La production de la majorité des vins rouges et de certains types de vins blancs et de vins pétillants requiert deux étapes fermentaires successives. La première est la fermentation alcoolique (FA) réalisée principalement par Saccharomyces cerevisiae. A la fin de la FA, les vins sont soumis à la fermentation malolactique (FML) réalisée principalement par Oenococcus oeni. Cependant, la FML est souvent difficile à déclencher et accomplir à cause de l’activité antibactérienne individuelle ou synergique de différents paramètres physicochimiques du vin et de métabolites levuriens inhibiteurs. Dans ce contexte, l’étude des interactions qui peuvent avoir lieu entre les souches de levures et de bactéries est importante pour le choix adéquat des souches et de la stratégie d’inoculation. Dans le présent travail, S. cerevisiae souche D a fortement inhibé O. oeni souche X pendant les fermentations séquentielles réalisées dans des milieux synthétiques jus de raisin (MSJ) alors que la souche levurienne A s’est révélée stimulatrice. Des traitements protéasiques et thermiques des MSJ fermentés par la souche D ont démontré la nature protéique des métabolites levuriens inhibiteurs. Le fractionnement par ultrafiltration de ces mêmes milieux a montré qu’une fraction peptidique extracellulaire de 5-10 kDa était responsable de l’inhibition de la FML. Elle a été graduellement relarguée au cours de la FA et a atteint sa concentration maximale à un stade avancé de la phase stationnaire. L’inhibition de la FML a été maintenue dans les jus de raisin commerciaux et les moûts naturels (CabernetSauvignon et Syrah) présentant des teneurs faibles et élevées en composés phénoliques. Ces derniers n’ont pas pu donc modifier l’activité biologique des peptides inhibiteurs. La fraction 5-10 kDa a été testée in vitro sur un extrait cellulaire contenant l’enzyme malolactique dans une gamme de pH comprise entre 3,5 et 6,7. Les résultats ont montré qu’elle a pu directement inhiber l’activité de l’enzyme malolactique avec une cinétique d’inhibition croissante corrélée à l’avancement de la fermentation alcoolique. La fraction 5-10 kDa du précipité au sulfate d’ammonium (60-80 %) a ensuite été analysée par chromatographie échangeuse d’ions. Les éluats récupérés avec 0,5 M NaCl par chromatographie anionique et cationique ont renfermé des peptides inhibiteurs et ont été migrés sur SDSPAGE. Les bandes d’intérêt ont ensuite été coupées et séquencées par LC1D-nanoESI-LTQ-Orbitrap. Les résultats ont montré 12 peptides qui ont probablement travaillé en synergie. 2 fragments de GAPDH de 0,9 et 1,373 kDa ayant un pI de 9,074 et un fragment de Wtm2p de 2,42 kDa ayant un pI de 3,35 sont impliqués dans l’inhibition de la FML. / The production of most red wines and certain white and sparkling wine styles requires two consecutive fermentation steps. The first one is the alcoholic fermentation (AF) and is carried out mainly by Saccharomyces cerevisiae. At the end of the AF, the wines undergo malolactic fermentation (MLF) carried out mainly by Oenococcus oeni. However, the MLF is often difficult to trigger and accomplish because of the individual or synergistic antibacterial activity of several physical chemical wine parameters and yeast inhibitory metabolites. In this context, the study of the interactions that may occur between specific strains of yeasts and bacteria is important for choosing the adequate strain combination and inoculation strategy. In the present work, S. cerevisiae strain D strongly inhibited O. oeni strain X during sequential fermentations performed in synthetic grape juice (SGJ) media whereas S. cerevisiae strain A stimulated it. Protease and heat treatments of the SGJ media fermented by strain D showed the protein nature of the yeast inhibitory metabolites. Fractionation by ultrafiltration of the same media revealed that an extracellular peptidic fraction of 5-10 kDa was responsible for the inhibition. It was gradually released during AF and reached its highest concentration at late stages of the stationary phase. The MLF inhibition was maintained in natural grape juices and grape musts (Cabernet-Sauvignon and Syrah) presenting low and high phenolic contents. Therefore, the activity of the inhibitory peptides was not affected by grape phenolic compounds. The 5-10 kDa fraction was tested in vitro on cell-free bacterial cytosolic extracts containing the malolactic enzyme in a pH range between 3.5 and 6.7. Results showed that it was able to directly inhibit the malolactic enzyme activity with an increasing inhibitory kinetic correlated to the AF time at which it was collected. The 5-10 kDa peptidic fraction of the 60-80 % ammonium sulfate precipitate was submitted to analyses by both anionic and cationic exchange chromatography (AEXC and CEXC). Eluates recuperated with 0.5 M NaCl from both AEXC and CEXC contained inhibitory peptides and were further migrated by SDS-PAGE. The bands of interest were excised and sequenced by LC1D-nanoESI-LTQ-Orbitrap. Results gave 12 different peptidic fractions that may have worked synergistically. 2 GAPDH fragments of 0.9 and 1.373 kDa having a pI of 9.074 and a Wtm2p fragment of 2.42 kDa having a pI of 3.35 were involved in the MLF inhibition.

Les Piles à Combustible Microbiennes (PCMs) mettent en œuvre le métabolisme de micro-organismes et utilisent de la matière organique pour générer de l’énergie électrique. Les applications potentielles incluent le traitement de l’eau autonome en énergie, les bio-batteries, et le grappillage d’énergie ambiante. Les PCMs sont des équipements basse-tension et basse-puissance dont le comportement est influencé par la vitesse à laquelle l’énergie électrique est récupérée. Dans cette thèse, on étudie des méthodes pour récupérer l’énergie électrique de façon efficace. La tension à laquelle l’énergie est récupérée des PCMs influence leur fonctionnement et leurs performances électriques. La puissance délivrée est maximum pour une tension spécifique (environ 1/3 de la tension en circuit-ouvert). Les PCMs peuvent être testées à ce point en utilisant une charge contrôlée automatiquement qui inclut un algorithme de recherche de puissance maximale. Un tel outil a été utilisé pour évaluer la puissance maximum, la vitesse de consommation du combustible, le rendement Coulombic et le rendement de conversion de 10 PCMs à chambre unique de 1.3 L construites de façon similaire. Bien que d’autres choix structurels et opératoires peuvent permettre d’améliorer ces performances, ces résultats ont étudié pour la première fois les performances des PCMs en condition de production d’énergie de point de puissance maximal et testé les PCMs avec des conditions de récupération d’énergie réalistes. Récupérer un maximum d’énergie des PCMs est la ligne directrice de ce rapport. C’est rendu possible par des circuits dédiés de gestion de l’énergie qui embarquent un contrôle contre-réactif pour réguler la tension des PCMs à une valeur de référence qui est égale à une fraction de leur tension en circuit ouvert. Deux scénarios typiques sont développés dans la suite. Une application critique des PCMs concerne le grappillage autonome de petites énergies, pour alimenter des équipements électroniques basse-puissance (e.g. capteurs sans fil). Dans ce cas, les contraintes basse-puissance et basse-tension imposées par les PCMs nécessitent des fonctionnalités de démarrage autonomes. L’oscillateur d’Armstrong, composé d’inductances couplées à fort rapport d’enroulement et d’un interrupteur normalement-fermé permet d’élever des tensions de façon autonome à partir de sources basse-tension continue comme les PCMs. Ce circuit a été associé à des convertisseurs d’électronique de puissance AC/DC et DC/DC pour réaliser respectivement un élévateur-de-tension et une unité de gestion de l’énergie (UGE) auto-démarrante basée sur une architecture flyback. La première est adaptée pour les puissances inférieures à 1mW, alors que la seconde peut être dimensionnée pour des niveaux de puissance de quelques mW et permet de mettre en œuvre une commande qui recherche le point de puissance maximale du générateur. Une seconde application d’intérêt concerne le cas où de l’énergie est récupérée depuis plusieurs PCMs. L’association série peut être utilisée pour élever la tension de sortie mais elle peut avoir des conséquences négatives en terme de performances à cause des non-uniformités entre cellules. Cet aspect peut être résolu avec des circuits d’équilibrage de tension. Trois de ces circuits ont été analysés et évalués. Le circuit “complete disconnection” déconnecte une cellule défectueuse de l’association pour s’assurer qu’elle ne diminue pas le rendement global. Le circuit “switched-capacitor” transfère de l’énergie depuis les MFCs fortes vers les faibles pour équilibrer les tensions de toutes les cellules de l’association. Le circuit “switched-MFCs” connecte les PCMs en parallèle et en série de façon alternée. Chacune des trois méthodes peut être mise en œuvre à bas prix et à haut rendement, la plus efficace étant la “switchedcapacitor”qui permet de récupérer plus de 85% de la puissance maximum idéale d’une association très largement non uniforme. / Microbial fuel cells (MFCs) harness the metabolism of micro-organisms and utilize organic matter to generate electrical energy. They are interesting because they accept a wide range of organic matter as a fuel. Potential applications include autonomous wastewater treatment, bio-batteries, and ambient energy scavenging. MFCs are low-voltage, low-power devices that are influenced by the rate at which electrical energy is harvested at their output. In this thesis, we study methods to harvest electrical energy efficiently. The voltage at which energy is harvested from MFCs influences their operation and electrical performance. The output power is maximum for a certain voltage value (approx. 1/3rd the open-circuit voltage). This noteworthy operating point is favorable in some applications where MFCs are used as a power supply. MFCs can be tested at this point using an automatic load adjuster which includes a maximum power point tracking algorithm. Such a tool was used to evaluate the maximum power, the fuel consumption rate, the Coulombic efficiency and the energy conversion efficiency of ten similarly built 1.3 L single-chamber MFCs. Although structural and operating condition choices will lead to improved performance, these results investigate for the first time the performance of MFCs in continuous maximum power point condition and characterize MFCs in realistic energy harvesting conditions. Harvesting energy at maximum power point is the main thread of the manuscript. This is made possible with dedicated energy processing circuits embedding control feedback to regulate the MFC voltage to a fraction of its open-circuit voltage. Two typical scenarios are developed as outlined below. One critical application concerns autonomous low-power energy scavenging, to supply remote low-power electronic devices (e.g. wireless sensors). In this case, the low-power and low-voltage constraints imposed by MFCs require dedicated self start-up features. The Armstrong oscillator, composed of high turn-ratio coupled inductors and of a normally-on switch, permits to autonomously step-up voltages from a low DC source like MFCs. Although the circuit requires few components, its operation is not trivial because it partly relies on the parasitic elements of the inductors and the switch. Proper sizing of the inductors enables an optimized operation. This circuit can be associated with power electronic AC/DCand DC/DC converters to realize a voltage-lifter and a fly back-based self-starting Power Management Unit (PMU) respectively. The former is suitable for powering levels below 1mW, while the latter can be scaled for power levels of a few units of mW and facilitates implementation of maximum power point control. A second application of interest concerns the case where energy is harvested from several MFCs.Serial association can be used to step-up voltage but may lead to detrimental consequences in terms of performances because of hydraulic couplings between MFCs sharing the same electrolyte (e.g. if the MFCs are running in continuous flow) or because of electrical non-uniformities between cells. Whereas the former issue can be addressed with galvanically insulated PMUs, the latter can be solved with voltagebalancing circuits. Three of these latter circuits were analyzed and evaluated. The “complete disconnection” circuit isolates a faulty cell from the configuration to ensure it does not impede the overall efficiency. The “switched-capacitor” circuit transfers energy from the strong to the weak MFCs to equilibrate the voltages of the individual cells in the stack. The “switched-MFC” circuit alternatively connects MFCs in parallel and in series. Each of the three methods can be implemented at low-cost and at high efficiency, the most efficient one being the “switched-capacitor”, that permits to harvest more that 85% of the ideal maximum energy of a strongly-non-uniform MFC association.

La contamination microbienne des units de soins dentaires (USD) est connue depuis les années 60. L'eau circule à l'intérieur des USD dans des conditions favorables au développement d'un biofilm (faible débit, nature des surfaces, stagnation). Ce biofilm, réservoir de micro-organismes potentiellement pathogènes, peut représenter un risque infectieux pour les patients et le personnel dentaire exposés à l'eau et aux aérosols générés lors des soins dentaires, en particulier s'ils sont immunodéprimés.Des micro-organismes provenant de l'eau, tels que les amibes libres, peuvent être retrouvés dans ce biofilm. Des protozoaires ubiquitaires de l'environnement du genre Acanthamoeba ou Hartmannella, connus comme pathogènes opportunistes chez l'Homme (kératites, méningo-encéphalites) et ayant la capacité de servir d'hôte pour le développement intracellulaire de certains microorganismes pathogènes (ex : Legionella pneumophila), ont en effet été isolés dans l'eau des USD.D'autre part, des micro-organismes provenant de la cavité buccale d'un patient peuvent également se retrouver dans le système d'eau des USD, en même temps que des traces de salive et/ou de sang, suite à un dysfonctionnement ou un mauvais entretien des valves anti-reflux des porte-instruments rotatifs. Les levures du genre Candida sont des commensaux du tube digestif humain, pathogènes opportunistes notamment responsables d'infections oro-pharyngées, et parfois retrouvées dans les USD.Ce travail a consisté d'une part en l'étude de la capacité de deux amibes libres : A. castellanii et H. vermiformis, ainsi que de trois espèces de Candida : C. albicans, C. glabrata et C. parapsilosis, à survivre dans l'eau, en présence ou non de salive. Les résultats montrent une influence dose-dépendante et espèce-dépendante de la salive sur la survie des trois levures, et aucun effet sur la viabilité des amibes. Des interactions ont pu être mises en évidence entre amibes libres et levures : A. castellanii est capable d'internaliser puis de digérer les trois espèces de levures, induisant leur élimination rapide, indépendamment de la présence de salive. En revanche, H. vermiformis permet la survie et la prolifération de Candida spp. dans l'eau, même en l'absence de salive.Enfin, dans une démarche de prévention et de lutte contre le risque infectieux lié à l'eau des USD, l'efficacité de différents traitements chimiques communément utilisés : le chlore (NaOCl), le peroxyde d'hydrogène (H2O2) et l'Oxygenal 6©, a été étudiée sur les différentes espèces de Candida et d'amibes libres. Ces traitements montrent une efficacité variable : le chlore requiert l'utilisation de concentrations élevées (>26 ppm) et peu compatibles avec l'usage courant des USD. Le H2O2 ne présente pas d'activité significative dans les conditions testées (de 0.07% à 0.9% v/v). En revanche, l'Oxygenal 6© apparaît le plus efficace pour l'éradication des levures du genre Candida et des amibes libres dans l'eau (dès 0.05%). / Microbial contamination of dental unit waterlines (DUW) is known since the 60's. Water circulates throughout DUW with environmental conditions encouraging biofilm development (low flow, surface material, stagnation). This biofilm, which is a reservoir of potentially pathogenic micro-organisms, may represent an infectious risk for patients and dental staff exposed to water and aerosols generated during dental cares, in particular for immunocompromised persons. Micro-organisms coming from water, such as free-living amoebae (FLA), may be isolated in this biofilm. Protozoa belonging to Acanthamoeba or Hartmannella genera are ubiquitous in the environment; they are known to be opportunistic pathogens for Human (keratitis, meningo-encephalitis), to encourage intracellular development of some pathogenic micro-organisms (for example: Legionella pneumophila), and they have already been isolated in DUW.On the other hand, micro-organisms coming from the oral cavity of an infected patient may also be isolated in DUW water, mixed with saliva traces and/or blood, mainly because of the dysfunction or the poor maintenance of anti-retraction valves. Candida yeasts colonize human's oral cavity and digestive tract as commensals or opportunistic pathogens, thus implicated in oro-pharyngeal infections; they are sometimes isolated in DUW.This work focused first on the study of the survival capacity of two species of FLA: A. castellanii and H. vermiformis, and three species of yeasts: C. albicans, C. glabrata and C. parapsilosis, in water, with or without saliva. Results showed that the addition of saliva permitted both survival and proliferation of all three tested Candida species whereas no effect was observed on FLA growth. Then, interactions have been demonstrated between FLA and yeasts: A. castellanii were able to internalize and then digest the three tested yeasts species, inducing their rapid degradation, independently of saliva presence. Conversely, H. vermiformis were able to promote Candida survival and proliferation in water, with or without saliva.Finally, in order to prevent and fight against infectious risk associated with DUW water, the efficacy of commonly used chemical treatments: chlorine (NaOCl), hydrogen peroxide (H2O2) and Oxygenal 6©, was studied against the three species of Candida and the two species of FLA. These treatments showed a variable efficacy: chlorine was effective only using the highest tested concentrations (> 14 ppm), which are not compatibles with DUW use. H2O2 displayed no significant activity in the experimental conditions (0.07% to 0.9% v/v). Oxygenal 6© seemed to be the more effective for eradication of Candida yeasts and FLA, in water (even with 0.05% v/v).

Les archées halophiles sont des procaryotes vivant dans des conditions d’extrême salinité. Ces micro-organismes colonisent les environnements hypersalins et synthétisent des peptides antimicrobiens appelés halocines, qui pourraient leur conférer un avantage sélectif sur leurs compétiteurs. Parmi les peptides antimicrobiens d’archées halophiles décrits, on distingue l’halocine C8, initialement purifiée à partir de la souche halophile Natrinema sp. AS7092. Ce travail de thèse a permis de montrer que la production d’halocine C8 était conservée chez plusieurs archées halophiles appartenant aux genres : Natrinema, Haloterrigena, Haloferax et Halobacterium. Une activité antimicrobienne associée des particules supérieures à 100 kDa non infectieuses suggère que l’halocine C8 pourrait être localisée dans des vésicules membranaires. Ce travail présente des résultats qui déboucheront sur une meilleure compréhension des compétitions microbiennes dans les environnements hypersalins et du rôle écologique des halocines. / Halophilic archaea are prokaryotes living in extremely high salinity conditions. Those microorganisms thrive in hypersaline environments and produce antimicrobial peptides named halocins, which may confer them a selective advantage over competitors. Among the known antimicrobial peptides produced by halophilic archaea, halocin C8 had been initially purified from the halophilic strain Natrinema sp. AS7092. This work demonstrates that halocin C8 production is conserved among several halophilic archaea belonging to genera Natrinema, Haloterrigena, Haloferax and Halobacterium. An antimicrobial activity has been associated with non-infectious particles larger than 100 kDa, suggesting that halocin C8 could be localized in membrane vesicles. Results obtained from this work will lead to a better understanding of microbial competitions arising in hypersaline environments and the ecological role of halocins

La serpentinisation est un processus d’altération des roches ultramafiques entrainant la formation de fluides alcalins chauds, riches en dihydrogène et méthane. Elle fournit l'énergie et la matière pour soutenir des communautés microbiennes chimiosynthétiques mais crée des conditions extrêmes en termes de pH et de disponibilité limitée en accepteurs d’électrons. Ce travail porte sur l’étude des communautés procaryotiques du système hydrothermal serpentinisé côtier de la baie de Prony en Nouvelle-Calédonie. Il a permis de déterminer leur composition taxonomique, leur structure et leur diversité. Le « noyau stable » des communautés indigènes déterminé par des techniques moléculaires (DGGE, SSCP, séquençage de banques de clones) se compose de Methanosarcinales, Thaumarchaeota, Chloroflexi, Alpha-, Gamma-, Delta, Beta-proteobacteria et Firmicutes. Ces communautés sont alimentées par des réactions d’oxydoréduction impliquant l’hydrogène, le méthane et les composés soufrés. Elles sont caractérisées par une faible diversité archéenne composée principalement de Methanosarcinales utilisant ou produisant le méthane. Le séquençage haut-débit de l’ADNr 16S bactérien et archéen a permis de mettre en évidence la présence de très nombreux taxons rares, certains jouant potentiellement un rôle dans les cycles biogéochimiques de Prony. Une nouvelle espèce de bactérie fermentaire, Acetoanaerobium pronyense ST07-YE, appartenant aux Firmicutes a été isolée et caractérisée par une approche culturale. Cette bactérie pourrait jouer un rôle important dans le maintien de certaines populations microbiennes, comme les méthanogènes, dans l’écosystème par la production de composés comme l’acétate. / Serpentinization is an alteration process of ultramafic rocks resulting in hydrogen- and methane-rich alkaline hot fluids formation. Serpentinization can provide energy and matter to support chemosynthetic microbial communities but also creates extreme living conditions in terms of pH and limited availability of electron acceptors. This work consisted in the study of the microbial communities of the coastal serpentinized hydrothermal system of the Bay of Prony in New Caledonia. It allowed to determine the taxonomic composition, diversity and structure of prokaryotic communities. The "stable core" of indigenous communities identified by molecular methods (DGGE, SSCP, Sanger sequencing of clone libraries) consisted of Methanosarcinales, Thaumarchaeota, Chloroflexi, Alpha-, Gamma-, Delta, Beta-proteobacteria and Firmicutes. These communities are fueled by redox reactions involving hydrogen, methane and sulfur compounds. The low archaeal diversity is mainly composed of Methanosarcinales who are potential primary producers using or producing methane. High throughput sequencing of the bacterial and archaeal 16S rDNA highlighted numerous rare taxa. Some potentially play a role in the biogeochemical cycles of Prony. The fermentative Acetoanaerobium pronyense ST07-YE sp. nov., belonging to Firmicutes, was isolated and characterized by cultivation approach. This bacterium capable of acetate and other substrates production may play an important role in this ecosystem, especially in the maintenance methanogens.

De nombreux et divers micro-organismes vivent dans les tissus interne et externe desfeuilles des plantes, la phyllosphère. Ils influencent de nombreux traits, les interactions biotiques,le flux d’énergie, la tolérance au stress de leur hôte et en fin de compte la valeur sélectivede leurs hôtes. Il a été montré que plusieurs traits quantitatifs de plantes structurentla communauté microbienne de la phyllosphère. Ainsi des Loci de ces traits quantitatifs(Quantitative Trait Loci QTL) liés à la structure de cette communauté étaient attendus.L’objectif principal de ce travail était de rechercher des régions génomiques chez le chêne(Quercus robur L.), dont l’effet se prolonge jusqu’au niveau de la communauté, influençantainsi le microbiote de la phyllosphère. Tout d’abord, nous avons étudié la composition etle réseau d’interactions du microbiote de la phyllosphère partant un intérêt particulier àErysiphe alphitoides, un agent pathogène majeur pour les chênes. Nous avons montré quel’infection par E. alphitoides est accompagnée par des changements dans la composition dela communauté fongique foliaire, mais pas dans le composition de la communauté bactérienne.Nous avons souligné certains partenaires d’interaction d’E. alphitoides et nous avonsmontré que le réseau d’interactions microbiennes, contrairement aux résultats précédents,été dominé par des interactions positives. Ensuite nous avons effectué une analyse QTLde descripteurs de la communauté microbienne dans une population de pleins frères. Nousavons trouvé 8 QTL correspondant à des traits de la communauté microbienne: compositionfongique et bactérienne, diversité fongique, pourcentage de Erysiphe alphitoides. Troisd’entre eux sont colocalisés avec un QTL de sensibilité à E. alphitoides, suggèrent un fortdéterminisme génétique de la résistance à l’oïdium chez Q. robur. Enfin, nous présentonsles résultats préliminaires d’une étude d’association génétique et discutons nos résultatsavec une perspective évolutive. / Numerous and various microorganisms inhabit inner and outer tissues of plant leaves, thephyllosphere. They influence many plant traits, biotic interactions, energy flux, host stresstolerance and ultimately the fitness of their hosts. Many plant quantitative traits wereshown to structure the phyllosphere microbial community. Hence quantitative trait loci(QTLs) linked to the structure of this community were expected. The main objective ofthis work was to search for genomic regions in oak (Quercus robur L.), whose effect extendsto the community level, influencing the phyllosphere microbiota. First, we studied thecomposition and the interaction network of oak phyllosphere microbiota with specific focuson Erysiphe alphitoides, a major biotrophic pathogen of oak. We showed that infection byE. alphitoides is accompanied by changes in the foliar fungal community composition butnot in the bacterial community composition. We highlighted likely interaction partners ofE. alphitoides and we showed that the complex microbial interaction network, in contrastto previous findings, was dominated by positive interactions. Next we performed QTLanalysis of microbial community descriptors in a full-sib mapping population of oak. Wefound 8 QTLs for microbial community traits: fungal and bacterial composition, fungaldiversity, and percentage of Erysiphe alphitoides reads. Three of these QTLs colocalizedwith a QTL for powdery mildew sensibility, suggesting for strong genetic determinism ofpowdery mildew resistance in Q. robur. Finally we present preliminary results of a geneticassociation study and discuss our findings within an evolutionary perspective.

Mon travail de thèse s'est attaché à étudier les effets de la diversité des litières et de la macrofaune du sol sur les communautés microbienne, sous contrainte hydrique. Dans une première partie, le suivi des communautés microbiennes associées aux feuilles de la litière (feuilles mortes) et de la phyllosphère (feuilles vivantes), pendant un an en conditions naturelles, a montré des différences marquées selon l'état physiologique de la feuille, l'importance de l'espèce végétale hôte sur les communautés microbiennes ainsi que l'évolution des communautés au cours de l'année. Une deuxième partie présente les résultats d'une expérience de décomposition en microcosmes selon deux modalités d'humidité, un gradient de dissimilarité fonctionnelle des espèces de litière, et la présence/absence d'une macrofaune détritivore. Nos résultats confortent l'importance de l'espèce végétale sur les communautés microbiennes et montrent que la présence de détritivores favorise la diversité microbienne. Enfin, une dernière partie évalue l'impact d'une diminution des précipitations et de la diversité des litières sur les communautés microbiennes lors d'une expérience de décomposition d'un an in situ, à l'aide de dispositifs d'exclusion de pluie. La composition des mélanges de litières a une influence plus marquée sur les communautés microbiennes que la baisse des précipitations. En conclusion, les résultats de mes travaux ont tendance à minorer l'effet d'une diminution des précipitations sur les communautés microbiennes, mais soulignent la sensibilité des interactions entre communauté végétale, macrofaune et microorganismes face au changement climatique. / My PhD work focused on studying the effects of litter diversity and soil macrofauna on microbial communities under water stress. In the first part, the monitoring of microbial communities associated with leaf litter (dead leaves) and phyllosphere (living leaves) for one year under natural conditions, showed marked differences depending on the physiological state of leaves, the importance of the host plant species on microbial communities and the changes of communities during the year. A second part presents the results of a microcosms decomposition experience under two humidity conditions, a functional dissimilarity gradient of litter species and the presence / absence of a detritivorous macrofauna. Our results reinforce the importance of the plant species on microbial communities and show that the presence of scavengers encourages microbial diversity. A final section assesses the impact of a decrease in precipitation and litter diversity on microbial communities in an in situ decomposition experiment during one year, using rain excluder devices . The composition of litter mixtures has a stronger influence on the microbial communities than lower rainfall. In conclusion, the results of my work tend to underestimate the effect of a decrease in precipitation on microbial communities, but emphasize the sensitivity of the interactions between plant community, macro- and micro-organisms to climate change.

Les émissions odorantes constituent un enjeu environnemental dont l'importance n'a cessé de croître dans les zones urbaines et industrielles. Les émissions anthropogéniques de composés soufrés contribuent à une concentration locale excédant fortement le seuil de perception. Afin de satisfaire des contraintes règlementaires de plus en plus strictes, les procédés biologiques dont la biofiltration sont une alternative intéressante car respectueuse de l'environnement et de moindre coût. Les seuils de perception des composés soufrés, très bas (µg. m-3), obligent à atteindre des efficacités d'abattement particulièrement élevées, le résiduel de concentration pouvant être à l'origine d'un impact notable sur les populations riveraines. L'étude a donc consisté à améliorer les performances des biofiltres concernant l'élimination des composés soufrés i) en ajustant certains paramètres opératoires clefs tels que le sens de circulation de l'effluent gazeux, le pH et l'ensemencement du matériau support, ii) en considérant le dimensionnement des biofiltres mis en œuvre (unités pilotes de laboratoire et semi-industrielles) et iii) la complexité du gaz à traiter (mono-polluant et mélange de composés à traiter). / Odorous emissions are a serious concern whose importance became higher in urban and industrial areas. Anthropogenic emissions of sulphur compounds lead to local concentration that exceeds strongly the odour threshold of human nose. In order to fulfil legal requirements that have become stricter in recent years, biological processes and biofiltration more accurately are an interesting alternative as biofilters provide an expanding variety of opportunities for economical and environmentally friendly solutions for many waste gas emissions. The odour thresholds of sulphur compounds are very low (µg.m3 air) and then require that biofilters provide high removal efficiency as the residual concentration can induce an odorous impact on neighbourhood populations.Hence, the study consisted in improving biofilters performances concerning sulphur compounds treatment i) by upgrading important operating parameters such as air flow distribution, pH and inoculation of packing material, ii) by considering biofilters design (laboratory and semi-industrial pilot units) and iii) the gaseous effluent complexity (only one pollutant and mixture of different compounds).

Les antibiotiques (ATB) consommés en médecine humaine et vétérinaire sont en grande partie excrétés et peuvent entrer dans les sols agricoles via l’épandage des produits résiduaires organiques (PRO), avec des risques encore mal connus sur la santé humaine et l’environnement. De plus, ces ATB sont le plus souvent apportés en mélange avec d'autres contaminants organiques et/ou minéraux. Or très peu d’études ont abordé le devenir et les effets des ATB en interaction avec d'autres contaminants dans les sols.L’objectif de la thèse était donc de mieux comprendre le devenir des ATB, apportés seuls, ou en mélange et leurs impacts sur les microorganismes du sol et leurs activités.Les antibiotiques sélectionnés ont été le sulfaméthoxazole (SMX) et la ciprofloxacine (CIP), pour leur comportement dans le sol et leur mode d’action contrastés, ainsi que le N-ac-SMX, métabolite principal du SMX. Les métaux choisis ont été le cuivre et le zinc car leur accumulation dans le sol est connue pour être favorisée via certains PRO. Ils ont été apportés en mélange, à une dose environnementale, et à une dose 5 fois plus élevée. Les sols sont un sol témoin qui n'a jamais reçu de PRO et deux sols amendés depuis 1998, par du fumier ou un compost de déchets verts et boues de station d’épuration, afin de tester l'impact d'apports répétés de PRO et la nature du PRO.Des microcosmes ont été incubés en conditions contrôlées pendant 156 jours. Pour l'étude du devenir des ATB, les sols ont été traités avec des ATB marqués au 14C et la distribution du 14C a été suivie dans les fractions minéralisées, facilement et difficilement extractibles et non extractibles. L'étude de l'impact des ATB seuls ou en mélange sur les microorganismes et leurs activités a été réalisée à partir d'ATB non marqués.Le devenir des ATB est contrôlé par :i) La nature et les propriétés des ATB : la CIP s'adsorbe rapidement et fortement dans les sols et n'est pas minéralisée. Les sulfonamides sont rapidement dégradés et minéralisés jusqu'à 10% après 156 jours.Les devenirs du SMX et du N-ac-SMX, sont quasiment similaires lorsqu'ils sont apportés seuls, le N-ac-SMX étant transformé en SMX. Quelles que soient les molécules, les résidus non extractibles sont majoritaires en fin d'incubation (> 50%).ii) L'apport répété de PRO qui favorise l'adsorption des ATB et diminuent leur minéralisation.iii) La nature des PRO suivant leur stabilité : le compost, plus stable, favorise la production de résidus difficilement extractibles, le fumier, plus dégradable, stimule la minéralisation des sulfonamides et la production de résidus non extractibles.iv) La présence d'autres contaminants, leur nature et leur concentration : si l'apport de CIP à dose environnementale n'a pas impacté le devenir du SMX et du N-ac-SMX dans les sols, les métaux ont exercé des effets d'autant plus importants que leur dose était élevée. A dose faible, les métaux diminuent la minéralisation du SMX et du N-ac-SMX d'un facteur 2 en favorisant l'adsorption des ATB par complexation en particulier avec le cuivre. A forte dose, les métaux inhibent la minéralisation des sulfonamides avec des effets d'origine physico-chimique (augmentation de l'adsorption des ATB via le cuivre) et certainement biologique (effets toxiques en particulier du zinc).Les sulfonamides n'ont pas eu d'effet sur les microorganismes du sol et la minéralisation du carbone et de l'azote lorsqu'ils sont apportés seuls ou en mélange avec de la ciprofloxacine ou avec des métaux à dose environnementale. En revanche, les mélanges avec la forte dose de métaux exercent des effets toxiques sur la biomasse microbienne et sur la minéralisation du carbone. Ces effets toxiques semblent essentiellement dus aux métaux et non au pH ou à la force ionique.Dans ces conditions expérimentales, les risques environnementaux liés aux ATB semblent donc limités à court terme. Mais il serait nécessaire d’étudier les effets à plus long terme, et les effets d'apports cumulatifs. / The antibiotics (ATB) used in human and veterinary medicine are largely excreted and can enter agricultural soils through the spreading of organic waste products (OWP), with unassessed risks on human health and the environment. In addition, these ATBs are most often combined with other organic and / or mineral contaminants. However, very few studies have addressed the fate and effects of ATBs interacting with other contaminants in soils.The objective of the thesis was to better understand the fate of ATB applied to soils alone or in combination with other contaminants, and their impacts on soil microorganisms and their activities.The antibiotics selected were sulfamethoxazole (SMX) and ciprofloxacin (CIP), for their contrasting mode of action and behavior, and N-ac-SMX, the main metabolite of SMX. The chosen metals were copper and zinc, which are known to increase in soils with regular applications of certain OWPs. They were brought together, at an environmental dose, and at a dose 5 times higher. The soils are a control soil that has never received OWP and two soils amended since 1998, by manure or compost green waste and sewage sludge, to test the impact of repeated applications of OWP and of the nature of OWP.Microcosms were incubated under controlled conditions for 156 days. For the study of ATB fate, the soils were treated with 14C-labeled ATBs and the 14C distribution was followed in the mineralized, easily and hardly extractable and non-extractable fractions. The impact of ATBs alone or in combinations on microorganisms and their activities was studied using unlabelled ATBs.The fate of ATBs is controlled by :i) The nature and properties of ATBs: CIP is rapidly and strongly adsorbed in soils and is not mineralized. Sulfonamides are rapidly degraded and mineralized up to 10% after 156 days.The fates of the SMX and N-ac-SMX are almost similar when they are brought alone, the N-ac-SMX being transformed into SMX. Whatever the molecules, the non-extractable residues are major at the end of incubation (> 50%).ii) Previous repeated applications of OWP that enhance adsorption of ATBs and reduce their mineralization.iii) The nature of the OWP : the more stable compost promotes the production of hardly extractable residues, the manure, more degradable, stimulates the mineralization of the sulfonamides and the production of non-extractable residues.iv) The presence of other contaminants, their nature and concentration : although the CIP at environmental doses did not affect the fate of SMX and N-ac-SMX in soils, the influence of metals was measurable and increased with their dose. At low doses, metals decrease the mineralization of SMX and N-ac-SMX by a factor of 2, by promoting the adsorption of ATBs through complexation, in particular with copper. At high doses, metals inhibit the mineralization of sulfonamides, through physicochemical reactions (increased adsorption of ATBs via copper) and certainly biological effects (toxic effects especially of zinc).The sulfonamides had no effect on soil microorganisms and mineralization of carbon and nitrogen when applied alone or as a mixture with ciprofloxacin or metals at environmental doses. But mixtures with the high dose of metals induce toxic effects on microbial biomass and mineralization of carbon. These toxic effects seem mainly due to metals and not to pH or ionic strength indirect effects.Therefore under these experimental conditions, the environmental risks associated with ATBs seem limited in the short term. But it would be necessary to study the effects in the longer term and of cumulative applications.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Le domaine médical a évolué drastiquement au cours des derniers siècles et la découverte du premier antibiotique, c'est-à-dire une substance qui est capable de détruire ou d'inactiver certains microorganismes, y a grandement contribué. Cette découverte a mené à une diminution du taux de mortalité causé par certaines bactéries pathogènes. Cependant, la commercialisation des antibiotiques a mené à une diversification des mécanismes de résistance par les bactéries. L'utilisation à large échelle des antibiotiques a favorisé l'émergence et le transfert de gènes de résistance aux antibiotiques (antibiotic resistance genes, ARGs) chez les bactéries. Cette résistance représente l'un des principaux enjeux de santé publique à l'échelle mondiale, en raison d'une recrudescence de maladies bactériennes qui ne répondent plus à ce traitement de première ligne. Cependant, on en sait très peu sur la dispersion des ARGs dans l'environnement et encore moins lorsqu'il s'agit de la distribution de ces gènes dans le Haut-Arctique, où les pressions climatiques risquent d'apporter plusieurs changements. L'objectif principal de ce projet est de caractériser, à l'aide d'approches métagénomiques, les ARGs des communautés microbiennes dans différents réservoirs environnementaux faisant partie d'un gradient d'influence anthropique en Arctique canadien, sur l'île de Cornwallis. Les objectifs spécifiques sont de caractériser les ARGs le long d'un continuum d'environnements influencés par l'humain (incluant un site impacté par des eaux usées) et de comparer leur distribution le long de ce gradient d'influence. Nous avons identifié des ARGs dans les tapis microbiens, l'eau du lac et les aérosols dans l'ensemble du bassin versant de Resolute Bay. Nous avons également constaté que les tapis microbiens de la région contaminée présentaient la plus grande diversité d'ARGs par rapport aux sites non contaminés. Bien que nous ayons identifiés les ARGs principalement dans les génomes bactériens, nos données suggèrent, pour la première fois, que certains virus géants sont capables d'héberger des ARGs. / The medical field has evolved dramatically over the last few centuries, and the discovery of the first antibiotic, a substance that can destroy or inactivate certain microorganisms, in 1928 was a major contributor. This discovery led to a decrease in the mortality rate caused by certain pathogenic bacteria. However, the commercialization of antibiotics has led to a diversification of various resistance mechanisms by bacteria. The widespread use of antibiotics has favored the emergence and transfer of antibiotic resistance genes (ARGs) in bacteria. Antibiotic resistance now represents one of the major global health crises due to an upsurge in bacterial-based diseases that no longer respond to this firstline treatment. However, very little is known about the dispersal of antibiotic resistance genes across different environments, and even less when it comes to the distribution of these genes in the High Arctic, where climate pressures are likely to increase the average temperature and disrupt existing microbial communities. The main objective of this project was to characterize, using metagenomic approaches, the ARGs of microbial communities in different environmental reservoirs along a gradient of anthropogenic influence in the Canadian Arctic on Cornwallis Island. The specific objectives were to characterize ARGs along a continuum of human-influenced environments (including sites impacted by sewage) and to compare their distribution along this gradient of anthropogenic influence. We identified ARGs in microbial mats, lake water and aerosols throughout the Resolute Bay watershed. We also found that microbial mats in the contaminated region had the highest diversity of ARGs relative to uncontaminated sites, and that this may be a remnant signal of the introduction of waste water. Although we identified ARGs predominantly in the genomes of bacteria, our data suggests, for the first time, that some giant viruses are capable of harbouring ARGs.