Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse ont permis de documenter un nouveau système modèle par la caractérisation et l'utilisation à.''Arabidopsis lyrata, une espèce apparentée à la plante modèle Arabidopsis thaliana. L'intérêt de ce nouveau système modèle tient au fait qu'il pourra contribuer à la compréhension de l'évolution des génomes et de la spéciation chez les plantes. Dans cette étude, la stratégie d'un croisement pseudotestcross réciproque {A. lyrata ssp. lyrata x A. lyrata ssp. petraea) a été employée afin de construire une carte génétique pour chacune des sous-espèces. Les marqueurs AFLP se sont avérés efficaces pour révéler la couverture des cartes tfA. lyrata mais ont surtout permis d'augmenter la densité des marqueurs sur les groupes de liaisons. Ensuite, nous avons développé un système alternatif pour l'étude de la polyploïdie chez Arabidopsis. Un processus en deux étapes comprenant un croisement A. thaliana x A. lyrata ssp. petraea suivi d'un événement spontané de doublement chromosomique a permis d'obtenir des allopolyploïdes. Plusieurs phénomènes observés chez ces allopolyploïdes suggèrent la présence d'un choc génomique. Des changements génétiques et épigénétiques ont été décrits avec ce système modèle. A. lyrata possède un ensemble de caractéristiques intéressantes pour devenir un nouvel outil de travail en génétique moléculaire des plantes. / The work carried out within this thesis resulted in the description of a novel model system by characterizing and using Arabidopsis lyrata, a close relative species of the model plant Arabidopsis thaliana. This new model system could contribute to a better understanding of genome evolution and speciation in plants. In this study, a 2-way pseudo-testcross strategy {A. lyrata subsp. lyrata x A. lyrata subsp. petraea) was used to construct a genetic map for each subspecies. The AFLP markers proved to be effective to reveal the coverage of A. lyrata maps, but mostly increased marker density on the linkage groups. Then, we developed an alternative system for the study of polyploidy in Arabidopsis. A two-step process involving the cross A. thaliana x A. lyrata subsp. petraea followed by a spontaneous chromosomal doubling generated allopolyploids. Several phenomena observed with these allopolyploids suggest the presence of genomic shock. Genetic and epigenetic changes were described with this model system. A. lyrata has several interesting characteristics to become a new working tool in plant molecular genetics.

Les Eléments Traces Métalliques (ETM : Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb et Zn) sont dispersés dans l'atmosphère à la suite de processus naturels et anthropiques. Les écosystèmes forestiers, même éloignés de sources de pollutions aigues, sont sous l'influence d'apports atmosphériques. Leur interaction importante avec l'atmosphère les rend sensibles à cette pollution. Ils font l'objet d'une protection vis-à-vis de la pollution atmosphérique par la définition de charges critiques. L'impact potentiel des ETM dans les écosystèmes forestiers est fortement lié à leur dynamique aux interfaces atmosphère/végétation et sol/solution. En effet, le couvert forestier modifie les apports atmosphériques et la solution de sol est le vecteur principal des ETM vers la biosphère et les eaux de surface et souterraines. Ce travail a consisté en l'analyse des ETM (teneurs et spéciation) dans différents compartiments de l'écosystème (apports atmosphériques hors et sous couvert forestier, sols et solution de sol, végétation) au niveau de six placettes forestières françaises. Les résultats obtenus ont permis d'étudier et de mettre en relation la partition des ETM entre les phases totales, extractibles et en solution des métaux dans les sols avec des paramètres du sol. Le pH du sol est le paramètre le plus significatif pour la prédiction de l'extractabilité et de la solubilité des ETM en solution. La complexation en solution par des colloïdes organiques contrôle la solubilité de certains éléments (Cu, Pb). Les apports atmosphériques actuels sont modérés et montrent une influence régionale plus marquée dans le nord-est de la France. Le couvert forestier modifie significativement les apports atmosphériques. Certains flux (Cd, Ni, Cu et Zn) sont diminués du fait de l'assimilation des éléments par le couvert au moment du dépôt. D'autres flux sont augmentés (Cr, Pb, Sb) sous le couvert forestier, du fait de l'accumulation de dépôt sec. Le bilan des ETM à l'échelle de la placette (accumulation ou perte) dépend du type de sol, de la solubilité de l'élement considéré dans la solution de sol et de sa mobilité dans la végétation. Les limites et charges critiques ont été déterminées et la comparaison avec les concentrations dans les solutions de sol et les apports actuels n'ont pas montré de dépassement.

Le curage des sédiments des cours d'eau est nécessaire pour limiter les risques d'inondations et permettre la navigation fluviale. A cause des activités humaines, les sédiments de curage sont souvent contaminés en métaux, ce qui rend leur gestion problématique. Dans ce contexte,la phytostabilisation, une technique de traitement consistant à utiliser des plantes et des amendements minéraux pour réduire la mobilité des métaux dans des matrices solides contaminées, a été testée sur un sédiment de curage prélevé à proximité d'une fonderie de zinc et contaminé principalement par cet élément. Les plantes (Agrostis tenuis et Festuca rubra) ont été cultivées en serre, dans des mésocosmes d'environ 40 kg, qui contenaient l'un des trois substrats suivants : sédiment, sédiment + hydroxylapatite et sédiment + amendement sidérurgique ; des mésocosmes témoins non-végétalisés ont été placés dans les mêmes conditions. L'objectif principal de ce travail était de caractériser l'évolution de la spéciation du zinc induite par deux ans de phytostabilisation. Dans un premier temps, les associations géochimiques du zinc dans les différents milieux ont été observées sur des lames minces à l'échelle du micromètre grâce à l'utilisation combinée de techniques de micro-analyse (MEB-EDS, μXSRF). La spéciation du zinc dans chacune de ces associations a ensuite été déterminée par spectroscopie EXAFS résolue latéralement (μEXAFS). Le traitement des spectres μEXAFS par analyse en composantes principales (ACP) a permis l'identification de la sphalérite (ZnS), de la gahnite (ZnAl2O4) et de la franklinite (ZnFe2O4), qui sont des minéraux primaires certainement d'origine anthropique, et de la ferrihydrite (oxyhydroxyde de fer mal cristallisé) zincifère, d'une association zinc-phosphate, d'un phyllosilicate zincifère et de l'hydrotalcite (oxyhydroxyde d'aluminium) zincifère. Dans un second temps, les espèces zincifères ainsi identifiées ont été quantifiées à l'échelle macroscopique par spectroscopie EXAFS sur poudre. Les spectres EXAFS ainsi obtenus ont été simulés par combinaisons linéaires des spectres EXAFS des espèces zincifères précédemment identifiées, ce qui a permis d'évaluer l'effet du traitement sur la spéciation moyenne du zinc. En deux ans, elle a évolué de façon significative dans les mésocosmes amendés non-végétalisés, puisque l'on observe une diminution de la proportion de ZnS, la phase zincifère initialement majoritaire dans le sédiment, et la néoformation d'un phosphate de zinc. L'évolution de la spéciation du zinc est spectaculaire dans les mésocosmes végétalisés (amendés ou non), puisque dans ce cas, ZnS a été totalement oxydée et d'autres phases zincifères, telles qu'un phosphate de zinc et un phyllosilicate zincifère et / ou de l'hydrotalcite zincifère, se sont formées. La gahnite et la franklinite n'ont été observées qu'à l'échelle microscopique et sont donc des phases minoritaires. L'étude de la surface des racines des plantes par MEB-EDS, μSXRF et μEXAFS a permis de mettre en évidence la présence de précipités d'oxydes de manganèse (birnessite) riches en zinc, et parfois en plomb et en cuivre. Cette espèce chimique a été observée uniquement à la surface des racines et représente probablement une contribution minoritaire au processus global de l'immobilisation du zinc. Au bout de deux années, la phytostabilisation a permis la formation de phases zincifères plus stables que ZnS dans les conditions atmosphériques d'un dépôt de surface, indiquant que le zinc présent dans le sédiment phytostabilisé est potentiellement moins mobile que dans le sédiment seul. Ainsi, dans notre cas, la phytostabilisation limiterait donc la dispersion du zinc dans l'environnement.

Les particules en suspension émises par l'industrie sidérurgique sont des polluants atmosphériques importants, particulièrement à cause des substances toxiques qu'elles peuvent véhiculer. Parmi elles, Cd, Pb et Zn sont particulièrement considérés dans le domaine de la surveillance de la qualité de l'air. La spéciation d'un élément, plus que sa concentration, gouverne ses propriétés toxicologiques et son devenir dans l'environnement. Aussi dans un premier temps, nous nous sommes attachés à caractériser les poussières d'émetteurs de poussières sidérurgiques (atelier d'agglomération, convertisseur à oxygène) et à déterminer la spéciation du Cd, Zn et Pb. Dans un second temps, une étude préliminaire des effets des poussières sur les systèmes vivants a été effectuée. Ce travail a permis d'identifier les espèces porteuses de ces métaux dans les poussières sidérurgiques et d'évaluer l'effet des poussières issues de l'atelier d'agglomération sur des systèmes vivants.

L'utilisation des plantes pour décontaminer les sols pollués par les métaux est une solution respectueuse de l'environnement. Mais le développement de cette technique à grande échelle est encore limité en raison de l'indisponibilité de plantes avec les caractéristiques souhaitées (hyperaccumulation, biomasse élevée et croissance rapide). Les objectifs de ce travail étaient d'évaluer le potentiel de plusieurs cultivars de Pélargonium odorants pour l'extraction du Pb au champ, étudier la disponibilité du plomb en relation avec l'activité rhizosphérique et développer un protocole de transformation génétique. Parmi les six cultivars de Pélargonium odorants testés au champ, trois : Attar of Roses, Clorinda et Atomic Snowflake ont accumulé plus de 1000 mg kg-1 Pb, avec une forte biomasse. Pendant les expérimentations en conditions contrôlées, Attar of roses (le cultivar hyperaccumulateur) acidifie sa rhizosphère et augmente la concentration en COD significativement plus par rapport Concolor Lace (le cultivar non hyperaccumulateur), sans doute en réponse à la pollution métallique. Les concentrations en plomb dans les deux cultivars sont corrélées avec l'extraction au CaCl2. Les analyses par EXAFS et ESEM-EDS ont montré que le plomb présent dans les racines était principalement sous forme de complexes organiques alors que les sulfates de plomb prédominent dans le sol. Parallèlement à ces essais, un protocole de transformation génétique a été mis au point en vue de mieux comprendre les processus biochimiques impliqués dans l'hyperaccumulation et la fonction des gènes, Le système de régénération optimisé se base sur la pré-culture d'explants sur un milieu contenant 10 μM TDZ + 1 mg L-1 de chacun de BAP et NAA suivie par l'enlèvement de TDZ du milieu de culture. La kanamycine et l'hygromycine se sont avérés être de bons marqueurs sélectifs pour le Pélargonium. Deux souches d'Agrobacterium, C58 et EHA105 contenant des vecteurs binaires avec des gènes marqueurs hpt et nptII ont été choisis pour des expériences de transformation. Ils ont également le gène codant uidA séquence du gène rapporteur. Après l'infection avec C58, 4 et 107 plantes enracinées sur hygromycine ont été obtenues pour Attar of Roses et Atomic Snowflake, respectivement. Parmi ces plantes enracinées, les quatre plantes d'Attar et 82 d'Atomic Snowflake ont exprimé le Gus dans les feuilles, pétioles, les tiges et les racines comme prévu avec une séquence sous contrôle du promoteur constitutif CaMV 35S. De 20 plantes qui expriment le Gus, 7 plantes se sont avérées être positives après criblage par PCR. Après infection par EHA105, 23 et 133 plantes enracinées ont été obtenues après sélection sur kanamycine, mais aucune n'a démontré d'activité GUS. Seule des expériences d'empreintes par Southern blotting permettront de corréler le nombre d'insertions et niveau de l'expression dans ces différents événements de transformation. / Metal removal from contaminated soils using plants can provide an environment friendly solution. However, its successful application on a large scale is still limited due to unavailability of plants with desired set of characteristics i.e. hyperaccumulation, high biomass and rapid growth. The objective of this work was to assess the potential of scented Pelargonium cultivars for lead (Pb) extraction under field conditions, plant induced rhizosphere changes, soil factors influencing availability of Pb and to develop an efficient genetic transformation protocol for the selected cultivars. Of the six scented Pelargonium cultivars field-tested, three cultivars (Attar of Roses, Clorinda and Atomic Snowflake) accumulated more than 1000 mg Pb kg-1 DW, with high biomass reaching up to 45 tons ha-1 y-1 dry matter. During assays in controlled conditions, Attar of roses (Pb hyperaccumulator) significantly acidified its rhizosphere and increased Dissolved Organic Carbon (DOC) concentration as compared to Concolor Lace (non-accumulator), probably due to enhanced exudation in response to the metal stress. Lead concentrations in both cultivars were best correlated with CaCl2 extracted Pb. Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) and Environmental Scanning Electron Microscopy-Energy Dispersive x-ray Spectroscopy (ESEM-EDS) demonstrated that Pb was mainly complexed to organic acids within plant tissues whereas the dominant form in soil was PbSO4. Parallel to the soil-plant Pb transfer assays, a genetic transformation protocol was optimized in view of better understanding biochemical processes involved in lead hyperaccumulation and gene function, in the future. The best regeneration scheme was based on the pre-culture of explants on 10 μM TDZ (Thidiazuron) in addition to 1 mg L-1 each of N6-benzylaminopurine (BAP) and α- naphthaleneacetic acid (NAA), followed by removal of TDZ from the culture medium. Kanamycin and hygromycin proved to be efficient selectable markers for genetic transformation. Two Agrobacterium strains, C58 and EHA105 harboring binary vectors carrying the selectable marker genes hpt and nptII were chosen for transformation experiments. They also contained the uidA gene coding sequence as reporter gene. After infecting with C58, 4 and 107 rooted plants on hygromycin-containing medium were obtained for Attar and Atomic cultivars, respectively. The four Attar plants and 82 Atomic plants expressed Gus in leaves, petioles, stems and roots as expected with a sequence driven by the 35S constitutive promoter. Polymerase Chain Reaction (PCR) screening was performed on Gus positive plants and 2 and 20 plants of Attar and Atomic were screened as PCR positive, respectively. After infection with EHA105, 23 and 133 rooted plants were obtained on kanamycin selection medium but none of these expressed Gus. Southern hybridization patterns will enable to correlate gene copy numbers to expression levels in these different events. The optimized protocols could be used for understanding molecular mechanisms of Pb accumulation and improvement in phytoextraction technique.

Les nanomatériaux sont de plus en plus présents dans les produits consommables du quotidien. L’argent est le métal le plus utilisé en nanotechnologie pour ses propriétés antimicrobiennes. Par différentes voies d’entrée, les nanoparticules d’argent (nAg) se retrouvent dans l’environnement en quantité significative, notamment dans les sols suite à la valorisation agricole des biosolides municipaux. Il est prévu qu’une interaction négative sur la communauté microbienne terrestre ait des répercussions sur la fertilité du sol et les processus biogéochimiques. Les mesures de l’activité enzymatique ont déjà montré leur efficacité et leur sensibilité dans la détection d’une perturbation physique et chimique du sol. Les effets potentiels des nAg sur l’écosystème terrestre ont été évalués en mesurant l’activité des enzymes β-D-glucosidase (EC 3.2.1.21), leucine-aminopeptidase (EC 3.4.11.1), phosphomonoesterase (EC 3.1.3) et arylsulfatase (EC 3.1.6.1) intervenant dans les cycles des éléments essentiels C, N, P et S, respectivement. L’activité enzymatique est mesurée à l’aide d’une technique basée sur la fluorescence qui requière des substrats synthétiques liés à un fluorophore. Un sol de type sableux a été échantillonné au Campus Macdonald de l’Université McGill (Sainte-Anne-de-Bellevue, Qc) puis exposé aux nAg (taille ~20 nm) ou à la forme ionique Ag+ (Ag-acetate) à des concentrations nominales de 1,25 × 10-3, 1,25 × 10-2, 0,125, 1,25, 6,25 et 31,25 mg Ag kg-1 sol. De plus, le rôle de la matière organique (MO) a été évalué en effectuant un amendement du sol avec un compost de feuilles. Pour mieux comprendre les effets observés, des analyses de spéciation de l’Ag ont été réalisées. Les concentrations en Ag dissous ont été déterminées après filtration à travers des membranes de 0,45 µm ou de 3 kDa (~1 nm, ultrafiltration) pour séparer la phase particulaire des ions dissous. De façon générale, une inhibition de l’activité enzymatique a été observée pour les 4 enzymes en fonction de l’augmentation de la concentration en Ag (totale et dissoute) mais elle est significativement moins importante avec l’ajout de la MO. Les résultats suggèrent que l’inhibition de l’activité des enzymes aux faibles expositions aux nAg est due aux nanoparticules puisqu’une très faible fraction des nAg est réellement dissoute et aucun effet significatif n’a été observé pour les sols traités à des concentrations similaires en Ag+. Par contre, les effets mesurés aux concentrations plus élevées en nAg sont semblables aux expositions à l’Ag+ et suggèrent un rôle de l’Ag colloïdale dans l’inhibition du processus enzymatique des sols. / Nanomaterials are increasingly included in manufactured consumable products. Silver is the metal that is most often used in nanotechnology for its antimicrobial properties. By different pathways, silver nanoparticles (nAg) can end up in the environment, in significant quantities. They are especially expected to be found in soils due to the use of landfills. In the presence of silver (Ag) negative effects on the terrestrial microbial communities with a subsequent impact on soil fertility and biogeochemical processes are expected. Measurements of enzyme activity have already shown their effectiveness and sensitivity in the detection of chemical and physical disturbances of soils. In this document, the potential effects of nAg on the terrestrial ecosystem have been evaluated by measuring the activities of the enzymes β-D-glucosidase (EC 3.2.1.21), leucine aminopeptidase (EC 3.4.11.1), phosphomonoesterase (EC 3.1.3) and arylsulfatase (EC 3.1.6.1), which are involved in the cycling of the essential elements C, N, P and S, respectively. The enzyme activity is measured using a fluorescence based technique that employs synthetic substrates linked to a fluorophore. A sandy soil was sampled at Macdonald Campus of McGill University (Ste-Anne-de-Bellevue, Qc) and then exposed to nAg (size ~ 20 nm) or free silver (Ag+, as Ag-acetate) at nominal concentrations of 1.25 × 10-3, 1.25 × 10-2, 0.125, 1.25, 6.25 and 31.25 mg Ag kg-1 soil. The role of organic matter (OM) was evaluated by adding leaf compost to the soil. The proportion of the toxicity that could be attributed to the nAg was evaluated by performing Ag speciation analyses in all soil samples. Dissolved Ag concentrations were determined after filtration through a 0.45 µm membrane or a 3 kDa ultrafiltration membrane (~ 1 nm) in order to separate the particulate phase from the dissolved ions. In general, inhibition of the enzyme activities was observed for the four enzymes as a function of increasing Ag concentrations (total and dissolved), however effects were significantly less dramatic in the OM-amended soil. The results suggested that the inhibition of enzyme activities at low-concentrations of nAg appeared to be due to the nanoparticles since a very small fraction of the nAg was actually dissolved and no significant effect was observed for soils treated with similar concentrations of Ag+. On the other hand, the effects measured at high concentrations of Ag were similar for the exposures to both nAg and Ag+, suggesting that, at these concentrations, colloidal Ag may have played a role in the inhibition of the soil enzymatic processes.

L'arsenic est un élément présent dans tous les compartiments de l'environnement, et les produits de la pêche représentent une source majeure d'exposition à l'arsenic par le biais de l'alimentation. Même s'il n'existe pas à ce jour de législation sur les teneurs en arsenic dans les aliments en France, les agences gouvernementales évaluent généralement les risques liés à la présence d'arsenic dans les produits de la pêche en se basant essentiellement sur la concentration totale de l'élément, sans tenir compte des différentes espèces présentes ni de leur bioaccessibilité. Par conséquent, le développement de méthodes d'analyse de spéciation revêt un intérêt particulier dans le cadre de l'évaluation des risques. La première partie de ce mémoire présente des informations générales sur les propriétés de l'arsenic, son occurrence dans les différents compartiments de l'environnement et sa toxicité, ainsi qu'une étude bibliographique des méthodes analytiques existantes pour étudier la spéciation de l'arsenic dans les matrices alimentaires, en particulier les produits de la pêche (extraction et séparation/détection). Les différentes approches pour l'évaluation de sa bioaccessibilité et de celle d'autres éléments traces métalliques d'intérêt sont également présentées. La deuxième partie de ces travaux porte sur la validation d'une méthode d'analyse de spéciation des principales espèces d'arsenic dans les produits la pêche (As(III), MA,DMA, As(V), AsB, TMAO, AsC) par couplage entre la chromatographie d'échange d'ions (IEC) et la spectrométrie de masse à plasma induit (ICP-MS) après extraction assistée par micro-ondes (MAE). L'évaluation des performances analytiques de la méthode, les contrôles qualités internes et externes mis en place et les différentes applications, en particulier les données d'occurrence des différentes espèces d'arsenic dans les produits de la pêche les plus consommés par la population française sont présentés et discutés. Dans la troisième partie, la bioaccessibilité maximale de l'arsenic et d'autres éléments d'intérêt est estimée à l'aide d'une méthode de lixiviation en ligne (impliquant la mesure en temps réel par ICP-MS de la fraction libérée par les différents fluides digestifs artificiels). La combinaison de ce procédé avec la méthode d'analyse de spéciation validée permet ainsi d'estimer la bioaccessibilité des différentes espèces d'arsenic. / Arsenic is an element present in all compartments of the environment, and seafood constitutes a major source of exposure to arsenic through human consumption. Although there is currently no legislation on arsenic in food in France, government agencies generally assess the safety of food items based solely on the total concentration of the element, without taking into account its different species or their bioaccessibility. Therefore, the development of speciation analysis methods is particularly relevant in the context of risk assessment. The first part of this thesis focuses on the properties of arsenic, its occurrence in the different compartments of the environment and its toxicity, and a literature review of existing analytical methods to study the speciation of arsenic in food matrices, especially seafood products (extraction and separation / detection). Different approaches for evaluating its bioaccessibility and that of other trace metals of interest are also presented.The second part of this work concerns the validation of a speciation analysis method for major arsenic species in seafood (As (III), MA, DMA, As (V), AsB, TMAO, AsC) by coupling ion exchange chromatography (IEC) with inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) after microwave-assisted extraction (MAE). Evaluation of the analytical performance of the method, internal and external quality controls in place and applications of the method, particularly occurrence data of arsenic species in seafood most consumed by the French population are presented and discussed. In the third part, the maximum bioaccessibility of arsenic and other elements of interest is assessed using a continuous leaching method (involving the real-time measurement by ICP-MS of the fraction released by the different artificial digestive fluids). By coupling this leaching method with the above validated speciation analysis method, the bioaccessibility of different arsenic species is also assessed.

Les chênes sessiles et pédonculés sont deux espèces sympatriques interfertiles occupant des places distinctes dans la succession écologique. Elles constituent pour cela un bon modèle pour l’étude de la spéciation écologique. Malgré leur écologie contrastée, les deux espèces de chênes coexistent naturellement dans de nombreuses forêts, rendant possible l’étude de leur système de reproduction intra- et interspécifique. Des travaux précédents ont suggéré que l’hybridation entre ces deux espèces serait fréquence-dépendante. Elle dépendrait de la proportion de pollen allospécifique (c'est-à-dire de pollen de l’autre espèce) que reçoit l’arbre mère étudié. Ce phénomène d’hybridation fréquence-dépendante est appelé effet Hubbs, du nom d’un ichtyologue qui découvrit ce mécanisme en 1955. Mon travail a consisté à étudier, dans une parcelle mixte de chênes, les barrières à l’hybridation qui permettent la coexistence de ces deux espèces. Pour cela, j’ai effectué une étude de paternité de grande ampleur (près de 3500 individus typés sur 12 marqueurs microsatellites). Tout d’abord, je me suis intéressée à la délimitation des deux espèces en appliquant pour la première fois in situ le critère d’interfertilité. Je me suis ensuite concentrée sur les facteurs qui influencent l’hybridation au travers d’une modélisation des croisements à l’échelle de l’individu. Les résultats montrent que le maintien de ces deux espèces est régi par deux composantes environnementales importantes : la fréquence de chaque espèce et leur distribution, qui influencent la quantité de pollen reçue. Grâce à cette étude empirique et à l’approche de modélisation de ces croisements, nous avons désormais une bien meilleure vision de l’effet de l’environnement sur l’hybridation. J’ai par la suite comparé les caractéristiques du système de reproduction de chaque espèce (dispersion du pollen et fécondité mâle) en cherchant si un lien existait avec leur stratégie écologique. Les résultats suggèrent que les différences de dynamique écologique pourraient être à l’origine de la spéciation du fait de l’existence de compromis différents en termes d’allocation de ressources mais qu’à plus court terme la stabilité de l’environnement est essentielle au maintien des espèces. / Quercus petraea and Q. robur are two interfertile sympatric species. They occupy distinct stages during forest succession and constitute therefore good models for ecological speciation studies. Despite their differences, they often grow together in mixed stands, allowing the study of their intra- and interspecific reproductive system. Hybridization between these two oak species has been suggested to be frequency-dependent. The effect of the relative species abundance on hybridization is known as the “Hubbs’ effect”, from the name of an ichthyologist who described this mechanism in 1955. My work was to study the processes that limit hybridization between these two species, thereby allowing their coexistence. I conducted an extensive paternity analysis (almost 3500 individuals genotyped at 12 microsatellite markers). First, I tried to delimitate the two oak species by applying for the first time in situ the interfertility criterion. Then, I focused on interspecific crosses by studying those factors influencing hybridization. Results showed that the maintenance of these two species depends on the frequency of each species and their distribution, as both factors influence the quantity of pollen received by female flowers. Thanks to this empirical study and to this modeling approach, we have now a much better view of environmental effects on hybridization. I then compared the characteristics of the reproductive system of each species (pollen dispersal and male fertility) in relation with their ecological strategies. The results suggest that differences in species ecological dynamics are at the origin of the speciation process but that at a finer scale the stability of the environment is crucial for species’ maintenance.

Ce travail décrit certains aspects du réseau d’assainissement en tant que réacteur bio-physico-chimique. Les objectifs principaux sont : d’identifier et de quantifier les sources des eaux circulant dans les collecteurs en se basant sur les signatures isotopiques des eaux et des sulfates dissous; de déterminer la nature minéralogique des phases porteuses des métaux lourds et d’étudier leur cycle géochimique par MET et MEB couplés à la EDXS ; de mettre en évidence la présence d’échange de matière entre les eaux usées et les biofilms par CLSM et MET et d’étudier les conditions hydrodynamiques impliquées dans cet échange dans un réacteur pilote (Couette-Poiseuille). On montre que les données isotopiques permettent d’évaluer la présence des évolutions de concentration des éléments transportés dans le réseau. Le rôle du réseau en tant que réacteur apparaît dans l’évolution de la nature minéralogique des phases phosphatées vers l’aval du réseau et dans la précipitation des métaux lourds dans les compartiments anaérobiques sous forme de phases sulfurées néoformées. Les dépôts des regards de façade et les biofilms sont les lieux de cette néoformation. A l’échelle de la matière organique, l’auto-épuration est révélée par les échanges entre les biofilms et les matières en suspension (MES) suite à la présence des fibres de cellulose dans la structure des biofilms et de morceaux de biofilms au sein de la MES. La majeure partie de ces évolutions se situe en amont du réseau où les contrastes physicochimiques sont les plus importants. Finalement, les expériences modèles au sein du réacteur ont montré l’implication de l’hydrodynamisme dans le détachement des biofilms / This work describes the sewer system as an integrated part of the wastewater treatment system. The main objectives of this study were: identification and quantification of water sources collected in sewer system, referring to isotopic signatures of water and dissolved sulfates; identification of the mineralogical nature of trace element carriers and determination of their geochemical evolution within the sewer by TEM and SEM coupled with EDSX ; Evidencing exchanges between sewage and biofilms, using CLSM and TEM, and investigating hydrodynamic conditions controlling this exchange in an experimental set-up (Couette-Poiseuille reactor). The results indicate that isotopic data may be used to study the tightness of sewer lines and to evaluate the evolution of element concentrations along sewer. Implication of the sewer system as a true biophysicochemical reactor is evidenced in our study by the evolution of the mineralogical nature of phosphate phases downstream of the sewer and by heavy metal precipitations in anaerobic conditions as neoformed sulfide phases. Sump pit deposits and biofilms represent the earlier stage of this neoformation. Organic matter biodegradation was revealed by TEM examination of SM whereas the exchange between biofilms and SM was shown by CLSM. Cellulose fibers from SM were found embedded in exopolymer biofilm matrices and detached fragments from biofilms were identified in sewage. The majority of these evolutions are located upstream of sewer system in which the contrast in physicochemical properties are the most significant. Finally, biofilm model investigations and image processing showed that hydrodynamic conditions are largely implicated in biofilm detachment

Peu d'études concernent actuellement l'influence de la spéciation du plomb (polluant métallique toxique, persistant et très présent dans les écosystèmes) sur sa phyto-toxicité. Pourtant, l'absorption des métaux, leur translocation et les mécanismes impliqués dans leur phyto-toxicité peuvent être fortement modifiés par ce paramètre. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse était d'étudier l'influence de la spéciation chimique du plomb (formation de divers complexes organométalliques) sur sa phytodisponibilité et sa phytotoxicité. Des plants de V. faba ont été exposés pendant 1 à 24 h en hydroponie à 5 μM de nitrate de plomb seul ou chélatés à des degrés variables par différents ligands organiques : acide éthylènediamine, acide citrique et substances humiques. Les pourcentages de plomb libre et chélaté ont été calculés puis utilisés pour la conception du dispositif expérimental. La phytotoxicité induite par le plomb a été évalué pour les différentes conditions en mesurant : les activités d'enzymes antioxydantes, la génotoxicité, la peroxydation des lipides, les concentrations d'espèces réactives de l'oxygène, des pigments photosynthétiques et la génotoxicité. La phytotoxicité est fonction de la spéciation des métaux et de la durée d'exposition. Selon la nature du ligand organique, les mécanismes impliqués différent. L'EDTA aurait un rôle protecteur : l'absorption du Pb par les racines est accrue, alors que sa translocation et sa phyto-toxicité sont réduites de façon dose-dépendante. En revanche, l'acide citrique ne modifie pas le transfert du plomb, mais retarde cependant l'induction de sa phytotoxicité. Finalement, les acides fulviques appliqués à 25 mg.L-1, réduisent la toxicité du Pb en limitant son absorption. En outre, l'efficacité et la sensibilité des tests écotoxicologiques, en relation avec l'absorption et la spéciation, ont été comparées (analyse en composantes principales) et discutés. Ce travail trouve donc des applications pour le développement de tests d'écotoxicité pertinents pour évaluer la qualité des milieux. / Lead (Pb) is a known toxic and persistent pollutant, which does not have any essential role in the metabolism of living organism. Only few studies concern Pb-induced phytotoxicity in relation to its speciation, which can nevertheless influence metal uptake, translocation and mechanisms involved in phyto-toxicity. In this context, the objective of this thesis was to study the influence of chemical speciation of Pb (formation of various organometallic complexes) on its phytoavailability and phytotoxicity. Vicia faba seedlings were exposed for 1-24 hourd (h) in controlled hydroponic conditions to 5μM of Pb nitrate alone and chelated to varying degrees by different organic ligands i.e. ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), citric acid and two types of humic substances (Suwannee River fulvic acid and Elliott Soil fulvic acid). Visual Minteq and WHAM VI metal speciation softwares were used to estimate the chelated and free Pb cations concentration in nutrient solution. These calculations were used to design the experimental layout. The effect of these organic ligands on Pb-induced toxicity to V. faba was assessed by measuring five antioxidant enzyme activities (superoxide dismutase, ascorbate peroxidise, guaiacol peroxidase, catalase, glutathione reductase), lipid peroxidation, reactive oxygenspecies, photosynthetic pigment and genotoxicity. Pb-induced phytotoxicity is the function of metal speciation and duration of exposure. EDTA has a protective role: the absorption of Pb by the roots is increased, whereas its translocation and phyto-toxicity are reduced in a dose-dependent. In contrast, citric acid does not alter the transfer of Pb, but delays the induction of its phytotoxicity. Finally, fulvic acids applied at 25 mg.l-1, reduce the toxicity of Pb by limiting its absorption. Moreover, the efficiency and sensitivity of ecotoxicological tests was compared in relation with Pb uptake and speciation using principal component analysis. This work is, therefore, applicable for the development of ecotoxicity tests relevant to assessing environmental quality