Les plantes doivent assurer la protection de trois génomes localisés dans le noyau, les chloroplastes et les mitochondries. Si les mécanismes assurant la réparation de l’ADN nucléaire sont relativement bien compris, il n’en va pas de même pour celui des chloroplastes et des mitochondries. Or il est important de bien comprendre ces mécanismes puisque des dommages à l’ADN non ou mal réparés peuvent entraîner des réarrangements dans les génomes. Chez les plantes, de tels réarrangements dans l’ADN mitochondrial ou dans l’ADN chloroplastique peuvent conduire à une perte de vigueur ou à un ralentissement de la croissance. Récemment, notre laboratoire a identifié une famille de protéines, les Whirly, dont les membres se localisent au niveau des mitochondries et des chloroplastes. Ces protéines forment des tétramères qui lient l’ADN monocaténaire et qui accomplissent de nombreuses fonctions associées au métabolisme de l’ADN. Chez Arabidopsis, deux de ces protéines ont été associées au maintien de la stabilité du génome du chloroplaste. On ignore cependant si ces protéines sont impliquées dans la réparation de l’ADN. Notre étude chez Arabidopsis démontre que des cassures bicaténaires de l’ADN sont prises en charge dans les mitochondries et les chloroplastes par une voie de réparation dépendant de très courtes séquences répétées (de cinq à cinquante paires de bases) d’ADN. Nous avons également montré que les protéines Whirly modulent cette voie de réparation. Plus précisément, leur rôle serait de promouvoir une réparation fidèle de l’ADN en empêchant la formation de réarrangements dans les génomes de ces organites. Pour comprendre comment les protéines Whirly sont impliquées dans ce processus, nous avons élucidé la structure cristalline d’un complexe Whirly-ADN. Nous avons ainsi pu montrer que les Whirly lient et protègent l’ADN monocaténaire sans spécificité de séquence. La liaison de l’ADN s’effectue entre les feuillets β de sous-unités contiguës du tétramère. Cette configuration maintient l’ADN sous une forme monocaténaire et empêche son appariement avec des acides nucléiques de séquence complémentaire. Ainsi, les protéines Whirly peuvent empêcher la formation de réarrangements et favoriser une réparation fidèle de l’ADN. Nous avons également montré que, lors de la liaison de très longues séquences d’ADN, les protéines Whirly peuvent s’agencer en superstructures d’hexamères de tétramères, formant ainsi des particules sphériques de douze nanomètres de diamètre. En particulier, nous avons pu démontrer l’importance d’un résidu lysine conservé chez les Whirly de plantes dans le maintien de la stabilité de ces superstructures, dans la liaison coopérative de l’ADN, ainsi que dans la réparation de l’ADN chez Arabidopsis. Globalement, notre étude amène de nouvelles connaissances quant aux mécanismes de réparation de l’ADN dans les organites de plantes ainsi que le rôle des protéines Whirly dans ce processus. / Plants must protect the integrity of three genomes located respectively in the nucleus, the chloroplasts and the mitochondria. Although DNA repair mechanisms in the nucleus are the subject of multiple studies, little attention has been paid to DNA repair mechanisms in chloroplasts and mitochondria. This is unfortunate since mutations in the chloroplast or the mitochondrial genome can lead to altered plant growth and development. Our laboratory has identified a new family of proteins, the Whirlies, whose members are located in plant mitochondria and chloroplasts. These proteins form tetramers that bind single-stranded DNA and play various roles associated with DNA metabolism. In Arabidopsis, two Whirly proteins maintain chloroplast genome stability. Whether or not these proteins are involved in DNA repair has so far not been investigated. Our studies in Arabidopsis demonstrate that DNA double-strand breaks are repaired in both mitochondria and chloroplasts through a microhomology-mediated repair pathway and indicate that Whirly proteins affect this pathway. In particular, the role of Whirly proteins would be to promote accurate repair of organelle DNA by preventing the repair of DNA double-strand breaks by the microhomology-dependant pathway. To understand how Whirly proteins mediate this function, we solved the crystal structure of Whirly-DNA complexes. These structures show that Whirly proteins bind single-stranded DNA with low sequence specificity. The DNA is maintained in an extended conformation between the β-sheets of adjacent protomers, thus preventing spurious annealing with a complementary strand. In turn, this prevents formation of DNA rearrangements and favors accurate DNA repair. We also show that upon binding long ssDNA sequences, Whirly proteins assemble into higher order structures, or hexamers of tetramers, thus forming spherical particles of twelve nanometers in diameter. We also demonstrate that a lysine residue conserved among plant Whirly proteins is important for the stability of these higher order structures as well as for cooperative binding to DNA and for DNA repair. Overall, our study elucidates some of the mechanisms of DNA repair in plant organelles as well as the roles of Whirly proteins in this process.

Le laser à impulsions ultra-courtes constitue un procédé innovant et très avantageux pour la découpe de céramiques piézoélectriques PZT. Grâce à un fort confinement spatiotemporel de l’énergie au cours de l’interaction, ce système minimise les dégâts collatéraux et préserve l’intégrité physique du matériau sur des échelles micrométriques. Néanmoins, une propagation de faisceau mal maîtrisée, associée à des mécanismes d’interaction complexes fonction de la cible irradiée, peuvent impliquer de fortes disparités sur la qualité d’usinage. Dans le cadre d’une application industrielle donnée, ces travaux nous ont donc permis d’approfondir les principales étapes d’optimisation d’un tel procédé selon des critères de reproductibilité, de qualité et de rapidité. Pour cela, nous avons tout d’abord souligné l’influence des propriétés gaussiennes des faisceaux et de leur perturbation afin de définir la distribution énergétique au niveau des plans de focalisation. Aussi, la quantification de l’interaction via les critères de seuil et de taux d’ablation, d’incubation et de saturation a contribué à comprendre la réaction du matériau de manière macroscopique. Les problèmes méthodologiques inhérents à leurs calculs ont été mis en évidence et ont permis par la suite d’anticiper les formes d’usinage ainsi que les temps de procédé. Dans un second temps, l’optimisation des paramètres laser s’est appuyée sur des caractérisations aussi bien qualitatives pour l’aspect visuel que quantitatives avec l’estimation de la stoechiométrie et des contraintes résiduelles au niveau des flancs d’usinage. Nous avons en outre tiré profit de la piézoélectricité afin de développer une méthode d’observation in situ de la réponse à l’onde de choc laser contribuant à la compréhension des fissurations apparentes. Nous proposons au terme de ce travail un jeu de paramètres optimal pour la découpe de PZT assurant une bonne répétabilité du procédé tout en minimisant les défauts d’usinage comme la fissuration, les dépôts de surface et les irrégularités de bords. Des essais sur la mise en forme spatio-temporelle de faisceau sont enfin abordés principalement en tant que perspective d’accélération du procédé et encouragent son utilisation pour une future industrialisation / Lasers delivering ultrashort pulses are innovative and very attractive tools for cutting piezoelectric PZT ceramics. Thanks to an efficient spatiotemporal confinement of the energy during the interaction, these systems reduce collateral damage and preserve the physical integrity of the material on a micrometric scale. Nevertheless, uncontrolled beam propagation associated with complex interaction mechanisms depending on the irradiated target can involve large disparities on machining quality. In the context of an industrial application, this study describes the main steps of optimization of such a process according to criteria of reproducibility, quality and speed. To this purpose, we first pointed out the influence of Gaussian beam properties and their disturbance to define the energy distribution at focal planes. Thus, the quantification of the interaction with the ablation threshold, the ablation rate, incubation and saturation helped to understand the reaction of the material macroscopically. Methodological issues coming from their calculations have been highlighted while machining shapes and processing times were anticipated. Secondly, the optimization of laser parameters was based on both qualitative and quantitative characterizations. Electronic microscopy was rather used for visual appreciations whereas stoichiometry and residual stress estimations were employed to quantify the quality of side walls. We also took benefit from piezoelectricity to develop an in situ observation method which succeeded in detecting the electrical response to the laser shock wave and mainly contributed to the understanding of visible cracks. We finally propose an optimum set of parameters for cutting PZT ensuring good repeatability of the process while minimizing machining defects such as cracking, surface recast and jagged sides. Tests with spatiotemporal beam shaping were finally presented primarily as perspectives of processing time decrease so as to promote its use for future industrialization

Cette thèse présente l’étude théorique et expérimentale de la génération et de la mise en forme d’impulsions térahertz (THz). Dans un premier temps, nous avons étudié la génération d’impulsions THz par redressement optique d’impulsions laser femtosecondes intenses dans des cristaux semiconducteurs de ZnTe. Nous avons mis en évidence une forte dépendance de l'efficacité de ce processus de génération avec l'intensité de l'impulsion laser génératrice. Ceci se traduit en particulier par un décalage progressif du spectre vers les basses fréquences et par une évolution anormale de l'énergie THz avec l'intensité laser. Ces comportements résultent d'une combinaison de trois phénomènes : la déplétion de l’impulsion laser au cours de sa propagation dans le cristal, l’absorption de l'onde THz par les porteurs libres créés par absorption à deux photons et une modification de la condition d’accord de phase. Dans un deuxième temps, nous avons développé une approche analytique permettant de générer des impulsions THz de formes particulièrement intéressantes pour les expériences de spectroscopie cohérente ou de contrôle cohérent. Nous avons notamment généré des paires d'impulsions verrouillées en phase, des trains d'impulsions, ainsi que des impulsions THz accordables de grande finesse spectrale. Cette technique repose sur le redressement optique d’impulsions laser femtosecondes mises en forme à l’aide d’un masque à cristaux liquides placé dans le plan de Fourier d’une ligne à dispersion nulle. Afin de démontrer la validité de notre approche, nous avons également développé un programme de simulation qui donne des résultats en très bon accord avec l'expérience. / This thesis deals with the theoretical and experimental study of the generation and shaping of terahertz (THz) pulses. At first, we have studied the generation of THz pulses by optical rectification of intense femtosecond laser pulses in semiconductor ZnTe crystals. We have demonstrated a strong dependence of the efficiency of the generation process with the intensity of the laser pulse. This is evidenced by a progressive shift of the spectrum towards lower frequencies and an abnormal evolution of the THz energy with laser intensity. These behaviors result from a combination of three phenomena: the depletion of the laser pulse during its propagation in the crystal, the absorption of THz wave by free carriers created by two-photon absorption and a change of the phase matching condition. Secondly, we have developed an analytical approach to generate THz shaped pulses particularly interesting for coherent spectroscopy or coherent control. In particular, we have generated phase-locked THz pulses pairs, pulse trains and tunable narrow-band THz pulses. This technique is based on optical rectification of shaped femtosecond laser pulses generated by a liquid crystal Fourier filter. To demonstrate the validity of our approach, we have also developed a program giving results in very good agreement with experiment.

Bien qu'ayant beaucoup de succès pour décrire la grande variété de phénomènes de la physique des particules, le Modèle Standard (MS) laisse certaines propriétés de la nature sans explication. Ici, nous allons mettre l'accent sur le traitement différent des chiralités de type gauche et droite dans le cadre du MS. Une façon naturelle d'expliquer cela est de plonger le MS dans un modèle plus fondamental, capable de traiter les chiralités d'une manière symétrique. Cette classe de modèles, connue sous le nom de "modèles à symétrie droite-gauche" (LR models, en anglais), introduit une nouvelle interaction qui couple préférentiellement aux champs "droitiers". Puis, à une haute échelle d'énergie, la symétrie reliant droite et gauche est brisée spontanément donnant naissance au MS et aux phénomènes de violation de symétrie de parité. La manière spécifique par laquelle le mécanisme Brout-Englert-Higgs (BEH) se produit dans les modèles LR peut être sondée par des observables électrofaibles de précision, ce qui sert de premier test de l'extension du MS dans le secteur électrofaible. Comme conséquence du mécanisme BEH dans les modèles LR, de nouveaux bosons de jauge sont présents. Ce sont W’ et Z’, censés être beaucoup plus lourds que les bosons de jauge W et Z afin d'expliquer pourquoi ils n'ont jamais été vus jusqu'à présent. Ces nouvelles particules sont accompagnées d'une riche phénoménologie, comme de nouvelles sources de violation de CP au-delà de celle du MS. En outre, un nouveau secteur scalaire neutre introduit des courants qui changent la saveur (FCNC, en anglais) au niveau des arbres, un processus fortement restreint dans le MS, où il arrive seulement à l'ordre des boucles. L'existence de FCNCs fournit des contraintes extrêmement puissantes sur les modèles LR, et mérite donc une attention spéciale, en particulier lors du calcul des corrections venant de la QCD. Nous calculons donc les corrections au Next-to-Leading Order des effets à de courtes distances venant de la QCD aux contributions du modèle LR aux observables liées au mélange de mésons neutres et sensibles donc aux FCNC.Ensuite, nous considérons l'étude phénoménologique des modèles LR afin de tester leur viabilité et leur structure. Plus particulièrement, nous considérons le cas où des doublets scalaires sont responsables de la brisure du groupe de jauge des modèles LR. A cet effet, nous menons une étude combinée des observables de précision électrofaible, des bornes directes sur la masse des nouveaux bosons de jauge et des observables qui dérivent de l'oscillation des mésons neutres, dans le cas plus simple où la matrice de mixing dans le secteur droit est égal à la matrice CKM. Ces observables sont combinées dans le cadre du paquet CKMfitter d'analyse statistique. La combinaison de différentes classes d'observables doit prendre en compte la particularité des incertitudes théoriques, qui ne sont pas de nature statistique comme d'autres sources d'incertitude. A ce propos, nous considérons aussi la comparaison de différentes modèles d'incertitude théorique, afin de trouver des méthodes bien adaptées à la situation actuelle de notre connaissance des incertitudes théoriques impliquées dans un fit global en physique de la saveur. / Though very successful in explaining a wide variety of particle physics phenomena, the Standard Model (SM) leaves unexplained some properties of nature. Here we focus on the different behaviours of left- and right-handed chiralities, or in other words the violation of parity symmetry. A possible and somewhat natural avenue to explain this feature is to embed the SM into a more symmetric framework, which treats the chiralities on equal footing. This class of models, the Left-Right (LR) Models, introduces new gauge interactions that couple preferentially to right-handed fields. Then, at an energy scale high enough, LR symmetry is spontaneously broken through the Brout-Englert-Higgs (BEH) mechanism, thus giving origin to the SM and to parity violating phenomena. The specific way in which the BEH mechanism operates in LR Models can be probed by EW Precision Observables, consisting of quantities that have been very accurately measured, serving as a first test of consistency for extensions of the SM in the EW sector. We revisit a simple realization of LR Models containing doublet scalars, and consider the phenomenological study of this doublet scenario in order to test the viability and structure of the LR Models. In particular, there is a rich phenomenology associated to the new gauge bosons W’ et Z’ introduced by LR Models, such as new sources of CP violation beyond the one of the SM. Moreover, the extended neutral scalar sector introduces Flavour Changing Neutral Couplings (FCNC) at tree level, which are strongly suppressed in the SM where they arrive first at one loop. FCNCs typically lead to extremely powerful constraints since they contribute to meson-mixing processes, and therefore deserve close attention. For this reason, we consider the calculation of short-distance QCD effects correcting the LR Model contributions to meson-mixing observables up to the Next-to-Leading Order (NLO), a precision required to set solid lower bounds on the LR Model scales. Finally, we combine in a global fit electroweak precision observables, direct searches for the new gauge bosons and meson oscillation observables in the simple case where the right-handed analogous of the CKM mixing-matrix is equal to the CKM matrix itself (a scenario called CKMfitter symmetry). The full set of the observables is combined by using the CKMfitter statistical framework, based on a frequentist analysis and a particular scheme for modeling theoretical uncertainties. We also discuss other possible modelings of theoretical uncertainties in a prospective study for future global flavour fits made by the CKMfitter Collaboration.

Le nombre important de sites contaminés au Québec (Canada) et partout dans le monde est une problématique de santé publique majeure en raison des risques toxicologiques qu’ils présentent pour la santé humaine et environnementale. Dans la municipalité de Varennes (Québec, Canada), située sur la rive sud de l'Île de Montréal, les activités d’une ancienne usine pétrochimique (Pétromont Inc.) ont conduit à l’accumulation de concentrations modérées à élevées d’éléments traces métalliques (ETMs), de biphényles polychlorés (BPCs), d’hydrocarbures pétroliers aliphatiques (C10-C50) et d’hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sur les terrains de la compagnie. En 2010, une culture intensive de saule sur courtes rotations (CICR) a été établie sur le site, afin d’y conduire une expérience de phytoremédiation à grande échelle. Bien que cette plantation de Salix miyabeana ait été implantée dans une optique d'assainissement, aucun effet significatif n'a été signalé sur la concentration des contaminants du sol au cours des premières années de croissance. Les processus d'assainissement basés sur l’utilisation de végétaux peuvent être difficiles à prévoir en milieux naturels et nécessitent des améliorations afin d'en augmenter leur efficacité. La fertilisation des sols avec des amendements organiques, ainsi que la manipulation du microbiome végétal, sont deux techniques agronomiques couramment utilisées pour la gestion des cultures traditionnelles, afin d’augmenter la production de biomasse et améliorer la santé générale des végétaux. Ces approches peuvent également influencer la mobilité et la biodisponibilité de certains composés du sol. Puisque de telles modifications sont connues pour avoir le potentiel d’améliorer considérablement l’efficacité des végétaux à éliminer ou à transformer certains contaminants du sol, ces deux techniques agronomiques présentent un intérêt grandissant dans le domaine de la phytoremédiation. Cette recherche doctorale vise donc à améliorer les connaissances scientifiques dans le domaine de la phytoremédiation appliquée à grande échelle en abordant certains aspects qui touchent à ces deux approches agronomiques. En utilisant la plantation de saules déjà établie, une première étude a été réalisée afin d’évaluer l’impact d’un amendement de sol organique sur l’efficacité phytoremédiatrice des deux cultivars de saules (‘SX61’ et ‘SX64’). À l’intérieur de cette plantation, le sol de certaines parcelles expérimentales a été recouvert de bois raméal fragmenté (BRF) de saules, combiné, ou non, avec du substrat de champignons épuisé (SCE) de Pleurotus ostreatus. Après trois saisons de croissance, les résultats ont montré que l’ajout de SCE au BRF n’avait eu aucun effet sur la croissance des saules, ainsi que sur leur efficacité à extraire ou à réduire la concentration des contaminants présents sur le site. Les résultats suggèrent néanmoins que le BRF contribue à immobiliser certains HAPs dans le sol, en plus d’augmenter l’efficacité des saules à phytoextraire le Zn. La présence de saules semble avoir réduit de façon significative l’atténuation naturelle des C10-C50 sur le site. De plus, les concentrations de BPCs, de Cd, de Ni et de dix HAPs, ont montré des oscillations saisonnières, ce qui suggère que l’évapotranspiration qui a lieu à l’intérieur de la plantation de saules provoque un important flux d'eau et de contaminants solubles en direction des racines. Ainsi, la concentration de certains contaminants pourrait avoir tendance à augmenter à l’intérieur d’une dense plantation de saules au fil du temps. Une deuxième étude a été réalisée à l’intérieur de cette même plantation, afin de vérifier si les augmentations de concentration observées précédemment pouvaient être liées à l’évapotranspiration qui a lieu à l’intérieur d’une plantation de saules. Dans l’optique d’éliminer l’effet de transpiration, des coupes de saules ont été effectuées dans certaines parcelles de la plantation, puis les concentrations des contaminants organiques et inorganiques ont été suivies au fil du temps (24 mois), et comparées avec celles observées dans les parcelles non coupées. Les résultats obtenus ont montré que l'élimination des saules avait bel et bien limité l'accumulation de certains contaminants à la surface du sol, tels qu’observé dans les parcelles non coupées. Ces résultats suggèrent donc encore une fois que la culture intensive de saules à courte rotation peut entrainer une migration de certains contaminants en direction des racines et ainsi augmenter leurs concentrations à la surface du sol près des zones racinaires. Très peu d’études ont rapporté des résultats qui semblent contredire les multiples avantages de purification qui sont habituellement mis de l’avant en phytoremédiation. Toutefois, de tels effets sur la mobilisation des contaminants pourraient être pertinents et souhaitables dans un contexte de gestion du risque. La troisième et dernière étude présentée dans cette thèse explore la diversité des communautés microbiennes associées aux racines des deux cultivars de saules établis sur le site expérimental depuis plusieurs années (six années). Des études antérieures ont permis d’en apprendre davantage sur la composition du microbiome racinaire et rhizosphérique du saule poussant en milieux contaminés, mais la plupart de celles-ci ont été menées sur des individus relativement jeunes. Par conséquent, peu d’information existe concernant les associations microbiennes des individus plus âgés qui ont été établis en milieux contaminés. La caractérisation des communautés fongiques, bactériennes et archéennes a permis de montrer des différences de composition entre les deux cultivars de saules, ainsi qu’entre leurs compartiments (i.e. racines et rhizosphère). Certains groupes taxonomiques, appartenant à chacun des trois domaines, se sont démarqués, de par leur abondance, ou par leurs fonctions écologiques déjà connues et potentiellement bénéfiques pour la survie des végétaux, ou pour augmenter la dégradation et l'extraction de divers contaminants. Cette étude fournit donc de précieuses informations qui pourront servir à l’amélioration de certaines approches d'ingénierie du microbiome favorisant l'établissement, la survie, la croissance et les performances d’assainissement de Salix spp. établis en milieux contaminés. L’ensemble des résultats présentés dans cette thèse ont permis d’alimenter différentes réflexions sur l’intérêt d’utiliser certains amendements organiques et de caractériser le microbiome racinaire et rhizosphérique des saules afin d’améliorer les pratiques et la mise en oeuvre de la phytoremédiation par des saules. Cette thèse met également en lumière un phénomène de migration des contaminants, influencé par la présence de plantes à croissance rapide, qui représente un obstacle pour l’évaluation des performances d’assainissement par des approches de phytoremédiation notamment par des saules. / The large number of contaminated sites in Quebec (Canada) and all around the world is a major public problem because of the toxicological risks they present for human and environmental health. In the municipality of Varennes (Quebec, Canada), located on the south shore of the Island of Montreal, the activities of a former petrochemical plant (Pétromont Inc.) have led to the accumulation of moderate to high concentrations of traces elements (TEs), polychlorinated biphenyls (PCBs), aliphatic petroleum hydrocarbons (C10-C50) and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) on the land. In 2010, a short rotation intensive culture (SRIC) of willow has been established on the site, in order to conduct a field-scale phytoremediation experiment. Although this plantation of Salix miyabeana was established with a remediation view, no significant effect was reported on the concentration of soil contaminants during the first years of growth. Plant-based remediation processes can be difficult to predict in the fiel and require improvement in order to increase their effectiveness. Fertilization with organic amendments, as well as manipulating the plant microbiome, are two agronomic techniques commonly employed in traditional crop management, in order to increase biomass production and improve overall plant health. These approaches can also influence the mobility and bioavailability of some compounds in the soil. Since such modifications are known to have the potential to significantly improve the efficiency of plants in removing or transforming soil contaminants, these two agronomic techniques are of growing interest in the field of phytoremediation. This doctoral research aims to improve scientific knowledge in the field-scale phytoremediation application by addressing some aspects that affect these two agronomic approaches. Inside the already established willow plantation, a first study was carried out to assess the impact of soil organic amendment on the phytoremediation efficacy of the two willow cultivars (‘SX61’ and ‘SX64’). The soil of some experimental plots was covered with ramial chipped wood (RCW) combined or not with spent mushroom substrate (SMS) of Pleurotus ostreatus. After three growing seasons, the results showed that the addition of SMS to the RCW had no effect on the growth of the willows, as well as on their effectiveness in removing or reducing the concentration of contaminants on the site. The results nevertheless suggest that RCW helps immobilize some PAHs in the soil, in addition to increasing the efficiency of willows to phytoextract Zn. The presence of willows appears to have significantly reduced the natural attenuation of C10-C50 on the site. In addition, the concentrations of PCBs, Cd, Ni and ten PAHs, showed seasonal oscillations, which suggests that the evapotranspiration inside the willow plantation mobilized some contaminants towards the rooting zones. Thus, the concentration of certain contaminants may tend to increase within a dense willow plantation over time. A second study was carried out inside the same plantation, in order to verify if the increases in concentration observed previously could be linked to the evapotranspiration that takes place inside a willow plantation. In order to eradicate the effect of plant transpiration, willows were harvested in certain plots of the plantation. The concentrations of organic and inorganic contaminants were followed over time (24 months) and compared with those observed in the unharvested plots. The results obtained showed that the removal of the willows limited the accumulation of certain contaminants on the soil surface, as observed in the uncut plots. These results suggested once again that the short rotation intensive culture of willows can lead to the migration of certain contaminants towards the roots and thus increase their concentrations on the soil surface near the root zones. Very few studies have reported results that seem to contradict the multiple purification benefits that are usually put forward in phytoremediation. However, such effects on contaminant mobilization could be relevant and suitable in a risk management context. The third and final study presented in this thesis explores the microbial communities associated with the roots of the two willow cultivars established on the experimental site for several years (six years). Root and rhizosphere microbial communities of Salix spp. have been studied in contaminated environments, but most of studies have been carried out on relatively young hosts. Therefore, little information exists regarding the microbial communities associated with older willows established in contaminated environments. The characterization of fungal, bacterial and Archean communities has shown differences in composition between the two willow cultivars, as well as between their compartments (i.e., roots and rhizosphere). Some taxonomic groups, belonging to each of the three domains, caught our attention, either by their abundance, or by their ecological functions already known to be potentially beneficial for the plant survival, or for increasing the degradation and extraction of various contaminants. This study therefore provides valuable information that can be used to improve certain microbiome engineering approaches that promote the establishment, survival, growth and phytoremediation performance of Salix spp. in contaminated environments. All the results presented in this thesis have fueled various reflections on the interest of using soil organic amendments and characterizing the root and rhizosphere microbiome of willows in order to improve the practices and implementation of phytoremediation with willows. This thesis also highlights a phenomenon of contaminant migration, influenced by the presence of fast-growing woody plants, which represents an obstacle for the evaluation of phytoremediation performance approaches with willows.

Problématique. Bien que la survie des enfants atteints de la leucémie lymphoblastique aiguë (LLA) se soit grandement améliorée dans les dernières décennies, les survivants de la LLA de l’enfant sont nombreux à développer des comorbidités métaboliques sévères, comme l’obésité, des perturbations du métabolisme des glucides et des lipides ainsi que des maladies cardiovasculaires. À ce jour, peu de données probantes sont disponibles concernant les mécanismes sous-jacents au développement de ces complications cardiométaboliques. Cependant, les impacts de la maladie, du traitement et de la dysbiose intestinale sur le développement de ces désordres métaboliques sont des exemples d’hypothèses émises dans la littérature. Objectifs. Les objectifs sont de déterminer les impacts de la LLA pédiatrique et du méthotrexate sur le poids, la dyslipidémie et la résistance à l’insuline. De plus, nous souhaitons déterminer la relation entre le microbiote intestinal et le développement de complications métaboliques et évaluer les différences sexuelles concernant la réponse métabolique à la maladie et au traitement. Méthodes. Quarante souris NOD-SCID IL2Rγnull (NSG) avec un nombre égal de mâles et de femelles ont été divisés en 3 groupes : contrôle (injection de tampon phosphate salin (PBS), non traitée, n=8), non-traité (greffe de LLA, non traitée, n=16) et traité (greffe de LLA, traitée au méthotrexate, n=16) avec une dose de 5 mg/kg, 4 jours consécutifs pour une durée de 8 semaines. Un test d’hyperglycémie orale provoquée a été exécuté afin d’évaluer la tolérance au glucose. Le poids, la glycémie, les lipides sanguins, des échantillons de selles et certains tissus (le foie, les intestins et le tissu adipeux) ont été collectés à plusieurs moments durant l’expérience. Des Western blot ont été effectués afin de mesurer l’expression protéique de protéines clef du métabolisme dans le foie. La composition (abondance relative) et la diversité (α-diversité et β-diversité) du microbiote intestinal et la teneur fécale en acides gras à chaîne courte (AGCC) ont été mesurées. Les différences entre les groupes, intrasexe et longitudinales ont été analysées. Résultats. Nos résultats démontrent que la maladie elle-même a un impact sur les niveaux de cholestérol total dans le plasma et dans le foie des souris femelles. Le traitement au méthotrexate a induit une dysglycémie, à la fois à court terme et à long terme après le traitement, et a augmenté les niveaux de HDL-c dans le plasma des souris femelles. Dans le foie, une augmentation de l’activité de l’AMPKα et une diminution de l’expression protéique de FAS ont été observées chez les souris leucémiques, comparativement aux contrôles. L’analyse longitudinale du microbiote intestinal démontre des différences dans la composition du microbiote intestinal (abondance relative de la famille bactérienne S24_7 chez les mâles et β-diversité chez les femelles) et une réduction considérable du contenu fécal en acides gras en chaînes courtes (AGCC) après les traitements. Au sacrifice, les souris traitées avaient un ratio Firmicutes/Bacteriodetes inférieur comparé aux contrôles. Les souris mâles leucémiques avaient des niveaux moyens d’AGCC supérieurs et les femelles leucémiques avaient des niveaux d’AGCC inférieurs aux contrôles et cette différence était plus marquée chez les femelles traitées. Conclusion. La maladie seule provoque des changements dans le métabolisme lipidique, alors que le traitement avec le méthotrexate aggrave ces désordres en plus d’affecter les paramètres glucidiques. Ces effets ont principalement été observés chez les souris femelles. Des changements des protéines hépatiques clés impliquées dans la régulation du métabolisme des lipides et des glucides et au niveau du microbiote intestinal pourraient être des mécanismes expliquant le développement de ces complications chez les femelles. / Context. Although survival of children with acute lymphoblastic leukemia (ALL) has greatly improved in recent decades, many survivors of childhood ALL develop severe metabolic comorbidities, such as obesity, disturbances in carbohydrate and lipid metabolism, and cardiovascular disease. To date, little evidence is available concerning the mechanisms underlying the development of these cardiometabolic complications. However, the impact of the disease, the treatment and intestinal dysbiosis on the development of these metabolic disorders are examples of hypotheses put forward in the literature. Objectives. The objectives are to determine the impact of pediatric ALL and methotrexate on weight, dyslipidemia and insulin resistance. In addition, we aim to determine the relationship between the gut microbiota and the development of metabolic complications, and to assess sex differences in metabolic response to disease and treatment. Methods. Forty NOD-SCID IL2Rγnull (NSG) mice with equal numbers of males and females were divided into 3 groups: control (Phosphate-buffered saline injection (PBS), non-treated, n=8), untreated (LLA graft, non-treated, n=16) and treated (LLA graft, treated with methotrexate, n=16) with a dose of 5 mg/kg, 4 consecutive days for 8 weeks. An OGTT test was performed to assess glucose tolerance. Weight, blood glucose, blood lipids, stool samples and selected tissues (liver, intestine and adipose tissue) were collected at several points during the experiment. Western blots were performed to measure protein expression of key metabolic proteins in liver. The composition (relative abundance) and diversity (α-diversity and β-diversity) of the gut microbiota and the fecal content of short-chain fatty acids (SCFAs) were measured. Differences between groups, within sex and between longitudinal data were analyzed. Results. Our results show that the disease itself had an impact on the cholesterol levels in plasma and in the liver of female mice. Methotrexate treatment induced dysglycemia, both and in the long term after the treatment and increased plasma HDL-c levels of female mice. In the liver, an increase in AMPKα activity and a decrease in FAS protein expression were observed in leukemic mice, compared with controls. Longitudinal analysis of the gut microbiota demonstrated differences in gut microbiota composition (relative abundance of the S24_7 bacterial family in males and β-diversity in females) and a considerable reduction in fecal short-chain fatty acid (SCFA) content after methotrexate treatment. At sacrifice, treated mice had a lower Firmicutes/Bacteriodetes ratio than controls. Male leukemic mice had higher mean SCFA levels, and female leukemic mice had lower SCFA levels than controls, with this difference being more marked in treated females. Conclusion. The disease alone causes changes in lipid metabolism, while treatment with methotrexate aggravates these disorders and affects carbohydrate parameters. These effects were mainly observed in female mice. Changes in key hepatic proteins involved in the regulation of lipid and carbohydrate metabolism and in the intestinal microbiota could be mechanisms explaining the development of these complications in females.