Beaucoup d'études ont montré que l'équation d'advection-dispersion classique ne permet pas de simuler correctement le transport de solutés dans les sols hétérogènes, ni de prendre en considération la spéciation des solutés dans les systèmes géochimiques que constituent les sols. Dans ce travail, un modèle fractionnaire hydrogéochimique a été proposé pour simuler le transport et la spéciation des métaux lourds dans la zone non saturée des sols, que ce soit en régime permanent ou transitoire. Ce modèle a été proposé pour remédier aux limitations du modèle classique d'advection dispersion. En régime permanent, la solution analytique de l'équation fractionnaire d'advection-dispersion a été couplée sous MATLAB au modèle de réactions géochimiques, et ce nouveau modèle a été validé à l'aide de résultats expérimentaux. En régime non permanent, une nouvelle solution numérique de l'équation fractionnaire d'advection-dispersion est proposée, et couplée avec un modèle d'écoulement et un modèle géochimique. Le modèle résultant, programmé sous MATLAB, a été testé en le comparant à des simulations obtenues avec les codes HYDRUS-1D et HP1. Les résultats de validation ont montré que le nouveau modèle fractionnaire reproduit bien le transfert de solutés dans la zone non saturée des sols et qu'il est capable de donner plus de détails sur les espèces chimiques présentes dans le sol, sur leur migration et leur interaction. Le nouveau modèle a été utilisé pour étudier le transfert de zinc dans la région de Kempen (à la frontière entre la Belgique et les Pays Bas). Il s'agit d'un site fortement pollué par les métaux lourds rejetés par les fonderies de zinc existant dans la région. Une étude paramétrique a été conduite pour déterminer la sensibilité du modèle à une variation de ses paramètres hydrologiques ou géochimiques. La conductivité hydraulique du sol (Ks), la teneur en eau à saturation (θs) et la teneur en eau initiale (θini) du sol sont les paramètres les plus influents pour le modèle d'écoulement d'eau. Le modèle fractionnaire de transport de soluté est sensible à la variation de l'ordre fractionnaire de dérivation (α) et à celle du coefficient de dispersion (D). Le pH est le facteur déterminant pour le modèle géochimique, suivi par la concentration en SO42- et en CO32-. L'effet des cations Al3+, Mn2+ et Fe2+ n'est pas significatif.

Les sédiments de surface du Golfe du Morbihan et de la Baie de Quiberon ont été analysés afin d’évaluer les éléments traces métalliques (ETMs), leur comportement, les processus qui contrôlent leur distribution spatiale, leur spéciation, leur réactivité et leur biodisponibilité. Les potentielles sources métalliques ont été recherchées à partir de l’analyse des sédiments des ports à proximité et des sédiments du bassin versant. Les analyses ont été faites sur la fraction inférieure à 63 µm des sédiments collectés en Avril 2013. Les concentrations totales et la spéciation des ETMs ont été obtenues à partir des attaques totales et sélectives, respectivement. L’enrichissement en Zn, Cu, Cd et Pb a été mis en évidence dans les sédiments de surface du Golfe du Morbihan. De même, la labilité et la biodisponibilité du Pb ont été montrées dans les sédiments de la Baie de Quiberon. Le comportement des ETMs dans les sédiments de la côte morbihannaise est principalement contrôlé par le gradient terre/mer. Cependant, les ports et les rivières constituent des sources d’ETMs, principalement de Cu et Zn. / Surface sediments in the Gulf of Morbihan and the Bay of Quiberon were analyzed in order to characterize the trace metals elements, their behavior, the processes that control their spatial distribution, their speciation, reactivity and bioavailability. Potential sources of metals were looked for, based on the analysis of nearby harbors and river basin’s sediments. The analyses were done on the fraction below 63 µm of the sediments collected in April 2013. MTEs total concentration and speciation were obtained from total and selective attacks, respectively.The enrichment of Zn, Cu, Cd et Pb was identified in the surface sediments of the Gulf of Morbihan. Pb lability and bioavailability were shown in the sediments of the Bay of Quiberon. The MTEs behavior of the Morbihan’s coast is mostly controlled by the land-sea gradient. However, harbors and rivers form sources of ETMs, principally of Cu and Zn.

Les îles fournissent de bonnes opportunités pour étudier l'émergence de la biodiversité de part leur contexte spatial facilement appréhendable. Nous avons étudié une espèce de passereau endémique de l'île de la Réunion : le Zostérops des Mascareignes, Zosterops borbonicus. Cette espèce présente une extraordinaire variabilité de la couleur de son plumage à une échelle spatiale rarement documentée chez les oiseaux. L'analyse des patrons de variations génétiques et phénotypiques le long de gradients altitudinaux et au travers des zones hybrides séparant les différentes formes de couleur de l'espèce a permis de mettre en évidence le rôle de différents facteurs (sélectifs, historiques et neutres) dans l'émergence et le maintien de cette diversité. / Due to their well defined spatial context, islands are perfect places to study the emergence of biodiversity. Here, we studied a endemic passerine from the island of Réunion: the Mascarene White-eye. This species shows an extraordinary pattern of plumage colour variation at a spatial scale which have rarely been documented in birds. The joint analysis of genetic and phenotypic pattern of variation along environmental gradients and across hybrid zones separating the colour forms allowed us to show the role of various factors (selective, historical and neutral) in the emergence and maintenance of this diversity.

Il existe des millions d'espèces différentes dans le monde qui ont évolué grâce à des interactions complexes avec leur environnement. La biologie évolutive contemporaine connaît une révolution grâce au séquençage de génomes ainsi qu’au criblage et la manipulation génétique, mais l'objectif reste le même qu'il y a 160 ans: comprendre les mécanismes sous-jacents impliqués dans la spéciation. Cela peut être réalisé en étudiant les mécanismes génétiques impliqués dans l'adaptation locale et la spécialisation écologique lors des premiers événements de spéciation. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier les mécanismes moléculaires qui sous-tendent l'adaptation et la différenciation des populations dans un complexe de jeunes espèces de la levure Saccharomyces paradoxus, naturellement présentes dans les forêts de feuillus d'Amérique du Nord. En utilisant diverses approches, telles que la génomique des populations, la biologie expérimentale, la transcriptomique et le phénotypage à haut débit, nous (1) disséquons les bases génétiques de la spécialisation écologique et (2) étudions les effets de l’hybridation sur la divergence rapide et la spéciation. Nous documentons d’abord que la spécialisation écologique à différentes températures (un phénotype reconnu pour jouer un rôle important dans la divergence de deux principales lignées de S. paradoxus) est en partie causée par une sélection assouplie avec des compromis. Les travaux portant sur deux événements d'hybridation inter-espèces démontrent, quant à eux, un croisement entre une espèce hybride et son espèce parentale, ce qui indique que l'hybridation est probablement plus fréquente dans l'évolution des espèces qu'on ne le pensait auparavant. Nos travaux soulignent l’importance de la différenciation écologique par une sélection relaxée plutôt que par une divergence adaptative de la fixation de mutations bénéfiques. En outre, nos travaux montrent que l'hybridation dans la nature joue probablement un rôle important dans la création d'une nouvelle diversité par le biais de la ségrégation transgressive et que cela peut se répéter par des croisements incluant des espèces hybrides. Des études à venir sur des espèces jeunes et des complexes hybrides permettront de comprendre davantage les bases génétiques de la différenciation des populations, les conséquences de l'hybridation inter-espèces et de sa récurrence dans l'origine des espèces. / Millions of different species inhabiting the world have evolved through complex interactions with their environment. Contemporary evolutionary biology is experiencing a revolution in genome sequencing, screening and genetic manipulation technologies. Its aim, however, remains the same as 160 years ago when pioneers like Darwin and Wallace published the first articles about the evolutionary theory: to understand the underlying mechanisms involved in speciation, because such knowledge is key to shed light into species diversification. This can be achieved by studying the genetic mechanisms involved in local adaptation and ecological specialization during early speciation events. The main objective of this work is to investigate the molecular mechanisms underlying adaptation and population differentiation in a young species complex of the budding yeast Saccharomyces paradoxus, naturally found in the North American deciduous forests. Using different approaches, such as population genomics, experimental biology, transcriptomics and high-throughput phenotyping we (1) dissect the genetic bases for ecological specialization and (2) investigate the effect of hybridization in facilitating rapid divergence and speciation. First, we document that the ecological specialization to different temperatures, a phenotype that has been previously shown to play an important role in the divergence of two main S. paradoxus lineages, is partially driven by relaxed selection with trade-offs. Second, with the work on two inter-species hybridization events, we document a back-cross between a hybrid taxa and its parental species, which highlights that hybridization is likely more common in the evolution of species than previously thought. Our work underlines the importance of ecological differentiation through relaxed selection, rather than adaptive divergence from the fixation of beneficial mutations. Additionally, our findings show that hybridization in nature likely plays an important role in creating new diversity through transgressive segregation, and that this can reiterate through crosses that include hybrid species. Studies on young species and hybrid complexes will enable to further understand the genetic bases of population differentiation and the consequences of inter-species hybridization and its recurrence in the origin of species.

La spéciation implique l’établissement de barrières à la reproduction entre les espèces en formation. Bien que leurs bases moléculaires soient identifiées, l’émergence de ces barrières dans le temps et la manière dont elles se propagent à l'intérieur des populations reste peu connue. Les objectifs de cette étude sont i) de déterminer la présence de Saccharomyces paradoxus au Québec ii) de déterminer le niveau d’isolement reproducteur post-zygotique entre les lignées américaines de S. paradoxus et iii) de le corréler avec la divergence génétique et les réarrangements chromosomiques. Nous avons échantillonné divers substrats au Québec afin d’isoler S. paradoxus. L’identification des levures au niveau de l’espèce s’est fait à l’aide des séquences ITS. En laboratoire nous avons vérifié le caryotype des souches de S. paradoxus par PFGE, procédé à des croisements entre les lignées et estimé l’isolement reproducteur à l’aide de la survie des spores hybrides. Notre étude confirme la présence des lignées américaines de S. paradoxus au Québec. Un isolement reproducteur est présent entre et à l’intérieur de ces lignées. La variation au niveau des profils chromosomiques à l’intérieur des lignées est corrélée avec l’isolement reproducteur. Nos résultats suggèrent que la variation au niveau des réarrangements chromosomiques ségrégerait au sein des populations et jouerait un rôle dans l’initiation de l’isolement reproducteur. / Speciation involves the emergence of reproductive barriers between the incipient species. Although the molecular bases of these barriers have been identified, we lack knowledge about the timing of their emergence and their propagation through populations. The objectives of this project are i) to look for the presence of S. paradoxus in the province of Québec, ii) to determine the level of post-zygotic reproductive isolation between the American lineages of S. paradoxus and iii) to correlate this reproductive isolation with genetic divergence and chromosomal rearrangements. We sampled different substrates through the Province of Québec to isolate S. paradoxus. Yeasts were identified to the species level using ITS sequences. We used a PFGE method to obtain the karyotypes from the S. paradoxus yeast, made experimental crosses and estimated reproductive isolation by counting surviving hybrid spores. Our study confirms the presence of the two S. paradoxus lineages in the province of Québec. We also find that reproductive isolation is not only present between strains of the two lineages but also between strains from the same lineage. A great intra-lineage variation in the chromosomal profiles is correlated with reproductive isolation. Our results suggest that variation of chromosomal rearrangements could segregate between populations and could be involved in the initiation of reproductive isolation.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2010-2011 / Les demoiselles Enallagma ont radié en Amérique du Nord durant le Pleistocene et les espèces sont principalement différenciées par des structures sexuelles secondaires. Bien qu'elles soient morphologiquement très différentes, Enallagma hageni et E. ebrium sont génétiquement très similaires. Leur répartition spatiale est généralement chevauchante, mais il semble que ces espèces co-occurrent rarement. Dans cette étude, nous investiguons l'histoire évolutive de ces deux jeunes espèces morphologiques par l'analyse conjointe de données génétiques et spatiales. Les analyses de génétique des populations basées sur le polymorphisme AFLP indiquent que ces espèces morphologiques divergent régionalement. Ces deux espèces morphologiques sont rarement sympatriques à l'échelle locale et leur distribution forme une mosaïque d'ilôts où une espèce domine. L'interférence reproductive couplée à la recolonisation suite à la dernière glaciation pourrait expliquer ce patron. Cette répartition spatiale limite probablement les opportunités contemporaines de flux génique, et accélère par le fait même la différenciation régionale. / North American Enallagma damselflies radiated during the Pleistocene and species differ mainly by secondary sexual structures. Although morphologically very different, Enallagma hageni and E. ebrium are genetically very similar. Their ranges broadly overlap but these ecologically equivalent species rarely co-occur. Here, we investigated the evolutionary history of these two very young morphospecies by coupling population genetics and spatial analyses. Based on AFLP polymorphisms, population genetics analyses indicate that these morphospecies are locally diverging. They are rarely sympatric at local sites and their distribution form a mosaic of patches where one morphospecies is dominant. Reproductive interference coupled with postglacial recolonization likely explains this pattern. By limiting contemporary opportunities for gene flow, it probably also contributes to accelerating regional differentiation.

Les animaux ont toujours évolué avec leur microbiote. Toutefois, peu d’études ont analysé le rôle des bactéries sur la spéciation. Il a été démontré que le microbiote oriente la spéciation de son hôte. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer l’influence des bactéries sur la spéciation du grand corégone (Coregonus clupeaformis). Sous certaines conditions, il existe deux espèces de corégone qui ont évolué de façon parallèle ; l’espèce naine et l’espèce normale qui sont caractérisées par des niches trophique et écologique différentes. Plusieurs types d’interaction hôte-bactéries ont été analysés au niveau de populations de corégones sauvages et de corégones captifs, qui ont été élevés dans des conditions identiques. Chez les corégones sauvages, les résultats supportent un effet de parallélisme au niveau de la diversité bactérienne, mais cet effet n’a pas été observé au niveau de la structure des communautés bactériennes entre l’espèce naine et normale. La présence d’un noyau bactérien très conservé au niveau du microbiote intestinal démontre une influence marquée de l'hôte sur ses communautés bactériennes. L’ensemble de ces résultats soulignent la complexité de l'holobionte (hôte + bactéries) en démontrant que la direction de sélection peut différer entre l'hôte et son microbiote. Chez les corégones captifs, la différence de la structure bactérienne chez les nains, les normaux et les hybrides F1 réciproques met en évidence l’influence de l’hôte sur le microbiote. Finalement, cette étude pionnière des communautés bactériennes du grand corégone ouvre la voie à des nouvelles directions de recherche liées à l’évolution de l’holobionte. / Animals have evolved with their microbiota. However, little is known about the role of bacteria over the course of this evolution. These last few years, it has been shown that the microbiota influences speciation by controlling the pre-zygotic and post-zygotic reproductive isolation. The main goal of the thesis is to analysis for the first time the influence of the microbiota on the Lake Whitefish (Coregonus clupeaformis) which represents a continuum in the early stage of ecological speciation. Some species pairs of dwarf (limnetic niche specialist) and normal (benthic niche specialist) evolved in parallel inside several lakes in northeastern North America. Bacterial communities have been compared among five wild sympatric species pairs of whitefish as well as captive dwarf, normal and hybrids whitefish reared in identical controlled conditions. For the wild fish, difference of the bacterial community structure was highlighted in the three studied interactions between the bacterial community and the host: host-pathogen, host-symbiont and host-transient bacteria. Although no parallelism was detected for the bacterial community structure for these interactions, it was highlighted at the bacterial diversity level. Moreover, parallelism was not observed within the bacteria community structure, likely because the water bacterial communities, studied in this thesis, and the biotic and abiotic factors were characterized by important variation between the lake populations of whitefish. Furthermore, results revealed a strong influence of the host (dwarf or normal) on the bacterial communities with pronounced conservation of the core intestinal microbiota. Finally, our result highlighted the complexity of the holobiont (host + bacteria), suggesting that the direction of selection could differ between the host and its microbiota. In fact, three evolutionary directions have been highlighted between the fish and its bacterial communities. For the captive whitefish, an influence of host (normal, dwarf and hybrids) was also detected on bacterial taxonomic composition. Hybrid microbiota was not intermediate and its composition fell outside of that observed in the parental forms. This pioneer study on the bacterial communities of the Lake whitefish opens new research fields related to the evolution of the holobiont.

: Le but de cette thèse est de générer les premières données expérimentales de fractionnement des isotopes de Fe entre minéraux et fluides en conditions hydrothermales et de les confronter aux prédictions théoriques et aux données naturelles. Dans ce travail, nous avons étudié le fractionnement isotopique du fer entre hématite, pyrite, et fluides aqueux de différente composition, entre 200 et 450°C et jusqu'à 600 bar. Les expériences ont consisté à précipiter ou à dissoudre, dans des solutions de compositions connues, de la pyrite ou de l'hématite dans des réacteurs hydrothermaux. Les résultats montrent un fractionnement à l'équilibre quasi-nul entre l'hématite et un fluide dominé par les complexes chlorurés du fer ferrique, alors qu'une solution où les espèces chlorurées du fer ferreux dominent s'enrichit en isotope léger en équilibre avec l'hématite (57Fefl-hm =-0,5±0,1 ‰, 300°C/80bar). Ces résultats sont en bon accord avec les prédictions théoriques. Par contre, nos expériences de précipitation de la pyrite à 450°C et 600 bar à partir de fluides salins contenant du fer et du soufre montrent systématiquement des facteurs de fractionnement de ~1,5‰ plus grands (57Fefl-pyr~0,5 à 0,8‰ ±0,2‰) que ceux prédits par les calculs en équilibre avec une pyrite. Ceci peut s'expliquer par le mécanisme de précipitation de la pyrite via la mackinawite qui, lors de sa formation, s'équilibrerait avec le fluide mais garderait sa composition isotopique lors de sa transformation rapide en pyrite. Cette étude constitue la première calibration expérimentale du fractionnement isotopique dans les systèmes FeII/III(aqueux)-hématite, et FeII(aqueux)-pyrite aux températures hydrothermales.

De nos jours, les industries métallurgiques sont à l'origine de la majeure partie des émissions dans l'air de poussières contenant des métaux. Ces activités émettent de fines particules de PbSO₄, de ZnSO₄ et de CdSO₄ qui présentent un risque toxicologique par les voies respiratoires. La simulation en laboratoire dans une chambre d'aérosol en régime turbulent a permis de former des agrégats entre microparticules de MSO₄ (M=, Cd, Zn, Pb) et de CaCO₃ (calcite). Des microagrégats PbSO₄-CaCO₃ sont observés également dans la matière particulaire (PM₁₀ et PM_2.5) prélevée dans l'air au voisinage d'activités pyrométallurgiques. La morphologie et la chimie des agrégats MSO₄-CaCO₃ ont été étudiées par microimagerie de diffusion Raman, microscopie électronique environnementale (MEBE-EDS) et imagerie TOF-SIMS en fonction de l'humidité relative. Une sursaturation en H₂O vapeur provoque l'apparition mineure de très fines particules de CdCO₃ et de CaSO₄, 2H₂O sur l'agrégat CdSO₄, xH₂O (x= 8/3,1) représente la spéciation majeure de l'élément Cd dans l'agrégat. De même, l'humidité provoque l'apparition d'une fine couche de Zn₄(OH)₆SO₄, de Zn₅(OH)₆(C0₃)2 et de ZnSO₄, xH₂O (x= 7,1) à l'interface. Par contre dans les mêmes conditions, les agrégats PbSO₄-CaCO₃ conduisent rapidement à des fines particules de Pb₃(CO₃)₂(OH₂), de PbCO₃ et de CaSO₄, 2H₂O. Les spéciations de Cd, Zn et Pb dans les agrégats avec CaCO₃ sont interprétées en fonction des équilibres thermodynamiques et de la vitesse de dissolution de la calcite. Les spéciations de Cd, Zn et Pb dans les aérosols sont très différentes de celles qui résultent de la capture par la calcite des ions Cd²⁺, Zn²⁺ et Pb²⁺ en traces dans les eaux douce.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.