Les émissions odorantes constituent un enjeu environnemental dont l'importance n'a cessé de croître dans les zones urbaines et industrielles. Les émissions anthropogéniques de composés soufrés contribuent à une concentration locale excédant fortement le seuil de perception. Afin de satisfaire des contraintes règlementaires de plus en plus strictes, les procédés biologiques dont la biofiltration sont une alternative intéressante car respectueuse de l'environnement et de moindre coût. Les seuils de perception des composés soufrés, très bas (µg. m-3), obligent à atteindre des efficacités d'abattement particulièrement élevées, le résiduel de concentration pouvant être à l'origine d'un impact notable sur les populations riveraines. L'étude a donc consisté à améliorer les performances des biofiltres concernant l'élimination des composés soufrés i) en ajustant certains paramètres opératoires clefs tels que le sens de circulation de l'effluent gazeux, le pH et l'ensemencement du matériau support, ii) en considérant le dimensionnement des biofiltres mis en œuvre (unités pilotes de laboratoire et semi-industrielles) et iii) la complexité du gaz à traiter (mono-polluant et mélange de composés à traiter). / Odorous emissions are a serious concern whose importance became higher in urban and industrial areas. Anthropogenic emissions of sulphur compounds lead to local concentration that exceeds strongly the odour threshold of human nose. In order to fulfil legal requirements that have become stricter in recent years, biological processes and biofiltration more accurately are an interesting alternative as biofilters provide an expanding variety of opportunities for economical and environmentally friendly solutions for many waste gas emissions. The odour thresholds of sulphur compounds are very low (µg.m3 air) and then require that biofilters provide high removal efficiency as the residual concentration can induce an odorous impact on neighbourhood populations.Hence, the study consisted in improving biofilters performances concerning sulphur compounds treatment i) by upgrading important operating parameters such as air flow distribution, pH and inoculation of packing material, ii) by considering biofilters design (laboratory and semi-industrial pilot units) and iii) the gaseous effluent complexity (only one pollutant and mixture of different compounds).

Les communautés microbiennes du sol peuvent améliorer la croissance de la plante en augmentant la disponibilité en nutriments du sol, favorisant ainsi leur prélèvement par la plante. Dans le contexte d’une production agricole à bas niveau d’intrants, la nutrition de la plante est susceptible de reposer de plus en plus sur les interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère, qui peuvent être modulées par le génotype de la plante. Pourtant, très peu d’études se sont intéressées aux modifications des communautés microbiennes de la rhizosphère dans leur globalité et ce en relation avec à la fois le génotype et le phénotype de la plante. Ces travaux de thèse ont été consacrés à étudier l’effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes de la rhizosphère en relation avec les stratégies nutritionnelles de la plante.L’interaction plante-communautés microbiennes de la rhizosphère a été évaluée par une approche multidisciplinaire alliant écophysiologie et écologie microbienne. L’effet du génotype de la plante sur la structure génétique des communautés microbiennes de la rhizosphère qui lui sont associées a été analysé par DNA fingerprint. Les différentes stratégies nutritionnelles de la plante ont été analysées par une approche de type structure/fonction prenant en compte la mise en place des structures (feuilles, racines) et leur fonctionnement (photosynthèse, rhizodéposition, prélèvement spécifique d’azote).Dans une première expérimentation réalisée sur sept génotypes de Medicago truncatula, nous avons montré qu’à un stade précoce du développement de la plante, le génotype de Medicago truncatula affectait la structure génétique des communautés bactériennes du sol. En revanche, à ce stade précoce, peu de différences de croissance ont été observées entre les différents génotypes étudiés. Ces derniers ont par contre présenté des stratégies nutritionnelles contrastées. Les descripteurs fonctionnels sont donc plus efficaces que les descripteurs structurels pour discriminer les génotypes de plantes à un stade précoce du développement de la plante. De plus, nous avons montré un lien entre les stratégies nutritionnelles de la plante et la sélection des communautés bactériennes associées. Cette étude nous a également permis de développer un cadre d’analyse écophysiologique appliqué à l’étude des interactions plante-communautés microbiennes de la rhizosphère.Outre l’effet majeur du génotype de la plante dans les interactions plante-communautés bactériennes de la rhizosphère, nous avons également montré qu’il y avait un effet important de l’environnement, comme la disponibilité en azote minéral du sol. En effet, la disponibilité en azote minéral du sol a affecté la structure génétique des communautés bactériennes rhizosphériques via un effet indirect de la plante dépendant du génotype considéré. Les effets des différents génotypes de Medicago truncatula et de leurs stratégies de réponses à des contraintes environnementales, comme la disponibilité de l’azote du sol, se sont révélées être des composantes majeures de la sélection des communautés microbiennes. [...] / The soil microbial communities can improve plant growth by increasing soil nutrient availability, thereby promoting their uptake by the plant. In an overall context of input reduction, the plant nutrition should be increasingly based on plant- rhizosphere microbial communities’ interactions. Yet, very few studies have examined the entire rhizosphere microbial communities in relationship with both plant genotype and phenotype. The aim of this thesis was to study the plant genotype effect on the rhizosphere microbial communities in relationship with the plant nutritional strategies.To do so, the plant-rhizosphere microbial communities’ interaction was assessed by a multidisciplinary approach combining ecophysiology and microbial ecology. The plant genotype effect on the genetic structure of the associated rhizosphere microbial communities was analyzed by DNA fingerprinting. The different plant nutritional strategies were analyzed by a structural/functional approach taking into account both structure establishment e.g. leaves and functions e.g. photosynthesis.In a first experiment carried out on seven genotypes of Medicago truncatula, we showed that the Medicago truncatula genotype affected the genetic structure of the rhizosphere bacterial communities very early relatively to the plant development stages. However, at this early stage, few growth differences could be observed among the different genotypes. Yet, those genotypes presented contrasted nutritional strategies. Therefore, the functional descriptors were more efficient than the structural ones to discriminate plant genotypes at an early developmental stage. In addition, we showed that a link existed between the plant nutritional strategies and the rhizosphere bacterial communities selection. Finally, this study enabled to develop a multidisciplinary framework applied to the study of the plant- rhizosphere microbial communities’ interactions.In addition to the plant genotype effect, we showed that there is an environmental effect e.g. soil mineral nitrogen availability on the rhizosphere bacterial communities. Indeed, the soil mineral nitrogen availability affected the genetic structure of the rhizosphere bacterial communities via an indirect effect of the plant depending on its genotype. The effects of the different Medicago truncatula genotypes and their response strategies to environmental constraints (soil mineral nitrogen availability), proved to be a major component of the selection of the rhizosphere microbial communities.In order to identify the genetic determinisms of the interaction between the plant and the rhizosphere microbial communities, a second experiment was conducted on a core collection of 184 genotypes of Medicago truncatula. Initial results enabled to identify and characterize four groups of genotypes with contrasted phenotypes for their growth and their specific nitrogen uptake. Thanks to high-throughput sequencing, we will analyze the rhizosphere microbial communities’ diversity associated with the different Medicago truncatula genotypes. These results should determine if the plant genotype influences the selection of beneficial rhizosphere microbial communities. Moreover, when the whole genome sequencing data would be available for the 184 genotypes of the Medicago truncatula core collection, a genome-wide association study will be proceed. The creation of plant ideotypes, which will promote beneficial interactions with rhizosphere microbial communities, will be possible. Plant growth and yield will be improved without the concomitant increase of agricultural inputs.

Les communautés microbiennes procèdent au recyclage des nutriments et à la degradation de la matière organique, et sont ainsi essentielles aux cycles biogéochimiques dans le sédiment et plus largement dans les océans. La contamination chronique aux hydrocarbures représente près de 80% des déversements totaux dans les océans. Toutefois, en comparaison des marées noires, son impact sur les communautés microbiennes est encore mal compris. Dans cette étude, nous avons d’abord utilisé une approche de type méta-analyse pour élucider l’effet global de la contamination aux hydrocarbures dans différents habitats. La réponse des communautés bactériennes à la contamination s’est révélée être dépendante du type d’habitat, les sols étant plus impactés que d’autres habitats, comme par exemple les sédiments marins. Nous nous sommes ensuite intéressés aux communautés microbiennes des trois domaines du vivant de sédiments côtiers provenant des côtes méditerranéennes et atlantiques. La contamination chronique n’influençait que marginallement les communautés benthiques, et la diversité alpha n’était pas réduite dans les sédiments contaminés. Cedendant, la comparaison des réseaux de co-occurrence des échantillons contaminés et non-contaminés a montré que le réseau des communautés contaminées présentait une topologie différente, indiquant une vulnérabilité plus importante à d’éventuelles perturbations environnementales. Des indicateurs potentiels de la contamination identifiés avec la méta-analyse ont été ciblés pour étudier l’impact de la contamination chronique aux hydrocarbures sur les services écologiques qu’ils assurent (i.e. la dégradation de la matière organique et des hydrocarbures) en utillisant la technique de Micro-FISH. / Within the sediment, microbial communities play a pivotal role by driving essential processes such as nutrient cycling and organic matter degradation. Chronic hydrocarbons contamination represents almost 80% of the total input in the oceans. However, as compared to oil spills, its impact on microbial communities remains poorly understood. In this study, we first used a meta-analysis approach to decipher the global effect of hydrocarbons contamination in different habitats. Bacterial community response to the contamination was found to be dependant of the habitat studied, with soils being more impacted than other habitats, like marine sediments. Because bacteria are in interactions with other important members of microbial communities such as Archaea and Eukaryotes, we focused on microbial communities from the three domains of life in coastal marine sediments from the Mediterrranean and the French Atlantic coasts. Independently of the domains of life, chronic hydrocarbons contamination appeared to be a poor driver of communities structuration, and alpha diversity was not reduced in contaminated sediments. However, the comparison of co-occurences networks of contaminated and non-contaminated samples showed that the network from the contaminated samples exhibited a different topology, which suggests a higher vulnerability to eventual environmental perturbations. Potential indicators species identified using the meta-analysis approach were targeted to study the impact of chronic contamination on the ecological services they provide (i.e. organic matter and hydrocarbons degradation) using the Micro-FISH method.

Au niveau des fonds océaniques, souvent considérés comme des déserts aux conditions de vie extrêmes, des oasis luxuriants de vie existent pourtant. Les sources hydrothermales et les suintements froids, principalement localisés au niveau des dorsales océaniques et des marges continentales, vont permettre le développement de communautés microbiennes et animales très particulières. Le Bassin de Guaymas, situé dans le Golfe de Californie (Mexique) présente la particularité de regrouper à la fois une zone de sources hydrothermales et une zone de suintements froids, situées à une soixantaine de kilomètres l’une de l’autre, et toutes deux recouvertes par une épaisse couche sédimentaire. Ces deux zones sont également colonisées par des étendues de bivalves, des buissons de vers tubicoles ainsi que de tapis microbiens blancs ou colorés comparables. Afin de mieux comprendre le fonctionnement global de ces deux types d’écosystèmes et notamment le rôle structurant des communautés microbiennes sédimentaires sur la répartition des différents assemblages de surface, les travaux entrepris dans cette thèse se proposaient d’étudier les communautés microbiennes sédimentaires associés à la zone de suintements froids (Marge de Sonora) et la zone de sources hydrothermales (Southern Trough) du Bassin de Guaymas. Pour cela, la diversité des communautés microbiennes (Bacteria et Archaea) de différents habitats caractérisés par une faune et des profils géochimiques particuliers, a été étudiée grâce à l’utilisation d’une technique de séquençage haut-débit, le pyroséquençage par la technique du 454, combinée à d’autres techniques comme le FISH ou la PCR quantitative. Cette étude a permis de déterminer que la structure et la diversité des communautés microbiennes dans ces sédiments étaient très spécifiques de ces environnements. Par ailleurs, les colonisateurs présents en surface des sédiments reflétaient des profils géochimiques et des communautés microbiennes très différentes au sein des sédiments. Dans les sédiments colonisés par les tapis microbiens, riches en méthane, les communautés microbiennes dominantes (ANME, Deltaproteobacteria…) utiliseraient notamment les émissions de méthane des couches sédimentaires profondes et produiraient d'importantes concentrations de sulfures, nécessaires à l’installation des communautés microbiennes thiotrophes de surface formant les tapis. Ces fortes concentrations en sulfure excluraient en revanche les communautés animales de ce périmètre. A contrario, dans les sédiments présentant de faibles concentrations en méthane et en sulfure, permettant l'installation d’assemblages faunistiques variés, les communautés microbiennes méthanotrophes anaérobies et productrices de sulfure étaient minoritaires. L'activité et le métabolisme de ces colonisateurs de surface pourraient par ailleurs permettre le développement des lignées microbiennes détectées dans ces habitats (MBG-D, Chloroflexi…). L'analyse des larges jeux de données obtenus au cours de cette étude nous a donc permis de mettre en évidence un système dynamique complexe fonctionnant en équilibre entre les communautés microbiennes sédimentaires, les organismes colonisant la surface du sédiment et la composition géochimique des eaux interstitielles. / Whereas the deep-sea environment is often considered to be a desert, hydrothermal vents andcold seeps provide “oases” of biological activity on the ocean floor. Vent and seep ecosystems support complex food webs based on microbial chemoautotrophic primary production. These hydrothermal vent and cold seeps ecosystems both release hydrocarbon- and sulfide-rich fluids,fueling various surface assemblages such as mat-forming giant bacteria or symbiont-bearinginvertebrates (e.g. bivalves, tubeworms). In the Guaymas Basin, the nearby presence at a few tens of kilometers of cold seeps and hydrothermal vents coupled with comparable sedimentary settings and depths offer a unique opportunity to assess and compare the microbial community composition of these ecosystems. Tobetter understand their overall functioning, we studied sedimentary microbial communities associated with cold seep and hydrothermal vent areas in the Guaymas Basin. The diversity of microbial communities inhabiting sediments was studied using high throughput sequencing (454pyrosequencing), combined with complementary approaches, such as FISH and quantitative PCR. This study reveals that sediments found in the Guaymas Basin were colonized by microbial communities typically found in these types of ecosystems. Our results revealed a high similarity between microbial communities composition associated with the cold seep and hydrothermal vent areas as a probable consequence of the sedimentary context. Nonetheless, thermophilic and hyperthermophilic lineages (e.g.: Thermodesulfobacteria, Desulfurococcales, etc) were exclusively identified in hydrothermally influenced sediments highlighting the strong influence of temperature gradients and other hydrothermally-related factors on microbial community composition. Furthermore, sediments populated by different surface assemblages show distinct porewater geochemistry features and are associated with distinct microbial communities. Indeed, in the sediments underlying microbial mats characterized by high methane porewater concentrations,microbial communities were dominated by anaerobic methane oxidizers (ANME), known to produce sulfide which provides high fluxes of sulfide to the seafloor. In contrast, sediment associated microbial communities underlying faunal assemblages were characterized by a lower biomass and lower methane porewater concentrations in sediments, limiting porewater sulfide concentrations. Without elevated and toxic sulfide concentrations, faunal assemblages can colonize the surface. Together, geochemical and microbial surveys indicate that porewater methane concentrations play an important role in the microbial community structure and subsequently in the establishment of the surface colonizers. Furthermore, presence and activity of the surface colonizers influence the underlying microbial communities probably because of modification of energy source availabilities. Finally, the existence of similar microbial populations between the two ecosystems also raises the question of their dispersal mechanisms. Our results support the hypothesis of a potential continuity among deep-sea ecosystems. In absence of physical borders, environmental conditions (temperature, specific compounds associated withhydrothermal fluids) might select specific and highly adapted microorganisms from the pool of microorganisms dispersed globally across the seafloor.

L'objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension (i) des relations morphologie/cycle de l'azote au sein de l'épisolum humifère, (ii) du cycle de l'azote au sein des différents horizons de l'épisolum humifère et (iii) des facteurs écologiques responsables du développement des formes d'humus et régulant le cycle de l'azote dans l'épisolum le long d'une chronoséquence de 130 ans en hêtraies pures. Le cycle de l'azote. L'ammonification potentielle nette augmente avec l'âge des peuplements au sein des horizons organiques alors que la nitrification potentielle et in situ nette diminue au sein des horizons OL et A. La nitrification potentielle nette est essentiellement localisée au sein des horizons OF et OH et l'ammonification est toujours plus élevée au sein des horizons organiques. Les transformations fongiques dominent nettement au sein de l'horizon OL alors que les processus bactériens sont principalement localisés dans l'horizon A. Les résultats montrent que les processus en amont du cycle (apport d'azote, ammonification) sont favorisés au cours de la maturation des peuplements alors que les processus en aval du cycle (nitrification, dénitrification) diminuent le long de la chronoséquence. Le lessivage des nitrates varie peu le long de la chronoséquence alors que le prélèvement de l'azote minéral (surtout l'ammonium) et le lessivage de l'ammonium augmentent significativement. Nous avons également observé des corrélations significatives entre les variables morphologiques et la nitrification nette ou la teneur en nitrate au sein des horizons organiques. Certaines variables morphologiques (i.e. l'épaisseur de l'OF, le nombre de turricules de vers de terre, la structure de l'horizon A ou le pourcentage de feuilles blanchies au sein de l'horizon OLv) présentent un potentiel indicateur de production in situ d'azote minéral. Les variables morphologiques spécifiques { l'horizon OLv pourraient constituer des indicateurs robustes de production potentielle d'azote minéral. Les facteurs de contrôle. Nous n'avons pas observé de variabilité significative des retombées de litière le long de la chronoséquence alors que la vitesse de décomposition de la litière diminue durant la phase de croissance des peuplements. De plus, la vitesse de décomposition de la litière est fortement corrélée à l'épaisseur des horizons OF et OH. La chute de la vitesse de décomposition de la litière serait donc responsable du changement mull-moder observé le long de la chronoséquence, alors que la production de litière jouerait un rôle secondaire mais contribuerait à un changement hemimoder-dysmoder. La chute de la vitesse de décomposition de la litière est en partie expliquée par des changements du profil structurel et fonctionnel des communautés microbiennes du sol le long de la chronoséquence. La biomasse fongique dans l'OL diminue le long de la chronoséquence. Le ratio biomasse fongique/biomasse bactérienne au sein des horizons OF et OH augmente le long de la chronoséquence. La diversité fonctionnelle des communautés bactériennes dans les horizons organiques est plus élevée dans les peuplements âgés. Ces changements fonctionnels au sein de l'épisolum humifère pourraient être sous le contrôle de la qualité de la litière de hêtre qui varie considérablement le long de la chronoséquence. Les résultats mettent en avant deux changements majeurs de la qualité de la litière. Le premier après 15 ans de vieillissement correspond à (1) une diminution des teneurs en Mg, en hémicellulose, en cellulose, en azote dans la lignine et (2) une augmentation des teneurs en Mn, en lignine, du C/N et du lignine/N. Le second après 95 ans de vieillissement correspond { (1) une baisse de la teneur en lignine, des cations et de l'azote dans la lignine et (2) une augmentation de la cellulose et de l'azote dans l'hémicellulose. Une approche expérimentale nous a permis de tester les effets de la litière de hêtre (apport et qualité) mais également des racines de hêtre (mycorhizées ou non) sur le cycle de l'azote et les communautés microbiennes du sol. La litière de hêtre, indépendamment de sa qualité initiale, inhibe la nitrification autotrophe et favorise la communauté fongique. Les racines, mycorhizées ou non, favorisent l'ammonification potentielle et les racines mycorhizées inhibent la nitrification autotrophe.

Les sols de montagne constituent un réservoir majeur de carbone stocké sous forme de matière organique (carbone organique du sol, COS), potentiellement hautement vulnérable aux changements des conditions climatiques. Afin de comprendre les répercussions des changements des conditions climatiques sur la dynamique du COS des sols de montagne, cette thèse s'appuie sur une expérimentation de transplantation altitudinale de monolithes de sol de prairie subalpine calcaire, mise en place dans le Jura Suisse en 2009. Cette expérimentation permet de simuler deux scénarios réalistes de changements climatiques attendus au cours du 21éme siècle, visant à réchauffer et assécher le climat (+2°C et +4°C ; -20% et -40% de précipitations).La démarche conceptuelle de cette thèse a été d'étudier les effets des changements des conditions climatiques (variations saisonnières et manipulation climatique) au bout de quatre années d'expérimentation sur (i) la dynamique des communautés microbiennes et de leur activité enzymatique de décomposition du COS, (ii) la dynamique de différents pools de COS qui constituent la ressource énergétique des micro-organismes décomposeurs, (iii) les interactions s'établissant entre les communautés microbiennes et leurs ressources énergétiques et (iv) les stocks de COS du sol.Nos résultats montrent une très forte dynamique saisonnière du processus de décomposition microbienne se traduisant par de fortes activités enzymatiques de décomposition, une biomasse microbienne plus importante et une structure des communautés microbienne différente lors de la saison hivernale par rapport à la saison estivale. Ces résultats sont en lien avec la dynamique observée des pools les plus labiles du COS (C organique extractible à l'eau et C organique particulaire libre), et des modèles d'équations structurelles montrent que les conditions climatiques (variations saisonnières et manipulation climatique) modifient les interactions s'établissant entre les communautés microbiennes et leurs ressources pour contrôler la décomposition enzymatique du COS.Enfin, ce travail de thèse montre une forte diminution des concentrations en COS sous l'effet de la manipulation climatique, qui ne peut être expliquée par une décomposition microbienne accrue du COS. Au contraire, nos résultats suggèrent que la diminution de la concentration en COS pourrait être due à l'accélération des processus pédologiques naturels sous les scénarios de changement climatique au sein de ces sols calcaires de prairies subalpines, avec une décarbonatation accrue favorisant la lixiviation du carbone organique dissous et le lessivage du pool de COS associé aux argiles. Ces résultats inédits offrent de nouvelles perspectives de recherche sur les effets des changements climatiques sur l'évolution des stocks de COS. / Mountain soils stocks huge quantities of carbon as soil organic matter (SOM) which may be highly vulnerable to climate change and thus alter the atmospheric greenhouse gases concentration at a decadal timescale. To understand the effect of climate conditions on the dynamics of mountain soil organic carbon (SOC), a climate change experiment was set up in October 2009 in Swiss Jura subalpine grassland soils. The climate change experiment (soil transplantation) simulated two realistic climate change scenarios, with increased air temperatures ranging between 2 °C and 4 °C and decreased precipitation ranging between 20% and 40%. These changes reflect current predictions of climate change for the 21th century in temperate mountain regions.We studied the effect of climate conditions (climate manipulation and seasonal changes) after four years of climate experiment on (i) the dynamic of microbial decomposition, microbial abundance and community structure, (ii) the dynamic soil organic matter pools with contrasted turnover rate and representing the energetic resource of microbial communities, (iii) the interactions between microbial communities and soil organic matter pools and (iv) the soil organic carbon stocks.This work shows a strong seasonal dynamics of microbial decomposition with higher enzymatic activities, higher microbial abundance and shift of microbial community structure in winter than in summer. These results were linked to the seasonal organic matter labile pools dynamics. Moreover structural equation modeling shows that climate manipulation differently influences the drivers of SOC enzymatic decomposition in summer and winter.Finally, this work shows a strong decrease of soil organic carbon concentration under the climate change manipulation which cannot be explained by an increase of microbial activities. In contrast, our results suggest that the observed climate-induced decrease in bulk soil organic C content was due a SOC decrease in the most biogeochemically stable SOM fraction associated with a decrease in clay content and a decrease of soil calcareous concentration. Thus, our results hint more so towards an effect of SOM leaching (Gavazov, 2013) to explain the climate effect on SOC content than an effect of microbial and/or plant activities.

Le sol est une des composantes essentielles au soutien du fonctionnement de l’écosystème. Il est lesupport de la production primaire, un habitat pour la diversité biologique et remplit de nombreux processus écologiques. Les activités anthropiques, et parmi elles, les pratiques agricoles intensives, ont conduit à des déséquilibres au sein du sol causant un fort déclin de leur biodiversité. En réponse à ces effets, de nouvelles pratiques agricoles ont été développées pour préserver les sols et les services écosystémiques qu’ils fournissent. Ces pratiques dites innovantes s’appuient principalement sur la réduction du travail du sol, une gestion intégrée des résidus de culture, l’installation d’un couvert végétal permanent ou encore l’introduction de légumineuses dans les rotations de culture. C’est dans ce contexte de mutation des pratiques agricoles que s’inscrit ce sujet de thèse qui vise à mieux comprendre les effets de l’adoption de ces gestions innovantes sur (i) la diversité des communautés de la macro- et de la mésofaune du sol et (ii) sur le fonctionnement du sol en termes de stockage ducarbone organique (source de nourriture de base), de structure du sol et de distribution de la taille des pores (milieu de vie). Au cours des différents chapitres de ce travail, nous avons mis en évidence trois actions liées à des pratiques agricoles innovantes combinant des approches expérimentales in et ex situ. L’objectif de la première action visait à étudier l’effet combiné de l’introduction de légumineuse (féverole) et de la réduction du travail du sol sur le compartiment endogé. Pour y répondre, nous avons développé une conception expérimentale empirique faite avec la combinaison des situations rencontrées dans les fermes. Nos résultats ont montré que l’interaction entre les deux pratiques innovantes n’a pas entrainé d'augmentation significative de la diversité de la faune du sol. Les fonctions microbiennes ainsi que la dynamique du carbone (C) et de l’azote (N) ne semblent pas non plus être affectées par ces pratiques. Il s’avère que les effets bénéfiques de ces pratiques innovantes ne peuvent être envisagés sans prendre en compte la manière dont elles sont mises en oeuvre à l’échelle des rotations culturales et des itinéraires techniques. Cela nous a permis de valoriser une seconde action dont l’objectif était de suivre dans les mêmes conditions pédoclimatiques et mêmes itinéraires techniques, l'effet à long terme (quatre ans) de cinq régimes de gestion différents sur les communautés de faune du sol. Les traitements comprenaient des combinaisons de différentes cultures (annuelles, vivaces), de différents taux de fertilisation azotée (ajout d'azote, azote réduit),incorporation ou élimination de résidus de culture et différentes intensités de labour (labour vs. travail superficiel). Les résultats ont montré que la réduction de l’intensité du travail du sol a favorisé la diversité des collemboles et ses groupes fonctionnels grâce à l’amélioration des conditions de l’habitat à travers l’augmentation de la biomasse microbienne de carbone (source trophique). Par ailleurs, les autres composantes de la gestion, soit la « réduction des apports d’azote » et la « restitution / exportation des résidus de culture», n’ont pas eu d’effet sur les collemboles (abondance et richesse), notamment sur ceux vivants dans le sol, qu'ils soient hémi ou euédaphiques. Toutefois, cette étude démontre que la dissemblance dans la composition des assemblages de collemboles augmente avec la différenciation temporelle des pratiques agricoles et le travail du sol est le premier facteur responsable de cette trajectoire. Cette assertion a donné lieu à une troisième action dont l’objectif était de suivre sur une saison de végétation la conversion de la perturbation mécanique résultant du travail du sol sur la résistance et résilience fonctionnelle des assemblages biotiques édaphiques. / Soil is one of the essential components supporting the functioning of the ecosystem. It is the support of primary production; an habitat for biodiversity, and it fulfills many ecological processes. Human activities, including intensive agricultural practices, have led to impaired the soil causing a sharp decline in their biodiversity. In response to these effects, new agricultural practices have been developed to preserve the soils and the ecosystem services they provide. These so-called innovative practices rely mainly on the reduction of tillage, integrated management of crop residues, the installation of permanent plant cover or the introduction of legumes into crop rotations. It is in this context of changes in agricultural practices that this thesis topic lays. This thesis aims to better understand the effects of the adoption of these innovative management practices on (i) the diversity of the macro and mesofauna communities soil and (ii) soil functioning in terms of organic carbon storage (basic food source), soil structure and pore size distribution (living environment). During the different chapters of this work, we highlighted three actions related to innovative agricultural practices combining in situ and ex situ experimental approaches. The aim of the first action was to study the combined effect of the introduction of legume (faba bean) and the reduction of tillage on the endogenous compartment. To answer this question, we developed an empirical experimental design made with the combination of situations encountered on farms. Our results showed that theinteraction between the two innovative practices did not result in a significant increase in the diversity of soil fauna. Microbial functions and the dynamics of carbon (C) and nitrogen (N) also do not seem to be affected by these practices. It turns out that the beneficial effects of these innovative practices cannot be considered without taking into account how they are implemented at the scale of crop rotations and technical itineraries. This allowed us to promote a second action whose objective was to follow, under the same pedoclimatic conditions and the same technical itineraries, the long-term effect (four years) of five different management regimes on the communities of soil fauna. Treatments included combinations of different crops, different rates of nitrogen fertilization, incorporation or removal of crop residues and different plowing intensities. The results showed that the reduction of tillage intensity favored the diversity of Collembola and its functional groups by improving habitatconditions through the increase of microbial carbon biomass (trophic source). In addition, the other components of management, namely the "reduction of nitrogen inputs" and the "restitution / export of crop residues", had no effect on springtails (abundance and wealth), in particular on those living in the soil, whether hemi or euedaphic. However, this study demonstrates that the dissimilarity in the composition of Collembola assemblages increases with the temporal differentiation of agricultural practices, and tillage was the main factor responsible for this trajectory.

Les écosystèmes marins côtiers sont constament soumis à des pollutions, notamment aux hydrocarbures, du fait de leur localisation et de leurs caractéristiques environnementales. Le rôle clé des microorganismes dans la dégradation de ces polluants est aujourd’hui très bien décrit. Toutefois, les conditions d’oxygénation fluctuantes dans ces environnements côtiers, dues aux marées et aux activités de bioturbation de la macrofaune, influencent les communautés microbiennes.Ainsi, ce travail de thèse a eu pour objectif de caractériser, l’assemblage de communautés microbiennes hydrocarbonoclastes de sédiments marins côtiers soumises à des oscillations oxie/anoxie en présence de pétrole lors d’une expérience en bioréacteurs. L’adaptation des bactéries marines hydrocarbonoclastes notamment des genres Alcanivorax et Cycloclasticus vis-à-vis de ces variations d’oxygène a pu être investiguée par oligotypage. Des écotypes ont été identifiés en fonction des conditions d’oxygénation démontrant ainsi les capacités d’adaptation aux conditions oscillantes d’oxygène de ces deux genres. La structure des communautés archéennes (séquençage des transcrits du gène de l’ARNr 16S) n’a pas montré de modification évidente liée aux conditions d’oxygénation démontrant ainsi des capacités d’adaptation et/ou de résistance plus importantes chez ces microorganismes comparées aux communautés bactériennes. Enfin, les analyses métagénomiques ont mis en évidence une réponse fonctionnelle spécifique aux oscillations oxie/anoxie. Ainsi, ces travaux de thèse apportent de nouvelles connaissances sur l’influence des variations d’oxygénation sur les communautés microbiennes et par conséquent sur la dégradation des hydrocarbures au sein des écosystèmes marins côtiers. / Coastal marine ecosystems are constantly subject to pollution, particularly hydrocarbons, because of their location and their environmental characteristics. The key role of microorganisms in the degradation of these pollutants is now well described. However, fluctuating oxygenation conditions in these coastal environments, due to tides and macrofauna bioturbation activities influence microbial communities.Thus, this thesis work aimed to characterize the assembly of microbial hydrocarbonoclastic communities of coastal marine sediments subjected to oxic/anoxic oscillations in the presence of oil during a bioreactor experiment. The adaptation of MOHCB, particularly of Alcanivorax and Cycloclasticus genera, to these oxygen variations has been investigated by oligotyping. Ecotypes were identified according to the oxygenation conditions demonstrating adaptation capacities of these two genera to the oscillating oxygen conditions. The structure of archaeal communities (16S rRNA transcript sequencing) did not show any modification related to the oxygenation conditions thus demonstrating greater adaptation and/or resistance capacities in these microorganisms compared to the bacterial communities. Finally, metagenomics analyses revealed a specific functional response to oxic/anoxic oscillations. Thus, this thesis provides new insights into the influence of oxygenation variations on microbial communities and consequently on the degradation of hydrocarbons in coastal marine ecosystems.

Lors de cette thèse, je me suis intéressée à la modélisation du métabolisme des micro-organismes. Nous nous sommes focalisé sur le métabolisme des petites molécules qui ne prend pas en compte les réactions associées aux macromolécules, telle que la synthèse des protéines.Nous avons ainsi utilisé différents formalismes de modélisation.Tout d'abord, nous avons développé TOTORO où les réseaux métaboliques sont représentés par des hypergraphes dirigés et qui permet d'identifier les réactions ayant participé à une transition métabolique. TOTORO a été utilisé sur un jeu de données sur la levure en présence de cadmium. Nous avons pu montrer que nous retrouvons les mécanismes connus de désintoxication.Ensuite, en utilisant une méthode de modélisation par contraintes, nous discutons d'un développement en cours, KOTOURA, qui propose d'utiliser les connaissances actuelles de concentrations de métabolites entre différentes conditions pour inférer de manière quantitative les possibles asynchronies des réactions lors du passage d'un état stable à un autre. Nous avons testé son implémentation sur des données simulées.Enfin, nous proposons MULTIPUS, une méthode d'extraction d'(hyper)-arbres de Steiner dirigés qui permet de sélectionner les voies métaboliques pour la production de composés au sein d'une communauté bactérienne. Les réseaux métaboliques sont modélisés en utilisant des hypergraphes dirigés et pondérés. Nous proposons un algorithme de programmation dynamique paramétré ainsi qu'une formulation utilisant la programmation par ensemble réponse. Ces deux propositions sont ensuite comparées dans deux cas d'applications / In this PhD work, we proposed to model metabolism. Our focus was to develop generic models, that are not specific to one organism or condition, but are instead based on general assumptions that we tried to validate using data from the literature.We first present TOTORO that uses a qualitative measurement of concentrations in two steady-states to infer the reaction changes that lead to differences in metabolite pools in both conditions.TOTORO enumerates all sub-(hyper)graphs that represent a sufficient explanation for the observed differences in concentrations. We exploit a dataset of Yeast (Saccharomyces cerevisiae) exposed to cadmium and show that we manage to retrieve the known pathways used by the organisms. We then address the same issue, but using a constraint-based programming framework, called KOTOURA, that allows to infer more quantitatively the reaction changes during the perturbed state. We use in this case exact concentration measurements and the stoichiometric matrix, and show on simulated datasets that the overall variations of reaction fluxes can be captured by our formulation.Finally, we propose MULTIPUS, a method to infer microbial communities and metabolic roads to produce specific target compounds from a set of defined substrates. We use in this case a weighted directed hypergraph. We apply MULTIPUS to the production of antibiotics using a consortium composed of an archae and an actinobacteria and show hat their metabolic capacities are complementary. We then infer for another community the excretion of an inhibitory product (acetate) by a 1,3-propanediol (PDO) producer and its consumption by a methanogene archae

De nombreux cours d’eau sont exposés aux polluants métalliques. Dans ces milieux, les communautés microbiennes structurées sous forme de biofilms peuvent être affectées par ces polluants. Or, une des questions prégnantes en écotoxicologie concerne l’évaluation des impacts toxiques dans le cas de combinaisons multi-stress. Dans ce contexte, l’objectif principal de ce travail était d’évaluer l’influence de la température sur la réponse du biofilm à une exposition au cuivre (Cu). Cet objectif a été abordé en considérant l’influence de la température, d’une part, sur la sensibilité des communautés au Cu, et d’autre part, sur l’exposition des communautés de biofilm à ce métal. Ces travaux ont été réalisés en microcosmes de laboratoires et menés sur des biofilms prélevés à différentes saisons. Nous avons tout d’abord optimisé les protocoles utilisés pour mesurer i) les niveaux de tolérance des communautés au Cu et ii) la bioaccumulation du Cu dans les biofilms. Les résultats des expérimentations ont révélé que la température pouvait moduler l’impact structural et fonctionnel du Cu sur les biofilms, du fait notamment d’une diminution de la bioaccumulation aux plus fortes températures. En complément, les résultats ont mis en évidence l’influence d’une hausse de la température sur la sensibilité des communautés au Cu, qu’elles aient été préalablement exposées (PICT) ou non à ce métal. Cependant, nous avons observé que les effets de la température sur la réponse du biofilm étaient variables d’une étude à l’autre, suggérant une influence de nombreux paramètres, tels que la composition initiale de la communauté, les niveaux de stress appliqués (température et Cu), le compartiment microbien étudié (phototrophe ou hétérotrophe), ou les fonctions considérées / Many streams are impacted by metallic pollution. In such ecosystems, microbial communities, which grow preferentially as biofilms, can be affected by these pollutants. However, there is a need to better assess the impact of toxic substances under multi-stress interactions. In this context, the main aim of this work was to evaluate the effect of temperature on biofilm response to copper (Cu) exposure. Accordingly, we addressed the influence of temperature on microbial community sensitivity to Cu on the one hand, and its influence on biofilm exposure to this metal on the other hand. Microcosm experiments were performed under laboratory conditions using biofilms sampled in winter or summer. This work allowed us to set up new methodological developments, which were applied to improve the protocols used to measure (i) Cu tolerance levels of biofilm microbial communities and (ii) Cu bioaccumulation in biofilms. Results showed that temperature could modulate structural and functional effects of Cu on biofilms, notably due to a decrease in Cu bioaccumulation at higher temperatures. In addition, our findings indicate that temperature increase could influence the sensitivity of microbial communities to Cu, whether they have been previously chronically exposed (PICT) or not to this metal. Nonetheless, temperature effects on biofilms varied among experiments, revealing that the influence of temperature on the effects of Cu on microbial biofilms depends on many parameters, such as the initial composition of communities, the level of the applied stresses (temperature and Cu), the microbial compartment studied (i.e. phototrophic or heterotrophic), or the measured functional parameters