Cette étude vise à développer un système de dépollution d'eau et de sédiments viticoles. Le glyphosate, diuron et 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) sont considérés, en tenant compte de la charge en cuivre. L'augmentation du temps de séjour des polluants dans le système et le choix de la bioaugmentation couplée à la phytoremédiation est la stratégie retenue. Chaque composante d'un triplet " sorbant-inoculum bactérien-plante " a été sélectionnée en laboratoire et le triplet mis en oeuvre en microcosmes en conditions partiellement contrôlées.La sélection de matériaux sorbants dans différentes matrices liquides en présence des polluants seuls ou en mélange montre que les capacités de sorption des différents matériaux testés varient selon le polluant, sa formulation (seul ou en mélange) et la matrice liquide. Le sédiment se révèle être le meilleur sorbant pour le glyphosate ; le sable pour le diuron et le 3,4-DCA.Les performances de dissipation des colonies tolérantes isolées varient fortement selon le polluant. Le consortium sélectionné pour le procédé dissipe le glyphosate, le diuron et le 3,4-DCA en milieu liquide et complexe par ailleurs le cuivre.L'expérience en microcosmes montre que le temps de rétention hydraulique influe sur l'efficacité du système et que les matériaux sorbants sont efficaces. De plus les performances de dissipation atteintes sont bonnes. L'effet de la bioaugmentation sur les performances de dissipation n'est pas significatif pour le glyphosate et le 3,4-DCA, mais améliore en moyenne la dissipation du diuron. Un temps d'action prolongé dans la matrice solide s'avère nécessaire pour obtenir une bonne efficacité du procédé.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont des polluants organiques persistants (POP) émis essentiellement par les activités humaines suite à la combustion incomplète de la matière organique (industrie, chauffage, trafic routier...). En raison de leur faible taux de dégradation, de leur toxicité et de leur bioaccumulation, les HAPs font l'objet de plusieurs études d'écotoxicologie. La présente thèse, entreprise dans ce contexte par le biais d'une étude microcosmique se propose d'évaluer l'impact des HAPs sur la microflore et la méiofaune et d'appliquer différentes techniques de bioremédiation (biostimulation, bioaugmentation et combinaison des deux techniques) dans le but de dégrader les HAPs. Nos résultats ont montré que les HAPs sont toxiques aussi bien pour la microflore que pour la méiofaune de la lagune de Bizerte. Sur la microflore, l'effet toxique de ces contaminants s'est manifesté par l'inhibition de l'activité bactérienne à l'interface eau–sédiment et par la modification profonde de la structure des communautés bactériennes. En ce qui concerne la méiofaune, les HAPs ont entrainé une altération de la structure des communautés nématologiques. En effet, nous avons pu caractériser des espèces indicatrices de pollution par les HAPs. Ainsi, l'espèce Spirinia parasitifera dont la densité s'accroît dans tous les microcosmes contaminés par les HAPs paraît être une espèce “opportuniste” à la pollution par les HAPs. Cependant, Oncholaimus campylocercoïdes, fortement dominante dans tous les microcosmes témoins, a diminué de densité dans tous les microcosmes contaminés et a été considérée comme HAP-sensible. En analysant la structure des communautés microbiennes et méiofaunistiques, nous avons observé que la méiofaune joue un rôle structurant dans le maintien d'une communauté microbienne peu sensible aux effets des HAPs. Ce rôle structurant a été moins prononcé dans le cas d'ajout des sels nutritifs par la technique de biostimulation ; technique qui a présenté des effets non significatifs vis-à-vis des communautés nématologiques et a semblé plus efficace dans la minéralisation des HAPs et par conséquent à la réduction de leur effet toxique sur les organismes benthiques. Ces résultats suggèrent que la bioremédiation serait une alternative prometteuse à la dégradation des HAPs. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants (POP) emitted mainly by human activities due to the incomplete combustion of organic matter (industry, heating, traffic ...). Because of their low rate of degradation, their toxicity and their bioaccumulation, PAHs are main of concern in ecological studies. In this context, the objectives of this thesis were to assess the impact of PAHs on the benthic microflora and meiofauna and apply different techniques of bioremediation (biostimulation, bioaugmentation and combination of both treatments) in order to degrade PAHs, using experimental approach with microcosms.Our results showed that PAHs are toxic for microflora but also for meiofauna of Bizerta lagoon. The toxic effects of these contaminants were demonstrated by the inhibition of bacterial activity in the sediment/water interface and by profound changes in the structure of bacterial communities. PAHs provoked significant changes on meiofaunal community with the selection of nematode species that could be proposed as bioindicators of PAH pollution. Thus, Spirinia parasitifera which significantly (p<0.05) increased in PAH contaminated microcosms, suggesting that it is an "opportunistic» species to PAH pollution. In contrast, Oncholaimus campylocercoïdes, strongly dominant in control microcosms, decreased in PAH contaminated microcosms and seemed to be a ‘‘PAH-sensitive'' species.By analyzing the structure of microbial and meiofaunal community, we observed that the structural role of meiofauna on bacteria community structure was still evident even under PAH contamination despite the toxic effects on meiofauna. However, this structural role of meiofauna disappeared when nutrients were added to the sediment resulting in an almost complete removal of PAHs. Biostimulation seemed to be the most effective bioremediation strategy in the reduction of PAH toxic effects on benthic organisms. Overall, these results suggest that bioremediation using nutrient addition is a promising alternative technique for the degradation of PAHs in coastal polluted environments.

Les traitements phytosanitaires intensifs en viticulture, conjugués aux flux de ruissellement, se traduisent par l'arrivée de cuivre dans les bassins d'orage (BO). Des phénomènes de bioatténuation impliquant la microflore et les macrophytes s'observent, mais les niveaux d'épuration sont souvent faibles et variables. La phytoextraction du Cu est une technique intéressante in situ mais sa lenteur la pénalise. La bioaugmentation couplée à la phytoremédiation est une solution pour augmenter la vitesse d'extraction. L'étude a consisté à sélectionner un triplet «bactérie-plante-sorbant » afin d'extraire le Cu du sédiment et de réduire sa teneur dans les eaux en sortie de BO. Les trois composantes ont ensuite été assemblées dans des microcosmes remplis d'un mélange sable-sédiment reproduisant les caractéristiques d'un BO de référence. Sur 564 isolats bactériens cultivables, 84 ont montré une capacité à complexer les métaux et l'isolat n°l06 a été retenu pour sa capacité à complexer le Cu. Des trois macrophytes testés, Phragmites australis, espèce retenue dans la suite de l'étude, a accumulé le plus de Cu dans les parties aériennes. Enfin, la pulpe de betterave s'est révélée être le sorbant le plus efficace dans une matrice complexe et en présence d'herbicides. Des expériences en microcosmes, mettant enjeu le triplet sélectionné, ont été réalisées. La localisation de la pulpe de betterave en sortie de microcosmes a réduit de 20% les quantités de Cu exportées par les eaux en atteignant un abattement de 95%. La phytoextraction du Cu a été augmentée par 1,7 grâce à la bioaugmentation dans le cas d'un régime hydraulique semi-continu et d'une inoculation répétée de l'isolat n°106. / Intensive pesticides use in viticulture combined with runoff often result in amounts of Cu getting to storm basins (SB). Biological pesticide mitigation has been observed and related to the role of natural macrophyte together with their associated microflora. Nevertheless, low and variable mitigation levels are most often reported. Cu phytoextraction is a promising in situ technology but requires time. Bioaugmentation-assisted phytoextraction is a new technology that may enhance the phytoextraction rate. The study consisted in selecting the best "microorganism-plant-sorbent" association in order to extract Cu from sediments and mitigate Cu load in SB outlet waters. The association of these three selected components has been studied in SB-scaled microcosms filled with a sand-sediment mixture to a better understanding of the depollution process feasability. Among the 564 isolates extracted from SB sediments, 84 were able to complex metals and isolate 106 was selected for the process implementation on the base of its ability to complex Cu. On the 3 studied macrophytes, Phragmites australis accumulated more Cu in aerial parts. Finally, sugar beet pulp has been selected as the best Cu sorbant in mixture with herbicides and in a complex matrix. Microcosm experiments that associated the best three components were carried out. Results showed that sugar beet pulp located at the outlet of microcosms reduced significantly (20 %) Cu amounts in outlet waters to reach a mitigation rate of 95%. Cu extraction in aerial parts of P. australis has been improved by a factor of 1,7 thanks to an intermittent wate Joad, with drying and rewetting periods along with repeated inoculations.

Cette étude vise à développer un système de dépollution d'eau et de sédiments viticoles. Le glyphosate, diuron et 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) sont considérés, en tenant compte de la charge en cuivre. L'augmentation du temps de séjour des polluants dans le système et le choix de la bioaugmentation couplée à la phytoremédiation est la stratégie retenue. Chaque composante d'un triplet « sorbant-inoculum bactérien-plante » a été sélectionnée en laboratoire et le triplet mis en oeuvre en microcosmes en conditions partiellement contrôlées.La sélection de matériaux sorbants dans différentes matrices liquides en présence des polluants seuls ou en mélange montre que les capacités de sorption des différents matériaux testés varient selon le polluant, sa formulation (seul ou en mélange) et la matrice liquide. Le sédiment se révèle être le meilleur sorbant pour le glyphosate ; le sable pour le diuron et le 3,4-DCA.Les performances de dissipation des colonies tolérantes isolées varient fortement selon le polluant. Le consortium sélectionné pour le procédé dissipe le glyphosate, le diuron et le 3,4-DCA en milieu liquide et complexe par ailleurs le cuivre.L'expérience en microcosmes montre que le temps de rétention hydraulique influe sur l'efficacité du système et que les matériaux sorbants sont efficaces. De plus les performances de dissipation atteintes sont bonnes. L'effet de la bioaugmentation sur les performances de dissipation n'est pas significatif pour le glyphosate et le 3,4-DCA, mais améliore en moyenne la dissipation du diuron. Un temps d'action prolongé dans la matrice solide s'avère nécessaire pour obtenir une bonne efficacité du procédé. / This study aims at developing a depollution system for vineyard sediments and passing water. Glyphosate, diuron and 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) have been chosen, taking a copper load into account. Strategical choices are increased pollutant hydraulic retention time and the use of bioaugmentation together with phytoextraction. Each item on this « sorbent-bacterial inoculum-plant » triplet has been beforehand selected in the laboratory and implemented in microcosm experiments under semi-controlled conditions.Sorbent material selection in different liquid matrices with pollutants alone or in combination shows that material sorption capacities change with the type of pollutant. It has also been shown that these capacities vary with formulation (alone or in combination) and liquid matrix chosen. Sediment is awarded the best sorbent for glyphosate, sand the best sorbent for diuron and 3,4-DCA.Dissipation performances from isolated colonies are strongly related to the nature of the compound. Elected consortium degrades glyphosate, diuron and 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) in liquid culture as well as it complexes copper.Microcosm experiments show that hydraulic retention time weighs on pollutant concentration in water at the system outlet. Sorbents prove to be efficient. Dissipation performances are satisfactory. Bioaugmentation does not impact on glyphosate and 3,4-DCA dissipation performances significantly, but enhances diuron dissipation in average. Suitable process efficiency requires increased action time within the solid matrix.

Cette étude vise à développer un système de dépollution d'eau et de sédiments viticoles. Le glyphosate, diuron et 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) sont considérés, en tenant compte de la charge en cuivre. L'augmentation du temps de séjour des polluants dans le système et le choix de la bioaugmentation couplée à la phytoremédiation est la stratégie retenue. Chaque composante d'un triplet « sorbant-inoculum bactérien-plante » a été sélectionnée en laboratoire et le triplet mis en œuvre en microcosmes en conditions partiellement contrôlées. La sélection de matériaux sorbants dans différentes matrices liquides en présence des polluants seuls ou en mélange montre que les capacités de sorption des différents matériaux testés varient selon le polluant, sa formulation (seul ou en mélange) et la matrice liquide. Le sédiment se révèle être le meilleur sorbant pour le glyphosate ; le sable pour le diuron et le 3,4-DCA. Les performances de dissipation des colonies tolérantes isolées varient fortement selon le polluant. Le consortium sélectionné pour le procédé dissipe le glyphosate, le diuron et le 3,4-DCA en milieu liquide et complexe par ailleurs le cuivre. L'expérience en microcosmes montre que le temps de rétention hydraulique influe sur l'efficacité du système et que les matériaux sorbants sont efficaces. De plus les performances de dissipation atteintes sont bonnes. L'effet de la bioaugmentation sur les performances de dissipation n'est pas significatif pour le glyphosate et le 3,4-DCA, mais améliore en moyenne la dissipation du diuron. Un temps d'action prolongé dans la matrice solide s'avère nécessaire pour obtenir une bonne efficacité du procédé.

L'objectif principal de cette thèse était d'étudier l'impact de pesticides sur les communautés naturelles de phytoplancton côtier et sur le naissain d'huître creuse, en microcosmes in situ. Les communautés microbiennes (<200 µm) ont été exposées à six pesticides (quatre herbicides, un insecticide et un fongicide) à 0.1, 1, 10 et 100 µg/L de substance active, lors de dix expérimentations in situ. Le contenu des microcosmes a été analysé par trois méthodes :<br />- la « Temporal Temperature Gradient gel Electrophoresis » (TTGE), ou gel d'éléctrophorèse avec gradient de température dans le temps, permettant d'obtenir les empreintes génétiques des communautés procaryotes (avec l'ADN codant pour l'ARN ribosomal 16S) et eucaryotes (avec l'ADN codant pour l'ARN ribosomal 18S) ;<br />- la cytométrie en flux, qui permet de discriminer certaines populations photosynthétiques en fonction, notamment, de leurs signaux d'autofluorescence ;<br />- la Chromatographie Liquide Haute Pression (HPLC), permettant d'obtenir les empreintes pigmentaires des communautés photosynthétiques.<br />Des observations microscopiques ont complété l'analyse de certaines expériences. Les principaux résultats obtenus suggèrent une meilleure sensibilité de la TTGE pour la détection d'effets sur la structure de l'ensemble des communautés eucaryotes ou procaryotes, comparée aux deux autres méthodes qui concernent plus spécifiquement les communautés photosynthétiques. <br />Parmi les six formulations commerciales testées à 0.1 µg/L, aucun effet n'est détecté. Par contre, quatre formulations sont susceptibles de représenter un danger pour les communautés microbiennes à partir de 1 µg/L : les herbicides Basamaïs (bentazone), Roundup (glyphosate), Frontier (diméthénamide), ainsi que l'insecticide Dursban 4 (chlorpyrifos).<br />L'herbicide Basamaïs et le fongicide Opus ont été testés sur le naissain d'huître creuse, seuls à 10 et 70 µg/L, et en mélange à 10 µg/L chacun, au cours d'une expérimentation in situ. Les résultats obtenus démontrent un effet synergique des deux pesticides en mélange à 10 µg/L : la croissance du naissain est réduite de moitié, alors qu'elle n'est pas affectée par les pesticides seuls à 10 µg/L. <br />Cette thèse permet d'illustrer les dangers potentiels représentés par certains pesticides en milieu côtier, en particulier par le Roundup dont les effets apparaissent pour des concentrations testées proches des concentrations environnementales. Les résultats obtenus sur le naissain posent la question des interactions entre molécules et donc de la pertinence des seuils de toxicité réglementaires pour les substances seules, alors même que ces seuils peuvent être différents lorsque des interactions se produisent dans l'environnement.

Les effets de pesticides sur les communautés algales et bactériennes d'un cours d'eau ont été appréciés en couplant des approches in situ, menée au cours de deux années, à des approches expérimentales en microcosmes, réalisées avec le diuron et le glyphosate (10 μg l-1). La prédominance des herbicides affecte la biomasse et la diversité algale et induit une sélection prononcée dans la rivière où quatre genres majoritaires sont recensés. La sensibilité des communautés algales à un même pesticide varie suivant leur état physiologique et leur composition taxonomique. L'impact des herbicides sur le compartiment bactérien au niveau quantitatif (sur la densité, la production hétérotrophe et l'activité respiratoire) et qualitatif (diversité génétique), est majoritairement induit par des effets indirects. Il est plus perceptible dans les dispositifs expérimentaux où les bactéries ne peuvent bénéficier d'apports organiques allochtones et sont fortement tributaires de la production algale.

Dans l'étang de Berre, les apports excessifs en eau douce entraînent souvent des variations brusques de la salinité et des apports en azote parfois abondants. Les processus de régénération sédimentaire et d'élimination d'azote constituent des phénomènes majeurs pouvant expliquer le développement phytoplanctoniques et contrôler l'eutrophisation. L'étude de ces processus a été réalisée dans 2 stations ayant subi des historiques de variations de salinité différents. RDNA et anammox étaient négligeables. La dénitrification (couplée à la nitrification) serait le principal processus de sortie de N2 de l'étang. La forte production primaire pélagique utilisant l'ammonium a pu être expliquée par les processus de régénération, contrairement au nitrate dont la demande pélagique serait soutenue par des apports externes. Comme la salinité est susceptible d'influencer les processus d'azote, des microcosmes ont été utilisés afin d'évaluer la sensibilité de ces processus (résistance, résilience, shift) face aux variations à court terme de la salinité. Les 2 stations ont présenté des réponses différentes (dénitrification et nitrate réduction plus résilientes que la nitrification), suggérant que les stress halins à long terme influencent les réponses à court terme. Une hypothèse serait que la diversité et la structure des communautés joueraient un rôle crucial dans le maintien des taux d'activité. Dans cette étude, seule la communauté nitrifiante (AO) a été étudiée. Les AO et leurs transcrits étaient spécifiques aux sites et leurs abondances changeaient faiblement entre les microcosmes (résistance plus forte dans le site fréquemment soumis à des fluctuations de salinité). / The Berre lagoon receives excess freshwater leading to strong changes in the ecosystem salinity and in the nutrient inputs. Regeneration processes and the N2 removal of nitrogen are of a particular interest as they can explain the planktonic development and control the eutrophication state. These processes were studied in 2 stations with different patterns of long term stresses. DNRA and anammox were negligible. Denitrification (particularly the one coupled to nitrification) would be the main N2 removal in the lagoon. The high primary production based on N-NH4+ can be explained by the regeneration processes, while the primary production based on N-NO3- might be sustained by external inputs. As salinity susceptible to influence directly or indirectly the nitrogen processes, a microcosm approach was used in order to assess their sensitivity (resistance, resilience, shifts) to short term salinity fluctuations. Overall, towards the same kind of perturbations, the two stations responded differently (denitrification and nitrate reduction exhibited showed higher resilience than nitrification.), suggesting that long-term saline stresses would influence short-term responses. We suggest that the diversity and the structure of the communities would be crucial in their functional redundancy and thereby in the maintenance of the rates. In this study, we focused on the total structure of the nitrifying community (AO). AO and their transcripts were site-specific and their abundances changed slightly between microcosms (higher resistance in the site subject to frequent salinity fluctuations compared to the other site which is not affected by changes in the in situ salinity).

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont des polluants organiques persistants (POP) émis essentiellement par les activités humaines suite à la combustion incomplète de la matière organique (industrie, chauffage, trafic routier...). En raison de leur faible taux de dégradation, de leur toxicité et de leur bioaccumulation, les HAPs font l'objet de plusieurs études d'écotoxicologie. La présente thèse, entreprise dans ce contexte par le biais d'une étude microcosmique se propose d'évaluer l'impact des HAPs sur la microflore et la méiofaune et d'appliquer différentes techniques de bioremédiation (biostimulation, bioaugmentation et combinaison des deux techniques) dans le but de dégrader les HAPs. Nos résultats ont montré que les HAPs sont toxiques aussi bien pour la microflore que pour la méiofaune de la lagune de Bizerte. Sur la microflore, l'effet toxique de ces contaminants s'est manifesté par l'inhibition de l'activité bactérienne à l'interface eau-sédiment et par la modification profonde de la structure des communautés bactériennes. En ce qui concerne la méiofaune, les HAPs ont entrainé une altération de la structure des communautés nématologiques. En effet, nous avons pu caractériser des espèces indicatrices de pollution par les HAPs. Ainsi, l'espèce Spirinia parasitifera dont la densité s'accroît dans tous les microcosmes contaminés par les HAPs paraît être une espèce "opportuniste" à la pollution par les HAPs. Cependant, Oncholaimus campylocercoïdes, fortement dominante dans tous les microcosmes témoins, a diminué de densité dans tous les microcosmes contaminés et a été considérée comme HAP-sensible. En analysant la structure des communautés microbiennes et méiofaunistiques, nous avons observé que la méiofaune joue un rôle structurant dans le maintien d'une communauté microbienne peu sensible aux effets des HAPs. Ce rôle structurant a été moins prononcé dans le cas d'ajout des sels nutritifs par la technique de biostimulation ; technique qui a présenté des effets non significatifs vis-à-vis des communautés nématologiques et a semblé plus efficace dans la minéralisation des HAPs et par conséquent à la réduction de leur effet toxique sur les organismes benthiques. Ces résultats suggèrent que la bioremédiation serait une alternative prometteuse à la dégradation des HAPs.

L’établissement correspond à la formation d’une population pérenne dans l’aire d’introduction. Les populations introduites ayant des effectifs faibles, elles sont sujettes à plusieurs mécanismes augmentant leurs risques d’extinction. La structure spatiale de l’aire d’introduction, une mosaïque hétérogène de patchs d’habitat appelée « paysage », peut affecter la persistance de la population introduite. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’interaction entre cette structure spatiale et ces mécanismes, ainsi que leur impact sur l’établissement. Les recherches entreprises ont été conduites en utilisant des modèles stochastiques afin de simuler des invasions et faire émerger des prédictions, et en testant expérimentalement ces prédictions grâce à des introductions artificielles de Trichogramma chilonis en microcosmes. Ces travaux ont permis d’identifier un effet fort de la connectivité du site d’introduction, qui peut diminuer les chances d’établissement au niveau local en favorisant l’émigration depuis le site d’introduction, et augmenter les chances d’établissement à un niveau plus large en permettant la colonisation d’autres patchs dans l’aire d’introduction. Au niveau du paysage, nous avons identifié l’impact des hubs, des patchs concentrant les flux de dispersion, qui accroissent fortement la vitesse de colonisation mais diminuent le taux d’établissement. L’établissement était également favorisé par l’agrégation de la ressource et la colonisation par sa dissémination à travers le paysage. La nature stochastique des dynamiques de colonisation est telle qu’il est nécessaire de les prendre en compte pour étudier l’établissement. / Establishment is an important stage of biological invasions, which corresponds to the formation of a persistent population in the introduction area. It is not trivial, as introduced populations are often small, and subject to various specific mechanisms, which increase extinction risks. The spatial structure of the introduction area, which is usually a heterogeneous mosaic of habitat patches called a “landscape”, can interact with those mechanisms and impact the introduced population persistence. This thesis objective is to study the interaction between this spatial structure and those mechanisms, as well as their impact on establishment. On the one hand, we used stochastic models to simulate invasions and formulate predictions. On the other hand, we tested these predictions by performing artificial introductions of Trichogramma chilonis in laboratory microcosms. We were able to identify the impact of the introduction site connectivity, which could decrease establishment probabilities at a local level by increasing the emigration rate from the introduction site, and increase establishment at the landscape level by increasing the colonisation rate of other patches in the introduction area. At the landscape level, we identified the impact of hubs, i.e. patches concentrating dispersal fluxes. They strongly increased colonisation speed, but also decreased establishment. The clustering of resources increased establishment, while its scattering increased colonization. Our results show that introduced population dynamics are highly sensitive to their size. The stochastic nature of colonization dynamics is also necessary to study establishment.