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

Mast cells are tissue resident members of the immune system. They have a wide range of functions and receptors including the FcεRI receptor, which gets activated by binding to IgE bound to an antigen. When the cells are activated in this manner, a process termed the LysRS- Ap4A-MITF signalling pathway occurs, resulting in the translocation of the Lys tRNA synthetase into the nucleus and an activation of its moonlighting activity - the production of diadenosine tetraphosphate (Ap4A). Ap4A is a dinucleoside polyphosphate, a type of ubiquitous molecule present in all domains of life. They are made up of two nucleosides joined together by a 5' to 5' phosphodiester bridge of variable lengths. Recently, these molecules have been shown to serve as non-canonical initiating nucleotides during bacterial transcription, where they function as 5' RNA caps, similar to the well-known 7- methylguanosine eukaryotic mRNA cap. In this thesis, I present proof of existence of Ap 4A capped RNA in mast cells, a previously unknown 5' RNA structure in eukaryotic cells, and I attempt to pinpoint its role in the activation of these cells and in the wider context of mast cell mediated immune response. Keywords: mast cells, RNA caps, Dinucleoside polyphosphates, Ap 4A, RNA modification, IgE, FcεRI receptor, Lysine tRNA synthetase

Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une étude systématique des propriétés physico-chimiques de polyphosphates à l’argent permettant d’avancer sur de nouvelles voies pour les dispositifs tels que l’éclairage, les lasers accordables dans le visible, la radiophotoluminescence. L'objectif de ce travail vise la compréhension des mécanismes de luminescence de l’ion Ag+ dans les composés Na1-xAgxLn(PO3)4 (Ln = La et Y) dont la structure a été parfaitement déterminée. La luminescence des monocristaux provient des ions Ag+, dans des sites isolés et proches de lacunes positives (Ag2+) résultant de la photosensibilité aux UV pour les cristaux au lanthane. La luminescence des verres Na1-xAgxLa(PO3)4 (seuls vitrifiables) a été élucidée grâce à une étude après irradiation et à celle des verres Na2-xAgxZnP2O7. Elle est due aussi aux ions Ag+ dans des sites isolés. / This work focuses on keeping with the general pattern of investigations of physical-chemical properties of silver-polyphosphates to find new ways for devices such as lighting, visible range laser applications and radiophotoluminescence. The goal of this study aims at understanding the processes of Ag+ luminescence in Na1-xAgxLn(PO3)4 (Ln = La et Y) compounds which structure has been completely determinated. The luminescence of the single crystals is induced by Ag+ ions in isolated sites and close to hole centers (Ag2+) resulting in UV photosensitivity for the lanthanum crystals. The photoluminescence of the Na1-xAgxLa(PO3)4 glasses (glass-forming only) has been resolved owing to UV irradiation investigations and comparison with the luminescence of Na2-xAgxZnP2O7 glass. Both are also due to Ag+ ions in isolated sites.

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une étude systématique des propriétés physico-chimiques de polyphosphates à l'argent permettant d'avancer sur de nouvelles voies pour les dispositifs tels que l'éclairage, les lasers accordables dans le visible, la radiophotoluminescence. L'objectif de ce travail vise la compréhension des mécanismes de luminescence de l'ion Ag+ dans les composés Na_1-xAg_xLn(PO₃)₄ (Ln = La et Y) dont la structure a été parfaitement déterminée. La luminescence des monocristaux provient des ions Ag⁺, dans des sites isolés et proches de lacunes positives (Ag²⁺) résultant de la photosensibilité aux UV pour les cristaux au lanthane. La luminescence des verres Na_1-xAg_xLa(PO₃)₄ (seuls vitrifiables) a été élucidée grâce à une étude après irradiation et à celle des verres Na_2-xAg_xZnP₂O₇. Elle est due aussi aux ions Ag⁺ dans des sites isolés.

Η δέσμευση του P με την μορφή του στρουβίτη θεωρείται από τις εναλλακτικές μεθόδους ανάκτησης του P από τα υγρά απόβλητα. Ο στρουβίτης χρησιμοποιείται ως αργά αποδεσμευόμενο λίπασμα, ως υλικό για την σταθεροποίηση αμμωδών εδαφών και συμβάλλει στην αειφόρο ανάπτυξη. Η καταβύθιση του στρουβίτη σε υπέρκορα διαλύματά του υπό σταθερή θερμοκρασία εξαρτάται από τον υπερκορεσμό και από την παρουσία ξένων ιόντων ή ουσιών. Στόχος της παρούσας διατριβής, ήταν η μελέτη της κινητικής της καταβύθισης του στρουβίτη σε συνθήκες σύστασης αντίστοιχες των αστικών αποβλήτων. Η θερμοδυναμική ανάλυση γίνεται με μοντελοποίηση του ειδομορφισμού της υδατικής φάσης ενώ η μελέτη της κινητικής με την μέθοδο του σταθερού υπερκορεσμού η οποία επιτρέπει την διερεύνηση του ρόλου των ιόντων Ca, των βαρέων μετάλλων και οργανικών υδατοδιαλυτών ενώσεων με μεγάλη ακρίβεια και επαναληψιμότητα. Επίσης, διερευνήθηκε ο ετερογενής σχηματισμός του στρουβίτη με την χρήση κρυσταλλικών φύτρων στρουβίτη, SiO2, CaCO3 και πυριτικής άμμου για την μελέτη της πρόσφυσης του καταβυθιζόμενου στερεού στα υποστρώματα αυτά. Προσδιορίστηκε επίσης το γινόμενο διαλυτότητας του στρουβίτη προσεγγίζοντας την ισορροπία από υπέρκορα και ακόρεστα διαλύματα σε διαφορετικές τιμές ιονικής ισχύος. Με την ενζυμική υδρόλυση πολυφωσφορικών οξέων από ειδικά ένζυμα, τις φωσφατάσες, και την σταδιακή απελευθέρωση φωσφορικών ιόντων επετεύχθη ελεγχόμενη καταβύθιση του στρουβίτη σε υψηλούς υπερκορεσμούς. Τέλος, μελετήθηκε η κινητική της διάλυσης του στρουβίτη σε ακόρεστα διαλύματα συνθετικού αποβλήτου και σε διαφορετικές τιμές pH. Από τα κινητικά αποτελέσματα, με βάση την κλασσική θεωρία τη πυρηνογένεσης, προέκυψαν στενά όρια μεταστάθειας του συστήματος και η επιφανειακή διάχυση των δομικών μονάδων ότι είναι το βραδύ στάδιο, το οποίο ελέγχει την καταβύθιση. Το ποσοστό απομάκρυνσης φωσφόρου ήταν 60-65% και από τις δοκιμές συσσωμάτωσης, προέκυψαν ελαφρά σταθεροποιημένα δοκίμια κατάλληλα για εφαρμογές σε καλλιεργήσιμα εδάφη. / Phosphorus precipitated in the form of struvite is a new prospective alternative in phosphorus recovery from wastewaters. Struvite may be used as a slow-released fertilizer, as fitment for stabilization of sandy soil areas and contributing towards sustainable development. Struvite precipitation in supersaturate solution at constant temperature depends on the supersaturation and the presence of foreign ions or substrates. The aim of this thesis was the investigation of struvite precipitation kinetics at conditions similar to municipal wastewaters. The thermodynamic analysis had been done by suitable speciation of aqueous medium while the kinetics of precipitation was investigated with constant solution supersaturation method. This method provides reliable and highly reproducible kinetics results of the effect of calcium ions, heavy metals and organic soluble compounds on the spontaneous precipitation of struvite. The heterogeneous formation of struvite was also investigated in order to examine struvite precipitated adhesion at different substrates. Struvite crystals, SiO2, CaCO3, and silicate sand were used to inoculate the supersaturated solutions. The thermodynamic solubility product of struvite was determined once equilibrium had been attained, when undersaturated and supersaturated solutions were allowed to reach equilibrium, at different ionic strengths values. Controlled struvite precipitation in solutions highly supersaturated was also achieved by the slow evolution of the supersaturation when sufficient phosphate was released from the enzymic action through the phosphatase mediated decomposition of polyphosphates. Finally, the kinetics of struvite dissolution was examined in undersaturate synthetic wastewater solutions at different pH values. The kinetics results, according to the classical nucleation theory, showed that the system stability range was very narrow and a surface diffusion controlled mechanism. A phosphorus recovery corresponding to 60-65% of the initially present phosphorus is feasible. Laboratory experiments using loose sand packs showed mildly consolidated agglomerates that can be used properly for cultivable land.