La province du Katanga est connue pour ses affleurements naturels de roches riches en cuivre et en cobalt. Plus d’une centaine de « collines de cuivre », isolées géographiquement et écologiquement possèdent une flore très originale qui comprend plus de 600 espèces dont 32 endémiques. Les métallophytes du Katanga sont des plantes fascinantes aux points de vue écologique, biogéographique, physiologique et évolutif. Elles restent très peu étudiées et leur conservation est très problématique compte tenu de l’extension des activités minières. L’objectif général de la thèse est de contribuer à une meilleure connaissance des métallophytes du Katanga, dans une perspective explicite de conservation de leur biodiversité. Dans ce contexte, la thèse représente une des toutes premières approches de la biologie et l’écologie des populations de deux métallophytes apparentées. L’objectif est de préciser la distribution et la niche des deux taxons, et la variation de leur capacité d’accumuler et de tolérer les métaux lourds. Les résultats sont utilisés pour discuter la valeur conservatoire des cuprophytes du Katanga, leur vulnérabilité et envisager des stratégies de conservation. Nous avons montré que les sols des affleurements de roche cuprocobaltifère se distinguer édaphiquement d’autres types de sols métallifères dans le monde. La révision phytogéographique et taxonomique a permis de valider 32 taxons endémiques et de mettre en évidence 23 couples de cuprophytes étroitement apparentés. La proportion élevée de couples de cuprophytes apparentés nous laisse suggérer que des événements de spéciation auraient existés au sein même des habitats cuprifères. Un isolement écologique pourrait s’exercer au niveau des zones les plus riches en cuivre. Ces couples d’espèces cuprophytes constitueraient un outil de recherche idéal pour l’étude de la spéciation. Les propriétés hyperaccumulatrices de certaines espèces ont été exagérées, sans doute par suite de problèmes méthodologiques. L’accumulation du Cu ne se produit que dans des conditions édaphiques particulières, très difficiles à obtenir en culture. Cependant, nous avons montré que C. tenuis et C. perennis étaient hautement tolérantes au cuivre. Chez ces deux espèces, le cuivre provoquait une augmentation des performances de certaines populations métallicoles en milieux stérile. Ces populations posséderaient des besoins élevés en cuivre. Dans ce cas, la cuprophilie apparente de l’espèce in natura pourrait être expliquée par un coût de la tolérance au cuivre. Cette cuprophilie semble être un phénomène rare chez les espèces tolérantes au cuivre et confère ainsi à C. perennis et C. tenuis une valeur biologique remarquable. Actuellement, parmi les 32 taxons endémiques stricts des habitats cuprifères du Katanga, 6% sont éteints (EX), 73% sont en danger critique d’extinction (CR), 9% sont en danger d’extinction (EN) et 3% sont vulnérables (VU). De plus, 18 taxons présentant une affinité particulièrement élevée pour les sols cuprifères, sans y être totalement confinés (fréquence sur Cu > 75%) sont réellement menacés d’extinction (22 % EN et 78% VU). Néanmoins, 18 % de ces endémiques menacées sont capables de coloniser les habitats métallifères anthropogènes. Comme C. perennis, certaines endémiques se développaient uniquement sur des sols perturbés par l’activité minière. C. tenuis possède aussi son optimum écologique sur les sols anthropogènes cuprifères. Cela indique que certaines espèces de la flore du cuivre du Katanga considérées en danger critique d’extinction sont en fait moins menacées parce qu’elles sont en mesure de se développer sur les habitats anthropogènes métallifères. L’exploitation minière est toujours destructive mais les habitats anthropogènes récents semblent avoir une valeur de conservation pour certains métallophytes rares. Une partie des déchets de l’exploitation minière et les sols contaminés pourraient être gérés de manière à fournir des habitats artificiels pour la colonisation ou la conservation ex situ de ces espèces. Dans la discussion, nous examinons les stratégies de conservation de ces espèces.

Deux légumineuses (Anthyllis vulneraria et Lotus corniculatus) adaptées aux métaux lourds constituent un matériel d’intérêt pour la phytostabilisation de sites miniers. Leur fonction de fixatrices biologiques d’azote grâce à leur symbiose avec des bactéries symbiotiques permet l’établissement efficace d’une couverture végétale durable limitant la dispersion des métaux dans l’environnement. Nos objectifs ont été d’étudier les effets des métaux lourds et de la plante hôte sur les populations symbiotiques naturellement associées à ces légumineuses en analysant (i) les populations symbiotiques associées à A. vulneraria sur 8 sites contaminés ou non (ii) les populations de rhizobia associées à L. corniculatus qui ont été comparées à celles d’Anthyllis. La distribution des souches de Mesorhizobium isolées de nodosités d’A. vulneraria et provenant de plusieurs sites contaminés ou non dépend des fortes teneurs en métaux lourds des sols qui sélectionnent fortement les souches symbiotiques résistantes et influencent leur composition taxonomique. Les souches appartenant à l’espèce M. metallidurans ont été retrouvées seulement dans les sites fortement contaminés. Deux nouvelles espèces potentielles et résistantes aux métaux semblent exister chacune sur un site minier distinct. L’une d’elle est proche de M. ciceri et de M. loti et tous ses membres présentent la particularité de ne pas posséder de gène cadA, un gène impliqué dans la tolérance aux métaux chez M. metallidurans. Par contre, les sites non contaminés révèlent une diversité taxonomique différente avec la présence de nouvelles espèces de Mesorhizobium sensibles aux métaux lourds. Quatre de ces nouvelles espèces ont été définies. A. vulneraria et L. corniculatus partagent la même diversité taxonomique dans les sites contaminés testés. Par contre, les propriétés symbiotiques des souches varient selon la plante hôte utilisée pour le piégeage. Les souches appartiennent soit au symbiovar (sv.) anthyllidis soit au sv. loti selon le site géographique d’origine et ceci indépendamment des teneurs en métaux lourds dans le sol. A. vulneraria s’associe avec les souches possédant les sv. anthyllidis ou sv. loti. En revanche, L. corniculatus ne s’associe qu’avec des souches du sv. loti. Dans tous les sols qu’ils soient contaminés ou non, A. vulneraria nodule préférentiellement avec le sv. anthyllidis. En conclusion, A. vulneraria et L. corniculatus établissent des symbioses avec les mêmes espèces de Mesorhizobium et s’associent préférentiellement avec un sv. Les taxons retrouvés dépendent fortement des sites d’isolement, ce qui pourrait traduire des adaptations particulières aux conditions environnementales. L’utilisation des ressources biologiques locales est une stratégie que nous recommandons pour la végétalisation d’anciens sites miniers. / Two legumes (Anthyllis vulneraria and Lotus corniculatus) adapted to heavy metals form an interesting material for phytostabilisation strategy in mining sites. As biological nitrogen fixators, these legumes associated with compatible symbiotic bacteria provide an efficient establishment of a sustainable cover vegetation limiting metal dispersion in the environment. Our objectives were to study the effects of heavy metals and the host plant on symbiotic populations naturally associated with these legumes by analyzing (i) symbiotic populations associated with A. vulneraria on 8 contaminated and uncontaminated sites (ii) rhizobial populations associated with L. corniculatus that were compared with those of Anthyllis. The distribution of mesorhizobial strains isolated from A. vulneraria root-nodules from several contaminated and uncontaminated sites depends on high levels of heavy metals in soils by selecting highly resistant strains and impacting the taxonomic composition. Strains belonging to M. metallidurans were only found in highly contaminated sites. Two new potential metal-tolerant species were detected in two distinct mines. One of them was closely related to M. ciceri and M. loti and its members had the feature of not -possessing the cadA gene, a gene involved in metal-tolerance among M. metallidurans strains. By contrast, uncontaminated sites revealed a different taxonomic diversity with new species sensitive to heavy metals. Four of these new species were defined. A. vulneraria and L. corniculatus share the same taxonomic diversity in the contaminated sites tested. By contrast, symbiotic properties of the strains vary depending on the host plant used for trapping. Strains belong either to symbiovar (sv.) anthyllidis or to sv. loti according to geographic origins and independently of heavy metal levels in soils. A. vulneraria associated with strains of sv. anthyllidis or sv. loti. In contrast, L. corniculatus only associated with strains of sv. loti. In contaminated or uncontaminated soils, A. vulneraria was preferentially nodulated by sv. anthyllidis. In conclusion, A. vulneraria and L. corniculatus established symbiotic relationships with the same taxonomic groups of Mesorhizobium but associated with different symbiovars. The finding of taxonomic groups strongly depends on geographical sites, suggesting special adaptations to environmental conditions. Use of local biological resources is the strategy we recommend for revegetation of old mines.

Une nouvelle espèce de micro-algue photosynthétique, Coccomyxa actinabiotis, a récemment été découverte au sein d'une installation nucléaire. Cette algue présente une forte résistance aux radiations ionisantes et accumule certains radionucléides. Le développement d'une biotechnologie de décontamination des effluents liquides des réacteurs nucléaires basée sur C. actinabiotis est étudié du fait de ces propriétés. Ce travail vise plus particulièrement à caractériser et comprendre les processus d'accumulation par l'algue de l'argent et du cobalt, qui sont les radionucléides émetteurs gamma majoritaires dans les effluents liquides des réacteurs du parc électronucléaire français. Cette étude a été menée par quatre approches complémentaires : (a) Les cinétiques et les équilibres d'accumulation de ces métaux ont été déterminés par analyses ICP-MS (b) La distribution intracellulaire des métaux a été cartographiée à l'échelle nanométrique par fluorescence X de rayonnement synchrotron et par microscopie électronique en transmission (c) La spéciation de l'argent et du cobalt accumulés par la micro-algue a été déterminée par spectroscopie d'absorption X et par diffraction de rayons X (d) L'impact biologique de ces métaux sur l'algue a été examiné, notamment par l'étude des perturbations physiologiques, métaboliques et protéomiques associées à leur présence.L'ensemble de ces résultats dévoile une partie des processus à l'œuvre lors de l'accumulation d'argent ou de cobalt par C. actinabiotis. / A new green micro-alga species, Coccomyxa actinabiotis, was recently discovered in a nuclear environment. This alga is highly resistant to ionizing radiation and accumulates some radionuclides. Thanks to its properties, the development of a biotechnology based on C. actinabiotis for the clean-up of nuclear liquid effluents is under consideration. Our work aims more specifically at describing and understanding the alga's silver and cobalt accumulation processes; these metals being the main gamma emitting radionuclides present in liquid effluents issuing from French nuclear facilities.This study was carried out using four complementary approaches: (a) Kinetics and equilibriums of silver and cobalt uptake were assessed by ICP-MS analysis; (b) The subcellular distribution of the metals was mapped at a nanometric scale using synchrotron X-ray fluorescence and transmission electron microscopy; (c) The speciation of silver and cobalt taken up by the alga was assessed by synchrotron X-ray absorption spectroscopy and X-ray diffraction; (d) The biological impact of these metals on the alga was investigated, in particular the physiological, metabolic and proteomic perturbations they induce.Altogether, these results unveiled some of the processes involved in silver and cobalt accumulation by C. actinabiotis.

La province du Katanga est connue pour ses affleurements naturels de roches riches en cuivre et en cobalt. Plus d’une centaine de « collines de cuivre », isolées géographiquement et écologiquement possèdent une flore très originale qui comprend plus de 600 espèces dont 32 endémiques. Les métallophytes du Katanga sont des plantes fascinantes aux points de vue écologique, biogéographique, physiologique et évolutif. Elles restent très peu étudiées et leur conservation est très problématique compte tenu de l’extension des activités minières. L’objectif général de la thèse est de contribuer à une meilleure connaissance des métallophytes du Katanga, dans une perspective explicite de conservation de leur biodiversité.<p>Dans ce contexte, la thèse représente une des toutes premières approches de la biologie et l’écologie des populations de deux métallophytes apparentées. L’objectif est de préciser la distribution et la niche des deux taxons, et la variation de leur capacité d’accumuler et de tolérer les métaux lourds. Les résultats sont utilisés pour discuter la valeur conservatoire des cuprophytes du Katanga, leur vulnérabilité et envisager des stratégies de conservation. <p><p>Nous avons montré que les sols des affleurements de roche cuprocobaltifère se distinguer édaphiquement d’autres types de sols métallifères dans le monde. La révision phytogéographique et taxonomique a permis de valider 32 taxons endémiques et de mettre en évidence 23 couples de cuprophytes étroitement apparentés. La proportion élevée de couples de cuprophytes apparentés nous laisse suggérer que des événements de spéciation auraient existés au sein même des habitats cuprifères. Un isolement écologique pourrait s’exercer au niveau des zones les plus riches en cuivre. Ces couples d’espèces cuprophytes constitueraient un outil de recherche idéal pour l’étude de la spéciation. <p>Les propriétés hyperaccumulatrices de certaines espèces ont été exagérées, sans doute par suite de problèmes méthodologiques. L’accumulation du Cu ne se produit que dans des conditions édaphiques particulières, très difficiles à obtenir en culture. Cependant, nous avons montré que C. tenuis et C. perennis étaient hautement tolérantes au cuivre. Chez ces deux espèces, le cuivre provoquait une augmentation des performances de certaines populations métallicoles en milieux stérile. Ces populations posséderaient des besoins élevés en cuivre. Dans ce cas, la cuprophilie apparente de l’espèce in natura pourrait être expliquée par un coût de la tolérance au cuivre. Cette cuprophilie semble être un phénomène rare chez les espèces tolérantes au cuivre et confère ainsi à C. perennis et C. tenuis une valeur biologique remarquable. <p>Actuellement, parmi les 32 taxons endémiques stricts des habitats cuprifères du Katanga, 6% sont éteints (EX), 73% sont en danger critique d’extinction (CR), 9% sont en danger d’extinction (EN) et 3% sont vulnérables (VU). De plus, 18 taxons présentant une affinité particulièrement élevée pour les sols cuprifères, sans y être totalement confinés (fréquence sur Cu > 75%) sont réellement menacés d’extinction (22 % EN et 78% VU). Néanmoins, 18 % de ces endémiques menacées sont capables de coloniser les habitats métallifères anthropogènes. Comme C. perennis, certaines endémiques se développaient uniquement sur des sols perturbés par l’activité minière. C. tenuis possède aussi son optimum écologique sur les sols anthropogènes cuprifères. Cela indique que certaines espèces de la flore du cuivre du Katanga considérées en danger critique d’extinction sont en fait moins menacées parce qu’elles sont en mesure de se développer sur les habitats anthropogènes métallifères. L’exploitation minière est toujours destructive mais les habitats anthropogènes récents semblent avoir une valeur de conservation pour certains métallophytes rares. Une partie des déchets de l’exploitation minière et les sols contaminés pourraient être gérés de manière à fournir des habitats artificiels pour la colonisation ou la conservation ex situ de ces espèces. Dans la discussion, nous examinons les stratégies de conservation de ces espèces. <p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished