Récemment Franzetti et al. ont découvert un nouveau type de protéases auto-compartimentées indépendantes d'énergie dans les archaeas. Les particules ont été appelées TET pour leurs structures tridimensionnelles tétraédriques. Les TETs forment de grands complexes d'un poids moléculaire d'environ 500kDa. Leur rôle dans l'organisme est pourtant inconnu. Dans P. horikoshii, une Archaea hyperthermophile de la mer profonde, trois protéases TET ont été identifiées (PhTET1, 2 et 3). Nous avons exprimé et purifié PhTET3 recombinante. L'enzyme a été caractérisée biochimiquement et nous avons déterminé la structure d'un complexe de PhTET3 de 12 sous-unités par cristallographie aux rayons X. Afin de mieux comprendre son rôle physiologique potentiel et de s'assurer pourquoi il y a trois protéases TET dans P. horikoshii, la structure et les propriétés enzymatiques de PhTET3 ont été comparées à celles de deux autres protéases TET déjà caractérisées. Puisque l'auto-compartimentage joue un rôle important dans le fonctionnement et la régulation des protéases, les facteurs commandant l'oligomérisation de PhTET3 in vitro ont été étudiés par ultracentrifugation analytique et diffusion de neutrons aux petits angles. Finalement, dans des états physiologiques de mer profonde, l'enzyme est exposée à la haute température (jusqu'à 100°C) et à la haute pression. Afin d'étudier les limites de la stabilité de grands assemblages macromoléculaires, la structure à basse résolution et l'activité enzymatique de PhTET3 ont été mesurées à hautes pressions et à hautes températures en utilisant la diffusion des rayons X aux petits angles et la spectrophotométrie à haute pression. Au total, ces études ont indiqué que les protéases TET de P. horikoshii forment un système intégré de dégradation de peptides et que PhTET3 montre une stabilité exceptionnelle à haute pression et à haute température aussi bien que des propriétés enzymatiques associées aux conditions environnementales.

L'objectif de ce travail est d'optimiser le prétraitement de boues par des ultrasons de puissance (US) à basses fréquences, et en particulier d‘étudier pour la première fois des améliorations possibles en modifiant la pression hydrostatique, et la fréquence jusqu’à l’audible. Après un examen préliminaire des conditions du procédé (conditionnement des boues, type de boues, alcalinisation préalable, contrôle de la température), les effets des paramètres ultrasonores (puissance, intensité, énergie spécifique, fréquence) et de la pression hydrostatique ont été spécifiquement étudiés, séparément et simultanément, d’abord à température constante (28°C), puis sans refroidissement. On a ainsi vérifié que l’énergie spécifique joue un rôle clé dans la désintégration des boues sous US (i.e. solubilisation de la matière organique) et que l'élévation de température pendant la sonication adiabatique est bénéfique grâce aux effets combinés d’hydrolyse thermique et de cavitation. Pour une énergie spécifique donnée, une faible fréquence (12 kHz contre 20 kHz) et une haute puissance améliorent la solubilisation de la matière organique grâce à une cavitation plus violente, tandis qu’on observe un optimum de pression hydrostatique en raison de ses effets opposés sur le seuil et l'intensité de la cavitation. Un résultat important est que la pression optimale dépend de l’intensité ultrasonore et du profil de température, mais pas de l’énergie spécifique, ni de la fréquence, ni du type de boues. Après avoir fixé les conditions les plus favorables (soit 12 kHz, 360 W, 28 gTS/L et conditions adiabatiques), l‘optimisation finale a fourni la pression de travail (3,25 bar) et les paramètres du mode séquentiel (US ON/OFF, permettant d‘éviter de hautes températures qui amortissement l‘intensité de la cavitation et peuvent endommager le transducteur). Ces conditions ont permis d‘atteindre un rendement d’extraction de la DCO très élevé, mais n’améliorent que faiblement le rendement ultérieur de méthanisation. / The objective of this work is to optimize high-power low-frequency sonication (US) pretreatment of sludge, and especially to investigate for the first time possible improvements by higher pressure and audible frequency. After a preliminary examination of regular process conditions (sludge conditioning, sludge type, prior alkalization, temperature control, etc.), effects of US parameters (power -PUS, intensity -IUS, specific energy input -ES, frequency -FS, etc.) and of hydrostatic pressure (Ph) were specifically looked into, separately and in combination, first under cooling at constant temperature (28°C), then under the progressive temperature rise provoked by sonication. First, it was confirmed that specific energy input (ES) plays a key role in sludge US disintegration (i.e. solubilisation of organic matter) and that temperature rise during adiabatic-like sonication is beneficial through additional effects of thermal hydrolysis and cavitation. At a given ES value, low FS (12 kHz vs. 20 kHz) and high PUS enhance soluble chemical oxygen demand (SCOD) due to more violent cavitation, while hydrostatic pressure gives rise to an optimum value due to its opposite effects on cavitation threshold and intensity. One major result is that optimal pressure depends on IUS (PUS) as well as temperature profile, but not on ES, FS, nor sludge type. Setting the other parameters at the most favorable conditions expected, i.e. 12 kHz, 360 W , 28 gTS/L, and adiabatic conditions, final optimization was achieved by searching for this pressure optimum and examining sequential procedure to avoid too high temperature dampening cavitation intensity and damaging the transducer. Such conditions with sequential mode and Ph of 3.25 bar being selected succeeded in achieving very high SCOD, but only marginally improved subsequent methanization yield.

Ce travail a pour objectif principal l'étude des interactions entre les compartiments procaryotiques des zones méso- et bathypélagique avec les différentes fractions du carbone organique dissout (DOC) océanique. Des mesures d'assimilation de monomères (3H-Glucose), de dégradation de molécules complexes (3H-EPS et HMW-DOC), et de production hétérotrophe procaryotique (PHP/3H-Leucine) ont été réalisées le long de la colonne d'eau en Mer Méditerranée Nord Occidentale (Golfe du Lion, sites DYFAMED, ANTARES) et en Océan Atlantique Nord-Est (site PAP). Au cours des ces études, toutes les mesures réalisées au-delà de 1000 m de profondeur ont été effectuées dans des conditions in situ de haute pression hydrostatique (> à 10 MPa, HP) et comparées à des mesures réalisées sous pression atmosphérique (0,1 MPa, ATM). Cette double mesure détermine le rôle de la pression hydrostatique sur les activités microbiennes profondes via un rapport Pe pour pressure effect (= mesure HP / mesure ATM). Les résultats démontrent que les activités microbiennes mesurées en conditions HP sont plus importantes qu'en conditions ATM en période de stratification des eaux, (Pe moyen de 4,01, n=120), et confirment la capacité des procaryotes du domaine océanique profond à dégrader des molécules organiques complexes. Par ailleurs et à une échelle cellulaire, les populations métaboliquement actives du milieu profond dégradent les 3H-EPS à une vitesse 6 fois plus rapide que leur homologue de surface, indiquant la capacité des procaryotes autochtones profonds à dégrader des molécules plus complexes en conditions de haute pression. / This main objective of this work is the study of interactions between prokaryotic compartments of meso-and bathypelagic zones with different size classes of dissolved organic carbon (DOC). Several measurements of monomers assimilation (3H-Glucose), of complex molecules degradation (3H-EPS and HMW-DOC) and prokaryotic heterotrophic production were realized through the water column of NW Mediterranean Sea (Gulf of Lion, DYFAMED and ANTARES station) and NE Atlantic Ocean (PAP site). During these studies, all measurements realized below 1000 m depth, were carry out under in situ condition of hydrostatic pressure (> 10 MPa, HP) and compared to their decompressed counterpart measurements, realized at atmospheric pressure (0.1 MPa, ATM). These coupled measurements determine the role of hydrostatic pressure on deep sea microbial activity following the Pressure effect (Re) ration (=HP measurement / ATM measurement). The results show that microbial activities measured under HP condition during stratified water period, were more important than those measured under ATM condition (mean Pe = 4.01, n=120), and confirm the abilities of deep sea prokaryotes to degrade complex organic molecules. Moreover, the cell-specific activity of deep sea prokaryotes in 3H-EPS degradation are 6 time more active than the surface, indicating the ability of autochthonous deep sea prokaryotes to degrade complex molecules under high conditions of pressure.