L'oxydation du fer ferreux (Fe²⁺) en fer ferrique (Fe³⁺) peut avoir lieu chimiquement à un pH neutre dans des conditions aérobiques. Les souches bactériennes de l'étude, nommées JV1 et PV1 sont également capables d'oxyder le fer ferreux, dans les mêmes conditions physico-chimiques. Il y a alors compétition entre l'oxydation chimique et l'oxydation bactérienne. Les différentes formes du fer jouent un rôle dans formation des cheminées hydrothermales, qui sont la base des sources de l'écosystème hydrothermal. C'est dans l'optique de mieux comprendre le fonctionnement de l'oxydation du fer dans l'environnement hydrothermal que l'étude est menée. Ceci se traduit par l'optimisation des besoins de croissance des bactéries, la détermination de la cinétique de l'oxydation du fer ferreux ainsi que le rendement énergétique des deux souches bactériennes. De plus il a été observé que la présence de JV1 et PV1 inhibait l'oxydation chimique, cette observation est à la base de notre méthodologie qui consiste à déterminer la part des bactéries dans l'oxydation comme la différence entre un taux d'oxydation bactérien et un taux d'oxydation en présence de bactéries mortes afin de déterminer le taux d'oxydation bactérien réelle. Les quantités de Fe²⁺ et Fe³⁺ sont déterminées par la méthode ferrozine (dosage colorimétrique du fer), alors que la croissance bactérienne est déterminée par comptages DAPI. La part de bactéries JV1 et PV1 dans l'oxydation du fer ferreux est quantifiée à 15% de l'oxydation totale du fer, les taux d'oxydation et les rendements énergétiques pour chacune des souches bactériennes sont très faibles. La croissance bactérienne est faible et influence le taux d'oxydation et le rendement énergétique. Les oxydes de fer, observés au microscope électronique à transmission, n'ont pas de morphologie particulière et aucune tendance dans la longueur des oxydes n'a été mise en évidence. Il semble donc que le milieu de culture ne semble pas adaptée à une croissance et activité normales des bactéries, ceci peut être dû à une trop grande quantité de bactéries minéralisées dès le début de la culture empêchant la quantification de l'oxydation bactérienne du fer. On peut imaginer que l'utilisation de technique de cultures plus précises pour les conditions d'oxygène et de pH devrait permettre de déterminer la part des bactéries ferro-oxydantes neutrophiles dans l'oxydation du fer ferreux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Bactéries ferro-oxydantes, Sources hydrothermales, Chimie du fer.

Ma thèse de doctorat a pour titre « Colonial "blue mat" ciliates from northeast Pacific hydrothermal vents: microbial symbiosis and ecology ». Les colonies de ciliés folliculines forment d'épais et éclatants tapis bleus en périphérie de plusieurs sources hydrothermales de la dorsale Juan de Fuca dans le Pacifique Nord-est et ailleurs. Ces tapis peuvent couvrir jusqu'a 70% des substrats basaltiques auxquels ils sont attachés. À ce jour, nous connaissons très peu de l'écologie et de la biologie des ciliés folliculines en provenance des sources hydrothermales ni de leur importance pour d'autres espèces. Ma thèse se veut une investigation d'une symbiose potentielle entre les ciliés folliculines et les procaryotes aux sources hydrothermales. Elle considère aussi l'écologie trophique des tapis bleus ainsi que les invertébrés qui y sont associés. Les symbioses sont un trait commun aux sources hydrothermales ainsi qu'aux protozoaires ciliés. Le succès écologique des tapis bleus, démontré notamment par leur abondance et leur distribution répandue autour des sources, pourrait être attribué aux symbiotes procaryotiques contenus dans les folliculines-hôte. L'ultrastructure des ciliés tapis bleus a été explorée en utilisant la microscopie électronique de balayage [MEB] et la microscopie électronique à transmission [MET]. En nous basant sur nos observations morphologiques et ultrastructurales, nous avons assigné ces ciliés au genre folliculine Folliculinopsis. Les ciliés folliculines secrètent et vivent dans des coques ou tubes (loricae). Nous avons trouvé que les loricae ont été colonisés à la fois par des bactéries coccoïdes et des procaryotes filamenteux. De plus grandes densités de coccoïdes et de microorganismes en bâtonnets ont été trouvées entre les rangs de cils sur le corps du cilié (zooïde), surtout sur les lobes du péristome (les extensions similaires à des bras typiques des ciliés folliculines). Le morphotype coccoïde (dedans ou indépendant des vacuoles) se retrouvait à travers tout le cytoplasme du cilié. Des groupes de cet organisme rassemblé dans des vacuoles étaient distribués régulièrement le long du cortex du cilié. Des traits denses aux électrons, bornés par des vacuoles et caractérisés par des membranelles superposées, ont été également trouvés dans le cytoplasme du cilié. Des méthodes moléculaires complémentaires [comparaison des séquences d'ARN ribosomique 16S et l'hybridation in situ avec fluorescence (FISH)] ont été utilisées pour identifier les types de microorganismes associés symbiotiquement aux tapis bleus et pour déterminer leur répartition dans la cellule du cilié. Nos résultats indiquent que le Folliculinopsis sp. héberge des endosymbiotes euryarchées. Ceux-ci se situent dans un clade d'organismes qui sont étroitement apparentés à des séquences environnementales de fluides froids qui ont des quantités élevées de méthanogènes. Sous microscope à épifluorescence équipé d'un filtre DAPI, la présence de l'enzyme 420 autofluorescente, typique aux méthanogènes, a été observée dans les cellules du cyploplasme du cilié. En plus d'archées, une haute densité de bactéries a été trouvée dans le cytoplasme du cilié de même que sur la surface du loricae. Quelques-unes de ces séquences bactériennes ont été phylogénétiquement reliées aux ecto and endo symbiotes connues d'autres types d'hôtes. Les ciliés folliculines des sources hydrothermales du Pacifique Nord-est apparaissent dès lors héberger de multiples symbioses hylogénétiquement distinctes et localisées dans diverses parties de leurs cellules. Puisque les tapis bleus sont physiquement dominants aux sources hydrothermales, ils forment un habitat physique substantiel dans lequel les espèces de méiofaune et de macrofaune peuvent trouver nourriture et refuge, comme c'est le cas avec les buissons de vestimentifères et les moulières de mytilidés de la sous-famille Bathymodiolinae qui croissent autour des sources hydrothermales et des sources de fluides froids. Afin de déterminer l'importance probable de ces ciliés pour les autres métazoaires provenant des sources, les invertébrés associés aux échantillons de tapis bleus ont été identifiés et quantifiés et des analyses d'isotopes stables de carbone et de l'azote ont été réalisées. De plus, des analyses de lipides des tapis bleus ont été faites. Nous avons trouvé une récurrence d'invertébrés associés aux tapis bleus et dans tous les échantillons, la méiofaune était numériquement dominante. Les copépodes harpaticoïdes, Amphiascus sp. étaient fort plus abondants que les autres espèces dans les tapis bleus. Alors que certains invertébrés (ex. Amphiascus sp.) dans cet assemblage semblent exclusivement liés aux tapis bleus, d'autres proviennent de sources hydrothermales différentes à proximité. Les ciliés Folliculinopsis sp. étaient davantage réduits dans δ¹³C que les invertébrés dans l'assemblage de tapis bleus indiquant du coup que ces derniers ne se nourrissent pas uniquement des premiers. Au moins deux niveaux trophiques existent dans cet assemblage. La macrofaune juvénile, les ostracodes et les nématodes occupent des niveaux trophiques supérieurs. Les analyses de lipides bactériennes indiquent que 16:1ω7 et 18:1ω7 (typiques aux sulfo-oxidantes) constituent plus de la moitié des acides gras des tapis bleus. Les tapis bleus apparaissent ainsi jouer un rôle indirect, mais important pour l'écologie des organismes qui leur sont associés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Folliculines, Sources hydrothermales, Isotopes stable, Lipides, Méiofauna, Macrofauna, Symbiose, Microscopie électronique, Ultrastructure.

Une campagne d'échantillonnage de fluides a été effectuée en 2008 et 2009 dans le champ géothermique de Los Azufres, qui se trouve dans la Ceinture Volcanique Transmexicaine, afin de développer de nouveaux outils géochimiques pour tracer l'évolution de ces fluides qui sont exploités pour la production d'énergie électrique. Lors de ces campagnes, une carotte de dépôts hydrothermaux a été prélevée dans le secteur de thermes de Maritaro (Los Azufres) où les phénomènes hydrothermaux à la surface (fumerolles, volcans de boue, etc.) sont les plus actifs. Le but de cette étude était de dater ces évènements hydrothermaux par le moyen des chronomètres 226Ra, 228Ra et 210Pb, en utilisant la méthode développée par Condomines et al. (1999). Pour déterminer les possibles sites minéraux où le radium pourrait se concentrer, la minéralogie et la chimie de la carotte ont été examinées par diffraction des rayons X et par fluorescence des rayons X. Les résultats ont montré la présence de minéraux secondaires comme les argiles (kaolinite) et les sulfates hydratés de potassium (alunite) qui sont des produits d'altération de roches volcaniques par les eaux thermales acides. Les concentrations du radium (226Ra de 0.502 à 1.514 dpm/g, 228Ra de 0.077 à 1.302 dpm/g) et du plomb (210Pb de 0.204 à 0.734 dpm/g) mesurés dans les sédiments montrent une forte diminution par rapport aux teneurs mesurées dans les fluides du champ géothermique de Los Azufres (226Ra de 0.1688 à 3.0989 dpm/g). D'autre part, les ratios 228Ra/226Ra et 210Pb/226Ra s'approchent de l'équilibre séculaire. Cette absence de radium peut être expliquée par l'inhibition de l'adsorption du radium sur les argiles et les sulfates dans un environnent fortement acide avec un pH ≤ 3. Néanmoins, en appliquant des modèles chronologiques simples nous pouvons estimer des âges maximaux de 20 à 50 ans de la mise en place des dépôts hydrothermaux superficiels du secteur de Maritaro, démontrant une activité hydrothermale intense. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : radium, dépôts hydrothermale, Los Azufres, Maritaro, fluides hydrothermales

Ce mémoire fournit une caractérisation générale de la biodiversité macrofaunique des sources hydrothermales de la Zone de Protection Marine (ZPM) Endeavour et vise à déterminer les activités scientifiques potentiellement dommageables pour cette faune. C'est une étude de cas exploratoire qui pourra servir de base à des études ultérieures approfondissant les divers éléments traités. Le mémoire fait suite à un rapport remis au Ministère des Pêches et des Océans du Canada en mars 2007. Nous nous sommes posés plusieurs questions de recherche: 1) Quelle est la répartition spatiale des différents habitats et communautés hydrothermaux aux champs Main Endeavour et Mothra?; 2) Quelles activités scientifiques laissent le plus d'impacts visibles?; 3) Certaines activités laissent-elles plus d'impacts sur un type particulier d'habitat ou d'assemblage faunique?; 4) Est-ce que certains assemblages se retrouvent plus souvent dans certains types d'habitats?; 5) Comment se comparent les perturbations causées par les deux types de sous-marins (téléguidé versus habité)?; 6) Comment les participants aux missions scientifiques perçoivent-ils les activités qu'ils mènent lors des plongées et que considèrent-ils lorsqu'ils planifient une plongée?; 7) Quels sont les corridors de déplacement des sous-marins et les sites les plus visités dans ces deux champs hydrothermaux? La cartographie verticale (à la main puis par le programme informatique), le budget-temps, le questionnaire et la cartographie horizontale (par Système d'Informations Géographiques) sont les méthodes qui ont été utilisées pour répondre aux questions de recherche. Nous avons trouvé que l'assemblage 5 High-flow est peu représenté et que de façon générale, il existe une relation directe entre le type d'habitat et le type d'assemblage. En termes d'activités, les échantillonnages biologique et géologique furent les plus systématiquement dommageables pour l'environnement, suivis par l'échantillonnage de flux. Comme l'assemblage 5 High-flow est le seul permettant la reproduction du ver Ridgeia piscesae, qu'il est rare dans les deux champs hydrothermaux étudiés et que l'échantillonnage le touchait souvent, une attention particulière doit être portée à sa protection. Les équipes des missions scientifiques devraient être mieux informées de leurs impacts potentiels sur le milieu. Les questions des déchets scientifiques et de ceux provenant des navires méritent d'être étudiées de plus près. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sources hydrothermales, Impact, Recherche, Biodiversité marine, Zone de Protection Marine, Sous-marin.

Les sources hydrothermales profondes sont des édifices géologiques formés par l’infiltration d’eau de mer dans la croûte océanique, formant un fluide chaud (>400 °C), riche en métaux qui précipite pour former des cheminées dans lesquelles circulent un courant électrique. Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif de révéler la présence de microorganismes capable de participer à la production de ce courant électrique ou d’utiliser cette électricité pour vivre au sein de ces cheminées électriquement conductrices. Nous nous sommes focalisés sur les microorganismes capables de survivre à haute température (entre 60 et 95°C). Différentes communautés microbienne en interaction et électroactives ont pu être cultivées permettant de poser des hypothèses crédibles quant à la colonisation primaire de ces environnements extrêmes. Ces hypothèses pourraient également s’appliquer aux théories d’origine de la vie en contexte hydrothermal. / Deep hydrothermal vents are geologic structures formed by the infiltration of seawater into the oceanic crust, forming a hot metal-rich fluid (> 400 ° C) that precipitates to form chimneys in which an electric current flows. The purpose of the research presented here was to reveal the presence of microorganisms capable of participating in the production of this electric current or of using this electricity to live within these electrically conductive chimneys. We focused on microorganisms able to survive at high temperatures (between 60 and 95 ° C). Different interacting and electroactive microbial communities have been cultivated, allowing the building of credible hypotheses about the primary colonization of these extreme environments. These hypotheses could also be applied to theories of origin of life in a hydrothermal context.

Les environnements profonds marins ou continentaux représentent la majorité des biotopes sur Terre. Ils sont colonisés par des organismes, appelés piézophiles, adaptés aux fortes pressions hydrostatiques du milieu, conditions qui sont inhibitrices pour la croissance des organismes de surface. Dans le cadre de ce travail, j'ai cherché à élucider les spécificités de l’adaptation aux hautes pressions hydrostatiques. Pour cela, j'ai étudié un micro-organisme piézophile issu d'une source hydrothermale profonde, la souche MP de Thermococcus barophilus, dont l'optimum de croissance est de 400 fois la pression atmosphérique. J'ai caractérisé l'adaptation particulière de deux cibles cellulaires parmi les plus sensibles à la pression : les membranes et le protéome.Mes résultats montrent que la souche MP accumule des molécules de stress en condition de faible pression hydrostatique, c'est-à-dire que le protéome de cette souche est adapté aux conditions de hautes pressions. Il s'agit de la première démonstration d'une adaptation structurale chez un piézophile, et la démonstration que cette souche est une piézophile vraie. Par ailleurs, j'ai pu démontrer les mécanismes d'adaptation de la membrane en réponse à la pression et à la température. J'ai montré que cette réponse correspond à une adaptation homéovisqueuse de la composition membranaire, et que celle-ci est unique, car elle met en jeu trois mécanismes différents : une régulation du ratio di-/tetraéthers, une régulation du niveau d'insaturation des lipides, et la présence de lipides neutres dans la structure de la membrane. Ceci m'a amenée à proposer un nouveau modèle de membrane pour la souche modèle piézophile T. barophilus. La généralisation de ces observations et la confirmation de leur lien avec la piézophilie passe par l'étude d'autres organismes piézophiles. / Deep marine and continental environments represent the major ecosystems on Earth. They are colonized by organisms named piezophiles, adapted to high pressures of the deep biosphere, conditions that inhibit the growth of surface organisms. My objectives were to elucidate the special features of adaptation to high hydrostatic pressures. My model of study was a piezophilic microorganism isolated from a deep-sea vent; Thermococcus barophilus strain MP, which grows optimally at a pressure of 400 times the atmospheric pressure. I characterized the specific adaptation of two cellular compartments amongst the most sensitive to pressure: membranes and proteome. My results show that strain MP accumulates stress molecules in conditions of low pressure, which mean T. barophilus proteome is adapted to high pressure conditions. This is the first demonstration of structural adaptation in a piezophile, and also shows that T. barophilus is a true piezophile. Besides, I proved membrane adaptation mechanisms in response to pressure and temperature. These mechanisms are based on homeoviscous adaptation of lipids composition. This adaptation is unique and involves three different mechanisms: the regulation of the di-/tetraether ratio, the modulation of lipid unsaturation, and the insertion of neutral lipids in the membrane structure. These results brought me to propose a new membrane model for the piezophilic strain T. barophilus. Before confirming these observations as a possible piezophilic trait of adaptation, this study needs to be extended to other piezophilic organisms.