elle est dissipée à travers diverses voies de dissipations énergétiques. Nous avons aussi utilisé la cytométrie en flux afin de déterminer les effets de ces xénobiotiques sur la grosseur et la granulosité des cellules en plus de mettre en évidence la formation d'espèces réactives oxygénées. Nous avons aussi extraits les pigments chlorophylliens afin de vérifier les effets des produits utilisés sur ceux-ci. Ce qu'il ressort de cette étude est le fait que l'atrazine est un facteur majeur de la toxicité dans les mélanges tandis que le métolachlore n'a pas d'effets significatifs. De plus, le phytoprotecteur Benoxacor présente aussi une forte toxicité et rehausse les effets délétères lorsque ajouté dans un mélange. Il y a production d'espèces réactives oxygénées en présence d'atrazine. Les cellules voient leur physiologie changée et la chlorophylle a cellulaire de UTCC 299 est fortement affectée par la présence des herbicides. L'atrazine et le Benoxacor interagissent ensemble et leur mélange augmente la toxicité générale du mélange. Les antennes et les pigments chlorophylliens sont les éléments les plus affectés et altérés par les substances testées. La physiologie de UTCC 299 est nettement plus affectée par l'atrazine et le Benoxacor que UTCC 632. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Herbicides, Interaction, PEA, PAM, Cyanobactéries, Chlorophylle, Phytoprotecteur, Safener, Espèces réactives oxygénées.

Chez certaines espèces telles que le peuplier faux-tremble (Populus tremuloides Michx.), les arbres sont reliés entre eux par une racine mère due à leur mode de propagation par drageonnement. Ces liens racinaires remettent en question les notions classiques d'individualité des arbres pour l'accès aux ressources et pour la compétition, puisqu'ils permettent les échanges d'eau, de minéraux ou encore d'hydrates de carbone. Le but de cette étude était de démontrer qu'un arbre pouvait influencer la physiologie d'un autre arbre grâce au lien racinaire qui les unit. Pendant les étés 2007 et 2008, des couples de peuplier faux-tremble issus du drageonnement (i.e. 2 ramets reliés par une racine parentale) répartis en trois classes de hauteur (dominante, codominante et supprimée) ont été sélectionnés, puis les ramets situés en position distale par rapport à la racine parentale ont été manuellement défoliés. L'effet de la défoliation sur la photosynthèse, la conductance stomatique, la surface foliaire spécifique (SFS) et la concentration en sucres des feuilles a été mesuré sur les ramets non défoliés. Les résultats montrent que la défoliation d'un arbre a causé une réponse physiologique chez un autre arbre relié par la racine. A l'été 2007, l'effet de la défoliation a été plus important sur les ramets de la classe supprimée, dont la photosynthèse avait augmenté de 17% par rapport aux témoins non défoliés. L'effet était moins important sur les ramets codominants (augmentation de 14%) et dominants (12%). A l'été 2007, la SFS était plus importante pour les ramets supprimés, l'effet de la défoliation étant décroissant pour les classes codominante et dominante. Ce résultat suggère une augmentation plus importante des compétences photosynthétiques des ramets supprimés par rapport à ceux des autres classes de hauteur. À l'été 2008, aucun effet de la défoliation n'a été observé, probablement dû à des conditions d'humidité élevées résultant en des valeurs de conductance stomatique beaucoup plus élevées qu'en 2007 (+55%). Sous de fortes conditions d'humidité, la conductance hydrique foliaire ne limite pas la conductance stomatique, donc le taux d'assimilation du CO₂ était probablement à son maximum d'où l'absence d'augmentation du taux de photosynthèse. La concentration en sucres était identique pour les trois classes par rapport aux témoins pour les 2 années d'étude. Ce résultat indique que l'effet de la défoliation interviendrait surtout au niveau des compétences photosynthétiques des feuilles et non au niveau énergétique. Cette étude montre que les arbres peuvent interagir physiologiquement à travers les liens racinaires. La présence de liens racinaires devrait ainsi être considérée dans la dynamique de tels peuplements. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Défoliation, Drageons, Peuplier faux-tremble, Photosynthèse, Lien racinaire, Surface foliaire spécifique.

La pollution des milieux aquatiques par les métaux lourds demande une évaluation du risque des effets toxiques chez des espèces aquatiques. En particulier, le cadmium est connu pour être un métal non essentiel pour le fonctionnement cellulaire et toxique à faible concentration. Environ 25 000 tonnes de cadmium par année sont rejetées dans l'environnement via les activités industrielles, d'extraction de métaux, par l'emploi de pesticides et autres. Dans ce contexte, tant la formation que l'activité de l'appareil photosynthétique représente une cible importante pour les contaminants métalliques parce que l'inhibition des processus biochimiques et biophysiques de la photosynthèse affectent en entier la physiologie des plantes. Dans cette étude, la biosynthèse de la chlorophylle et la fluorescence chlorophyllienne ont été utilisées afin d'évaluer les effets toxiques du cadmium sur la formation de l'appareil photosynthétique et son activité. Dans un premier temps, l'effet toxique du cadmium a été évalué sur l'activité photosynthétique de l'algue verte. Dans cette partie, la fluorescence chlorophyllienne des algues est utilisée comme une approche pour évaluer le risque de toxicité du cadmium. Une altération de la capacité photosynthétique induite par les métaux lourds se reflète dans le rendement et la cinétique de fluorescence. Deux souches de cette espèce, une souche «sauvage» (CC-125 WT mt+) avec paroi cellulaire et une souche «mutante» (CC-400 CW 15 mt+) sans paroi, ont été employées pour étudier les effets de la paroi cellulaire sur l'absorption du cadmium et son effet toxique après 24 et 48 heures de traitement. Les courbes dose-réponse obtenues pour ces deux souches ont permis d'identifier une grande sensibilité des effets toxiques du cadmium pour les algues sans paroi par rapport à celles avec paroi en présence d'une même concentration nominale de cadmium. Les paramètres photosynthétiques de fluorescence ont indiqués que le site d'inhibition au cadmium a été au complexe enzymatique du dégagement d'oxygène associé au photosystème II. Dans la seconde partie, afin d'évaluer la capacité à synthétiser la chlorophylle dans un environnement contaminé au cadmium, la phototransformation de la protochlorophyllide (PChlide) en chlorophyllide (Chlide) par l'enzyme protochlorophyllide oxydoréductase (POR) a été étudié chez l'algue unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii. Une souche mutante ne synthétisant pas la chlorophylle à l'obscurité a du être utilisé afin d'obtenir des cellules étiolées, c'est-à-dire que les chloroplastes de ces cellules ne sont pas encore formés. La fluorescence à basse température (77 °K) est l'outil permettant de suivre dans le temps la phototransformation des pigments et la formation des photosystèmes. Les spectres de fluorescence ont permis d'évaluer un certain retard dans la phototransformation de la protochlorophyllide en chlorophyllide ce qui a une répercussion sur la formation des photosystèmes. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Cadmium, Chlamydomonas reinhardtii, Chlorophillide, Chlorophylle, Cytométrie de flux, Fluorescence, Métaux lourds, NADPH-protochlorophyllide oxydoréductase, Photosynthèse, Protochlorophillide, Toxicité.

L'utilisation des nanoparticules (NPs) métalliques en nanotechnologie entraîne un risque de contamination de l'environnement qui est difficile à évaluer en raison du manque de connaissance toxicologique sur les NPs. La compréhension des mécanismes de toxicité des NPs peut favoriser leur utilisation sécuritaire. Dans cette optique, l'objectif principal de cette thèse est de mieux comprendre la toxicité des NPs métalliques. Le premier objectif visait à évaluer les effets des NPs de CuO sur la photosynthèse à l'aide de bioindicateurs basés sur la fluorescence chlorophylienne. Les NPs de CuO encapsulées dans un polymère, modèle des NPs pouvant être libérées des peintures antisalissures, induisent une inhibition de la photosynthèse du macrophyte aquatique Lemna gibba. L'imagerie de fluorescence chlorophyllienne est montrée comme une approche utile pour évaluer la toxicité des NPs. De plus, en utilisant deux approches complémentaires de fluorescence chlorophyllienne, le cuivre ionique et les NPs de CuO ont montré des effets similaires sur l'activité photosynthétique. La solubilisation des NPs de CuO est donc proposée comme principal mécanisme d'action des NPs de CuO sur la photosynthèse. Le deuxième objectif consistait à déterminer comment l'encapsulation dans un polymère modifie la toxicité des NPs. La toxicité de NPs de CuO nues ou encapsulées a été évaluée chez l'algue Chlamydomonas reinhardtii. L'encapsulation augmente la toxicité des NPs encapsulées en augmentant leur pénétration dans la cellule, ce qui indique que la toxicité des NPs de CuO est associée à des interactions intracellulaires. Les mécanismes cellulaires d'action des NPs ont été étudiés chez L. gibba en évaluant la toxicité en relation avec l'accumulation de cuivre dans l'organisme. Cette relation indique que les NPs de CuO nues et encapsulées n'ont pas le même mode d'action au niveau cellulaire. La modification des propriétés de surface des NPs par l'encapsulation modifie le mécanisme d'action cellulaire en augmentant la formation d'espèces réactives de l'oxygène. Les NPs métalliques peuvent donc avoir des mécanismes d'action différents selon leurs propriétés physico-chimiques. Le dernier objectif était de caractériser la toxicité des NPs métalliques chez différents modèles biologiques. Pour les NPs d'or stabilisées par un dendrimère poly(amidoamine) (PAMAM), la toxicité était liée au changement des propriétés physico-chimiques des NPs dans le milieu. Ces NPs étaient toxiques pour l'algue C. reinhardtii et la bactérie Vibrio fischeri alors que les cellules animales Neuro-2A et Vero n'étaient pas affectées. La différence de sensibilité était liée à l'altération des propriétés des NPs dans le milieu, soulignant ainsi le besoin de caractériser les NPs dans le milieu utilisé pour évaluer la toxicité. Pour les NPs de CuO, la toxicité a été étudiée en conditions in vitro chez la lignée cellulaire Neuro-2A. Les NPs de CuO ont montré des effets cytotoxiques et génotoxiques sur ces cellules. La formation de micronoyaux était l'indicateur de toxicité le plus sensible, ce qui montre que la génotoxicité est un aspect important de la toxicité des NPs de CuO. Cette thèse permet de conclure que l'évaluation du risque toxicologique des NPs métalliques doit être réalisée en considération du changement de leurs propriétés physicochimiques selon le milieu utilisé et les modifications apportés aux NPs. La compréhension des liens entre les propriétés des NPs et leur toxicité peut permettre une utilisation plus sécuritaire des nanomatériaux dans les applications issues de la nanotechnologie. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : nanotoxicologie, génotoxicité, photosynthèse, fluorescence chlorophyllienne.