La méthanisation est un procédé biologique au cours duquel la matière organique est convertie en un gaz riche en méthane (biogaz). Parmi les technologies industrielles, les procédés de digestion par voie sèche (taux de matière sèche supérieur à 15 %) sont de plus en plus utilisés car ils présentent des avantages concurrentiels important par rapport aux procédés classiques par voie humide. Cependant, la nature très pâteuse du milieu de digestion lui confère des propriétés mal connues et non étudiées (comportement rhéologique, équilibres, transferts, cinétiques biologiques). Cette thèse comporte deux axes de recherche : i) la nature des équilibres chimiques (sorption, diffusion) intervenant dans les milieux de digestion, ii) la mise en place et l’application d’un modèle cinétique adapté à l’étude des milieux secs. Sur le premier volet, nous avons mis en évidence que le transfert diffusionnel est fortement réduit avec l’augmentation de la teneur en matière sèche des milieux en absence d’agitation. Une des conséquences est l’importance du transfert liquide-gaz pour la production de biogaz. Sur le deuxième volet, nous avons développé un modèle cinétique dédié qui nous a permis, par comparaison avec l’expérience, de mieux cerner la variabilité de la cinétique en fonction de la teneur en matière sèche des milieux. Les répercussions de ce travail se situent aussi bien à l’échelle du laboratoire, en particulier pour l’exploitation des essais d’activité méthanogène, qu’à l’échelle industrielle, avec la nécessité de contrôler le taux de matière sèche des procédés pour une efficacité optimale, et d’adapter l’agitation à ce taux pour améliorer les rendements de dégradation. Le modèle développé pourra constituer une base pour le dimensionnement et la conduite des installations. / Anaerobic digestion is a biological process that converts organic matter into a methane rich gas (biogas). Among industrial technologies, dry processes (above 15 % total solid content) are more and more used because of their advantages in comparison with conventional wet processes. However, dry anaerobic digestion processes are poorly known and studied because of the “pasty” nature of digestion media (rheological behavior, equilibria, transfers, biological kinetics). This thesis focuses on two major aspects: i) the nature of the chemical equilibria (sorption, diffusion) involved in digestion media, ii) the establishment and application of a kinetic model adapted to dry media. We first demonstrated that the diffusional mass transfer is highly reduced with increasing total solid without any agitation. One of the consequences is the importance of the liquid-gas transfer for the production of biogas. Then, we have developed a dedicated kinetic model that enables to understand the variability of the kinetic with total solid content. The impacts of this work are both at the laboratory scale, especially for the operation of Specific Methanogenic Activity tests, and at industrial scale, with the need to control total solid content for optimal efficiency, and to adapt the agitation to improve degradation yields. The developed model can be useful for the design and operation of biomethanization facilities.

Le processus de digestion anaérobie conduit à la production de biométhane, un vecteur flexible d’énergie renouvelable. L’amélioration du rendement de ce processus est souvent évoquée comme dépendante de la compréhension approfondie de la structure et de la dynamique des communautés microbiennes qui y sont impliquées. L’objectif de la thèse a été de caractériser les communautés microbiennes impliquées dans le processus de digestion anaérobie et de déterminer l’influence de facteurs opérationnels sur leurs dynamiques. Nous nous sommes en particulier intéressés à l’augmentation du taux de charge organique, le type de digesteurs anaérobies (réacteur continu perpétuellement mélangé vs réacteur anaérobie à chicane), mais aussi à la phase de démarrage d’un digesteur de ferme avec une montée en température. En absence de conditions contraignantes, nous avons observé l’installation de populations méthanogènes les mieux adaptées à la production de biogaz dans les réacteurs étudiés et la mise en place de communautés microbiennes similaires entre réacteurs réplicats. Cependant, des changements au niveau opérationnel ont conduit au développement de communautés divergentes en termes de structure. En effet, en présence d’un environnement déterministe, la plupart des bactéries et archées impliquées en digestion anaérobie ont montré une redondance fonctionnelle à la perturbation. Toutefois, certaines populations bactériennes dominantes ont également pu montrer des phénomènes de résistance, en termes de présence et d’abondance, à l’évolution des conditions environnementales. Au cours de nos études, les différentes communautés s’installant dans les digesteurs étudiés ont également montré des aptitudes variables pour la production de biogaz. De plus, des corrélations entre les communautés bactériennes, archées et eucaryotes ont aussi été démontrées, soulignant le rôle non négligeable des eucaryotes dans le processus de digestion anaérobie et l’installation de communautés microbiennes dominantes et spécifiques à la production de biogaz. Ainsi, les changements au sein de la communauté microbienne résultant de la modification progressive de facteurs opérationnels, et ce bien avant l’apparition des premiers symptômes d’inhibition de la production de biogaz, pourraient permettre le développement d’indicateurs microbiens de l’état du processus de digestion anaérobie et donc la mise en place d’une gestion microbiologique raisonnée des digesteurs anaérobies / The anaerobic digestion process leads to the production of biomethane, a versatile renewable energy vector. The dynamics and interactions between specific microbial groups are currently considered as key research subjects towards the improvement of the anaerobic digestion (AD) process. Indeed, deeper knowledge of the ecology of AD, the dynamics of the microbial populations and their structure could provide valuable information regarding unexplained and unpredictable failures or malfunctioning of the anaerobic digestion process. The aim of this work was to characterize the microbial communities involved in the AD process, and to study their responses due to the change of operational parameters such as an increase of the organic loading rate, the reactor type (completely stirred tank reactor vs anaerobic baffled reactor), or the start-up phase of a farm reactor with a shift from psychrophilic to mesophilic temperature range. While we observed the installation of similar microbial populations between replicated reactors under stable conditions, best adapted to biogas production, the microbial communities started to diverge once the operational parameters changed. Indeed, due to deterministic environment, most of bacteria and archaea showed redundant functional adaptation to the changing environmental conditions. However, some dominant bacterial populations were also resistant in terms of presence and abundance to the environmental change. The specific microbial communities established in our studied reactors showed also discrepancies in terms of biogas yields. Furthermore, correlations between the bacterial, archaeal and eukaryotic communities were pointed out, indicating the putative influence of eukaryotes on the anaerobic digestion process and the establishment of the other microbes having crucial functions during the anaerobic biomass digestion. Interestingly, shifts inside the anaerobic microbial community due to the gradual change of operational parameters, were detected prior to any biogas production inhibition, giving the opportunity for the development of potential early microbial indicators for assessing the AD process status and improving the microbial management of anaerobic reactors

Les interactions isopodes terrestres-Wolbachia féminisantes constituent un excellent modèle d'étude des interactions multipartites complexes. A ce jour, trois Wolbachia féminisantes, issues d'histoires évolutives différentes, ont été identifiées chez l'hôte Armadillidium vulgare. L'objectif de cette thèse est d'avoir une vue plus complète du microbiote d'A. vulgare et de l'impact des souches de Wolbachia sur cette communauté bactérienne. Dans ce but, des approches quantitative et métagénomique ont été combinées afin de caractériser le microbiote d'A.vulgare à plusieurs niveaux d'intégration: (i) dans des populations naturelles et des lignées contrôlées de laboratoire, (ii) au sein de différents tissus hôtes et (iii) en relation avec le statut d'infection par Wolbachia. Aucun microbiote coeur n'a été mis en évidence malgré une relative homogénéité des communautés symbiotiques dans les tissus de l'hôte. De plus, les bactéries environnementales avaient un impact important sur le microbiote symbiotique. Chez les animaux infectés, Wolbachia représente la bactérie dominante et le facteur majeur de la structuration de la communauté symbiotique. Nous avons également mis en évidence la présence d'un autre constituant majeur du microbiote dans tous les tissus de l'hôte: Candidatus Hepatoplasma crinochetorum, un symbiote facultatif réputé jusque-là pour être seulement associé aux glandes digestives de l'intestin. Afin d'éclairer les interactions potentielles entre hôte et ce symbiote relativement peu connu, la séquence du génome de Ca. H. crinochetorum a été obtenue. Une analyse préliminaire des interactions fonctionnelles des voies métaboliques impliquées dans la digestion de la cellulose nous a permis d'identifier des enzymes cellulolytiques spécifiques de l'hôte et du symbiote. Cette étude ouvre de nouvelles perspectives dans l'étude de la symbiose chez les isopodes. / In recent years, there has been a shift of focus in symbiosis studies, away from the traditional 'one host-one symbiont' concept towards a more holistic, community-based approach. This concept takes into account that a host is not only associated with one bacterium, but harbours and interacts with a diverse bacterial community, the microbiome. Terrestrial isopods represent an excellent model system for the understanding of complex multipartite symbioses due to their well-characterised association with feminizing Wolbachia bacteria. To date, three different feminizing Wolbachia strains have been identified in Armadillidium vulgare, presumably representing different host-symbiont co-evolutionary histories. The aim of this PhD was to get a more complete picture of the terrestrial isopod microbiome and the role of Wolbachia within the bacterial community. In order to achieve this, quantitative and metagenomic techniques were combined to characterize the microbiome of A. vulgare on multiple levels: (i) Field vs. lab populations, (ii) in different host tissues, and (iii) in relation to Wolbachia infection status, i.e. presence/absence of Wolbachia as well as infection with different Wolbachia strains. Wolbachia represented the predominant member of the bacterial community in infected individuals and was identified as an important factor influencing bacterial community structure. Apart from Wolbachia, we detected a second highly abundant bacterium: Candidatus Hepatoplasma crinochetorum, a facultative symbiont previously reported from the midgut caeca, was for the first time observed in all tested host tissues. The potential interactions of Wolbachia and Ca. H. crinochetorum constitute an interesting example for symbiont-symbiont relationships between two highly abundant members of a diverse bacterial community.

Les amibes libres sont des microorganismes unicellulaires eucaryotes dont l'écologie au sein des réseaux d'eau potable est mal connue. Les amibes libres représentent un enjeu de santé publique, du fait de leur capacité à favoriser la présence de bactéries potentiellement pathogènes, parmi lesquelles des mycobactéries.Une campagne de prélèvement menée sur le réseau d'eau potable de Paris a permis d'évaluer la diversité des amibes libres et de leur microbiome bactérien, par pyroséquençage ciblant les gènes ribosomaux (16S et 18S). Ces analyses ont suggéré la prédominance des genres Acanthamoeba, Vermamoeba, Echinamoeba et Protacanthamoeba. Le microbiome des amibes a révélé une grande diversité bactérienne, dominée par Pseudomonas, Stenotrophomonas, Bradyrhizobium, Sphingomonas et Pseudoxanthomonas. L'intégration des paramètres physicochimiques a permis de suggérer l'importance de l'origine de l'eau, la température, le pH et la concentration en chlore dans la dynamique des populations amibiennes. Une endosymbiose originale entre V. vermiformis et des bactéries du phylum TM6 a également été mise en évidence.Les amibes ont été fréquemment co-isolées avec des mycobactéries dans le réseau, principalement les espèces M. llatzerense et M. chelonae. Des expériences d'infection chez A. castellanii ont permis d'observer la capacité de ces mycobactéries à survivre et croitre en présence d'amibes. Par génomique comparative et analyses transcriptomiques, plusieurs facteurs de virulence, conservés entre M. llatzerense, M. chelonae et M. tuberculosis, ont été identifiés et sont surexprimés au cours de l'infection. Ces données suggérent leur implication dans la résistance à la prédation amibienne.L'ensemble de ces travaux a permis d'améliorer la connaissance des populations amibiennes et de leur microbiome au sein du réseau d'eau potable, apportant des éléments supplémentaires concernant leur implication dans la survie et la persistance des mycobactéries. / Free-living amoebae are unicellular eukaryotes whose ecology in drinking water networks remains poorly understood. They may represent a public health concern, because of their ability to favour the presence of potentially pathogenic bacteria, among which are mycobacteria.A sampling scheme based on Paris drinking water network allowed identifying the diversity of both freeliving amoebae and their bacterial microbiome, using ribosomal RNA targeted pyrosequencing. These analyses indicated the major presence of Acanthamoeba, Vermamoeba, Echinamoeba and Protacanthamoeba genera. The microbiome was highly diverse and dominated by Pseudomonas, Stenotrophomonas, Bradyrhizobium, Sphingomonas and Pseudoxanthomonas. The coupling of physicochemical parameters to this analysis allowed underlining the importance of water origin, temperature, pH and chlorine concentration in shaping amoebal populations. Also an original endosymbiosis between V. vermiformis and a bacterium of the TM6 phylum was described. Free-living amoebae were frequently co-isolated with mycobacteria in the water network, mainly M. llatzerense and M. chelonae species. Infection experiments on A. castellanii illustrated the capacity of these species to resist and grow in presence of amoebae. Through genomics and transcriptomics approaches, several virulence factors, conserved between M. llatzerense, M. chelonae and M. tuberculosis were identified, and found to be upregulated during infection experiments. These results suggest their involvement in mycobacterial resistance to amoebal predation.Altogether, this work helped to better understand the ecology of free-living amoebae and their microbiome in drinking water networks, as well as the role of free-living amoebae in the survival and persistence of mycobacteria in such environments.

Les nanoparticules métalliques manufacturées (NPs) sont des polluants émergents dont la concentration augmente dans les sols en raison de leur utilisation croissante dans de nombreux produits commerciaux de la vie courante (cosmétiques, aliments, peintures…). Des études in vitro ont montré la toxicité des NPs pour les microorganismes, mais il existe encore peu de données sur l'écotoxicité et le devenir de ces contaminants dans les sols. L'objectif de cette thèse est donc d'évaluer l'influence des paramètres abiotiques du sol sur (i) les caractéristiques physico-chimiques et le transfert des NPs, et (ii) sur la toxicité des NPs pour les communautés microbiennes du sol, en particulier pour des groupes fonctionnels microbiens impliqués dans le cycle du carbone et de l'azote. Nous avons mis en évidence que les propriétés du sol influençaient l'agrégation et la charge de surface des NPs de dioxyde de titane (TiO2) et d'oxyde de cuivre (CuO). Dans les six sols agricoles étudiés, nous avons observé un transport très faible des NPs testées lors d'une expérimentation en colonnes de sols. Nous avons mis en évidence une absence de toxicité des NPs de TiO2 sur les communautés microbiennes, sauf dans un sol limono-argileux à forte teneur en matière organique. Dans ce sol, des effets négatifs ont été observés après 90 jours d'exposition sur les activités microbiennes, sur l'abondance des microorganismes nitrifiants et la diversité des bactéries et des archées. Des études complémentaires en colonnes de sol, ont permis de mettre en évidence des effets délétères des NPs plus importants que la nitrification lors d'une contamination chronique au TiO2 que lors d'une contamination aigüe / Manufactured metallic nanoparticles (NPs) are emerging pollutants of soils due to their increasing utilization in numerous commercial products (cosmetics, food, paint…). In vitro studies have demonstrated NPs toxicity on microorganisms but data are still scarce on the fate and ecotoxicity of these contaminants in soils. The objective of this thesis was to assess the influence of soil properties on (i) the physicochemical characteristics and the transport of NPs, and (ii) on the NPs toxicity on soil microbial communities, especially on microbial functional groups involved in carbon and nitrogen cycles. This work highlighted that soil properties influenced the aggregation and the surface charges of titanium dioxide NPs (TiO2-NPs) and copper oxide NPs (CuO-NPs). In the six agricultural soils studied, we observed a very low transport of the two NPs in a soil column experiment. We observed a low toxicity of TiO2-NPs for soil microbial communities, except in a silty-clay soil with a high organic matter content. In this soil, microbial activities (soil respiration, nitrification and denitrification) and nitrifier abundances were strongly decreased and archaeal and bacterial community structure were altered after 90 days of exposure. Furthermore in this soil, we observed decreases of nitrification activity, even for very low TiO2-NPs concentrations (0.05 mg kg-1) which were explained by a high sensitivity of ammonia-oxidizing archaea (AOA) involved in this process. Additional studies in soil columns demonstrated that chronic contamination with TiO2-NPs caused more deleterious effects on nitrification than acute contamination

Le protoxyde d’azote (N2O) est un gaz à effet de serre (GES) important et la principale substance attaquant la couche d'ozone. Les sols agricoles sont la principale source anthropique de ce GES. La concentration de N2O dans l'atmosphère est en constante augmentation, mais nous manquons de connaissances sur les facteurs contrôlant sa production et sa consommation dans les sols. La réduction du N2O en N2 par des microorganismes porteurs du gène codant pour la N2O réductase (nosZ) est le seul processus biologique capable de réduire ce GES. Des études récentes ont mis en évidence un clade précédemment inconnu de réducteurs du N2O qui interfère de manière significative avec la quantité de N2O produite dans les sols. Cette thèse a cherché à mieux comprendre l'écologie des réducteurs du N2O dans les sols agricoles.Une combinaison d'expériences d'incubation en laboratoire mais aussi d’expériences en plein champs a été utilisée pour essayer de mieux comprendre la production de N2O dans le sol, en analysant l’influence conjointe des producteurs et réducteurs de N2O. Nous avons aussi évalué l’impact des pratiques agricoles et leurs potentiels à modifier ces communautés microbiennes. Suite aux essais réalisés en laboratoire, nous avons montré que l'ajout d'une souche non-dénitrifiante Dyadobacter fermentans,possédant la N2O réductase NosZII, permettait de réduire la production de N2O dans 1/3 des sols testés. Certains sols sont même devenus consommateurs de N2O suite à l'ajout de la souche nosZII. Cette expérience a démontré la contribution des bactéries nosZII non-dénitrifiantes dans la consommation de N2O dans le sol.D’autre part, nos analyses en contexte agricole ont montré que les pratiques agricoles testées ont peu d’influence sur les communautés microbiennes considérées, les exceptions étant le travail du sol (labour), et le système de culture (annuel ou pérenne). L’intensifiant du travail du sol induit une augmentation de la diversité de nosZII. Nous observons le même phénomène dans le système de culture annuel comparé au système de culture pérenne. D’autres résultats nous permettent aussi d’affirmer que le clade récemment identifié de réducteurs du N2O est plus sensible aux variables environnementales que le clade précédemment connu (nosZI). Les variations de propriétés du sol, notamment pH et C:N structurent les communautés microbiennes appartenant à ces 2 clades indiquant une spécialisation de niche pour chacun de ces deux clades de N2O-réducteurs.Pour mieux comprendre les relations entre les communautés microbiennes et les processus impliqués, nous avons évalué les activités potentielles de dénitrification et de nitrification, et les émissions de N2O in situ. La production potentielle de N2O et l'activité potentielle de dénitrification ont été utilisées pour calculer le ratio de production de N2O (N2O:N2). La diversité du clade nosZII est négativement corrélée au ratio N2O:N2, et explique à elle seule la plus grande part de variance observée du ratio N2O:N2. Les variations de production potentielle de N2O et d'activité potentielle de dénitrification sont elles expliquées principalement par les variations de propriétés du sol. Afin de mieux évaluer la contribution des différents facteurs édaphiques et microbiologiques aux variations d’émission in situ de N2O, 70000 mesures ont été subdivisées en différentes gammes d’émission de N2O, d‘émissions dites de base à des émissions élevées. Fait intéressant, les variations d’émissions in situ de N2O dites de base sont seulement liées à des variations du pH du sol, alors que les variations d’émissions dites élevées sont également fortement associées aux variations de diversité des communautés microbiennes. Parmi les variables microbiennes importantes, nous avons constaté que la diversité des nosZII est négativement liée aux émissions de N2O in situ dites élevées.En conclusion, nos résultats mettent en évidence l’importance du clade nosZII pour le cycle du N2O dans le sol (...). / Nitrous oxide (N2O) is an important greenhouse gas (GHG) and the main ozone depleting substance. Agricultural soils are the main anthropogenic-induced source of this GHG. The concentration of N2O in the atmosphere is steadily increasing, but we still lack knowledge on the factors controlling its production and consumption in soils. The reduction of N2O to N2 by microorganisms harboring the N2O reductase gene (nosZ) is the only known biological process able to consume this GHG. Recent studies revealed a previously unknown clade of N2O-reducers which was shown to be important to the N2O sink capacity of soils. This thesis seeks to gain a greater understanding on the ecology of N2O-reducers in agricultural soils. A combination of laboratory incubation and field experiments were used to gain knowledge on the importance of N2O-producers and N2O-reducers to the soil N2O production. Additionally, the potential of agricultural practices to modify those microbial communities were assessed.We showed experimentally, in laboratory incubations, that the addition of a non-denitrifying strain Dyadobacter fermentans, which possesses the previously unaccounted N2O reductase NosZII, reduced N2O production in 1/3 of the tested soils. Remarkably, after addition of the nosZII strain, some soils became a N2O sink, as negative rates were recorded. This experiment provided unambiguous evidence that the overlooked non-denitrifying nosZII bacteria can contribute to N2O consumption in soil.Our evaluation of agricultural field experiments showed limited impact of agricultural practices on the microbial communities except for tillage management, and differences observed between an annual and a perennial cropping system. Increasing tillage management enhanced nosZII diversity. Higher diversity of the nosZII clade was also observed in the annual cropping system than in the perennial cropping system. Overall, the recently identified clade of N2O-reducers was more sensitive to environmental variables than the previously known clade (nosZI). The community structure of these two groups was explained by common and uncommon soil properties suggesting niche specialization between the two N2O-reducers.In an attempt to understand the relationship between the microbial communities and process rates, we assessed the potential denitrification and nitrification rates, and in situ N2O emissions. Potential N2O production and potential denitrification activity were used to calculate the denitrification end-product ratio. The diversity of nosZII was negatively related to the N2O:N2 ratio and explained the highest fraction of its variation (26%), while the potential N2O production and potential denitrification activity were mainly explained by the soil properties. To better evaluate the contribution of different factors to the in situ emissions, more than 70000 N2O measurements were subdivided into different ranges, from low to high rates. Interestingly, the low range of in situ N2O emissions was only related to soil pH, while the high ranges were also strongly related to the microbial communities. This result suggests that the “base-line” N2O emissions might be more regulated by soil edaphic conditions than by microorganisms, the lasts being more important for the high emissions ranges. Among the significant microbial variables, we found that the diversity of nosZII was negatively related to the high ranges of in situ N2O emissions.In conclusion, our results highlight the relevance of the second clade of N2O-reducers to the fate of N2O in soil. Our results also suggest niche differentiation between the two N2O-reducing clades with nosZII being more responsive to environmental variables. Agricultural practices showed limited impact on the two guilds. Further research is needed to test the niche specialization between the two groups, to disentangle their controlling factors, and to evaluate their potential for N2O mitigation.

Ces travaux s’inscrivent dans une problématique actuelle de compréhension des effets, encore peu connus, des mélanges de pesticides dans le sol. Les formulations d’herbicides S-métolachlore (Dual Gold Safeneur®), mésotrione (Callisto®) et nicosulfuron (Milagro®) ont été appliquées en mélanges et à la dose agronomique recommandée. Les molécules formulées sont plus toxiques que les molécules actives seules (Microtox®) et aucun effet synergique ou antagoniste des mélanges n’a été observé. Cependant, ces mélanges impactent transitoirement et à court terme les communautés microbiennes du sol de Limagne, sans modifier les paramètres généraux de structure et d’abondance. Toutefois, des effets ont été mis en évidence sur des communautés sensibles telles que les phototrophes ou celles impliquées dans les processus de nitrification et de dénitrification. De plus, une comparaison des effets des mélanges sur les communautés phototrophes de deux sols souligne l’importante toxicité du Dual Gold Safeneur® et remet en cause son utilisation d’un point de vue écotoxicologique. / These experiments are part of the actual problematic of understanding the poorknown effects of pesticides mixtures in soil ecosystem. The herbicidal commercial formulations of S-metolachlor (Dual Gold Safeneur®), mesotrione (Callisto®) and nicosulfuron (Milagro®) were applied in mixtures at the recommended field rate. Formulated compounds are more toxic than active ingredients alone (Microtox®) and no synergistic or antagonistic effects were recorded. However, these mixtures impaired rapidly and transitory the Limagne soil microbial communities, without modifying the global parameters of structure and abundance. Effects were also recorded on sensitive communities, such as phototrophic, nitrifying and denitrifying communities. A comparison of mixtures effects on phototrophic communities from two soils underlined the high toxicity of Dual Gold Safeneur® and challenged its use from an ecotoxicological point of view..

Le réchauffement régional de l'ouest de la Péninsule Antarctique (WAP) combiné à la diminution attendue de glace de mer et à l'apparition printanière du trou d'ozone pourrait modifier la composition et la structure de la communauté microbienne. De plus, ces variations environnementales pourraient modifier le potentiel de la WAP en tant que puits de CO2. Dans ce contexte, cette thèse visait à évaluer les effets combinés du changement climatique sur la production primaire et sur la composition et la structure de la communauté microbienne de la WAP. Cette thèse visait également à évaluer le rôle de la structure, de la composition, de la production primaire et de la respiration de la communauté microbienne sur les échanges de CO2 entre l'atmosphère et l'océan. Cette étude a premièrement permis de décrire les variations de l'étendue de glace de mer, de l'épaisseur de la couche d'ozone et de la température de surface de l'eau dans la WAP au cours des 30 dernières années (1972-2007) et notamment d'observer le retrait de plus en plus précoce de la glace de mer en relation avec le réchauffement des eaux de la WAP. L'évolution de ces paramètres environnementaux offre une nouvelle fenêtre temporelle de production primaire. Ainsi, cette étude a permis de montrer que la production primaire annuelle a augmenté de 1997 à 2007, et ceci, en relation avec l'anomalie de glace de l'hiver précédent. En effet, la production primaire journalière était négativement et positivement corrélée avec, respectivement, l'étendue de glace de mer et la température de l'eau de septembre à novembre et de février à mars, suggérant que le réchauffement régional de la WAP favorise plus de production primaire durant le printemps et l'automne. En revanche, le retrait précoce de la glace de mer en coïncidence avec l'apparition printanière du trou d'ozone a provoqué l'augmentation de la photoinhibition au printemps (avec 11,6 ± 2,8 % de la production primaire journalière en moyenne). En conséquence, le changement climatique régional de la WAP a, à la fois, un effet positif et un effet négatif sur la production primaire. Cette étude a également permis de décrire la dynamique de la communauté microbienne marine dans l'archipel de Melchior (dans la WAP) de l'automne au printemps 2006. En raison des conditions environnementales extrêmes, l'abondance et la biomasse de la communauté microbienne étaient faibles durant l'automne et l'hiver et dominées par les petites cellules (< 2 µm) et donc par un réseau trophique microbien. En effet, la biomasse phytoplanctonique était faible durant l'automne et l'hiver (avec une concentration moyenne en chlorophylle a, Chl-a, de 0,3 et 0,13 µg l-1, respectivement). La biomasse phytoplanctonique a augmenté au printemps (avec un maximum de Chl-a de 1,13 µg l-1), mais, en dépit des conditions de croissance favorables, est restée faible et le phytoplancton était toujours dominé par de petites cellules (2-20 µm) et donc par le réseau trophique microbien ou multivore. De plus, la disparition précoce de glace de mer durant le printemps 2006 a exposé les eaux de la WAP à de fortes radiations ultraviolettes B (RUVB, 280-320 nm), qui ont eu un effet négatif sur la communauté microbienne des eaux de surface. Cette étude a également mis en évidence la relation existante entre les échanges CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP et la biomasse, la composition, la production primaire et la respiration de la communauté microbienne. Il existait tout d'abord une relation positive entre la concentration en Chl-a et la proportion de diatomées dans la communauté phytoplanctonique. De plus, il existait une corrélation négative significative entre la Chl-a et le ΔpCO2. La production primaire nette de la communauté (NCP) était principalement contrôlée par la production primaire et était négativement et positivement reliée avec le ΔpCO2 et le pourcentage de saturation de l'O2, respectivement, suggérant que la production primaire joue un rôle majeur dans les échanges de CO2 et d'O2 entre l'atmosphère et l'océan dans la WAP. Par ailleurs, le ΔpCO2 moyen au cours des trois années étudiées était de -20,04 ± 44,3 µatm, menant à un puits de CO2 potentiel durant l'été et l'automne dans la région. Le sud de la WAP était un puits potentiel de CO2 (-43,60 ± 39,06 µatm) durant l'automne alors que le nord de la WAP était principalement une source potentielle de CO2 durant l'été ou l'automne (-4,96 ± 37,6 et 21,71 ± 22,39 µatm, respectivement). Les plus fortes concentrations en Chl-a mesurées dans le sud de la WAP pourraient expliquer cette distribution spatiale. / Regional warming in the western Antarctic Peninsula (WAP), along with the expected decrease in sea-ice cover and the seasonal ozone layer breakdown could modify the composition and the structure of the microbial community. In addition, these environmental changes could modify the potential of the WAP as a CO2 sink. In this context, this thesis aimed at evaluating the combined effects of regional climatic changes on the primary production and the composition and structure of the microbial community in the WAP. In a second time, this thesis aimed at evaluating the role of the microbial community structure, composition, primary production and respiration on air-sea CO2 gas exchanges.First, the variations in sea-ice cover, stratospheric ozone layer thickness and sea surface temperature over the last 30 years (1972-2007) were described. Related to the warming of WAP waters, the retreat of sea-ice was happening earlier each decade in the WAP. The observed changes in these environmental parameters offer a new temporal window for primary production. Indeed, the annual primary production increased from 1997 to 2007, in relation with the sea-ice cover anomaly for the previous winter. In addition, daily primary production was negatively and positively correlated to, respectively, sea-ice cover and sea-water temperature from September to November and from February to March, suggesting that regional warming favoured more primary production during spring and fall. On the contrary, the early retreat of sea-ice in spring, in coincidence with the spring ozone layer breakdown, led to an increase in photoinhibition (with an average of 11.6 ± 2.8 % of the daily primary production being photoinhibited). Therefore, regional climatic changes in the WAP had both a positive and a negative impact on primary production.The microbial community variability was also described in the Melchior Archipelago (in the WAP) from fall to spring 2006. Because of the extreme environmental conditions, the microbial community abundance and biomass were low in fall and winter and the community was dominated by small cells (< 2 µm), hence by a microbial food-web. Indeed, phytoplanktonic biomass was low during fall and winter (with respective chlorophyll a concentration, Chl-a, of 0.3 and 0.13 µg l-1). Phytoplankton biomass increased in spring (with a maximum Chl-a of 1.13 µg l-1) but, despite favourable growth conditions, phytoplankton was still dominated by small cells (2-20 µm), hence by a microbial or multivorous food-web. In addition, the early retreat of sea-ice in the spring 2006 exposed the WAP waters to strong ultraviolet B radiations (UVBR, 280-320 nm) that had a negative impact on the microbial community in surface waters.Finally, the relationship between air-sea CO2 and O2 exchanges in the WAP with the phytoplankton community biomass and composition and with the microbial community primary production and respiration was described. A positive relationship existed between Chl-a and the proportion of diatoms in the phytoplankton community. In addition, a negative relationship existed between Chl-a and ΔpCO2. The net community production (NCP) was mainly controlled by primary production and was negatively and positively related to ΔpCO2 and the %O2 saturation, respectively, suggesting that primary production was the main driver of air-sea CO2 and O2 gas exchanges in the WAP. In addition, the average ΔpCO2 for the summers and falls 2002 to 2004 was -20.04 ± 44.3 µatm, leading to a potential CO2 sink during this period in the WAP. The southern WAP was a potential CO2 sink (-43.60 ± 39.06 µatm) during fall while the northern part of the Peninsula was mainly a potential CO2 source during summer and fall (-4.96 ± 37.6 and 21.71 ± 22.39 µatm, respectively). The higher Chl-a concentrations measured in the southern WAP may explain this spatial distribution.

La qualité de présentation d'une pomme de terre de consommation, Solanum tuberosum L., commercialisée en produit frais est devenue une exigence et un enjeu économique significatif dans les relations commerciales. Compte tenu du mode de reproduction par voie végétative de cette espèce, ces exigences sont également imposées au tubercule de semence. Organe de réserve et de propagation, le tubercule est produit sous terre, ce qui l'expose aux microorganismes telluriques et le rend potentiellement porteur d'altérations superficielles dont l'origine n'est pas encore clairement identifiée pour certaines d'entre elles. L'objectif de ce travail est de recenser et de caractériser ces altérations superficielles du tubercule et d'en déterminer les causes. Après l'établissement d'une nomenclature et d'une classification consensuelles des défauts observables sur tubercule, deux hypothèses ont été formulées et testées: (1) les défauts sont d'origine pathogène et/ou (2) ils résultent d'une réponse de la plante à des stress environnementaux. L'évaluation de la première hypothèse a mené à l'identification d'une grande diversité de microorganismes vivant à la surface des tubercules altérés. Leur pouvoir pathogène a été testé par une série de tests biologiques. Ceux-ci ont permis de reproduire les défauts sur des tubercules néoformés et de vérifier les postulats de Koch pour le champignon Rhizoctonia solani responsable de la formation de sclérotes. Pour bon nombre d'autres défauts visuels, aucune relation claire entre un microorganisme et une altération n'a pu être établie. Une étude de la structure des communautés microbiennes de la géocaulosphère de tubercules, altérés ou non, a démontré que les communautés fongiques et bactériennes se comportaient selon des dynamiques différentes au cours de la culture et en fonction de l'état sanitaire du tubercule de semence mais aucune relation de causalité n'a pu être mise en évidence. Il a par contre été noté une augmentation de la population de R. solani autour des tubercules altérés. La diversité des isolats d’origine française et européenne associés aux altérations des tubercules a donc été caractérisée. Elle révèle l'existence de relations phylogénétiques indépendantes de l'origine géographique et du cultivar hôte et suggère l'existence de d'événements génétiques fréquents et d'un brassage génétique entre les populations de R. solani. Le test de la seconde hypothèse a consisté à rechercher une implication potentielle de différents facteurs abiotiques dans la formation des altérations superficielles. L'analyse d'une enquête menée auprès d'agriculteurs a mis en évidence l'implication du pH, de certaines pratiques culturales, de la sensibilité de cultivars et de conditions météorologiques particulières dans l'occurrence de certains défauts. Ce travail a permis de clarifier la nomenclature des altérations, de confirmer l'implication de R. solani dans l'apparition de certaines d'entre elles et d'envisager de nouvelles hypothèses quant à la formation de défauts suite à une réponse de la plante à un stress environnemental. Ainsi, une voie a été ouverte vers la résolution de la problématique posée par toute une filière professionnelle, responsable de la mise en marché d'un produit frais de grande consommation, et répondant aux exigences du marché en matière de présentation, qualité culinaire et, mode de production respectueux de l'environnement. / The visual quality of fresh potatoes, Solanum tuberosum, became a dominant criterion and a significative economical issue in potato market. According the vegetative reproduction of this species, requirements for visual quality are also needed for potato seed tubers. As an organ for reserve and propagation, the tuber grows underground and is in contact with soil-borne microorganisms, making it potentially exposed to blemishes, for the majority of which the origin is still unclear.The objective of this work is to make an inventory of those tuber blemishes, to characterize them and determine their causes. After the establishment of consensual nomenclature and classification of the blemishes, two hypotheses were formulated: (1) blemishes are due to pathogenic attacks and/or (2) they result from a response of the plants to environmental stresses. The assessment of the first hypothesis allowed identifying a wide diversity of microorganisms living on the blemished tuber surface. Their pathogenicity was tested by several biological assays that allowed producing blemishes on progeny tubers and fulfilling the Koch's postulates for the fungus Rhizoctonia solani causing sclerotia. For many other blemishes no clear relationship was established between a microorganism and a blemish. A study of the microbial structure of the geocaulosphere of tubers blemished or not, showed that bacterial and fungal communities adopted different dynamics during the growing season and according to the sanitary status of the seed tuber, but no causality link could have been drawn. On the other hand, an increase of R. solani population around blemished tubers was observed. The diversity of strains of R. solani originating from France and from Europe and associated to the blemished tubers was characterized. The phylogenetic relationships between the strains were independent of the geographical origin and of the host cultivar, thus the existence of frequent genetic events and genetic mixing between the populations of R. solani was suggested. Concerning the potential implication of different abiotic factors, a survey conducted with farmers showed the implication of soil pH, some cultural practices, including the choice of the susceptible cultivars and meteorological conditions on the occurrence of some blemishes. This work made clear the blemish nomenclature, confirmed the implication of R. solani in the occurrence of some blemishes and suggested new hypotheses concerning the occurrence of blemishes as a plant response to a stressful environment. Thus, a path was opened toward the resolution of the issue asked by all the potato community, responsible for the marketing of a mass consumption fresh product and answering to market requirements related to visual and culinary qualities and to environmental friendly modes of production.

L’utilisation du chlordécone (CLD) pour éradiquer les populations de charançon noir dans les bananeraies des Antilles françaises (Guadeloupe et Martinique) entre 1972 et 1993 a conduit à la contamination des sols et de l’environnement. Cet insecticide organochloré très hydrophobe persiste dans les sols d’où il transfère lentement vers les ressources en eau et vers les biotes terrestre et aquatique (plantes, animaux, poissons, crustacées). Réputé « indégradable », le CLD résiste à la photolyse, à l’hydrolyse et à la biodégradation. A ce jour, il n’existe pas de méthode pour remédier les 20 000 hectares de sols pollués avec cet insecticide. Compte-tenu de l’étendue de la pollution avec le CLD, les procédés biologiques de décontamination paraissent appropriés au contexte antillais. Les objectifs de mon travail de thèse étaient d’explorer les possibilités de transformation microbienne du CLD et l’impact écotoxicologique du CLD sur la communauté microbienne des sols. Mes travaux reposent sur l’hypothèse selon laquelle des populations microbiennes exposées de manière chronique au CLD se seraient adaptées à sa dégradation pour détoxifier leur environnement ou éventuellement pour l’utiliser comme source d’énergie pour leur croissance. Pour cela, j’ai développé une méthode d’analyse du CLD dans les sols et les cultures microbiennes basée sur l’isotopie stable. J’ai conduit des expériences d’enrichissement à partir de sols de Guadeloupe pollués avec le CLD. Une centaine de souches fongiques et près de 200 souches bactériennes ont été isolées. Aucunes souches bactériennes dégradantes n’ont pu être mises en évidence bien que certaines formaient un halo de dissolution du CLD sur milieu gélosé. Parmi les isolats fongiques, seul F. oxysporum sp. MIAE01197 se développait sur un milieu minéral contenant le CLD comme seul source de carbone et dissipait 40% du CLD. Cet isolat était deux fois plus tolérant au CLD qu’un isolat de référence jamais exposé au CLD. Cet isolat minéralisait très peu le 14C-CLD, formait très peu de 14C-métabolites, mais le 14C-CLD s’adsorbait sur les parois fongiques, suggérant que l’adsorption était le principal mécanisme impliqué dans la dissipation du CLD. L’analyse de trois autres isolats appartenant au genre Aspergillus a confirmé que l’exposition au CLD était un des paramètres améliorant la tolérance des souches fongiques au CLD et que la biomasse fongique était capable d’adsorber le CLD dans des proportions proches de celles obtenues avec du charbon actif utilisé pour traiter l’eau potable aux Antilles. L’évaluation de l’impact écotoxicologique du CLD sur la communauté microbienne et les fonctions qu’elle supporte a été menée sur deux sols aux propriétés physicochimiques contrastées n’ayant jamais été exposés au CLD. L’analyse de la structure globale (évaluée par RISA), de l’abondance et de l’activité de la communauté microbienne du sol argilo-limoneux n’étaient pas affectées par le CLD. En revanche, la composition taxonomique (qPCR) et l’activité respiratoire de la communauté microbienne étaient affectées par le CLD dans le sol sableux. Ces résultats montrent que la toxicité du CLD pour la communauté microbienne dépend des propriétés physicochimiques du sol qui conditionne sa biodisponibilité. Des études complémentaires devront être menées pour évaluer la toxicité possible du CLD sur des fonctions écosystémiques des sols des Antilles. / The use of chlordecone (CLD) to eradicate the weevil populations in the banana plantations in the French West Indies (Guadeloupe and Martinique) between 1972 and 1993 led to the contamination of the soil and the environment. This very hydrophobic organochlorine insecticide persists in the soil where it slowly transfers not only to the water resources but also to terrestrial and aquatic biota (plants, animals, fishes, shellfishes). Deemed “non-degradable”, CLD is resistant to photolysis, hydrolysis and biodegradation. To date, there is no method to remediate the 20,000 hectares of polluted soil with this insecticide. Given the extent of CLD pollution, biological decontamination processes appear appropriate to the Caribbean context. The objectives of my thesis were to explore the possibilities of microbial transformation of CLD and to assess the ecotoxicological impact of CLD on the soil microbial community. My work is based on the hypothesis that microbial populations chronically exposed to CLD would be adapted to its degradation to detoxify their environment or possibly for use as an energy source for growth.To do so, I developed an analysis method in soils and microbial cultures based on the use of stable isotope to trace CLD. I conducted enrichment experiments with CLD polluted soils from Guadeloupe yielding in the isolation of one hundred fungal strains and nearly two hundred bacterial strains. No degrading bacterial strains have been identified although few of them formed dissolution halo of CLD on solid media. Among the fungal isolates, only F. oxysporum sp. MIAE01197 grew on a mineral medium containing CLD as sole carbon source and dissipated 40% of the CLD. This isolate was twice more tolerant than the reference isolate which had never been exposed to CLD. This isolate mineralizes 14C-CLD very lowly, formed very few 14C-metabolites, but the 14C-CLD was adsorbed on the fungal cell walls, suggesting that the adsorption was the main mechanism involved in the dissipation of the CLD. Analysis of three other isolates belonging to the genus Aspergillus confirmed that exposure to CLD was one of the parameters improving the tolerance of fungal strains to CLD and fungal biomass was capable of adsorbing the CLD in proportions close to those obtained with activated carbon used to treat drinking water in the French West Indies.The assessment of the CLD ecotoxicological impact on the microbial community and functions it supports was carried out on two soils never exposed to CLD showing contrasting physicochemical properties. The analysis of the overall structure (evaluated by RISA), the abundance and the activity of the microbial community of the silty-clay soil were not affected by the CLD. However, the taxonomic composition (evaluated by group specific qPCR) and respiratory activity of the microbial community were affected by the CLD in the sandy soil. These results showed that the toxicity of CLD for microbial community depends on the physicochemical properties of the soil which may determine its bioavailability. Further studies are needed to evaluate the possible toxicity of the CLD on Caribbean soil ecosystemic functions.