Bien que les travaux portant sur la biodégradation des hydrocarbures soient bien documentés, très peu d’études ont toutefois été effectuées dans les milieux de vie extrême. A ce jour, la plupart des études portant sur le devenir des hydrocarbures et le rôle joué par les micro-organismes hydrocarbonoclastes dans leur biodégradation ont été conduites dans des milieux presentant principalement des conditions physico-chimiques standards (e.g. pression hydrostatique de 0,1 MPa, salinité comprise entre 0 et 39 g L-1). Or, une partie importante des hydrocarbures déversés dans l’environnement peut aussi contaminer les milieux océaniques profonds (pression hydrostatique supérieure à 10 MPa) ainsi que les milieux hypersalés côtiers (salinité supérieure à 150 g L-1). Par ailleurs, le traitement des rejets hypersalins contaminés par les hydrocarbures qui sont générés par les exploitations pétrolières posent des problèmes sérieux et couteux. Ce travail de recherche porte sur l’étude de l’activité hydrocarbonoclaste de procaryotes présents dans des milieux extrêmes (hyperbares et hypersalés) pour d’une part, comprendre les processus naturels de biodégradation dans ces écosystèmes et d’autre part permettre le développement futur de techniques de réhabilitation spécifiques. Dans ce but, des expérimentations en laboratoire ont été réalisées. Une mise au point de méthodes d’incubation sous pression hydrostatique nous a permis d’obtenir des informations métaboliques et physiologiques importantes sur une souche bactérienne piézotolérante hydrocarbonoclaste (Marinobacter hydrocarbonoclasticus #5) lorsqu’elle se développe sous pression hydrostatique (35 MPa) sur hexadécane comme seule source de carbone et d’énergie. Cela confirme la capacité de certaines bactéries à dégrader les hydrocarbures en conditions hyperbares. Les résultats obtenus soulignent par ailleurs l’importance de la synthèse de cires dans le fonctionnement énergétique des souches hydrocarbonoclastes et soulèvent de nombreuses questions quant à l’augmentation du degré d’insaturation des acides gras cellulaires à pression hydrostatique élevée. D’une manière intéressante, nos résultats montrent aussi que les micro-organismes qui jouent potentiellement un rôle important dans la biodégradation des hydrocarbures dans les milieux océaniques profonds méditerranéens appartiennent aux mêmes genres que ceux isolés des milieux côtiers, notamment Alcanivorax. Notons également que dans les conditions de culture utilisées certaines souches isolées dégradent préférentiellement le n-hexadecane (e.g. Alcanivorax venustensis, Rhodobacter) ou l’heptadecane (e.g. Marinobacter sp.). De même, les archées halophiles extrêmes hydorcarbonoclastes que nous avons isolées appartiennent aux deux genres ubiquistes des environnements hypersalés que sont Haloarcula et Haloferax. En fonction des souches, les archées halophiles isolées montrent un taux important de dégradation de 32 à 95% (0.5 g L-1) du n-heptadécane après 30 jours d’incubation à 40°C dans les milieux sursalés synthétiques (225 g L-1 NaCl). Certaines souches comme Haloferax sp. MSNC 14 sont capables de dégrader à la fois des n-alcanes et un hydrocarbure aromatique polycyclique (HAP), le phénanthrène. Les résultats obtenus au cours de ce travail de thèse constituent une contribution à l’amélioration de nos connaissances sur le devenir des hydrocarbures dans les milieux océaniques profonds et les milieux hypersalins, jusqu’alors peu étudiés. Au regard de ces résultats, il apparaît indispensable de poursuivre l’étude des milieux extrêmes et de la biodiversité microbienne unique qu’ils abritent. Mots clés : hydrocarbures, biodégradation, souches hydrocarbonoclastes, milieux extrêmes, pression hydrostatique, salinité. / Limited information is available on the ability of prokaryotes living in the extreme environments to degrade hydrocarbon. To date, most studies on hydrocarbon biodegradation were conducted on microorganisms isolated from environments with so-called “standards” physicochemical properties (e.g. hydrostatic pressure 0,1 MPa and salinity between 0 and 39 g L-1), despite the evident occurrence of hydrocarbons in extreme environments. An important part of hydrocarbon spilled in the environment could contaminate the deep-sea (hydrostatic pressure higher than 10 MPa) as well as hypersalin (salinity higher than 300 g L-1) coastal areas. Moreover, hydorcarbon-contaminated hypersaline waste water produced during oil exploitation require the improvement of the remediation treatments. The present work deals with the hydrocarbon-degrading activity of prokaryotes living in these extreme environments. In order to deepen our knowledge on the hydrocarbon-degrading microorganisms potential role and also to contribute to the development of specific rehabilitation techniques in these type of environments, various experiments were carried out. A bacterial cultivation method under hydrostatic pressure was developped, through which we obtained important metabolical and physiological informations on a hydrocarbon-degrading piezotolerant bacterium (Marinobacter hydrocarbonoclasticus #5) grown using hexadecane as sole source of carbon and energy. Results confirm the capacity of certain bacteria to degrade the hydrocarbon under hyperbaric (35 MPa) conditions. They also highlight the importance of wax production in energetical functionning and raise numerous questions regarding the increase, under elevated hydrostatic pressure, of unsaturated fatty-acid degree that constitute the wax. Interestingly, our results indicated that the same groups of bacteria, in particular those belong to Alcanivorax, were potentially involved in hydrocarbon biodegradation in deep-sea environments as in coastal waters. Moreover, with the cultivation condition used, isolated strains preferred to degrade either n-hexadecane (e.g. Alcanivorax venustensis, Rhodobacter) or n-heptadecane (e.g. Marinobacter sp.). Similar result was obtained from experiments carried out with archaea isolated from a shallow crystallizer pond sample, in that these microorganisms belong to two ubiquistes genus (Haloarcula and Haloferax) in hypersalin environments. Depending on the strain, extremely halophilic archaea isolated degraded 32 to 95% (0.5 g L-1) of n-heptadecane after 30 days of incubation at 40°C in 225 g L-1 NaCl artificial medium. One of the strains (MSNC 14) was also able to degrade phenanthrene. This study provides useful informations on hydrocarbon biodegradation by microorganisms in deep-sea and hypersalin environments, which remains yet to be fully explored. Further studies seems thus indispensable to elucidate the physico-chemical and biological properties involved in these processes, as well as works on the particular microbial biodiversity living in this type of environment. Keywords: alkanes, biodegradation, hydrocarbon-degrading strains, extreme environments, hydrostatic pressure, salinity

Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse a pour but de fournir de nouvelles approches méthodologiques pour caractériser les communautés microbiennes en milieu océanique profond et de mesurer leurs activités. Dans le cadre de cette thèse, nous avons tout d'abord amélioré une technique d'hybridation in situ (CARD-FISH) pour dénombrer les groupes phylogénétiques majeurs en milieu marin profond. En Mer Tyrrhénienne, le pourcentage des Bacteria est toujours plus élevé que celui des Crenarchaea et des Euryarchaea. Alors que le pourcentage des Crenarchaea augmente avec la profondeur, celui des Euryarchaea est relativement homogène le long de la colonne d’eau. Dans le cadre d'une collaboration avec le Centre de Physique des Particules de Marseille sur le programme ANTARES (télescope sous-marin à neutrino), nous avons étudié quel pouvait être le rôle des bactéries luminescentes dans le bruit lumineux détecté quelquefois par le télescope. Une première étape a été de développer une approche quantitative par la méthode CARD-FISH sur les ARNm des gènes lux qui n'a été qu'en partie concluante mais donne des résultats préliminaires encourageants. Notre attention s'est portée sur l'identification puis la caractérisation d'une souche isolée à 2200 m de profondeur à proximité du site ANTARES (nommée Photobacterium phosphoreum ANT-2200). Pour mieux comprendre le rôle des bactéries bioluminescentes en milieu profond, nous avons développé un système hyperbare spécifique pour évaluer l’effet de la pression hydrostatique sur cette souche. Alors que cette souche a été caractérisée comme piezotolérante (croissance non sensible à des variations de pression), la lumière produite est plus élevée à la pression de 22 MPa (2200 m simulée) qu'à 0.1 MPa (pression atmosphérique). Enfin, une étude complémentaire m'a conduit à étudier l'effet de la pression hydrostatique sur une souche hydrocarbonoclaste Marinobacter aquaeolei #5. Là encore, nous montrons que la modification de la pression hydrostatique n’influence pas le taux de croissance (souche piezotolérante), mais peut fortement modifier les voies métaboliques, notamment la quantité et la nature des cires produites. Les cires intracellulaires s’accumulent sous formes de corps lipidiques avec une proportion moins importante à 35 MPa alors que le rapport d'insaturation des acides gras membranaires et la quantité de cires di-insaturées augmentent à la pression 35 MPa. Par ces études, nous suggérons que la pression hydrostatique joue un rôle important au niveau de la physiologie des bactéries marines et la distribution des procaryotes dans les écosystèmes marins profonds. / The purpose of this work is to provide new methodological approaches to characterize the microbial communities in deep-sea waters and to measure their activities. Within the framework of this thesis, first of all we improved the technique of in situ hybridization (CARD-FISH) to count the major phylogenetic groups in deep-sea zones. At the Tyrrhenian Sea, the percentage of Bacteria was always higher than Crenarchaea and Euryarchaea. Whereas the percentage of Crenarchaea increases with depth, while Euryarchaea is relatively homogeneous along the water column. A second step, within the framework of the ANTARES program in collaboration with the Centre de Physique des Particules de Marseille, we have studied the role of the luminescent bacteria in the luminous background detected sometimes by the telescope. We first developed a quantitative approach using CARD-FISH on mRNA of the Lux genes which was only partly conclusive but gave encouraging preliminary results. Then, we characterized a luminous strain isolated at 2200 m-depth close to the ANTARES site (named Photobacterium phosphoreum ANT-2200). For better understanding the role of the bioluminescent bacteria in deep-sea, we developed a specific hyperbaric system to evaluate the effect of the hydrostatic pressure on this strain. Whereas this strain was characterized as piezotolerante (growth non sensible to variations of pressure), bioluminescence was always higher at 22 MPa (2200 m simulated) than at 0.1 MPa (atmospheric pressure). Finally, a complementary study was done to study the effect of the hydrostatic pressure on a hydrocarbonoclastic bacteria Marinobacter aquaeolei #5. We have showed that the modification of the hydrostatic pressure does not influence growth rate (piezotolerante strain), but can strongly modify the metabolic ways, in particular the quantity and the nature of produced waxes. The intracellular waxes accumulated in the cells were proportionally less important at 35 MPa than at O.1 MPa. At the contrary, the unsaturation ratio of the membrane fatty acids and the quantity of diunsaturated waxes esters increased at 35 MPa. By these studies, we demonstrated that the hydrostatic pressure plays an important role on the physiological level of the marine bacteria and the distribution of the procaryotes in the deep sea ecosystems.