Les bassins d’infiltration sont de plus en plus utilisés en milieux urbains pour la réduction des eaux de ruissellement et la recharge des nappes phréatiques. Toutefois, leur fonctionnement est souvent affecté par des problèmes de colmatage, physiques, chimiques et/ou biologiques, qui conduisent à une diminution des capacités d’infiltration et à une altération potentielle de la qualité des eaux infiltrées. Aussi, la prévention de ce risque devient-elle un enjeu majeur pour garantir la pérennité des ouvrages d’infiltration et la qualité des eaux infiltrées. Si les mécanismes impliqués dans le colmatage sont décrits assez finement dans le cas des processus purement physiques ou géochimiques, les verrous scientifiques sont encore importants pour comprendre la contribution du compartiment biologique (biofilms, végétation, invertébrés). Ce travail de thèse avait ainsi pour objectif de quantifier l’influence du compartiment biologique sur les processus de colmatage et de décolmatage dans des bassins d’infiltration. Pour cela, il était composé de deux grands volets : (i) le premier visait à évaluer la contribution relative du biofilm et de l’accumulation de particules fines sur les paramètres hydrodynamiques du milieu poreux support d’infiltration, ceci dans 2 bassins aux caractéristiques contrastées, (ii) le second avait pour objectif d’évaluer les potentialités de processus écologiques (bioturbation, broutage, allélopathie) à décolmater les bassins par l’introduction de macro-organismes (invertébrés et macrophytes) en mésocosmes ou par encagements in situ. Les résultats ont mis en évidence le rôle déterminant de la composante phototrophe des biofilms sur la dégradation de perméabilité des supports d’infiltration. Un effet seuil de la biomasse phototrophe a été observé sur le rayon moyen des pores hydrauliquement fonctionnels, avec pour conséquences des effets non-linéaires sur la perméabilité. Face à ce colmatage biologique, les résultats obtenus en mésocosmes ont clairement montré que la présence de macrophytes tels que Vallisneria spiralis L. et Chara globularis L. permettait de réduire la biomasse algale par allélopathie. Par la suite, l'introduction par encagement dans un bassin d'infiltration de l’espèce V. spiralis a démontré sa potentialité à réduire le phénomène de colmatage en affectant la physiologie du biofilm algal. De plus, l'introduction du gastéropode aquatique Viviparus viviparus qui se nourrit directement du biofilm permettait de maintenir et même d’améliorer les capacités d’infiltration du bassin. Ces résultats offrent des perspectives intéressantes pour le développement futur de techniques d’ingénierie écologique dans la gestion et l’amélioration de la durée de vie des ouvrages d’infiltration. / Infiltration basins are increasingly used in urban areas for stormwater management or groundwater recharge. However, their functions are often affected by physical, chemical and / or biological clogging, leading to a decrease in infiltration rate and a potential alteration of infiltrated water quality. The prevention of clogging is therefore becoming a major challenge to ensure the sustainability of infiltration devices and the quality of infiltrated water. Although the mechanisms involved in clogging are accurately described for purely physical and geochemical processes, scientific obstacles still prevent from understanding the contribution of biological compartment (i.e. biofilms, vegetation, invertebrates). The aim of this work was to quantify the influence of biological compartment on clogging/unclogging processes in infiltration basins. It was divided in two objectives: (i) To assess the relative contribution of biofilm and fine particle accumulation on the hydrodynamic parameters of the porous media in two basins with contrasting characteristics. (ii) To assess the potential of ecological processes (bioturbation, grazing, allelopathy) to unclog the basins, by the introduction of macro-organisms (invertebrates and macrophytes) in mesocosms or in situ enclosures. Results highlighted the critical role of the phototrophic component of biofilms on the degradation of infiltration media permeability. A threshold effect of algal biomass was observed on the hydraulically functional pore size, with non-linear consequences on the permeability. Faced with this biological clogging, the results obtained with mesocosm experiments clearly showed that the presence of the macrophytes Vallisneria spiralis L. and Chara globularis L. could reduce algal biomass by allelopathy. The introduction of V. spiralis by enclosure in an infiltration basin then demonstrated its potential to reduce the clogging by affecting algal biofilm physiology. In addition, the introduction of the aquatic gastropod Viviparus viviparus, which feeds directly on the biofilm, allowed to maintain, and even improve, the infiltration capacity of the basin. These outcomes offer interesting perspectives for the future development of ecological engineering techniques, to manage and improve the lifetime of infiltration devices.

Dans un contexte mondial caractérisé par une crise systémique très complexe, il est évident qu'aux changements structurels (changements climatiques, pression croissante sur les ressources renouvelables, accroissement démographique), on a associé une crise économique dramatique dont les conséquences ne sont pas encore tout à fait prévisibles en termes d'aggravation de la pauvreté, de contraction des marchés internationaux et du crédit et des perspectives de développement. L'agriculture est ainsi confrontée à des défis décisifs, dont l'issue est incertaine, en particulier dans certaines régions du monde; les modèles de développement qui émergent sont différents et se projettent, d'un côté, dans un secteur agricole «familial» encore très fragile et, de l'autre, dans une agriculture de type «capitaliste» de plus en plus dominante. Cependant, dans un tel contexte de crise, il semble que d'autres nouvelles opportunités peuvent naître, bien que dans le long terme; la coupure qui s'est créée et la rupture des schémas ont révélé la vulnérabilité des systèmes agricoles et agroalimentaires en plaçant en premier plan l'exigence d'innovation et de remise en question des modèles de développement. Dans un contexte de grande incertitude, selon les variations des valeurs et des normes à la base des sociétés, ces dernières doivent se montrer créatives et réinventer les modalités de production, de transformation et de distribution des produits agricoles dans une perspective à long terme qui tienne en compte des territoires et des communautés qui y vivent, tout en focalisant l'attention sur le concept de durabilité. En ce qui concerne le développement durable, les différents systèmes agricoles et agroalimentaires ont déplacé leur intérêt vers une perspective agroécologique, en soutenant les systèmes alimentaires locaux. Ceux-ci évoluent en parallèle, en concurrence ou en complémentarité avec les systèmes de production dominants, et prennent des formes différentes selon qu'ils viennent de pays où l'agriculture est à un taux élevé de consommation de capital, d'intrants chimiques et d'énergie fossile, ou de pays où l'accès à ces ressources est insuffisant et, par conséquent, la productivité du travail est faible. Au niveau mondial, il est essentiel de développer une prise de conscience majeure sur l'existence de ces systèmes innovants, de capitaliser ces expériences, dont certaines à l'état embryonnaire, et de faire ressortir un nouveau paradigme conceptuel de développement dans l'agriculture, qui ne soit pas uniquement du point de vue de la technologie et de l'organisation. Il faut s'interroger sur le degré des connaissances nécessaires pour promouvoir le développement durable, remettre en question la primauté de la connaissance scientifique par rapport aux autres types de connaissances et créer de nouveaux liens entre la recherche, les acteurs économiques, les acteurs de la société civile et les décideurs politiques. C'est dans cette perspective que la recherche agricole joue un rôle de premier plan dans la voie de l'innovation, sachant que l'agriculture ne doit plus exercer un rôle uniquement de production, mais d'interaction complexe avec l'environnement et la société dans son ensemble. Dans un débat scientifique qui s'anime de plus en plus, grâce aussi à l'ouverture imminente de l'Expo 2015 à Milan, on veut souligner le rôle que, dans ce processus d'innovation, chaque acteur peut jouer, ainsi que la caractérisation des facteurs qui déterminent les innovations mêmes, dans un contraste et une comparaison de positions sur les processus innovants réellement nécessaires pour le développement durable. Ce travail de thèse vise à enquêter sur certains aspects de l'innovation dans l'agriculture et à fournir également des points de réflexion en ce qui concerne le rôle que l'agriculture peut jouer dans le cheminement vers un développement réel des communautés rurales, qui vivent dans des territoires où l'agriculture même trouve sa raison d'être. / In a global context characterized by a systemic and multi-faceted crisis, it is clear that the changes that could be defined structural and continuous (climate change, increasing pressure on renewable resources, population growth) are associated with a dramatic economic crisis whose consequences are still not entirely predictable in terms of deepening poverty, contraction of international markets, credit crunch and prospects for development. In this context, agriculture is facing decisive challenges, of uncertain outcome, especially in some regions of the world; the development patterns that emerge are different and are combined, on the one hand, in an agricultural sector "family" still very fragile and, on the other hand, in a capitalist-like farming more and more dominant. However, just by the crisis situation mentioned, it seems that new opportunities can be born, although in the long run; the rift that has arisen and the breaking of the schemes have revealed the vulnerability of agricultural and agro-food systems placing its focus on the need for innovation and on questioning the development models. In a context and in a time of enormous uncertainty, varying the values and norms underlying the society, they must show creative and reinvent the way of producing, processing and distribution of agricultural products in the long period that takes into account the territories and the communities that live there, all focusing attention on the concept of sustainability. In the framework of sustainable development, different farming and agro-food systems moved in an agro-ecological perspective, promoting local food systems. These ones are evolving in parallel, in competition or in complementarity with the dominant production systems, and take different forms depending on whether they themselves emerge in countries where agriculture is at high rate of capital consumption, chemical inputs and fossil energy, or in those countries where the access to such resources is scarce and, consequently, the labor productivity is low. At a global level, it is essential to increase the awareness of the existence of such innovative systems, to capitalize on these experiences, some of which in the embryo, and to bring out a new conceptual paradigm of development in agriculture, all this not only in a technological and organizational perspective. It is necessary to wonder about the state of knowledge necessary to promote sustainable development, calling into question the primacy of scientific knowledge in relation to other types of knowledge and creating new links between research, economic actors, civil society actors and policy makers. Accordingly, it is the agricultural research to play a leading role on the path to innovation, with the understanding that agriculture is no longer called to exercise only a purely productive role, but of complex interactions with the environment and with society as a whole. In a scientific debate that becomes increasingly lively, also thanks to the imminent opening of the event Expo 2015 in Milan, the role is highlighted that, in this process of innovation, each actor can play as well as the characterization of the factors that determine the innovations themselves, in a contrast and comparison of positions on which are the innovative processes really needed and useful for sustainable development. Without any claim of being exhaustive, the present work aims at investigating some aspects of innovation in agriculture and at providing some food for thought about the role that it can play in the journey towards a real development of rural communities , those who live in the territories where agriculture itself finds its “raison d'etre”.

Ce travail a étudié deux approches différentes pour optimiser la réduction biologique des sulfates: la première approche consisté à élaborer une stratégie de contrôle de processus pour optimiser l'ajout d'un donneur d'électrons et la deuxième à vérifier la pertinence de l'utilisation d'une source de carbone bon marché, à savoir, le méthane. Une stratégie de contrôle de l'apport du donneur d'électron en se basant sur le suivi de la charge organique a été mis en place. Des conditions d'abondance et de famine ont été appliquées à un bioréacteur à bactéries sulfato-réductrices (BSR) pour stimuler les dynamiques du processus. Ces conditions d'abondance/famine ont donné lieu à l'accumulation de carbone et également de soufre élémentaire (composants de stockage de biomasse réductrice de sulfate). Cette étude a montré que les retards dans le temps de réponse et un gain de commande élevé peuvent être considérés comme les facteurs les plus critiques affectant l'application d'une stratégie de contrôle de sulfure dans des bioréacteurs à BSR. L'allongement du temps de réponse est expliqué par l'induction de différentes voies métaboliques au sein des communautés microbienne des boues anaérobies, notamment par l'accumulation de sous produits de stockage. Le polyhydroxybutyrate (PHB) et les sulfates ont été retrouvés accumulés par la biomasse présente dans le bioréacteur à lit fluidisé inverse utilisé pour cette étude et donc ils ont été considérés comme les produits majoritaires de stockage par les BSR. Sur cette base, un modèle mathématique a été développé, qui montre un bon compromis entre les données expérimentales et simulées, et confirme donc le rôle clé des processus d'accumulation. Afin de comprendre les voies métaboliques impliquées dans l'oxydation anaérobie du méthane couplé à la réduction des sulfates (AOM-SR), différents donneurs et accepteurs d'électrons ont été ajoutés au cours de test d'incubations in vitro visant à enrichir la communauté microbienne impliqué dans l'AOM-SR à haute pression avec plusieurs co-substrats. L'AOM-SR est stimulée par l'addition de l'acétate ce qui n'a pas été rapporté pour d'autres communautés impliqué dans l'AOM-SR. En outre, l'acétate a été généré dans le test de contrôle résultant probablement de la réduction de CO2. Ces résultats renforcent l'hypothèse que l'acétate peut servir d'intermédiaire dans le processus de l'AOM-SR, au moins pour certains groupes de archées anaérobie méthanotrophe (ANME) et les bactéries sulfato-réductrices / This work investigated two different approaches to optimize biological sulphate reduction: to develop a process control strategy to optimize the input of an electron donor and the applicability of a cheap carbon source, i.e., methane. For the design of a control strategy that uses the organic loading rate (OLR) as control input, feast and famine behaviour conditions were applied to a sulphate reducing bioreactor to excite the dynamics of the process. Such feast/famine regimes were shown to induce the accumulation of carbon, and possibly sulphur, storage compounds in the sulphate reducing biomass. This study showed that delays in the response time and a high control gain can be considered as the most critical factors affecting the application of a sulphide control strategy in bioreactors. The delays are caused by the induction of different metabolic pathways in the anaerobic sludge including the accumulation of storage products. Polyhydroxybutyrate (PHB) and sulphate were found to accumulate in the biomass present in the inversed fluidized bed used in this study, and consequently, they were considered to be the main storage compounds used by SRB. On this basis a mathematical model was developed which showed a good fit between experimental and simulated data giving further support to key role of accumulation processes. In order to understand the microbial pathways in the anaerobic oxidation of methane coupled to sulphate reduction (AOM-SR) diverse potential electron donors and acceptors were added to in vitro incubations of an AOM-SR enrichment at high pressure with several co-substrates. The AOM-SR is stimulated by the addition of acetate which has not been reported for any other AOM-SR performing communities. In addition, acetate was formed in the control group probably resulting from the reduction of CO2. These results support the hypothesis that acetate may serve as an intermediate in the AOM-SR process, at least in some groups of anaerobic methanotrophs (ANME) and sulphate reducing bacteria

Au Québec, les coûts de chauffage représentent jusqu’à 30 % des coûts de production d’une serre. De ces coûts de chauffage, de 13 à 18 % sont nécessaire pour refroidir et déshumidifier la serre (de Halleux et Gauthier, 1997). La méthode traditionnelle de refroidissement et de déshumidification (R/D) utilisée dans une serre est la ventilation-chauffage, qui consiste à remplacer une partie de l’air chaud et humide de la serre par de l’air froid et sec de l’extérieur. Cette méthode limite toutefois l’injection de dioxyde de carbone (CO2). L’objectif du projet est de maintenir les consignes optimales de température et d’humidité dans une serre de tomates biologiques cultivées en plein sol, afin de produire en serre semi-fermée et conserver un taux élevé en CO2 pour stimuler la photosynthèse. Pour ce faire, deux méthodes expérimentales de R/D ont été mises à l’essai. La première méthode étudiée est la R/D par condensation de la vapeur d’eau sur un échangeur de chaleur eau-air. La seconde méthode étudiée est la R/D par condensation de la vapeur d’eau sur un rideau d’eau. Les deux méthodes expérimentales de R/D ont permis de maintenir les températures désirées dans la serre tout en maintenant les volets de la serre en position semi-fermée, ce qui a permis de maintenir des concentrations en CO2 significativement différentes dans la serre comparativement à la méthode de R/D par ventilation naturelle.

Les pollinisateurs sont importants pour la biodiversité, en plus de fournir des services écosystémiques essentiels à plusieurs cultures agricoles et autres espèces végétales à l'échelle mondiale. Les pollinisateurs sauvages et domestiques (dont Apis mellifera) ont subi d'importantes pertes récentes en raison de l'utilisation de pesticides. Il est urgent de trouver des alternatives aux effets néfastes de la clothianidine (une molécule de la famille des Néonicotinoïdes) sur la santé des abeilles, car elle persiste dans l'environnement et agit sur la santé des abeilles et leur microbiote intestinal. L'objectif principal de cette thèse était double : (1) de mettre en évidence un outil de biosurveillance des colonies d'abeilles basé sur des biomarqueurs microbiens qui sont sensibles à des concentrations sous-létales de la clothianidine, un composé de la famille des néonicotinoïdes et (2) de mettre en place une formulation d'un supplément probiotique composé de symbiotes clés endogènes de l'Abeille qui aiderait à la restauration des propriétés métaboliques et protectrices de la flore intestinale de l'Abeille en réponse à une exposition à la clothianidine. Les connaissances acquises dans le cadre de cette recherche sur l'influence d'un gradient de concentrations de clothianidine sur (1) les interactions d'activité entre les membres cœur et non cœur du microbiote intestinal d'Apis mellifera, (2) y compris les souches opportunistes potentielles, (3) ainsi qu'un lien possible entre le pesticide clothianidine et une perturbation de l'axe microbiote-immunité sont sans précédent. Nos résultats montrent que le degré de dysbiose du microbiote intestinal dépend à la fois (1) de l'intensité de l'exposition de l'Abeille domestique aux xénobiotiques ainsi que (2) de la section de son intestin. Nous avons également mis en évidence l'importance des réseaux d'interaction d'activité au sein du microbiote pour mesurer l'impact de l'exposition aux pesticides sur la dynamique d'une communauté bactérienne de microbiome. Grâce aux réseaux d'interactions et à leur caractérisation (paramètres topologiques), cette thèse a mis en évidence le rôle crucial des taxas de faible activité fonctionnelle en leur suggérant un statut d'espèces clés de voute du microbiote intestinal de l'Abeille, et ce dans des sections intestinales bien spécifiques. Nos résultats exposent également un point de vue unique de l'implication des micro-organismes endogènes de l'Abeille mellifère dans (1) la réduction de l'impact nocif de la clothianidine sur la santé des colonies et (2) dans la restauration d'un microbiote intestinal stable. L'utilisation de microorganismes probiotiques dans la supplémentation alimentaire de l'Abeille domestique est une stratégie viable de gestion des ruches pour réduire l'impact négatif des xénobiotiques sous-létaux sur les colonies. / Pollinators are one of the most important components of global biodiversity that provide essential ecosystem services to cultivated crops and wild plant species worldwide. Wild and domesticated pollinators (including Apis mellifera) have experienced important recent losses. Globally, pesticides are increasing the mortality rate among honeybees (Apis mellifera). Is is now well-established that immune responses and insect behaviour are both influenced by the gut flora. There is a pressing need to find ways to alleviate the impact of pesticides, such as to clothianidin (Neonicotinoid molecule), that have detrimental effects on honeybee health and persists in the environment. The primary objective of this thesis was to highlight (1) a biomonitoring tool for bee colonies based on microbial biomarkers that are sensitive to sub-lethal levels of neonicotinoid family compounds and (2) a formulation of a probiotic supplement composed of key bee symbionts that would aid in the restoration of the bee's intestinal flora's metabolic and protective properties following neonicotinoid exposure. This novel research provided unprecedented information gained on the influence of clothianidin gradients on (1) the activity interactions between core and non-core members of the intestinal microbiota of Apis mellifera, (2) including potential opportunistic strains, and (3) the possible link between clothianidin pesticide and disturbance of the microbiota–immunity axis. Our findings imply how the degree of dysbiosis in the gut microbiota is dependent on both the intensity of xenobiotic exposure and the honeybee gut microbial section. Also, we highlighted the importance of activity interaction networks that appear to be a useful method for measuring the impact of pesticide exposure on a microbiome bacterial community dynamic. Interaction networks and their characterization (topological parameters) highlighted the crucial role of taxa of low functional activity by suggesting their status as keystone species of the honeybee intestinal microbiota, and this in specific intestinal sections. Our findings give a unique viewpoint on the involvement of honeybee endogenous microorganisms in (1) reducing the harmful impact of clothianidin on the health of honeybee colonies and (2) in restoring a stable honeybee gut microbiota. Using probiotic microorganisms in honeybee diets is a viable hive management strategy for reducing the negative impact of sublethal clothianidin concentrations and surely other environmental xenobiotics on honeybee colonies.

Encore aujourd'hui, l’expression de protéines recombinantes dans les cellules de mammifères se fait principalement par transfection d’acides nucléiques codant pour cette protéine. Or, une alternative, la livraison directe de protéines, suscite un intérêt grandissant depuis près de trente ans, avec la découverte de séquences peptidiques ayant la capacité de pénétrer les cellules et de déstabiliser les membranes. Ainsi, des stratégies de livraison de protéines employant ces peptides se sont détachées des systèmes synthétiques tels que les polymères et les lipides cationiques. Parmi ces peptides, on retrouve notamment, d’une part, les peptides de pénétration cellulaire (Cell Penetrating Peptides - CPP) qui sont capables d’amener une protéine liée dans la cellule par endocytose, mais peinent à franchir la barrière endosomale ; d'autre part, des peptides de fuite des endosomes (Endosomal Leakage Domains - ELD), permettant de déjouer ce goulot d’étranglement de la livraison. Cette thèse s'intéresse principalement à l’étude de la livraison de protéines via la combinaison de CPP et d’ELD. Une avenue d'intérêt qui a été identifiée consiste à co-incuber les cellules avec différentes combinaisons d'un mélange de ces peptides avec la protéine à livrer, sans liaison covalente. Ainsi, les peptides CPP-ELDs ont permis de livrer la protéine fluorescente GFP seule, mais aussi la GFP fusionnée à un domaine d’importation nucléaire qui a pu rejoindre le noyau de divers types cellulaires. En particulier, le peptide 6His-CM18-PTD4 a été particulièrement investigué pour la livraison de diverses protéines d’intérêt. 6His-CM18-PTD4 a permis la livraison du facteur de transcription HoxB4 ainsi que des nucléases Cas9 et Cpf1 pour réaliser leur fonction d’édition génomique. Les propriétés et mécanismes de livraison des CPP-ELDs ont été étudiés. Ainsi, des mécanismes d’endocytose et de translocation directe vers le cytoplasme ont été identifiés et étudiés. La répartition entre ces voies d’entrée cellulaire peut varier suivant la nature du peptide CPP-ELD ou de divers facteurs de livraison tels que sa concentration. Globalement, les mécanismes de livraison ont été étudiés par l’emploi de la protéine GFP et d’autres sondes fluorescentes (calcéine, FITC-dextranes). Les CPP-ELDs sont capables de livrer des molécules de petite taille (600 Da) jusqu’à des poids moléculaires importants (250 kDa). Cette capacité à livrer de grandes protéines a été validée par l’entrée cellulaire des nucléases Cas9 et Cpf1, ainsi que d’anticorps. L’analyse de la composition ainsi que des structures secondaires supposées a permis d’identifier des critères nécessaires pour l’efficacité de livraison dans les cellules de mammifères pour des applications de recherche et thérapeutiques. / The expression of proteins in mammalian cells is still today mostly done by transfection of nucleic acids coding for the protein. An alternative, the direct delivery of proteins, has roused a growing interest for the past thirty years, since the discovery of peptide sequences with the capacity to penetrate the cells and destabilize the membranes. Thereby, strategies of protein delivery associating these peptides to the cargo protein differentiate from synthetic systems like cationic polymers and lipids. Among these peptides are found Cell Penetrating Peptides (CPP), which are able to bring a linked protein to the cell by endocytosis, but lack to cross the endosomal barrier. We also find peptides, which permit the endosomal escape of a cargo, the Endosomal Leakage Domains (ELD), in order to evade this bottleneck. This thesis is interested in the study of protein delivery, by means of the combination of CPP and ELD. An identified way of interest consists in co-incubating the mammalian cells with different combinations of a mix of these peptides with the protein to be delivered, without covalent link. Thereby, the CPP-ELDs permitted the delivery of the GFP fluorescent protein alone, as well as the GFP in fusion with a nuclear localization domain, which was found in the nuclei of several cellular types. In particular, the 6His-CM18-PTD4 peptide has been notably investigated for the delivery of various proteins. It enabled the delivery of the HoxB4 transcription factor, as well as the Cas9 and Cpf1 nucleases to realize their genome editing function. The properties and mechanisms of CPP-ELDs have been studied. Therefore, the endocytosis mechanism and the direct translocation to the cytoplasm have been identified and studied. The balance between these cellular pathways can vary depending on the nature of the CPP and the ELD, and on the delivery factors such as the peptide concentration. Overall, the delivery mechanisms have been studied by using GFP protein, and other fluorescent probes (calcein and FITC-Dextrans). The CPP-ELDs are able to deliver small size molecules (600 Da) to molecules with high molecular weight (250 kDa). The capacity to deliver big proteins has been confirmed by the cellular entry of the Cas9 and Cpf1 nucleases, but also with antibodies. The analysis of the biochemical properties and assumed secondary structures allowed identifying several criteria required for the efficient delivery in mammalian cells, for discovery and therapeutic applications.

En agriculture biologique, peu de produits sont autorisés pour améliorer la croissance des plantes. Cette étude qualifie les éléments solubles d’extraits de compost (EC) sur la croissance du soya. En présence ou non d’aération, six composts ont macéré dans l’eau pendant 14 jours et caractérisé. Quatre EC ont été sélectionnés, fortifiés et vaporisés sur le feuillage du soya cultivé dans du sable et traité avec de l’eau ou une solution nutritive. Les éléments solubles des EC évoluent en fonction du temps, dont les nitrates qui diminuent en fonction de l’aération. La teneur en éléments minéraux des EC est optimale après 2 jours et sans aération. L’EC «Fumier de vers» a démontré une augmentation du développement, des biomasses, et du prélèvement en éléments minéraux du soya traité avec une solution nutritive. L’effet bénéfique de cet EC semble lié à des substances de croissance solubles, autres que les éléments minéraux solubles. / In organic agriculture, there are few certified products that can be used to favor plant growth. This study was conducted to determine the soluble compounds from water extract of compost (WEC) that could benefit soybean growth. In the presence or the absence of aeration, six composts were macerated into water up to 14 days. Following the characterization of WEC, four were selected, enriched and applied on foliage of soybean grown in sand and watered with a nutrient solution or water. Over time, most soluble mineral salts went into solution, but N could be lost trough denitrification. To enhance mineral contents and minimize N loss, WEC should be produced within two days. When treated with the nutrient solution, the water extract of vermicompost enhanced soybean development, biomasses, and plant mineral contents. This WEC appears to favor plant growth through the provision of soluble growth substances, other than soluble mineral elements.

Depuis des décennies, l’ingestion d'aliments contaminés par Listeria monocytogenes est le principal vecteur reconnu d’éclosions de listériose et de cas isolés recensés à travers le monde, conduisant à des risques importants de mortalité. La création d'un bio-assainisseur spécifique et naturel pour lutter contre ce pathogène représente une solution de contrôle mettant à profit la lutte biologique entre les listériaphages et leurs bactéries hôtes. Cette thèse de doctorat est divisée en deux volets : formuler un phagoassainisseur capable d'éradiquer L. monocytogenes infectant divers matériaux (acier inoxydable et polypropylène) et développer une technique de production de phages simple, efficace et sécuritaire favorisant leur utilisation à l'échelle industrielle. L'étude consistait d'abord à monter une banque de listériaphages à large spectre d'action et à étudier leur effet lorsqu'en contact avec différentes souches de Listeria. Diverses formulations de phagoassainisseurs à base de listériaphages (phages individuels, phages multiples et mélanges de phages et d'ammonium quaternaire) ont été élaborées, comparées et évaluées afin de sélectionner les combinaisons les plus efficaces. Les résultats obtenus ont démontré a posteriori que l'utilisation de listériaphages comme assainisseurs de surfaces solides est aussi efficace que l'emploi d'une solution de 20 ppm d'ammonium quaternaire. La méthode de production de phages par immobilisation de bactéries dans des billes d'alginate a permis des amplifications phagiques, via des Listeria incluses, comparables à l'utilisation de cellules libres comme substrat de production. Du fait que les phages ont la capacité de détruire les Listeria dans les aliments et sur les surfaces, leur production en continu pourrait donc renforcer leur utilisation dans le secteur agroalimentaire. La nécessité d’élaborer des formulations d’antimicrobiens à base de phages ainsi que des moyens de production applicables à une grande diversité de phages devient un enjeu incontournable puisque les preuves expérimentales de leur efficacité dans la lutte contre les bactéries pathogènes sont croissantes et les besoins, de plus en plus pressants. / For decades, ingestion of foods contaminated by Listeria monocytogenes has been known as the main vector of listeriosis outbreaks worldwide, with high risks of mortality. The design of a phage-based sanitizer against this specific bacterial pathogen would represent a unique and natural way to reduce the risk of food poisoning, thereby increasing food safety. This PhD thesis was subdivided in two objectives: the formulation of a bio-disinfectant able to eradicate L. monocytogenes on solid materials (such as stainless steel and polypropylene) and the development of a simple, safe and efficient listeriaphage production technique which could be used on an industrial scale. First, a bank of phages was collected and used to study their efficacy against a panel of diverse Listeria strains. Then, phago-sanitizers with listeriaphages were formulated, compared and evaluated (individually, in phage cocktails and in phage/quatal mixtures) in order to select the most efficient combinations. The results showed that using listeriaphages as solid surface sanitizers was as efficient as using a 20 ppm solution of quaternary ammonium compound. Finally, a production technique by cellular immobilization of host bacteria in alginate beads was developed foreseeing an industrial production of phagosanitizers. The amplification of listeriaphages mediated by bead-immobilized Listeria cells has been at least as efficient as the utilization of free cells as a production substrate. This method offers multiple advantages, including the possibility of continuous production. The listeriaphages capacity to eradicate Listeria populations in foods and on working surfaces, as well as the possibility to produce them in a continuous way, could encourage their utilization, especially in the food industry. The knowledge gain in this work could be applied to other phages as well as other fields related to human and animal health.

Les pollinisateurs sont importants pour la biodiversité, en plus de fournir des services écosystémiques essentiels à plusieurs cultures agricoles et autres espèces végétales à l'échelle mondiale. Les pollinisateurs sauvages et domestiques (dont Apis mellifera) ont subi d'importantes pertes récentes en raison de l'utilisation de pesticides. Il est urgent de trouver des alternatives aux effets néfastes de la clothianidine (une molécule de la famille des Néonicotinoïdes) sur la santé des abeilles, car elle persiste dans l'environnement et agit sur la santé des abeilles et leur microbiote intestinal. L'objectif principal de cette thèse était double : (1) de mettre en évidence un outil de biosurveillance des colonies d'abeilles basé sur des biomarqueurs microbiens qui sont sensibles à des concentrations sous-létales de la clothianidine, un composé de la famille des néonicotinoïdes et (2) de mettre en place une formulation d'un supplément probiotique composé de symbiotes clés endogènes de l'Abeille qui aiderait à la restauration des propriétés métaboliques et protectrices de la flore intestinale de l'Abeille en réponse à une exposition à la clothianidine. Les connaissances acquises dans le cadre de cette recherche sur l'influence d'un gradient de concentrations de clothianidine sur (1) les interactions d'activité entre les membres coeur et non coeur du microbiote intestinal d'Apis mellifera, (2) y compris les souches opportunistes potentielles, (3) ainsi qu'un lien possible entre le pesticide clothianidine et une perturbation de l'axe microbioteimmunité sont sans précédent. Nos résultats montrent que le degré de dysbiose du microbiote intestinal dépend à la fois (1) de l'intensité de l'exposition de l'Abeille domestique aux xénobiotiques ainsi que (2) de la section de son intestin. Nous avons également mis en évidence l'importance des réseaux d'interaction d'activité au sein du microbiote pour mesurer l'impact de l'exposition aux pesticides sur la dynamique d'une communauté bactérienne de microbiome. Grâce aux réseaux d'interactions et à leur caractérisation (paramètres topologiques), cette thèse a mis en évidence le rôle crucial des taxas de faible activité fonctionnelle en leur suggérant un statut d'espèces clés de voute du microbiote intestinal de l'Abeille, et ce dans des sections intestinales bien spécifiques. Nos résultats exposent également un point de vue unique de l'implication des micro-organismes endogènes de l'Abeille mellifère dans (1) la réduction de l'impact nocif de la clothianidine sur la santé des colonies et (2) dans la restauration d'un microbiote intestinal stable. L'utilisation de microorganismes probiotiques dans la supplémentation alimentaire de l'Abeille domestique est une stratégie viable de gestion des ruches pour réduire l'impact négatif des xénobiotiques sous-létaux sur les colonies. / Pollinators are one of the most important components of global biodiversity that provide essential ecosystem services to cultivated crops and wild plant species worldwide. Wild and domesticated pollinators (including Apis mellifera) have experienced important recent losses. Globally, pesticides are increasing the mortality rate among honeybees (Apis mellifera). Is is now well-established that immune responses and insect behaviour are both influenced by the gut flora. There is a pressing need to find ways to alleviate the impact of pesticides, such as to clothianidin (Neonicotinoid molecule), that have detrimental effects on honeybee health and persists in the environment. The primary objective of this thesis was to highlight (1) a biomonitoring tool for bee colonies based on microbial biomarkers that are sensitive to sub-lethal levels of neonicotinoid family compounds and (2) a formulation of a probiotic supplement composed of key bee symbionts that would aid in the restoration of the bee's intestinal flora's metabolic and protective properties following neonicotinoid exposure. This novel research provided unprecedented information gained on the influence of clothianidin gradients on (1) the activity interactions between core and non-core members of the intestinal microbiota of Apis mellifera, (2) including potential opportunistic strains, and (3) the possible link between clothianidin pesticide and disturbance of the microbiota–immunity axis. Our findings imply how the degree of dysbiosis in the gut microbiota is dependent on both the intensity of xenobiotic exposure and the honeybee gut microbial section. Also, we highlighted the importance of activity interaction networks that appear to be a useful method for measuring the impact of pesticide exposure on a microbiome bacterial community dynamic. Interaction networks and their characterization (topological parameters) highlighted the crucial role of taxa of low functional activity by suggesting their status as keystone species of the honeybee intestinal microbiota, and this in specific intestinal sections. Our findings give a unique viewpoint on the involvement of honeybee endogenous microorganisms in (1) reducing the harmful impact of clothianidin on the health of honeybee colonies and (2) in restoring a stable honeybee gut microbiota. Using probiotic microorganisms in honeybee diets is a viable hive management strategy for reducing the negative impact of sublethal clothianidin concentrations and surely other environmental xenobiotics on honeybee colonies.

Titre de l'écran-titre (visionné le 22 janvier 2024) / Les sulfures aurifères réfractaires nécessitent un prétraitement afin d'augmenter le taux de récupération de l'or par la technique de cyanuration ou par d'autres techniques de mise en solution des métaux précieux. Différentes options de prétraitement peuvent être utilisées pour favoriser l'accès au cyanure vers les grains d'or. Dans ce projet de doctorat, un procédé de bio-oxydation a été utilisé pour pré-oxyder un concentré de sulfures aurifère réfractaires obtenu par la flottation d'un minerai d'or de la mine Betsiaka située au Nord de Madagascar. La taille des particules est l'un des paramètres clés pour augmenter l'efficacité de l'oxydation bactérienne. La première partie de cette recherche avait pour but d'améliorer la bio-oxydation par voie physique, en réduisant la taille des particules de sulfures soumises au traitement bactérien. Trois dimensions de grains de sulfures (D₈₀: 75 μm, 38 μm, et 12 μm) ont été considérées avec deux densités de la pulpe de 10 % et 20 % de solides. Une culture mixte des bactéries Acidithiobacillus ferrooxidans et Acidithiobacillus thiooxidans a été utilisée pour oxyder les sulfures, composés principalement de pyrite. Le temps de séjour de la pulpe dans le bioréacteur a été fixé à 14 jours, suivi d'essais de cyanuration de 48 h des sulfures bio-oxydés. Les meilleurs rendements de dissolution de l'or après la cyanuration des résidus bio-oxydés étaient de 91 % pour le résidu contenant 20 % de solides avec les particules ayant une D₈₀ de 12 μm. Ce rendement est 20 % supérieur à la cyanuration directe sans pré-oxydation bactérienne. Le pré-traitement par oxydation bactérienne génère inévitablement la production de lixiviats acides concentrés en métaux. Ces effluents doivent être traités avant leur réutilisation. La deuxième partie de cette recherche portait sur le traitement des biolixiviats en vue de leur réutilisation dans le procédé de bio-oxydation. Cette réutilisation permet de réduire à la fois la consommation d'eau et des nutriments nécessaires pour les microorganismes. Après deux tests de réutilisation des biolixiviats dans de nouveaux cycles de bio-oxydation, les résultats ont montré que ces biolixiviats réutilisés pouvaient réduire les besoins en azote et en phosphore de 40 % et 36 %, respectivement, avec une étape de bio-oxydation de 14 jours dans un bioréacteur de type cuve agitée. Des tests de cyanuration ont été faits après les deux boucles de recirculation du biolixiviat et le taux de récupération de l'or est resté inchangé à 90 %. Aussi, la réutilisation du biolixiviat a permis d'augmenter les taux de solubilisation des autres métaux présents dans le concentré de sulfures. Ainsi, les rendements de solubilisation du cuivre (concentration initiale de 3 587 mg/kg) et du zinc (concentration initiale de 27 315 mg/kg) sont passés respectivement de 14.8 % et 40.2 % à 37.5 % et 99.6 % après les deux boucles de recirculation du biolixiviat. Il a été affirmé que la chaîne complète de bio-oxydation représenterait des coûts d'investissement et d'exploitation moindres associés à son installation et sont connus pour être avantageux par rapport aux opérations conventionnelles. La troisième partie de cette recherche portait sur l'analyse technico-économique d'une chaîne complète du traitement de l'or à caractère réfractaire. Toutes les données générées à partir de plusieurs paramètres de base ont été utilisées pour développer un modèle technico-économique. Pour ce faire, le logiciel SuperPro Designer V.12.0 a été utilisé pour identifier le potentiel d'industrialisation du projet. Avec un capital total d'investissement (CTI) estimé à 220 M\$ et un coût d'exploitation estimé à 58.27 M\$/an, il est estimé qu'un revenu total de 78.48 M\$/an est réalisable. D'autres données économiques ont également été estimées, telles que la marge brute évaluée à 25.75 %, un retour sur investissement (ROI) de 15.82 %, une période de remboursement de 6.32 ans et un taux de rendement interne (IRR) de 9.55 %. L'ensemble de ce projet a une valeur actuelle nette (VAN) de 34.40 M\$ en considérant un taux d'intérêt de 7 % par an. Une analyse de sensibilité a également été réalisée afin d'évaluer l'effet de quelques paramètres opératoires et de marché sur la rentabilité du projet. Le prix de l'or s'est avéré le paramètre ayant le plus grand impact sur la profitabilité du projet. / Refractory auriferous sulfides require pretreatment to increase the gold recovery rate by the cyanidation technique or by other precious metal solution treatment techniques. Different pretreatment options can be used to promote cyanide access to the gold grains. In this doctoral project, a bio-oxidation process was used to pre-oxidize a concentrate of refractory auriferous sulfides obtained by the flotation of gold ore from the Betsiaka mine located in northern Madagascar. The first part of this research aimed to improve bio-oxidation by physical means, by reducing the size of the sulfide particles subjected to bacterial treatment. Three sizes of sulfide grains (D₈₀: 75 μm, 38 μm, and 12 μm) were considered with two pulp densities of 10 % and 20 % solids. A mixed culture of the bacteria Acidithiobacillus ferrooxidans and Acidithiobacillus thiooxidans was used to oxidize the sulfides, composed mainly of pyrite. The residence time of the pulp in the bioreactor was set at 14 days, followed by 48 h cyanidation tests of the bio-oxidized sulfides. The best gold dissolution efficiencies after cyanidation of bio-oxidized tailings were 91 % for the tailing containing 20 % solids with particles having a D₈₀ of 12 μm. This yield is 20 % higher than direct cyanidation without bacterial pre-oxidation. The pre-treatment by bacterial oxidation inevitably generates the production of acid leachates concentrated in metals. These effluents must be treated before their reuse. The second part of this research focused on the treatment of bioleachates with a view to their reuse in the bio-oxidation process. This reuse makes it possible to reduce both the consumption of water and of the nutrients necessary for the microorganisms. After two tests of reusing the bioleachates in new bio-oxidation cycles, the results showed that these reused bioleachates could reduce the nitrogen and phosphorus requirements by 40 % and 36 %, respectively, with a bio-oxidation step of 14 days in a stirred tank type bioreactor. Cyanidation tests were carried out after the two bioleachate recirculation loops and the gold recovery rate remained unchanged at 90 %. Also, the reuse of the bioleachate made it possible to increase the solubilization rates of the other metals present in the sulfide concentrate. Thus, the solubilization yields of copper (initial concentration of 3.587 mg/kg) and zinc (initial concentration of 27.315 mg/kg) increased respectively from 14.8 % and 40.2 % to 37.5 % and 99.6 % after the two bioleachate recirculation loops. The third part of this research focused on the technical and economic analysis of a complete refractory gold processing chain. All the data generated from several basic parameters was used to develop a techno-economic model. To do this, the SuperPro Designer V.12.0 software was used to identify the industrialization potential of the project. With an estimated total investment capital (TIC) of \$ 220 M and an estimated operating cost of \$ 58.27 M/year, it is estimated that a total revenue of \$ 78.48 M/year is achievable. Other economic data has also been estimated, such as the gross margin valued at 25.75 %, a return on investment (ROI) of 15.82 %, a pay- back period of 6.32 years and an internal rate of return (IRR) of 9.55 %. This entire project has a net present value (NPV) of \$ 34.40 M considering an interest rate of 7 % per year. A sensitivity analysis was also carried out to assess the effect of a few operating and market parameters on the profitability of the project. The price of gold proved to be the parameter having the greatest impact on the profitability of the project.