L'augmentation de la dégradation des sols et ses conséquences sur les services écosystémiques nécessite le développement de stratégies de restauration de ces sols. La constitution de Technosols, résultant de l’assemblage de sols pollués et de déchet industriels, est une approche innovatrice pouvant à la fois permettre de restaurer les sols et de recycler des sous-produits industriels. Des études récentes ont mis en évidence que les Technosols pouvaient assurer des services écosystémiques tels que la production primaire. Toutefois, notre connaissances des autres services écosystémiques rendus par les Technosols tels que les cycles biogéochimiques est limitée. En raison de la contribution significative des communautés microbiennes aux cycles biogéochimiques dans les sols, l’objectif de ce travail de thèse était l’effet du type de Technosol sur les communautés microbiennes et plus particulièrement les communautés fonctionnelles impliquées dans le cycle de l’azote. Dans ce contexte, (i) la densité et la diversité de la communauté bactérienne totale, (ii) la densité de la communauté crenarchéenne ainsi que (iii) la densité et les activités des communautés nitrifiante et dénitrifiante ont été étudiées dans deux types de Technosols différents. Les résultats obtenus montrent que la diversité et la composition de la communauté bactérienne des deux Technosols n'étaient pas significativement différentes entre elles, et similaires à celles de ‘sols naturels’, les Proteobacteria étant le phylum dominant (50-80%). La densité de la communauté bactérienne oxydant l’ammonium était non seulement plus importante que celle des crenarcheae qui oxyde l’ammonium, mais est également corrélée avec l'activité potentielle de nitrification suggérant ainsi que les bactéries sont responsables de l’oxydation de l’ammonium dans les Technosols. La densité des dénitrifiants et de la communauté oxydant l’ammonium sont du même ordre de grandeur que celles observées dans les sols agricoles. L’analyse de la distribution de l'activité et de la densité des communautés nitrifiante et dénitrifiante dans les différents horizons des Technosols montre un effet négatif de la profondeur, cet effet étant plus marqué que l’effet du type de Technosol étudié. Les propriétés physico-chimiques des Technosols et la densité de la communauté bactérienne oxydant l’ammonium sont corrélés à l'activité de nitrification alors que l'activité de dénitrification était contrôlée principalement par les propriétés physico-chimiques des Technosols, et dans une moindre mesure par la densité de la communauté dénitrifiant possédant le gène nirS. L'estimation de la stabilité fonctionnelle du processus de dénitrification vis-à-vis de périodes stress hydrique et thermique a montré que les Technosols présentaient une plus haute résistance et une meilleure résilience que des sols remédiés par traitement thermique uniquement. Ce travail souligne le potentiel des Technosols à assurer les services écosystémiques tels que le cycle de l’azote, ainsi que leur forte capacité à résister et à se remettre de stress environnementaux. Tout ceci semble donc indiquer que la construction de Technosols est une technologie prometteuse qui pourrait permettre la restauration de friches industrielles et le recyclage des déchets industriels / Increasing soil degradation and its consequences on overall ecosystem services urge for restoration strategies. Construction of Technosols through assemblage of treated soil and industrial wastes is an innovative technology for the restoration of polluted land and re-use of industrial by-products. Recent studies have evidenced that Technosols could support ecosystemic services such as primary production but the knowledge about other soil functions, such as biogeochemical cycling, is limited. Due to the significant contribution of microbial communities to soil functioning, this PhD work was carried out to study the effect of the type of Technosol on microbial communities with a focus on functional guilds involved in N cycling. For this purpose, the abundance and diversity of the total bacterial community and the abundance of crenarchaeal community together with the abundance and activities of the nitrifying and denitrifying communities were investigated in two types of Technosols. Results demonstrated that diversity and composition of the bacterial community were similar to ‘natural soils’ and were not significantly different between the two Technosols with Proteobacteria being the dominant phylum (50-80%). The bacterial ammonia oxidizers were greater in number than crenarchaeal ammonia oxidizers but also correlated to the potential nitrification activity suggesting that bacteria are the dominant ammonia oxidizers in Technosols. The abundance of both the ammonia oxidizers and the denitrifiers were in the same range than that observed in other soil systems. Analyses of the vertical distribution of the activity and abundance of N-cycling communities in the Technosols showed a significant depth-effect, which was more important than the Technosol type-effect. Technosols physicochemical properties and the abundance of the bacterial ammonia oxidizers were the main drivers of the nitrification activity whereas the denitrification activity was controlled mainly by the Technosols physicochemical properties and, to a minor extent, by the abundances of the nirS denitrifiers. The estimation of the functional stability of the denitrification process against the heat-drought stresses revealed that Technosol exhibited the high resistance and resilience in comparison to the thermally treated soil. This work highlighted the potential of constructed Technosols to ensure the N cycling ecosystem services, along with a high capacity to resist and recover from environmental stresses, suggesting that construction of Technosols is a promising technology and a solution for the restoration of industrial wastelands and waste recycling

Les cultures intermédiaires multi-services (CIMS) implantées en interculture entre deux cultures de rente permettent de produire de nombreux services écosystémiques. Parmi les familles d’espèces utilisées comme CIMS, les crucifères réduisent efficacement la lixiviation de nitrate et de sulfate en captant l’azote (N) et le soufre (S) minéral du sol (services de piège à N et à S). Les crucifères ont aussi la capacité de contrôler les pathogènes via des composés biocides issus de l’hydrolyse de métabolites secondaires appelés glucosinolates (GSL). L’objectif de nos travaux de recherche est d’évaluer les performances en termes de services écosystémiques liés à l’azote, au soufre et au potentiel de bio-contrôle d’une grande diversité de mélanges bispécifiques de crucifères et de légumineuses en comparaison aux CIMS pures. Nous avons réalisé des expérimentations sur 2 sites contrastés (région de Toulouse et Orléans, France) et sur 2 années pour tester les performances de mélanges crucifère-légumineuse en comparaison aux espèces pures. Les espèces testées sont i) pour les crucifères : colza, moutarde blanche, moutarde brune, moutarde éthiopienne, navet, navette, radis, roquette, et ii) pour les légumineuses : trèfle Egyptien, trèfle incarnat, vesce commune, vesce pourpre, vesce velue, pois, soja, féverole et lupin blanc. Nos travaux de recherche montrent que les mélanges crucifère-légumineuse peuvent produire simultanément divers services écosystémiques avec un haut niveau d’expression, allant de 2/3 (production de GSL, engrais vert à N et S), à quasiment 100% (piège à N et S) du service produit par la famille d’espèce pure la plus performante. La concentration et les types de GSL ne changeant pas en mélanges, les interactions des crucifères avec leurs pathogènes restent identiques. Via une revue de littérature nous concluons également que le service de bio-contrôle des cultures pures de crucifères peut être maintenu en mélanges crucifère-légumineuse sur une grande diversité de pathogènes et adventices tout en réduisant les potentiels dis-services sur les auxiliaires et sur le cycle de l’azote. / Multi-services cover crops (MSCC) grown during fallow period between two cash crops provide various ecosystem services. Among species used as MSCC, crucifers can efficiently prevent nitrate and sulphate leaching by catching residual soil mineral nitrogen (N) and sulphur (S) afterthe preceding cash crop (N and S catch crop services). Crucifers also have a unique capacity to suppress pathogens due to the biocidal hydrolysis products of endogenous secondary metabolites called glucosinolates (GSL). The aim of our study was to assess the provision of various ecosystem services linked to N, S cycles and biocontrol potential for a wide range of bispecific crucifer-legume mixtures in comparison to sole cover crops of legume and crucifer. We carried out experiments in 2 contrasted sites (Toulouse and Orléans regions, France) during 2 years in order to assess these services and the compatibility of various bi-specific crucifer-legume mixtures. We tested a great diversity of species, such as i) crucifers : rape, white mustard, Indian mustard, Ethiopian mustard, turnip, turnip rape, radish and rocket, and ii) legumes: Egyptian clover, crimson clover, common vetch, purple vetch, hairy vetch, pea, soya bean, faba bean, and white lupin. Our study demonstrated that crucifer-legume mixtures can provide and mutualize various ecosystem services by reaching from 2 thirds (GSL production, S and N green manure) to the same level ofservice (N and S catch crop) than the best sole family of species. GSL profile and concentration did not change in mixtures meaning that crucifer-pests interactions were identical. Through a literature review we also illustrated that biocontrol services of crucifers could be largely maintained in crucifer-legume mixtures for a wide range of pathogens and weeds while reducing potential disservices on beneficials and increasing N related service

Un dispositif agronomique pérennisé entre 1995 et 1999 avec des systèmes de culture de maïs à couvertures végétales a été installé dans la zone écologique à forêt semi-décidue de Côte d'Ivoire. L'offre en N d'origine organique est étudiée dans le cadre de systèmes de culture de maïs, avec une durée de jachère de 6 mois (SC6MJ) et 18 mois (SC18MJ). Les jachères sont occupées soit par Chromolaena odorata (subspontanée), soit par Pueraria phaseoloides (introduite). Ces quatre systèmes sont comparés à deux témoins, un sans Chromolaena pour les SC6MJ et un avec brûlis de Chromolaena pour les SC18MJ. Les systèmes à couvertures végétales sont gérés en couvertures vivantes avec des herbicides et leur pérennité est assurée par une reprise de croissance des espèces avant la récolte de la céréale. Les systèmes à SC6MJ bénéficient d'une fertilisation modérée en phosphore. L'étude réalisée pose comme hypothèses de départ que (i) les déterminants de l'offre à court terme (cycle cultural) et à moyen terme (effets cumulés) dépendront principalement des quantités et de la qualité des litières de surface d'origine des jachères (ii) ces effets se concentreront à la surface du sol. Le potentiel de minéralisation des litières au laboratoire est corrélé avec leur rapport C/N, plus faible pour Pueraria (C/N entre 20 à 23) que pour Chromolaena (C/N entre 25 à 43). En 1998 la vitesse de disparition des litières suivie avec des " sacs de décomposition " est beaucoup plus rapide qu'en 1999 en relation au début du cycle de décomposition avec le régime pluviométrique. Les deux années la quantité de litières présentes après la coupe détermine le taux de décomposition à moyen terme des litières. Ces dynamiques, modélisées sur deux années, permettent de distinguer un compartiment de litières à disparition rapide et un compartiment à disparition lente. La comparaison des pertes en C dans des " sacs de décomposition " à maille différente montre que l'activité de la mésofaune et de la macrofaune du sol pourrait être responsable de la disparition de 50 % des litières au début du processus de décomposition et de 35% à la fin du processus de décomposition. Leur action de fragmentation et d'incorporation au sol des litières (meules des termites champignonnistes situées à la surface du sol) permet une disparition comparativement plus rapide des litières de Chromolaena que celles de Pueraria. L'application des modèles aux données obtenues sur les mobilisations en N des jachères en relation avec les besoins de la culture en N indique (i) un risque " d'asynchronie " en début de cycle (ii) une offre insuffisante en fin de cycle pour les SC6MJ (iii) peu de différenciation entre l'offre de Chromolaena et celle de Pueraria. L'offre en N in situ du sol en surface (0-10 cm) en 1998 et 1999, estimée pendant des périodes de 90 jours durant le cycle du maïs par des mesures et des incubations de sol, est corrélée pour les SC6MJ avec les mobilisations en N du maïs dans les parties aériennes. C'est le traitement avec Pueraria qui les deux années satisfait le mieux les besoins en N de la culture et cette offre est comparable à celle des SC18MJ. L'offre en N varie peu selon les traitements des SC18MJ. Le régime pluviométrique intervient (i) à une échelle pluriannuelle, en déterminant, l'intensité du pic de minéralisation en N minéral du sol et les accumulations en N dans les parties aériennes des jachères (ii) à l'échelle de la campagne en interaction avec les litières en surface et l'activité des systèmes racinaires des couvertures végétales. La litière de Pueraria semble mieux conserver l'humidité du sol et le système racinaire de Chromolaena mobiliser de plus fortes quantités d'eau. En situations hydriques limitantes, la minéralisation nette est corrélée aux humidités de sol. Les litières semblent être à l'origine en 1998 de l'augmentation de la biomasse microbienne du sol en surface créant ainsi une source potentielle d'immobilisation temporaire de N. En 1998 l'offre en N estimée par minéralisation nette indique une meilleure synchronie avec les besoins de la culture malgré une pluviométrie plus abondante en début de cycle par rapport en 1999. Une étude utilisant l'abondance naturelle 15N permet d'estimer que la litière de Pueraria peut contribuer fortement à la nutrition azotée de la culture, de 30 à 41% en 1998 et de 64 à 87% en 1999 dans le cadre du système de culture à jachère de 6 mois. Les différenciations sur les matières organiques du sol (MOS) indiquent un début d'effet sur les stocks évalués sur 0-10 cm en moyenne à 2.34 t ha-1 N pour les SC6MJ et en moyenne à 2.83 t ha-1 N pour les SC18MJ. Pour les SC6MJ la différence obtenue entre les apports et les pertes sur quatre années suggère que Chromolaena conserve mieux les stocks en C et N que Pueraria. La comparaison avec une jachère forestière située hors dispositif indique que la disponibilité en matériaux facilement minéralisables dans nos agrosystèmes est (i) réduite en fin de saison des pluies (ii) diminuée par la pratique du brûlis (iii) peu augmentée par la pratique de la jachère. Les études sur des incubations de longue durée (106 et 85 jours) montrent des effets significatifs sur les modélisations faites par ajustement aux points expérimentaux sur les cinétiques de respiration et de minéralisation nette cumulées (exprimées en proportion par rapport au C et N total du sol). Elles permettent d'identifier d'importants facteurs de différenciation au niveau du compartiment des MOS à taux de renouvellement élevé. Pour les SC6JM ce compartiment représente une part plus importante avec Pueraria, certainement en relation directe avec des apports cumulés de plus grande qualité biochimique (rapport lignine / N). La durée de la jachère n'améliore pas la disponibilité en N facilement minéralisable indiquant ainsi un blocage de C et N au niveau du sol de nature physique et/ou biochimique.

Des conditions d'hypoxie sont couramment rencontrées dans les eaux profondes de l'estuaire du Saint-Laurent, dû à une forte dégradation de matière organique particulaire (MOP) hautement réactive de même qu'à une eutrophisation généralisée de l'estuaire au cours des dernières décennies. On en connaît par contre peu sur la distribution et la composition de la MOP retrouvée dans les sédiments, ainsi que sur les facteurs qui gouvernent sa réactivité dans les différentes zones de l'estuaire. Les nutriments azotés, incluant l'azote organique dissous (AOD), sont un facteur limitant courant pour la productivité primaire estuarienne, et pourtant, l'AOD est presque systématiquement absent des budgets de nutriments estuariens et marins. Dans le Saint-Laurent, les sources et les puits de l'AOD ne sont pas bien définis, et les facteurs qui régulent le relargage benthique de l'AOD, en particulier, sont incertains. La mesure de la composition isotopique des différentes espèces d'azote est utile pour comprendre et quantifier les différents processus liés au cycle de l'azote, dans les sédiments et dans la colonne d'eau (incluant les processus qui affectent l'AOD), mais l'effet de la composition isotopique sur les dits processus, en contrepartie, doivent être éclaircis. En ce moment, aucune étude n'a documenté les liens existant entre la composition isotopique des différentes espèces d'azote et les échanges de nutriments entre les milieux benthique et pélagique estuariens et marins. Dans ce contexte, l'objectif général de cette thèse est de déterminer la composition et la réactivité de la matière organique (MO) dans l'estuaire du Saint-Laurent, d'évaluer son impact sur les flux et les budgets d'azote, puis d'évaluer comment les propriétés isotopiques des espèces d'azote échangées lors des différents flux affecteront le pool d'azote dans la colonne d'eau. Les objectifs spécifiques sont donc, dans un premier temps, de déterminer la distribution de la MOP réactive au long de l'estuaire et du golfe du Saint-Laurent, ainsi que d'explorer les facteurs qui contrôlent cette distribution, tels que les sources de MOP, l'oxygène dissous et les régimes de déposition. Dans un deuxième temps, j'explore ici la distribution et les flux d'azote et de carbone organique dissous (AOD; COD) dans l'eau interstitielle entre les sédiments et la colonne d'eau, ainsi que les différences stœchiométriques qui en découlent, lesquelles sont probablement régulées par la réactivité de la MOP et les conditions environnementales. Le dernier objectif est de suivre la transformation des différentes espèces d'azote organique et inorganique dissous (AOD+AID) dans les eaux interstitielles, puis de déterminer l'effet qu'aura la séquence de reminéralisation-nitrification-dénitrification de l'azote sur le contenu en 15N du pool réactif d'azote dans la colonne d'eau. Pour répondre à ces objectifs, des échantillons provenant de l'eau et des sédiments de l'estuaire du Saint-Laurent ont été collectés lors de deux campagnes au long d'un gradient depuis l'estuaire vers l'océan. La composition en isotopes stables (N et C), le carbone organique total, l'azote total, les acides aminés et le contenu en chlore ont été mesuré dans les sédiments. Ces analyses sont à la base des calculs d'indices de réactivité de la matière organique, de l'indice de dégradation (ID) et de l'indice de chlore (IC) des sédiments. De plus, les nitrates (et nitrites), l'ammonium, le carbone organique dissous (COD) et l'AOD seront mesurés dans les eaux interstitielles des sédiments. Ces variables seront ensuite utilisées pour estimer les flux diffusifs à l'interface eaux-sédiments. Finalement, les compositions isotopiques des NO3- et de l'azote total dissous (ATD) ont été déterminées, et l'effet isotopique associé à leurs flux à l'interface eau-sédiment a été calculé. Les résultats de ce présent travail montrent clairement un gradient de la réactivité de MOP des sédiments et un début d'altération diagénétique au long de l'estuaire du golfe du Saint-Laurent, avec plus de MO réactive dans la partie peu profonde de l'estuaire moyen et dans la zone hypoxique et très productive de l'estuaire maritime. Les analyses de stéréo-isomères des acides aminés ont révélé un couplage entre l'ampleur de la diagénèse et l'accumulation et la préservation sélective de la matière dérivée des membranes de cellules bactériennes dans les sédiments. Le temps d'exposition à l'oxygène des sédiments semble déterminer fortement la réactivité de MO des sédiments dans l'estuaire du Saint-Laurent, plutôt que la source de la MOP. Dans l'ensemble de la zone d'étude, les sédiments représentent une source d'AOD dans la colonne d'eau (de 0,11 à 0,43 mmol m-2 j-1). Les flux d'AOD comptent pour 30 à 64% de la dénitrification benthique totale, et étaient significativement positivement corrélés avec la réactivité de la MO et négativement corrélés avec l'oxygène dissous des eaux recouvrant les sédiments. Les flux de COD étaient relativement constants (2,1 ± 0,1 mmol m-2 j-1) et n'ont pas démontré de patron de variation au long du gradient estuaire-océan, impliquant une partition des éléments prononcée et contrôlée par l'environnement durant l'hydrolyse et la reminéralisation de la MOP durant la diagénèse hâtive des sédiments. L'azote réduit dissous (ARD) des eaux interstitielles et les nitrates étaient tous les deux significativement enrichis en 15N dans les sédiments. Comme dans les autres environnements marins, le fractionnement isotopique biologique de la perte nette d'N fixé due à la dénitrification était à peine exprimé à l'échelle des échanges entre les sédiments et l'eau. Intégrer, pour la première fois, les flux d'ARD (AOD + NH4+) dans les calculs de l'effet isotopique de l'N total des sédiments génère des effets isotopique d'N légèrement plus élevé (4,6 ± 2 %o), qui semblent être contrôlés par la réactivité et la profondeur de pénétration de l'oxygène dans les sédiments. Les valeurs des effets isotopiques de l'N total des sédiments reportés ici sont plus élevés que les valeurs présumées, et occasionnent des incohérences dans le cycle global des isotopes d'N, car ils impliquent un plus grand ratio de dénitrification entre les sédiments et la colonne d'eau et, ainsi un plus grand débalancement du budget global de l'N qu'il n'est actuellement considéré. En résumé, cette étude souligne les liens étroits existant entre le régime de condition de préservation et de sédimentation, la composition et la réactivité de la MO et le remaniement bactérien, ainsi que les échanges de solutés à l'interface eau/sédiment, avec des implications à grand échelle pour l'effet des processus benthiques sur les éléments et le budget isotopique de l'N dans la colonne d'eau des estuaires marins. ______________________________________________________________________________

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie civil : Lille 1 : 2006. / N° d'ordre (Lille 1) : 3778. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 140-146.

Dans les prairies subalpines, l'abandon de certaines pratiques agricoles (fertilisation, fauche ou pâturage) ou à l'inverse, leurs intensifications entrainent une altération de la diversité fonctionnelle et spécifique des végétaux, de l'activité microbienne du sol ainsi que de la disponibilité de l'azote du sol et des processus de transformation de l'azote. L'hypothèse émise concerne les changements dans la distribution de la dominance des traits de plantes qui agiraient comme un déterminant important sur la productivité des plantes, la diversité fonctionnelle des micro-organismes du sol et sur les mécanismes des cycles de l'azote (N) et du carbone (C). Les hypothèses testées sont que : (i) l'augmentation de la dominance des traits liés aux stratégies conservatives et exploitatives promeut les espèces bactériennes K et r sélectionnées ; et (ii) ces interactions plantes-micro-organismes établiront les rythmes des cycles de l'N et du C et donc les services écologiques associés. L'approche originale de ce projet consiste en une étude de quatre espèces que l'on retrouve sur les prairies typique des bassins versant agricoles subalpins: deux espèces de monocotylédone et deux espèces dicotylédones, avec une espèce à stratégie conservative et une espèce à stratégie exploitative pour chacun des groupes. Ces plantes seront cultivées avec un sol pauvre en nutriment qui subira ou non un traitement de fertilisation ; ce qui permettra un contrôle de la disponibilité en N du sol. En parallèle, l'étude d'un mésocosme contenant un sol inoculé sera effectuée avec pour objectif de préciser le rôle des micro-organismes dans les mécanismes de rétroaction entre le sol et les plantes. Dans le cadre du projet (VITAL, EU Biodiversa) dans laquelle entre cette étude, ces mêmes espèces seront cultivées dans les Alpes autrichiennes et dans les prairies du Royaume-Unis. In subalpine grasslands, the neglect of some agricultural practices (fertilization, mowing or pasture) or on the contrary, their intensification involve a deterioration of the functional and specific diversity of plant, soil microbial diversity as well as soil nitrogen availability and nitrogen transformation processes. Our overarching hypothesis is that changes in the dominance distribution of plant traits will act as an important determinant of plant productivity, microbial functional diversity and carbon and nitrogen cycling. The hypothesis tested are that: (i) increased dominance of traits linked to conservative or exploitative strategies promotes K and r-selected microbial species; and (ii) these plant-microbial linkages will determine carbon and nitrogen cycling rates, and hence the associated ecosystem services. The original approach of this project consists studying four species from the typical grasslands of subalpine agricultural mountainside basins: two grasses species and two forbs species, with conservative strategiy species and exploitative strategy species for each group. These plants will be cultivated with low nutrient soil which will undergo or not fertilization treatement to control soil nitrogen availability. In a parallel study, mesocoms containing an inoculated soil will be carried out to clarify the role of microbe in plant-soil feedback processes. Thanks to the EU framework of the project (VITAL, EU Biodiversa) in which enters this study, these same species will be cultivated in the Austrian Alps and the United Kingdom grasslands.

Une meilleure compréhension du rôle des bactéries dans les écosystèmes aquatiques nécessite une meilleure connaissance de la dynamique, de la composition et des facteurs de contrôle des groupes qui constituent ces communautés. Toutefois, les études qui se sont intéressées à cet aspect de l'écologie microbienne aquatique ont, pour la plupart, concerné les groupes bactériens dominants. Parmi les phyla bactérien non dominants, les Planctomycetes restent peu connus tant en terme de dynamique que de rôle fonctionnel en milieu naturel, bien qu'étant reconnus ubiquistes. Le manque de connaissances sur ce groupe est encore plus marqué dans les écosystèmes lacustres. Pourtant, les quelques études consacrées à ce groupe bactérien dans les écosystèmes aquatiques indiquent qu'ils sont impliqués dans deux processus clés de leur fonctionnement à savoir l'oxydation de l'ammonium en conditions anaérobies (anammox) ainsi que la dégradation et le changement de qualité de la matière organique dissoute. L'objectif principal de cette thèse était donc de caractériser la diversité, la dynamique spatio-temporelle ainsi que les facteurs de contrôle des Planctomycetes dans les lacs, dans le but de mieux connaître la dynamique des bactéries non dominantes, qui constituent une très large part de la diversité bactérienne totale. L'absence d'outils moléculaires permettant de caractériser les communautés de Planctomycetes dans les lacs nous a tout d'abord conduit à faire une rigoureuse mise au point méthodologique. Cette dernière a abouti à la caractérisation d'un couple d'amorces (PLA352F/PLA920R) permettant de détecter et d'amplifier spécifiquement tous les genres de Planctomycetes dans ces écosystèmes, et pouvant être utilisé dans les approches d'empreintes moléculaires comme la DGGE. L'étude spatio-temporelle, réalisée dans deux lacs péri-alpins à partir de ce couple d'amorces, a ensuite permis de révéler que les Planctomycetes, malgré leur faible abondance relative dans la communauté bactérienne lacustre, présentent une richesse taxonomique élevée jusqu'ici insoupçonnée. Ils sont caractérisés par une structure taxonomique similaire aux bactéries dominantes puisqu'ils sont composés d'un nombre réduit d'OTUs dominantes et d'un très grand nombre d'OTUs faiblement représentées en nombre de séquences. Ce résultat soutient l'idée selon laquelle le concept de cores species (espèces dominantes) et de satellites species (espèces rares), récemment transposé aux groupes bactériens dominants, s'applique aussi aux groupes moins abondants ou rares. Nos résultats ont également mis en évidence que les communautés de Planctomycetes des lacs étaient très structurées dans l'espace et dans le temps. Les patterns de distribution de ce phylum bactérien étaient très similaires à ceux décrits pour les groupes bactériens plus abondants à savoir (i) une forte hétérogénéité verticale (certains genres étant présents essentiellement dans les couches profondes des lacs) ainsi qu' (ii) une dynamique saisonnière importante principalement mise en évidence dans la partie épilimnique des lacs. Cette structuration n'est pas le fruit d'une dispersion aléatoire liée à des processus stochastiques comme l'immigration mais est au contraire fortement dépendante des facteurs environnementaux. Nos résultats ont en effet montré que la richesse spécifique ainsi que la diversité des communautés de Planctomycetes sont fortement dépendantes de l'évolution du pH. De même, la température semble également être un facteur clé dans la dynamique et la composition globale des Planctomycetes. En revanche, l'effet des nutriments inorganiques semble moins influent dans le contexte de notre étude et la compétitivité des Planctomycetes vis-à-vis de ces ressources pourrait dépendre d'autres facteurs que nous n'avons pas analysés. / Understanding the role of microbes in the functioning of ecosystems is currently one of the major challenges in microbial ecology. One important step to this challenge is the assessment of the diversity of these microbial communities and their driving factors. With the recent methodological advances in molecular approaches, knowledge on the structural and functional diversity of bacterial communities in aquatic ecosystems has considerably increased during the last twenty years. However most of these studies concerned either the bacterial community or the most abundant bacterial groups, such as Actinobacteria and Proteobacteria. Only few data are available on the dynamics and diversity of less abundant but ubiquitous phyla such as Planctomycetes. This is particularly true for freshwater ecosystems, for which data on this phylum are much less abundant, compared to marine and soil ecosystems. Yet, members of this bacterial group are thought to play an important role in biogeochemical processes in aquatic systems, including nitrogen cycling and degradation of organic matter. Thus, the aims of this thesis were (1) to compare the structure and the composition of the Planctomycetes communities in two peri-alpine lakes with contrasting environmental conditions (2) to assess the vertical and temporal variations in the composition of these communities and (3) to characterize the different environmental factors that control these communities.

Dans les vasières intertidales dominées par les diatomées, la production primaire est particulièrement forte à marée basse. Ce microphytobenthos peut être limité par les nutriments azotés en lien avec les communautés de procaryotes impliquées dans le cycle de l’azote. Ainsi, ce travail de thèse cherche, via une approche écologique, à décrire le rôle des communautés de procaryotes benthiques notamment liées au cycle de l’azote et ce, suivant différentes échelles temporelles liées aux cycles du microphytobenthos. Des échantillons de sédiment ont été prélevés dans la baie de Marennes-Oléron (Côte Atlantique, France) entre 0 et 10 cm de profondeur suivant 5 couches (0-0,5 cm, 0,5-1 cm, 1-2 cm, 2-5 cm, 5-10 cm). Différents facteurs biotiques et abiotiques ont été mesurés et mis en relation avec la production bactérienne, les activités enzymatiques et les gènes fonctionnels liés au cycle de l’azote (impliqués dans la nitrification, la dénitrification et l’anammox). De plus, la diversité bactérienne et archéenne a été évaluée par pyroséquençage 454 afin de caractériser les communautés et leurs dynamiques en lien avec les facteurs forçants biotiques et abiotiques. Dans le but d’évaluer l’influence des paramètres abiotiques et de la production du microphytobenthos, des mesures in situ ont été couplées avec des mesures en conditions semi-contrôlées. / In diatoms-dominated intertidal mudflats, at low tide the primary production is particularly high and microphytobenthos that can be limited by nitrogen-related nutrients is linked with N-related prokaryotic communities. Thus, this PhD thesis aim at describing by ecological approach, the role of benthic prokaryotic communities especially N-related ones, at various temporal scales linked to microphytobenthos life cycles. Sediment samples from Marennes-Oleron mudflat (Atlantic coast, France) were collected according to 5 layers : 0-0.5 cm, 0.5-1 cm, 1-2 cm, 2-5 cm and 5 to 10 cm below sediment surface (bsf). Various biotic (i.e. chlorophyll a) and abiotic parameters (i.e. nutrients, exopolymeric substances, water content, salinity, pH, temperature…) were recorded and linked with benthic bacterial production, enzymatic activities and N-related functional genes (i.e. implied in nitrification, denitrification, and anammox). Furthermore, the bacterial and archaeal diversity was assessed by 454 pyrosequencing in order to characterize the communities and shift in link with biotic and abiotic drivers. Aiming at evaluating the influence of abiotic parameters and microphytobenthic activities on the prokaryotic communities, in situ measurements were coupled to a semi-controlled approach.

Les écosystèmes aquatiques eutrophes sont souvent perturbés par des proliférations de cyanobactéries potentiellement toxiques. Si de nombreux travaux ont été publiés sur leur écologie et leur toxicité, peu d'entre eux concernent leurs interactions avec les bactéries chimiotrophes qui leur sont associées au sein de la phycosphère, ce qui a motivé cette thèse. Par des travaux réalisés sur des écosystèmes naturels et des approches en laboratoire, nous montrons que les communautés bactériennes (CB) associées aux cyanobactéries ont une structure et une composition différentes de celles qui ne subissent pas leur influence directe. Ces communautés associées sont dominées par des bactéries ayant une forte affinité pour la matière organique (MO) et réunissant des espèces spécialistes toujours retrouvées en association avec des cyanobactéries et des espèces généralistes capables de se développer dans tous les environnements riches en MO. Nos travaux ont aussi révélé que les CB présentent des différences structurelles et fonctionnelles selon le genre de cyanobactéries auquel elles sont associées, et notamment selon leur capacité à fixer ou non l'azote atmosphérique. Enfin, un focus particulier a été porté sur les bactéries impliquées dans le cycle de l'azote sachant que cet élément est avec le phosphore, souvent limitant pour la croissance des cyanobactéries. Nos résultats montrent que plusieurs étapes essentielles de ce cycle semblent être plutôt effectuées par la CB qui n'est pas sous l'influence directe des cyanobactéries ce qui suggère l'existence d'un découplage dans l'exploitation de la MO et dans le cycle de l'azote entre CB associées et non associées aux cyanobactéries. / Potentially toxic cyanobacteria blooms often occur in eutrophic aquatic ecosystems. While many studies have been published on their ecology and toxicity, few have investigated the interactions between cyanobacteria and their associated chimiotrophic bacteria within the phycosphere. This latter is the subject of this thesis. Using both natural ecosystems and laboratory approaches, we show that the structure and composition of bacterial communities (BC) associated with cyanobacteria are different from those that are not under the direct influence of the cyanobacteria. These associated communities are dominated by bacteria that have a high affinity for organic matter (OM) and are composed of specialist species that are always found in association with cyanobacteria and generalist species that can grow in any OM rich environments. Our results also revealed that the associated BC differs structurally and functionally between diazotrophic and non- diazotrophic cyanobacteria. We also specifically investigated the bacteria involved in the nitrogen cycle knowing that this element, with phosphorus, is often limiting for the growth of cyanobacteria. Our results show that several essential steps in this cycle appear to be rather done by the BC that is not under the direct influence of cyanobacteria, which suggests the existence of a decoupling between the MO and nitrogen cycles between associated and non-associated BC.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / L'objectif principal de cette étude était de quantifier, à la base de la glace de mer de première année dans l’archipel Arctique canadien, la variabilité spatiale des principales réactions biologiques du cycle de l'azote, soit l'assimilation du nitrate et de l'ammonium, la nitrification, l'ammonification et la fixation de N₂ afin d’en comparer les taux et de les relier à la variabilité des conditions environnementales du milieu. Les flux d'azote quantifiés ont démontré une grande variabilité selon les conditions biologiques, physiques et chimiques de la glace. La productivité du milieu, estimée par la concentration en biomasse, modulait un grand nombre de ces flux, dont l’intensité relative était généralement semblable pour l'ensemble des sites échantillonnés malgré la variabilité des conditions environnementales. L’ammonification s’est avérée particulièrement importante, favorisant une assimilation conséquente de l’ammonium et une production essentiellement régénérée. Les résultats de cette étude approfondissent la compréhension des mécanismes régulant les flux biologiques d’azote dans la glace de mer et pourront servir à l’élaboration de scénarios futurs en resserrant la paramétrisation des modèles biogéochimiques.