Ces travaux s’intéressent au comportement de pâtes de ciment de différentes natures cimentaires exposées à une eau douce naturelle et plus particulièrement aux interactions avec les éléments biologiques. Cette étude est basée sur l’analyse comparative d’échantillons placés en milieu naturel (Moselle) et en milieux artificiels de laboratoire. Quels que soient les milieux et les microorganismes considérés, les résultats montrent une modification de la minéralogie de la surface et du réseau poreux des échantillons (taux de porosité, propriétés de transferts). Les essais en laboratoire ont permis d’isoler l’influence spécifique des bactéries dans les phénomènes de biolixiviation. Le dénombrement bactérien montre aussi que la densité de cellules présentes dans le biofilm recouvrant les échantillons dépend peu de la nuance cimentaire, excepté pour les ciments au calcaire. Les observations au MEB ont révélé, sur l’ensemble des échantillons, la présence abondante de diatomées en partie recouvertes par une couche minérale issue d’une cristallisation secondaire. La colonisation de la surface par ces diatomées est influencée par la géométrie et la nature minéralogique des échantillons. Les résultats d’essais en laboratoire ont montré qu’elles ont des interactions avec la pâte de ciment, l’évolution des densités de population de diatomées coïncide en effet avec l’évolution des caractéristiques de porosité (taux de porosité, propriétés de transferts) / This work focuses on the behavior of cement pastes of different cement bases exposed to natural fresh water and on the interactions with the biological elements. This study is based on the comparative analysis of samples immersed in natural environment (Moselle) and in artificial laboratory media. Whatever the media and microorganisms considered, the results show a change in the mineralogy of the surface and the porous network of the samples (porosity rate, transfer properties). Laboratory tests highlighted the specific influence of bacteria in bioleaching phenomena. The bacterial count also shows that the density of cells present in the biofilm covering the samples does not mainly depend on the cementitious grade, except for the limestone cements. The SEM observations revealed the abundant presence of diatoms on all samples. Diatoms are partly covered by a mineral layer resulting from secondary crystallization. The colonization of the surface by these diatoms is influenced by the geometry and mineralogical nature of the samples. The results of laboratory tests have shown that they interact with cement paste; the evolution of diatom population densities coincides with changes in porosity characteristics (porosity rate, transfer properties)

Le but de ce travail a été de réaliser des études téphrostratigraphiques sur des environnements sédimentaires variés dans le but de définir, dans un premier temps, le degré d'efficacité des techniques de détection des téphras classiquement utilisées. Le travail d'analyse des cendres volcaniques a tout d'abord été ciblé sur des téphras clés et anciennement étudiés sur des sites reconnus, en Belgique et dans le Massif du Jura, dans le but d'actualiser des données avec les techniques d'analyses performantes actuelles. Le travail a ensuite été étendu à des sites de l'Est du Massif Central, dont le potentiel téphrostratigraphique n'avait jamais été exploité, offrant ainsi la possibilité de s'assurer sans ambiguïté de la source de cryptotéphras repérés dans le Jura et en Suisse, dont l'origine était incertaine. Ce travail d'échantillonnage a été réalisé dans des milieux lœssiques, carbonatés et tourbeux permettant également de discuter des conditions de conservation des dépôts volcaniques et de leurs constituants. Les études téphro-chrono-stratigraphiques s'inscrivent fréquemment dans une réflexion sur l'impact écologique et environnemental des éruptions volcaniques. Un nombre croissant d'études tendent à montrer un impact écologique des téphras, en étant la cause de bloom de diatomées. Ce travail de thèse a permis de discuter de cet aspect environnemental qui a été mené dans le Jura, dans un environnement défavorable à la préservation des diatomées. / The challenge of this work was to carry out several tephrostratigraphic studies in various sedimentary environments in order to test the efficiency of classical detection methods of tephra layers. First, analysis has been focused on tephra keys, previously studied in known sites, in Belgium and in the Jura Mountains, in order to update data with current analytical techniques. This work was later expanded to sites from eastern French Massif Central, an area with unexploited tephrostratigraphic potential, which offers the possibility to precise the source of cryptotephras identified in the Jura and Switzerland whose origin was uncertain. This work has been carried out in tephras sampled in loess, carbonate maris and peat allowing to discuss conservation conditions of volcanic deposits. Sorne tephro-chrono-stratigraphic studies show ecological and environmental impacts of volcanic deposits in lakes and peatlands, such as diatom blooms. This thesis allows to discuss this environmental aspect in carbonate maris, i.e. an unfavorable environment for preservation of diatoms.

Les diatomées sont une composante majeure des écosystèmes marins et sont caractérisées par une grande diversité. L’objectif général de cette thèse est d’étudier les facteurs de contrôle des diatomées dans la Zone Côtière Belge (ZCB). Pour ce faire, la modélisation par groupes fonctionnels et l’approche basée sur les traits sont combinées :la première fournit un cadre écosystémique utile pour étudier les interactions des diatomées avec les compartiments biotiques et abiotiques de l’écosystème, et la seconde permet de représenter de façon efficace leur diversité fonctionnelle.<p><p>Dans un premier temps, puisque la taille est reconnue comme un trait majeur affectant de nombreux aspects de la valeur sélective du phytoplancton, la dépendance au biovolume de différents traits des diatomées a été établie sur base d’observations disponibles dans la littérature. Cette revue a montré qu’un compromis sépare les diatomées sur base de leur biovolume :les petites espèces sont meilleures compétitrices pour l’acquisition des ressources mais plus sensibles au broutage, et inversement. <p>Sur cette base, un ré-analyse d’un jeu de données incluant des comptages et mesures de biométrie avec l’identification de 68 taxons dans la ZCB entre 1992 et 2000 a été réalisée, avec une attention particulière pour la structure en termes de taille de la communauté de diatomées. Un regroupement des diatomées en fonction de leur biovolume a été réalisé sur base de leur évolution saisonnière typique. L’analyse de leur évolution temporelle suggère que la communauté des diatomées est composée d’assemblages avec une évolution saisonnière et interannuelle distinctes qui répondent vraisemblablement différemment aux conditions environnementales.<p>Afin d’étudier plus en profondeur les facteurs environnementaux contrôlant la structure en termes de taille de la communauté des diatomées dans la ZCB, le module diatomées du modèle MIRO, qui représente l’écosystème planctonique de la ZCP, a été modifié afin d’inclure les dépendances à la taille de quatre traits des diatomées. Cet outil reproduit correctement l’évolution saisonnière du biovolume moyen de la communauté, qui est caractérisé par de plus petites diatomées au printemps qui maximisent l’acquisition de ressources tandis que la prévalence du broutage en été induit une transition vers des espèces plus grandes. Le modèle a également été exploité pour étudier la gamme de tailles viables dans la ZCB en fonction des conditions environnementales. <p>Les résultats du modèle basés sur les traits ont ensuite été analysés sur la période 1992-2000. Les simulations ont mis en évidence les interactions complexes entre les processus physiques, de contrôles par les ressources et par le broutage, qui sont susceptibles de déterminer la variabilité interannuelle de la structure en termes de taille des diatomées dans la ZCB. La comparaison de ce modèle adaptatif avec un modèle plus conventionnel qui ne représente pas de diversité interne aux diatomées suggère que le premier produit une réponse légèrement plus flexible que le dernier, mais que la rigidité de la réponse simulée demeure un problème avec le modèle adaptatif qui reste incapable de représenter des évènements extrêmes de biomasse ou de structure de la communauté. Cela suggère que des développements supplémentaires du modèle sont nécessaires, en particulier du module zooplancton.<p>Finalement, une fonction écologique particulière est abordée dans une dernière section de cette thèse :la production d’une neurotoxine par certaines diatomées du genre Pseudo-nitzschia. Cette fonction a été incluse comme un métabolisme secondaire dans un modèle idéalisé de la croissance de Pseudo-nitzschia afin d’étudier les facteurs contrôlant la production de la toxine. Il est notamment montré que l’environnement lumineux est déterminant lorsque les conditions menant à la production de toxine sont rencontrées. <p><p>/<p><p>Diatoms are a key component of marine ecosystems and are characterized by an important diversity. The general objective of this thesis is to investigate the bottom-up and top-down controls of diatoms in the Belgian Coastal Zone (BCZ). This is done through the integration of their functional diversity into a coherent framework. In order to achieve this, Plankton Functional Type modelling and trait-based approaches are combined: the former provides an ecosystem context convenient to study the interactions of diatoms with biotic and abiotic compartments, and the latter allows an efficient representation of their functional diversity. <p><p>As a first step, since size is recognized as a master trait shaping many aspects of phytoplankton fitness, the cell volume dependences of diatom functional traits were compiled from observations available in the literature. This review showed that a trade-off distinguishes diatoms on the basis of their cell volume: smaller species are better competitor for resource acquisition but sensitive to grazing, and inversely. <p>On this basis, a re-analysis of a dataset including diatom cell counts and biometry with the identification of 68 taxa in the BCZ over the 1992-2000 period was carried out, with a focus on the size structure of the diatom community. A clustering of diatoms according to their cell volume was realized on the basis of their average seasonality. Investigation of their time evolution suggested that the diatom community in the area is composed of assemblages with distinct seasonal and interannual evolution that likely respond differently to environmental conditions.<p>In order to further investigate the bottom-up and top-down constrains on the size structure of the diatom community in the BCZ, the diatom module of the MIRO model, which represents the planktonic ecosystem of the BCZ, was modified in order to accommodate size-dependences of four diatom functional traits. This tool adequately reproduced the seasonal evolution of the mean cell volume of the diatom community, which is characterized by smaller diatoms in spring that maximize resource acquisition while the prevalence of grazing pressures in summer induces a shift towards larger species. The model was also used to investigate the range of viable diatom sizes in response to the bottom-up and top-down pressures in the BCZ.<p>Results of the trait-based adaptive model were then analysed over the 1992-2000 period. Simulations evidenced the complex interactions between physical, bottom-up and top-down processes that are likely to govern the interannual variability in the size structure of diatom in the area. Comparison of the adaptive model with a more conventional model resolving no diversity within diatoms suggested that the former produces a slightly more flexible response than the latter, but showed that the rigidity of the simulated response persists with the adaptive model which remains unable to catch extreme biomass and community structure events. This calls for further developments of other compartments of the model, more particularly zooplankton.<p>Finally, a peculiar ecological function is addressed on its own in the last section of this thesis: the toxigenicity of some species of the genus Pseudo-nitzschia. This function was added as a secondary metabolism in an idealized model of Pseudo-nitzschia growth in order to investigate the factors affecting toxin production. It notably showed that light was determinant under conditions leading to its production.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La méthylation de l'ADN est l’une des marques épigénétiques les plus étudiées et est largement conservée. Mes travaux de thèse présentent le premier méthylome d'une diatomée marine P. tricornutum qui appartient à la famille des Stramenopiles. P. tricornutum présente une méthylation d’environ 6% qui est présente en mosaïque sur l’ensemble du génome. Une méthylation importante a été retrouvé chez les éléments transposables, en particulier les éléments amplifiés récemment de type Copia. L’analyse met en évidence plus de 320 gènes méthylés dans trois contextes génomiques différents : à proximité des éléments transposables, en grappes de gènes méthylés, et dans des gènes uniques. En outre, les gènes largement et complètement méthylés ont été trouvé fortement corrélés avec le silencing transcriptionnel et l'expression différentielle dans des conditions spécifiques. Enfin, il a été constaté que les gènes susceptibles d’avoir été acquis par transfert horizontal de gènes bactériens étaient préférentiellement insérés dans des régions riches en éléments transposables, ce qui suggère un mécanisme par lequel l'expression de gènes étrangers peut être tamponnée à la suite de leur insertion dans le génome. En résumé, P. tricornutum a une faible méthylation de l'ADN et une methylation relativement importante des éléments transposables et seulement quelques gènes méthylés. Ce premier méthylome d’une diatomée Stramenopile ajoute de manière significative à notre compréhension de l'évolution de la méthylation de l'ADN chez les eucaryotes. En ce qui concerne les modifications des histones, la distribution des marques H3K4me2, H3K9me2 et H3K27me3 a été examinée chez P. tricornutum. H3K4me2 est principalement associée à des gènes alors que les deux marques H3K9me2 et H3K27me3 ciblent principalement des éléments transposables. La répartition de H3K27me3 est inhabituelle et différente de ce qui a été observé chez les espèces modèles étudiées à ce jour. Les gènes marqués par H3K27me3 ont tendance à être faiblement exprimés et de façon différentielle. H3K27me3 et H3K9me2 ont tendance à co-marquer non seulement les éléments transposables méthylés, mais aussi des gènes fortement méthylés, ce qui semble être important pour le maintien du silencing des gènes différentiellement exprimés. L'analyse combinatoire de différentes marques d’histones et la méthylation de l'ADN nous a donné un aperçu du paysage de la chromatine chez les diatomées, et aidera à définir les caractéristiques structurales et fonctionnelles conservées. / DNA methylation is the most extensively studied and widely conserved epigenetic mark. Here the first whole genome methylome from a stramenopile, the marine model diatom P. tricornutum is reported. In P. tricornutum, around 6% of the genome was methylated in a mosaic landscape. Extensive methylation in transposable elements (TEs), especially in recently amplified Copia-like elements was found. Over 320 genes were found methylated occurring in three different genomic contexts: in the proximity of TEs, in clusters of methylated genes, and in single genes. Furthermore, genes extensively and completely methylated correlated strongly with transcriptional silencing and differential expression under specific conditions. Finally, it was found that genes likely acquired by horizontal gene transfer from bacteria were preferentially inserted within TE-rich regions, suggesting a mechanism whereby the expression of foreign genes can be buffered following their insertion in the genome. In general, P. tricornutum has low DNA methylation with relatively extensive DNA methylation on TEs and a few methylated genes. This first Stramenopile methylome adds significantly to our understanding of the evolution of DNA methylation in eukaryotes. As for the histone modifications, genome wide distribution of H3K4me2, H3K9me2 and H3K27me3 were examined in P. tricornutum. H3K4me2 is mainly associated with genes while both H3K9me2 and H3K27me3 marks target mainly transposable elements (TEs). The distribution of H3K27me3 is unusual and different from what have been profiled in model species so far. The genes marked by H3K27me3 tend to be lowly and differentially expressed. H3K27me3 and H3K9me2 tend to co-mark not only methylated TEs but also heavily methylated genes, which appears to be important for maintaining the silencing of differentially expressed genes. The combinatorial analysis of different histone marks and DNA methylation gave us an overview of diatom chromatin landscapes, and will help to define conserved structural and functional features.

Depuis la découverte de Phaeodactylum tricornutum par Bohlin en 1897, sa classification au sein de l'arbre de la vie a été controversée. En utilisant des morphotypes ovales et fusiformes Lewin a décrit en 1958 plusieurs traits caractéristiques de cette espèce rappelant la structure des diatomées mettant ainsi fin à la controverse sur la classification de P. tricornutum au sein des Bacillariophycées. Pour se faire, trois morphotypes (ovale, fusiforme et triradié) de Phaeodactylum tricornutum ont été observés. Au cours d’une centaine d’années environ, de 1908 à 2000, 10 souches de Phaeodactylum tricornutum (appelées écotypes) ont été collectées et stockées soit de manière axénique ou en l’état avec leur populations naturelles de bactéries dans les centres des ressources génétiques pour algues, cryo-préservées quand cela est possible. Divers outils cellulaires et moléculaires ont été établis pour disséquer et comprendre la physiologie et l'évolution de P. tricornutum, et/ou les diatomées en général. Grâce à des décennies de recherche et les efforts déployés par de nombreux laboratoires que P. tricornutum est aujourd’hui considérée comme une espèce modèle des diatomées. Le sujet de ma thèse traite majoritairement de la composition génétique et épigénétique du génome de P. tricornutum ainsi que de la diversité morphologique et physiologique sousjacente au sein des populations naturelles prospectées à différents endroits du globe. Pour se faire, j’ai généré les profils chromatiniens en utilisant différentes marques des modifications post-traductionnelles des histones (chapitres 1 et 2) et a également comparé la variation naturelle dans la distribution de certaines marques clés entre deux populations d’écotypes (chapitre 4). Nous avons également généré une carte de la diversité génétique à l’échelle du génome chez 10 écotypes de P. tricornutum révélant ainsi la présence d'un complexe d'espèces dans le genre Phaeodactylum comme la conséquence d’une hybridation ancienne (chapitre 3). Sur la base de nombreux rapports antérieurs et des observations similaires au sein de P. tricornutum, nous proposons l’hybridation naturelle comme une base solide et une possibilité plausible pour expliquer la diversité des espèces chez lest diatomées. De plus, nous avons mis à jour les annotations fonctionnelles et structurelles du génome de P. tricornutum (Phatr3, chapitre 2) et mis au point un algorithme de logiciel convivial pour aller chercher les cibles CRISPR du système d’édition du génome CRISPR / cas9 chez 13 génomes de phytoplancton incluant P. tricornutum (chapitre 5). Pour accomplir tout cela, j'ai utilisé diverses méthodes à la pointe de l’état de l’art comme la spectrométrie de masse, l’immunoprécipitation de la chromatine suivie de séquençage à haut débit ainsi que les séquençages du génome entier, de l'ARN et des protocoles d'édition du génome CRISPR et plusieurs logiciels / pipelines de calcul. Ainsi, le travail de thèse fournit une plate-forme complète qui pourra être utilisée à l’avenir pour des études épigénétiques, de génétiques moléculaires et fonctionnelles chez les diatomées en utilisant comme espèce modèle Phaeodactylum tricornutum. Ce travail est pionnier et représente une valeur ajoutée importante dans le domaine de la recherche sur les diatomées en répondant à des questions nouvelles ouvrant ainsi de nouveaux horizons à la recherche en particulier en épigénétique qui joue un rôle important mais pas encore assez apprécié dans le succès écologique des diatomées dans les océans actuels. / Since the discovery of Phaeodactylum tricornutum by Bohlin in 1897, its classification within the tree of life has been controversial. It was in 1958 when Lewin, using oval and fusiform morphotypes, described multiple characteristic features of this species that resemble diatoms structure, the debate to whether classify P. tricornutum as a member of Bacillariophyceae was ended. To this point three morphotypes (oval, fusiform and triradiate) of Phaeodactylum tricornutum have been observed. Over the course of approximately 100 years, from 1908 till 2000, 10 strains of Phaeodactylum tricornutum (referred to asecotypes) have been collected and stored axenically as cryopreserved stocks at various stock centers. Various cellular and molecular tools have been established to dissect and understand the physiology and evolution of P. tricornutum, and/or diatoms in general. It is because of decades of research and efforts by many laboratories that now P. tricornutum is considered to be a model diatom species. My thesis majorly focuses in understanding the genetic and epigenetic makeup of P. tricornutum genome to decipher the underlying morphological and physiological diversity within different ecotype populations. To do so, I established the epigenetic landscape within P. tricornutum genome using various histone post-translational modification marks (chapter 1 and chapter 2) and also compared the natural variation in the distribution of some key histone PTMs between two ecotype populations (chapter 4). We also generated a genome-wide genetic diversity map across 10 ecotypes of P. tricornutum revealing the presence of a species-complex within the genus Phaeodactylum as aconsequence of ancient hybridization (Chapter 3). Based on the evidences from many previous reports and similar observations within P. tricornutum, we propose natural hybridization as a strong and potential foundation for explaining unprecedented species diversity within the diatom clade. Moreover, we updated the functional and structural annotations of P. tricornutum genome (Phatr3, chapter 2) and developed a user-friendly software algorithm to fetch CRISPR/Cas9 targets, which is a basis to perform knockout studies using CRISPR/Cas9 genome editing protocol, in 13 phytoplankton genomes including P. tricornutum (chapter 5). To accomplish all this, I used various state-of-the-art technologies like Mass-Spectrometry, ChIPsequencing, Whole genome sequencing, RNA sequencing, CRISPR genome editing protocols and several computational softwares/pipelines. In brief, the thesis work provides a comprehensive platform for future epigenetic, genetic and functional molecular studies in diatoms using Phaeodactylum tricornutum as a model. The work is an addon value to the current state of diatom research by answering questions that have never been asked before and opens a completely new horizon and demand of epigenetics research that underlie the ecological success of diatoms in modern-day ocean.

Dans les écosystèmes littoraux, les communautés microphytobenthiques sont soumises à des conditions environnementales qui peuvent être extrêmes en particulier en ce qui concerne l'intensité lumineuse. Les mécanismes de protection mis en place dépendent étroitement du type d'habitat où se développent ces communautés et cette thèse a pour objectifs d'analyser les caractéristiques de l'activité photosynthétique et les mécanismes de protection développés par des assemblages microphytobenthiques dans deux écosystèmes littoraux très différents : les vasières intertidales atlantiques de la Baie de L'Aiguillon (France) et la lagune côtière non tidale de Puck Bay dans la Mer Baltique (Władysławowo, Pologne). Pour réaliser ces objectifs, trois études ont été réalisées : (1) la description des communautés microphytobenthiques, (2) la caractérisation de leur activité photosynthétique et (3) l'analyse des mécanismes de photoinhibition et de photoprotection.La structure taxonomique du microphytobenthos a été décrite en se basant sur des observations en microscopie optique et sur la mesure des caractéristiques des pigments photosynthétiques par chromatographie liquide à haute performance (HPLC). L'activité photosynthétique a été étudiée par des méthodes de microrespirométrie volumétrique et de spectrofluorométrie de la chlorophylle a. Les mécanismes de photoinhibition et de photoprotection ont été étudiés par fluorométrie en modulation d'amplitude pulsée (PAM).Les résultats obtenus nous ont permis de montrer que :1) Les communautés atlantiques sont fortement dominées par des diatomées épipéliques, alors que le microphytobenthos de la Mer Baltique est plus diversifié et comporte, outre des diatomées, une large part de cyanobactéries,2) Les microphytobenthos atlantique est bien acclimaté à des valeurs d'intensités lumineuses plutôt faibles, alors que les communautés de la Mer Baltique ont encore une bonne activité photosynthétique à de fortes irradiances,3) Les diatomées atlantiques présentent une plus forte photoinhibition que les microalgues de la Baltique,4) L'activité photosynthétique des communautés microphytobenthiques non perturbées montre un des rythmes circadien et tidal, qui semblent être contrôlés par des facteurs endogènes, qui mettent en jeu des adaptations comportementales comme la migration verticale pour les diatomées atlantiques,5) En ce qui concerne le microphytobenthos de la Mer Baltique, qui n'a pas de capacité migratoire, la photoprotection est assurée en premier lieu par la mise en jeu de processus physiologiques. Nous avons pu montrer la très grande flexibilité du photsystème PSII qui est capable de suivre très rapidement les changements à court terme de lumière ambiante. / The scope of this thesis includes the characteristics and comparison of photosynthetic activity and photoprotection mechanisms of microphytobenthos assemblages inhabiting the Atlantic intertidal mudflats of Aiguillon Bay (Esnandes, France) and the littoral zone of the Baltic Sea in non-tidal Puck Bay (Władysławowo, Poland). In order to accomplish the main aims of the work the following tasks were carried out: (1) characterization of microphytobenthic assemblages; (2) characterization of their photosynthetic activity and (3) description of photoinhibition and photoprotective mechanisms. The structure of microphytobenthos was described based on observation of the material in light microscope (LM) and through the characteristics of photosynthetic pigments using high performance liquid chromatography (HPLC). Photosynthetic activity was described using various methods including classical (volumetric micro-respirometer) and modern (chlorophyll a fluorescence) ones. In addition, the measurements of variable fluorescence were also used to study photoinhibition and photoprotective mechanisms. Based on the obtained results it was stated that:1.) the Atlantic assemblages were strongly dominated by epipelic diatoms, while the Baltic microphytobenthos was more diverse and cyanobacteria, next to diatoms, were also very important component,2.) it was shown that the Atlantic microphytobenthos was well acclimated to rather low light intensities, while the Baltic assemblages showed good utilization of higher irradiance,3.) the Atlantic diatoms were more susceptible to photoinhibition than the Baltic microalgae,4.) the photosynthetic activity described for the undisturbed microphytobenthos communities revealed circadian and circatidal rhythms, which seemed to be controlled by endogenous factors, supporting diatoms’ behavioural adaptations i.e., vertical migration,5.) in case of the Baltic microphytobenthos, the lack of the ability to move caused their physiological processes the first line of defence against excess irradiances. The analysis revealed extreme flexibility of PSII which was able to follow rapidly the short-term changes in ambient light

Durant les dernières décennies, la Péninsule Antarctique a été identifiée comme étant la région où le réchauffement récent est le plus marqué dans l’Hémisphère Sud. Cependant, au-delà de la période instrumentale, la variabilité climatique Holocène de cette partie du globe est en grande partie inconnue. Cette absence de données limite notre capacité à évaluer les l’amplitude des changements actuels dans le contexte de la variabilité historique ainsi que les mécanismes de forçage sous-jacents. Nous avons ainsi ciblé nos analyses sur des enregistrements sédimentaires prélevés à l’Est et à l’Ouest de la Péninsule Antarctique, avec pour objectif d’étendre les connaissances spatiales et temporelles des conditions de l’océan de surfaces dans ce secteur de l’Antarctique au cours du dernier siècle, du dernier millénaire ainsi que durant l’Holocène. La méthodologie de cette thèse est basée sur une comparaison multi-proxies qui inclut, comme outils principaux, les assemblages des diatomées et les biomarqueurs spécifiques de diatomées (HBIs). Nous avons pu ainsi documenter la réponse régionale environnementale aux variations climatiques à différentes échelles de temps, et définir les mécanismes forçant sur la variabilité des conditions d’océan de surface ainsi que la formation du couvert de banquise en Péninsule Antarctique. La comparaison de nos enregistrements avec des données issues des carottes de glace, a permis de mettre en évidence le rôle important des changements d’intensité des cellules atmosphériques sur la dynamique de la circulation océanique, la durée du cycle saisonnier de banquise et la productivité siliceuse. / The Antarctic Peninsula has been identified during the last decades as the region from the Southern Hemisphere which is the most affected by the recent warming. However, beyond the instrumental period, the Holocene climate variability of this area is largely unknown, limiting our ability to evaluate the current changes within the context of historical variability and underpin the underlying forcing mechanisms. We focused our analysis on sedimentary sequences from the Eastern and Western side of the Antarctic Peninsula, in order to expand the spatial and temporal knowledge of sea-surface conditions over the last century, the last millennium and throughout the Holocene in this Antarctic area. The inferences are based on a multi-proxy comparison mainly using diatom assemblages and diatom specific biomarkers (HBIs). We documented the regional environmental response to climate changes at different time scales and described the forcing mechanisms on the sea-surface conditions and sea ice cover variability in Antarctic Peninsula. Comparing our results with ice core data allowed us to highlight the large impact of atmospheric forcings on the oceanic circulation, the seasonal sea ice dynamics and the siliceous productivity.

Le reformage du méthane par CO2 et le bi-reformage (en présence de vapeur d’eau) sont deux procédés catalytiques capables de transformer du CH4 et du CO2 émis par décomposition de la biomasse. Les produits de réaction, H2 et CO sont émis avec des rapports différents, rapport de 1 dans le cas du reformage sec, de 2 dans le cas du bi-reformage. Les catalyseurs à base de nickel sont des candidats prometteurs, actifs et de faible coût en comparaison avec des métaux nobles habituels. Des désactivations par frittage et/ou par formation de dérivés carbonés (coke, nanotubes) sont attendues. La stabilisation des nanoparticules métalliques dans des parois de supports poreux structurés (i.e. Al2O3 and SiO2) est une des méthodes récemment proposée pour lutter contre ces désactivations mais les études de stabilité dans les conditions très dures du bi-reformage (haute température et présence de vapeur d’eau) ne sont pas encore décrites. L’objectif du présent travail était de synthétiser, de caractériser et de tester la stabilité de catalyseurs poreux sous les conditions imposées par le reformage du méthane: (i) d’abord en utilisant un support naturel, pas cher et très facilement accessible, des silices de diatomées macroporeuses, (ii) ensuite en préparant des silices et des alumines mésoporeuses contenant du nickel dispersé par différentes techniques. Les catalyseurs préparés par des techniques “one-pot”, mélanges de précurseurs du nickel et du support sont les catalyseurs les plus stables. Des oxydes destinés à modifier la basicité des supports (MgO, CaO) ont également été ajoutés et ont permis de minimiser la formation de coke pendant les 40h de tests catalytiques de bi-reformage. / Dry and combined (steam and dry) reforming of methane are two processes for the conversion of CH4 and CO2 gases emitted from the decomposition of biomass into gaseous mixtures with controllable H2:CO (syngas) molar ratios: value of 1 in the case of dry or around 2 for combined reforming. Nickel based catalysts are found as promising candidates for these reactions displaying high intrinsic activity, lower cost and wider availability than noble metal based materials but deactivating by sintering and/or coke deposition. Stabilization and confinement (occlusion) of small metallic Ni0 nanoparticles within structured (i.e. Al2O3 and SiO2) porous oxide frameworks is one of the recent methods to overcome the deactivation in dry reforming but has not yet been considered under harsh combined reforming (high T and steam) conditions. The main objective of this work was to synthetize, characterize and test new stable catalysts for reforming reactions: (i) based on natural, cheap and widely available macroporous silica diatom oxide as support for Ni- and (ii) synthetized by various methods for control of dispersion and stability inside mesoporous alumina and silica. One-pot mesoporous alumina being the most stable catalysts in combined reforming, some modifiers (MgO or CaO) were added in order not only to get stable catalysts but also to minimize coke formation during long-term (40h) combined reforming reaction.

Les diatomées sont des algues microscopiques qui sont largement utilisées pour évaluer la qualité écologique des cours d'eau.Les méthodes utilisées se basent sur des modèles simplifiés de biologie des communautés, dans lesquels seules les réponses individuelles des espèces à l'environnement sont prises en compte.Le test de l'importance de processus complémentaires a montré un impact fort des dynamiques de colonisation des espèces, mais un impact négligeable des phénomènes de compétition ou de facilitation.Ces processus impliquent une structure des assemblages bien plus complexe que celle habituellement assumée par les méthodologies de bioindication.L'adaptation et la mise en oeuvre de méthodes de réseaux de neurones et de logique floue nous ont permis de redéfinir des éco-régions françaises et de décrire des relations générales entre les traits biologiques des espèces et l'environnement, tout en prenant mieux en compte cette complexité. / Diatoms are microscopic algae which are widely used to monitor the ecological quality of strems and rivers. The regular methodologies are based on simpllified community models. In these models, only the invidual species responses to environment are accounted for.Testing the importance of complementary processes showed a significant effect of colonization dynamics, but only a slight effect of biotic relationships. These processes led us to considerate a more complex assemblage structure than the one usually assumed by the biomonitoring methodologies.Therefore we implemented both neural networks models and fuzzy logic methodologies, in order to refine French ecoregions and to describe relationships between species traits and environment.

Les cycles biogéochimiques du carbone et des éléments biogènes (Si, N, P) ont été étudiés en lien avec la dynamique nutritionnelle du phytoplancton dans le système naturellement fertilisé des Kerguelen. Cette étude s'inscrit dans le programme KEOPS2, qui a ciblé le nord-est du plateau des Kerguelen au début de la saison productive. La comparaison avec une zone HNLC limitée en fer a confirmé certaines des précédentes observations réalisées au cours des expériences de fertilisations artificielles et naturelles : le fer stimule clairement la croissance du phytoplancton et plus particulièrement celle des diatomées. Les zones naturellement fertilisées se sont en effet caractérisées par des biomasses en chlorophylle a et en silice biogénique 3-10 fois supérieures à la zone non-fertilisée et, par de fortes vitesses de production de silice biogénique atteignant des valeurs rarement observées dans l'océan Austral. La zone HNLC s'est caractérisée quant à elle par une population nanoplanctonique principalement composée de nanoflagellés autotrophes non siliceux. Ces travaux soulignent l'importance d'étudier la composition spécifique des populations de diatomées pour comprendre leurs implications dans les cycles du C et du Si. Nos observations ont montré que les caractéristiques physiologiques des diatomées conditionnent directement l'export de matière en profondeur dans la région des Kerguelen. Cette idée a notamment été illustrée par l'étude de l'évolution saisonnière du bloom au sud-est du plateau. / Biogeochemical cycles of carbon, silicon, nitrogen and phosphorus were studied in relation to the nutritional dynamics of phytoplankton in the naturally iron-fertilized region of Kerguelen, in the Southern Ocean. This study was conducted in the framework of the KEOPS 2 program which took place in the northeastern part of the Kerguelen Plateau in early austral spring (October-November 2011). The comparison between this iron-fertilized region and an iron-limited HNLC (High Nutrient Low Chlorophyll) area confirmed some previous observations from artificial and natural fertilization experiments: iron availability clearly stimulates phytoplankton growth and especially diatom growth. Iron-fertilized regions were characterized by 3-10 fold higher chlorophyll a and biogenic silica biomasses than the iron-limited area, as well as higher biogenic silica production rates reaching values rarely observed in the Southern Ocean. The HNLC area was characterized by a nanoplanktonic assemblage mainly composed of non-siliceous autotrophic nanoflagellates. Our results highlight the importance of studying the specific composition of diatom assemblages to better understand their impact on the C and Si biogeochemical cycles. Our observations showed that physiological traits of diatoms directly drove matter export to depth in the Kerguelen region. This idea was illustrated through the seasonal evolution of the south-eastern bloom by combining our data with KEOPS 1 data. In this region, a shift in the diatom assemblage was observed in parallel to an evolution of the vertical flux of matter, and of uptake and particulate matter ratios Si:C:N.