La vernadite est un phyllomanganate nanocristallin présentant un empilement de feuillets turbostratique, c'est à dire des fautes d'empilement aléatoire systématiques entre deux feuillets successifs. La présence de lacunes foliaires et/ou de manganèse hétérovalent dans le feuillet induit un déficit de charge compensé par la présence de cations interfoliaires hydratés. Ces caractéristiques confèrent à la vernadite des propriétés d'adsorption et/ou un potentiel redox à l'origine de sa réactivité dans l'Environnement, où, en tant que phase ubiquiste, elle joue un rôle majeur pour le devenir de nombreux polluants organiques et métalliques. Malgré ce rôle, sa structure et celle de son analogue delta-MnO2 sont encore mal connues car leur désordre structural ne permet pas d'utiliser les techniques classiques d'affinement. Nous avons donc appliqué une approche spécifique, couplée à des méthodes chimiques et des mesures spectroscopiques (EXAFS et XANES), pour déterminer la structure d'échantillons de delta-MnO2 et de vernadites produites par des champignons ainsi que l'origine de leur réactivité. Nous avons également montré que la structure de delta-MnO2 évolue en fonction des conditions de pH et avec le temps, avec un impact fort sur sa réactivité. Nous avons enfin déterminé les mécanismes d'adsorption de métaux modèles (Ni et Zn) sur delta-MnO2. L'adsorption se fait majoritairement à l'aplomb de lacunes foliaires, les mécanismes d'asorption dépendant de la structure initiale de delat-MnO2 et du métal.

Les crinoïdes sont bien connus pour leurs fossiles, mais la biominéralisation de leurs stades larvaires n’est que peu documentée. La première partie du projet présente le développement des ossicules des trois stades larvaires du comatule Florometra serratissima : doliolaria, cystidienne et pentacrinoïde. Les ossicules du crinoïde démontraient de la plasticité phénotypique et de la désynchronisation dans leur développement. Les crinoïdes étant la classe basale des échinodermes modernes, ceci porte à croire que ces traits étaient aussi caractéristiques des échinodermes ancestraux et auraient joué un rôle dans la radiation hâtive et la grande disparité des échinodermes. Pour notre deuxième étude, comme les patrons de morphologie des crinoïdes et des autres échinodermes sont nombreux et sont régulés par des protéines spécifiques, nous avons vérifié la présence de quatre familles de protéines de la matrice de spicules (SMAP) connues chez les oursins dans les transcriptomes des autres échinodermes et d’autres deutérostomes. La famille des spicules matrix (SM) et l’anhydrase carbonique CARA7LA étaient absentes chez tout autre organisme que les oursins, les protéines spécifiques au mésenchyme (MSP130) étaient présentes en nombres différents chez tous les ambulacraires suggérant de multiples duplications et pertes, et les métalloprotéases étaient nombreuses chez chacun. Le développement des ossicules chez les échinodermes est un sujet qui a gagné en popularité au cours des dernières décennies, spécialement chez les oursins, et inclure les crinoïdes dans ce type d’étude permettra de nous renseigner sur l’origine et l’évolution des échinodermes modernes. / While the fossil record of crinoids is widespread and largely known, biomineralization of their larval stages is poorly documented. The first part of the project focuses on the ossicle development of the three larval stages of the feather star Florometra serratissima: doliolaria, cystidean and pentacrinoid. The ossicles of the crinoid showed phenotypic plasticity and asynchronous development. Crinoids form the basal class of living echinoderms; this prompts one to believe that these traits were also characteristic of the ancestral echinoderms and would have played a role in the early radiation and large disparity of the modern echinoderms. For the second study, as patterns of morphology of crinoids and of other echinoderms are numerous and are regulated by specific proteins, we verified the presence of four families of spicule matrix associated proteins (SMAPs) known among sea urchins in transcriptomes of the other echinoderms and deuterostomes. The family of spicule matrix (SMs) proteins and the carbonic anhydrase CARA7LA were absent in any other organism aside from sea urchins, mesenchyme specific proteins (MSP130s) were present in varying numbers in all ambulacrarians suggesting multiple duplications and losses and matrix metalloproteases were numerous in every organisms. The development of ossicles in echinoderms is a topic that has gained popularity in the last decades, especially in sea urchins, and including crinoids in this type of study will inform us about the origin and evolution of the modern echinoderms.

La formation d’un squelette de CaCO3 par les coraux Scléractiniaires est à la base de l’édification des récifs coralliens. Nombre de ces coraux constructeurs de récif vivent en symbiose avec des Dinoflagellés photosynthétiques. Ces deux processus reposent sur le transport et l’utilisation de carbone inorganique (Ci) provenant de l’eau de mer pour la photosynthèse, et du métabolisme animal pour la calcification. Cette thèse s’est intéressée à l’étude moléculaire et physiologique des mécanismes, permettant l’utilisation de ce carbone inorganique.Malgré l’importance des transports de HCO3-, aucun transporteur n’a été caractérisé à cejour et leur implication dans la physiologie des coraux n’est que suggérée par la pharmacologie. Durant cette thèse nous avons cloné un gène codant pour un transporteur deHCO3- chez le corail Acropora sp. La conversion de ce HCO3- en CO2 pour la photosynthèse est facilitée par l’acidification de l’environnement proche du Dinoflagellé dans la cellule animale. Cette acidification est causée par une H+-ATPase de type P que nous avons caractérisée. Ce gène est le premier à montrer une expression dépendante de la vie en symbiose chez le symbiote.Nous avons aussi cloné et localisé deux anhydrases carboniques (AC). L’une impliquée dans la calcification et l’autre dans la régulation du pH intracellulaire et l’équilibre entre leCO2 et HCO3-. Une étude pharmacologique de ces deux AC, a identifié des molécules inhibitrices et activatrices qui ont permis des expériences de physiologie in vivo. Celles-ci permettent une analyse plus discriminante du rôle des AC dans la calcification. / Coral reefs edification is based on the formation of a calcium carbonate skeleton byscleractinian corals. Many of these reef-building corals establish a symbiotic association with photosynthetic Dinoflagellates. Both processes involve the transport and utilization of inorganic carbon (Ci) coming from seawater for photosynthesis, and from animal metabolismfor calcification. This work focused on the molecular and physiological study of poorlyknown mechanisms that allow the utilization of Ci.Despite the importance of bicarbonate transport, no transporter has been characterized and their role in coral physiology is only suggested by pharmacological experiments. We have cloned a gene encoding a bicarbonate transporter in the coral Acropora sp. The conversion of this bicarbonate into CO2 for photosynthesis is mediated by the acidification of the are asurrounding the Dinoflagellate in the animal cell. This is performed by a P type H+-ATPasethat we characterized here. This is the first gene with a symbiosis-dependent expression in the symbiont.This work also allowed the cloning and the localization of two carbonic anhydrases (CA).The first one is involved in calcification, the second one plays a role in the intracellular pHregulation and the CO2 / HCO3- equilibrium. A pharmacological study of these two enzymes identified inhibitor and activator compounds that have been then used in physiology experiments. This last approach represents a more accurate study of the role of CAs incalcification.

La production de perle de culture par l’huître perlière Pinctada margaritifera représente la seconde ressource économique après le tourisme en Polynésie Française. L’une des voies d’amélioration privilégiée de la qualité de production passe par la voie de la sélection génétique. Dans ce contexte, le déterminisme génétique des caractères d’intérêt perlicole et leurs variations à différentes échelles phénotypiques a été étudié. Les rôles respectifs de l’huître donneuse et de la receveuse, au travers de greffes expérimentales, ont révélées une corrélation positive entre les paramètres de croissance des coquilles de receveuses et la taille des perles, ainsi qu’un effet donneuse sur la qualité de la perle. Les analyses d'expressions de huit biomarqueurs de biominéralisation, codant des protéines des couches aragonitiques ou prismatiques, ont révélé une corrélation entre l’expression de ces gènes au niveau du sac perlier avec à la fois les paramètres de qualité des perles et de croissance des receveuses. L’âge de l’huître donneuse de greffon semble jouer un rôle déterminant aussi bien au niveau des phénotypes de la taille que pour le grade et les défauts de surface de la perle. Enfin, les valeurs d'héritabilité des phénotypes ont été estimées pour la première fois chez l'espèce, au travers de modèle animal utilisant des familles produites en écloserie. Globalement, les résultats montrent une transmission génétique linéaire et schématiquement on peut dire que les receveuses contrôlent principalement la croissance et la taille des perles, alors que les donneuses influencent leur qualité. / Cultured pearl production in the pearl oyster Pinctada margaritifera represents the second largest source of revenue after tourism, and it is the top export industry in French Polynesia. One of pearl farming industry’s greatest challenges is to “produce fewer but better pearls” through genetic improvement. To address this challenge, the genetic determinism of pearl quality traits and how they vary at different phenotypic scales was studied. The respective roles of donors and recipients was explored through uniform experimental grafts and revealed a positive correlation between recipient shell biometric parameters and pearl size, and a donor effect on pearl quality traits. Gene expression analyses of 8 biomineralisation biomarkers, encoding aragonitic and prismatic proteins, highlights a correlation between pearl sac gene expression with pearl quality traits and recipient shell biometric parameters. The age of the donor oyster also played a determining role with respect to the size phenotype and for grade and surface defects of the pearl. Finally, the heritability values of the phenotype were estimated for the first time for this species using an animal model on a family produced in a hatchery setting. Results show a linear genetic transmission and overall, suggest that the recipient oyster primarily controls the size of the pearls while the donor oyster influences the quality.

Pour bien comprendre comment les espèces actuelles ont évolué, il est important d’étudier certains groupes clés. Ces groupes clés sont parfois bien négligés au profit d’autres groupes apparentés. L’embranchement Hemichordata forme, avec Echinodermata, le clade Ambulacraria. Ce dernier, avec l’embranchement Chordata, forme le super-embranchement Deuterostomia. Parmi les deutérostomes, la classe d’hémichordé Enteropneusta est souvent considérée comme étant la plus ressemblante au dernier ancêtre commun des deutérostomes. Les entéropneustes partagent en effet plusieurs caractéristiques avec Chordata et Ambulacraria et en étudiant celles-ci on peut reconstruire et comprendre leurs états ancestraux. Dans le chapitre d’introduction, j’aborde la morphologie générale des hémichordés et leurs relations évolutives avec les deux autres embranchement deutérostomes. Je présente aussi les caractéristiques qu’ils partagent avec les échinodermes et les cordés. J’aborde ensuite les formes que prennent les parties dures chez les animaux et en particulier chez les deutérostomes. Dans le chapitre deux, j’examine et décris la forme et la composition chimique des osselets chez huit espèces d’hémichordé. Cette étude représente un énorme bond dans nos connaissances sur la biominéralisation chez les hémichordés, car jusqu’à présent les osselets n’avaient été décrits que chez deux espèces, et la composition chimique déterminée chez une seule d’entre elle. J’interprète également ces données dans un contexte évolutif, car les osselets d’hémichordé sont probablement homologues au squelette des échinodermes. Ce chapitre est important, car il nous donne une hypothèse sur l’origine des osselets chez le dernier ancêtre commun des ambulacraires. Dans le chapitre trois, je quantifie l’asymétrie dans les fentes pharyngiennes de populations de deux espèces d’entéropneustes et d’une espèce de cordé non-vertébré. En mettant ces différents nivaux de symétrie en parallèle avec leur comportement alimentaire, les résultats supportent l’hypothèse de l’alimentation par filtration comme rôle initial des fentes pharyngiennes chez les deutérostomes et que la perte de cette fonction induit du bruit développemental, une vestigialisation ou une perte des fentes branchiales. Dans le chapitre quatre, J’utilise la micro-tomographie aux rayons-X pour décrire une espèce d’hémichordé qui était jusqu’à présent un numen nudum. Cette nouvelle technique est comparée avec l’histologie traditionnelle afin de prouver qu’elle pourrait être utilisée dans les futures études taxonomiques sur les hémichordés. Dans le chapitre cinq, je présente quelques expériences qui ont dû être exclues des chapitres précédents car elles ont donné des résultats négatifs non-publiables. Je discute des raisons pour lesquelles ces expériences ont échoué ainsi que quelques pistes de solutions possibles pour qui voudrait tenter de les refaire. Ensuite je récapitule les résultats des chapitres précédents pour montrer comment étudier les hémichordés peut encore nous apprendre beaucoup sur d’autres groupes pourtant déjà très étudiés. / The phylum Hemichordata forms, with Echinodermata, the group Ambulacraria that in turns forms with Chordata, the Deuterostomia. Among deuterostomes, the hemichordate class Enteropneusta is often viewed as the group that most closely resembles the last common ancestor of deuterostomes. Enteropneusts indeed share many traits with the other two deuterostome phyla and by studying them, we can infer the ancestral states of those traits. In the first chapter, I present the general morphology of hemichordates and their relationships with the other two deuterostome phyla. I also discuss the shared traits between the hemichordates, the echinoderms and the chordates. Last, I present the varied shapes that hard parts can take in animals, with a focus on deuterostomes. In chapter two, I describe the shape and mineral composition of ossicles in eight enteropneust species. This study is a major leap in our understanding of biomineralization in Hemichordata since up to this point ossicles were only described in two species and the mineral composition determined for only one. I discuss these results in an evolutionary context since hemichordate ossicles are probably homologous with echinoderm skeletal ossicles. This chapter is significant because it provides a hypothesis on the origin of ossicles in the last common ancestor of ambulacrarians. In chapter three, I quantify the level of asymmetry of the pharyngeal slits in populations of two species of enteropneusts and the invertebrate cephalochordate Branchiostoma floridae. We found that adults of these species display fluctuating asymmetry in the gills and that this asymmetry is lower in filter feeding. This is significant because it supports the hypothesis that filter feeding is an ancestral feature of deuterostomes and that the loss of this function increases developmental noise, vestigiality, or loss of the gills. In chapter four, I use X-ray microtomography to describe the enteropneust Balanoglossus occidentalis that was heretofore a nomen nudum. This new technique is compared with traditional histology to show that it is a viable tool in hemichordate taxonomical studies. In chapter five, I present a few experiments that had to be excluded from the other chapters because they gave negative, unpublishable results. I discuss the probable causes of their failures and potential ways to solve these issues for those who would want to pursue them further. Finally, I summarise the results of the previous chapters to show how studying hemichordates can still teach us a lot about the origin and evolution of the better studied deuterostome phyla.

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours. / Gasification is today one of the most promising strategies to recover energy from waste. This thermo-chemical technology allows a 95% weight reduction of the input and generates inorganic inert ashes as well as a synthesis gas (syngas). Syngas is a gaseous fuel mainly composed of carbon monoxide (CO), hydrogen (H2) and carbon dioxide (CO2). Syngas can be burned to produce heat and electricity. It is also the building block of many high added- value products ranging from ethanol to ammonia and pure hydrogen. Downstream applications of syngas production will depend on its heating value, which is determined by its content in H2. Upgrading the H2 content in syngas is performed by the water-gas shift (WGS) reaction, widely utilized during methane reforming for hydrogen production. During the WGS reaction CO is converted to H2 and CO2 according to: CO + H2O → CO2 + H2. This process is achieved using a metallic catalyst in a heterogeneous gas-phase reaction with CO and steam. The WGS reaction has so far been reserved for large-scale gasification plants and requires high capital and operational expenditures. Hence, smaller scale plants that process low-grade materials (biomass, waste, sludge...), would not have access to such technology. The only possible outcome with the synthesis gas (syngas) produced and which generally has a poor heating value, is to generate heat or at best, electricity. In order to offer small plants access to the WGS reaction and to a higher range of products from their syngas, an alternative to the expensive and energy-intensive established catalyst-based WGS is here considered, such as extreme-thermophilic microbial processes carried out by hydrogenogens. The goal of this thesis was to use Carboxydothermus hydrogenoformans, a thermophilic carboxydotrophic hydrogenogenic bacterium as a biological catalyst for the WGS reaction. This was done by characterizing the impact of a growth-associated biomineralization phenomenon on H2 production and assessing the feasibility and limitations of using the strain in a bioreactor. First, characterization of the predominant inorganic phase when Carboxydothermus hydrogenoformans was inoculated in the DSMZ medium revealed the biomineralization of two crystalline CaP phases. The X-ray diffractometry peaks and Fourier transform infrared spectroscopy spectrum of this biphasic material consistently showed features characteristic of Mg-whitlockite, whereas transmission electron microscopy analysis showed the existence of hydroxyapatite-like nanorods crystals. In both cases, the mode of biomineralization appears to be biologically induced rather than biologically controlled. The impact of the endogenous CaP precipitate on CO mass transfer and H2 production was thus assessed and compared to a medium where no precipitation was observed. In the DSMZ medium, the apparent KLa (0.22 ±0.005 min-1) and H2 production yield (89.11 ±6.69%) were higher than the ones obtained in the modified medium (0.19 ±0.015 min-1 and 82.60 ±3.62% respectively). The presence of the precipitate had no impact on C. hydrogenoformans CO uptake. Overall, the CaP precipitate offers a novel strategy for gas-liquid mass transfer enhancement using CO hydrophobic properties. Second, the conversion of CO into H2 by C. hydrogenoformans was investigated and optimized in a 35 L gas-lift reactor. Upon all operational conditions, the ratio of gas recirculation over CO feed flow rates (QR:Qin) was the major parameter that impacted both biological activity and volumetric gas-liquid mass transfer. The CO conversion performance of the gas lift reactor was kinetically limited over a QR:Qin ratio of 40, and mass transfer limited below that ratio, resulting in a maximum conversion efficiency of 90.4±0.3% and a biological activity of 2.7±0.4 molCO· g–1VSS· day–1. Despite very promising results, CO conversion performance was limited by a low cell density, typical of C. hydrogenoformans planktonic growth. This limitation was found to be the most restrictive factor for higher CO loading rates. Results were compared to the performance of the strain inoculated in a hollow fiber membrane bioreactor where performance, despite the higher cell density and volumetric activity, was biokinetically limited, when not limited by gas–liquid mass transfer, membrane fouling and aging. To avoid any C. hydrogenoformans decay during potential CO shortages, growth of the bacterium on pyruvate as a sole carbon source was characterized. Interestingly, when grown simultaneously on pyruvate and CO, pyruvate consumption was initiated upon CO depletion. This was attributed to the inhibition of pyruvate oxidation by CO, making pyruvate the ideal candidate for an in-situ back-up system.

La gazéification est aujourd'hui l'une des stratégies les plus prometteuses pour valoriser les déchets en énergie. Cette technologie thermo-chimique permet une réduction de 95 % de la masse des intrants et génère des cendres inertes ainsi que du gaz de synthèse (syngaz). Le syngaz est un combustible gazeux composé principalement de monoxyde de carbone (CO), d'hydrogène (H2) et de dioxyde de carbone (CO2). Le syngaz peut être utilisé pour produire de la chaleur et de l'électricité. Il est également la pierre angulaire d'un grand nombre de produits à haute valeur ajoutée, allant de l'éthanol à l'ammoniac et l'hydrogène pur. Les applications en aval de la production de syngaz sont dictées par son pouvoir calorifique, lui-même dépendant de la teneur du gaz en H2. L’augmentation du contenu du syngaz en H2 est rendu possible par la conversion catalytique à la vapeur d’eau, largement répandu dans le cadre du reformage du méthane pour la production d'hydrogène. Au cours de cette réaction, le CO est converti en H2 et CO2 selon : CO + H2O → CO2 + H2. Ce processus est possible grâce à des catalyseurs métalliques mis en contact avec le CO et de la vapeur. La conversion catalytique à la vapeur d’eau a jusqu'ici été réservé pour de grandes installations industrielles car elle nécessite un capital et des charges d’exploitations très importantes. Par conséquent, les installations de plus petite échelle et traitant des intrants de faible qualité (biomasse, déchets, boues ...), n'ont pas accès à cette technologie. Ainsi, la seule utilisation de leur syngaz à faible pouvoir calorifique, est limitée à la génération de chaleur ou, tout au plus, d'électricité. Afin de permettre à ces installations une gamme d’application plus vaste de leurs syngaz, une alternative économique à base de catalyseur biologique est proposée par l’utilisation de bactéries hyperthermophiles hydrogénogènes. L'objectif de cette thèse est d'utiliser Carboxydothermus hydrogenoformans, une bactérie thermophile carboxydotrophe hydrogénogène comme catalyseur biologique pour la conversion du monoxyde de carbone en hydrogène. Pour cela, l’impact d'un phénomène de biominéralisation sur la production d’H2 a été étudié. Ensuite, la faisabilité et les limites de l’utilisation de la souche dans un bioréacteur ont été évaluées. Tout d'abord, la caractérisation de la phase inorganique prédominante lorsque C. hydrogenoformans est inoculé dans le milieu DSMZ, a révélé une biominéralisation de phosphate de calcium (CaP) cristallin en deux phases. L’analyse par diffraction des rayons X et spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier de ce matériau biphasique indique une signature caractéristique de la Mg-whitlockite, alors que les images obtenues par microscopie électronique à transmission ont montré l'existence de nanotiges cristallines s’apparentant à de l’hydroxyapatite. Dans les deux cas, le mode de biominéralisation semble être biologiquement induit plutôt que contrôlé. L'impact du précipité de CaP endogène sur le transfert de masse du CO et la production d’H2 a ensuite été étudié. Les résultats ont été comparés aux valeurs obtenues dans un milieu où aucune précipitation n'est observée. Dans le milieu DSMZ, le KLa apparent (0.22 ± 0.005 min-1) et le rendement de production d’H2 (89.11 ± 6.69 %) étaient plus élevés que ceux obtenus avec le milieu modifié (0.19 ± 0.015 min-1 et 82.60 ± 3.62% respectivement). La présence du précipité n'a eu aucune incidence sur l'activité microbienne. En somme, le précipité de CaP offre une nouvelle stratégie pour améliorer les performances de transfert de masse du CO en utilisant les propriétés hydrophobes de gaz. En second lieu, la conversion du CO en H2 par la souche Carboxydothermus hydrogenoformans fut étudiée et optimisée dans un réacteur gazosiphon de 35 L. Parmi toutes les conditions opérationnelles, le paramètre majeur fut le ratio du débit de recirculation du gaz sur le débit d'alimentation en CO (QR:Qin). Ce ratio impacte à la fois l'activité biologique et le taux de transfert de masse gaz-liquide. En effet, au dessus d’un ratio de 40, les performances de conversion du CO en H2 sont limitées par l’activité biologique alors qu’en dessous, elles sont limitées par le transfert de masse. Cela se concrétise par une efficacité de conversion maximale de 90.4 ± 0.3 % et une activité spécifique de 2.7 ± 0.4 molCO·g–1VSS·d–1. Malgré des résultats prometteurs, les performances du bioréacteur ont été limitées par une faible densité cellulaire, typique de la croissance planctonique de C. hydrogenoformans. Cette limite est le facteur le plus contraignant pour des taux de charge de CO plus élevés. Ces performances ont été comparées à celles obtenues dans un réacteur à fibres creuses (BRFC) inoculé par la souche. En dépit d’une densité cellulaire et d’une activité volumétrique plus élevées, les performances du BRFC à tout le moins cinétiquement limitées quand elles n’étaient pas impactées par le transfert de masse, l'encrassement et le vieillissement de la membrane. Afin de parer à la dégénérescence de C. hydrogenoformans en cas de pénurie de CO, la croissance de la bactérie sur pyruvate en tant que seule source de carbone a été également caractérisée. Fait intéressant, en présence simultanée de pyruvate et de CO, C. hydrogenoformans n’a amorcé la consommation de pyruvate qu’une fois le CO épuisé. Cela a été attribué à un mécanisme d'inhibition du métabolisme du pyruvate par le CO, faisant ainsi du pyruvate le candidat idéal pour un système in situ de secours. / Gasification is today one of the most promising strategies to recover energy from waste. This thermo-chemical technology allows a 95% weight reduction of the input and generates inorganic inert ashes as well as a synthesis gas (syngas). Syngas is a gaseous fuel mainly composed of carbon monoxide (CO), hydrogen (H2) and carbon dioxide (CO2). Syngas can be burned to produce heat and electricity. It is also the building block of many high added- value products ranging from ethanol to ammonia and pure hydrogen. Downstream applications of syngas production will depend on its heating value, which is determined by its content in H2. Upgrading the H2 content in syngas is performed by the water-gas shift (WGS) reaction, widely utilized during methane reforming for hydrogen production. During the WGS reaction CO is converted to H2 and CO2 according to: CO + H2O → CO2 + H2. This process is achieved using a metallic catalyst in a heterogeneous gas-phase reaction with CO and steam. The WGS reaction has so far been reserved for large-scale gasification plants and requires high capital and operational expenditures. Hence, smaller scale plants that process low-grade materials (biomass, waste, sludge...), would not have access to such technology. The only possible outcome with the synthesis gas (syngas) produced and which generally has a poor heating value, is to generate heat or at best, electricity. In order to offer small plants access to the WGS reaction and to a higher range of products from their syngas, an alternative to the expensive and energy-intensive established catalyst-based WGS is here considered, such as extreme-thermophilic microbial processes carried out by hydrogenogens. The goal of this thesis was to use Carboxydothermus hydrogenoformans, a thermophilic carboxydotrophic hydrogenogenic bacterium as a biological catalyst for the WGS reaction. This was done by characterizing the impact of a growth-associated biomineralization phenomenon on H2 production and assessing the feasibility and limitations of using the strain in a bioreactor. First, characterization of the predominant inorganic phase when Carboxydothermus hydrogenoformans was inoculated in the DSMZ medium revealed the biomineralization of two crystalline CaP phases. The X-ray diffractometry peaks and Fourier transform infrared spectroscopy spectrum of this biphasic material consistently showed features characteristic of Mg-whitlockite, whereas transmission electron microscopy analysis showed the existence of hydroxyapatite-like nanorods crystals. In both cases, the mode of biomineralization appears to be biologically induced rather than biologically controlled. The impact of the endogenous CaP precipitate on CO mass transfer and H2 production was thus assessed and compared to a medium where no precipitation was observed. In the DSMZ medium, the apparent KLa (0.22 ±0.005 min-1) and H2 production yield (89.11 ±6.69%) were higher than the ones obtained in the modified medium (0.19 ±0.015 min-1 and 82.60 ±3.62% respectively). The presence of the precipitate had no impact on C. hydrogenoformans CO uptake. Overall, the CaP precipitate offers a novel strategy for gas-liquid mass transfer enhancement using CO hydrophobic properties. Second, the conversion of CO into H2 by C. hydrogenoformans was investigated and optimized in a 35 L gas-lift reactor. Upon all operational conditions, the ratio of gas recirculation over CO feed flow rates (QR:Qin) was the major parameter that impacted both biological activity and volumetric gas-liquid mass transfer. The CO conversion performance of the gas lift reactor was kinetically limited over a QR:Qin ratio of 40, and mass transfer limited below that ratio, resulting in a maximum conversion efficiency of 90.4±0.3% and a biological activity of 2.7±0.4 molCO· g–1VSS· day–1. Despite very promising results, CO conversion performance was limited by a low cell density, typical of C. hydrogenoformans planktonic growth. This limitation was found to be the most restrictive factor for higher CO loading rates. Results were compared to the performance of the strain inoculated in a hollow fiber membrane bioreactor where performance, despite the higher cell density and volumetric activity, was biokinetically limited, when not limited by gas–liquid mass transfer, membrane fouling and aging. To avoid any C. hydrogenoformans decay during potential CO shortages, growth of the bacterium on pyruvate as a sole carbon source was characterized. Interestingly, when grown simultaneously on pyruvate and CO, pyruvate consumption was initiated upon CO depletion. This was attributed to the inhibition of pyruvate oxidation by CO, making pyruvate the ideal candidate for an in-situ back-up system.