La mangrove est un écosystème majeur des zones intertidales des côtes tropicales. En Nouvelle-Calédonie, les mangroves sont des zones tampon entre les massifs ultrabasiques, plus ou moins exploités, et un lagon inscrit au patrimoine mondial de l'UNESCO. Le long de l’estran, cet écosystème se décompose principalement en trois zones de végétation qui se développent parallèlement au trait de côte, avec du front de mer vers les terres : Rhizophora spp., Avicennia marina, tannes. Ce gradient botanique dépend de la durée d'immersion des marées, qui impose des gradients de teneur en eau, de salinité de l'eau interstitielle, d’oxygénation, et de teneur en matière organique dans les sédiments. L'objectif de cette thèse était d'améliorer notre compréhension du cycle biogéochimique du fer et du nickel dans les sédiments de mangrove, et de déterminer le rôle des paramètres édaphiques sur la mobilité de ces éléments métalliques. Ce travail est plus spécifiquement focalisé sur l’évolution de la cristallochimie de Fe et Ni en liant avec les (bio)transformations minéralogiques. Les analyses de spectroscopie d’absorption à rayons X montrent clairement que les spéciations de Fe et Ni évoluent en fonction des gradients redox qui marquent d’une part, la zone intertidale, et d’autre part, la profondeur. La goethite et les phyllosilicates, hérités des bassins versants latériques, sont les principaux hôtes du Fe et Ni dans la partie supérieure des sédiments de mangrove. Ces espèces minérales sont intégralement préservés en profondeur des sédiments des tannes, qui sont pauvres en matière organique et bien oxygénés. En revanche, sous les Rhizophora et les Avicennia, la goethite disparait rapidement avec la profondeur . Dans ces horizons inférieures anoxiques riches en matière organique, la sulphato-réduction se développe, et la pyrite et les complexes organiques sont les principales phases porteuses du Ni. A la limite entre les couches oxiques et anoxiques, une intense ré-oxydation du Fe (II) aqueux et des sulfures de fer conduit à la formation de ferrihydrite, lépidocrocite, et probablement de goethite. La proportion relative des oxyhydroxydes de fer néoformés et mal cristallisés, est plus élevé dans la mangrove à Rhizophora. En outre l’incorporation du Ni dans la pyrite est également moins prononcée dans cette zone. Une telle évolution latérale de la spéciation du Ni peut être liée à la réoxydation fréquente des pyrites porteuses de Ni en lien avec le balayage quotidien de cette zone par les marées. Ce cycle tidal, qui touche plus particulièrement la zone à Rhizophora du fait de sa position basse dans l’estran, peut être une cause majeure des cycles de réduction et d’oxydation des phases porteuses de Fe, et pourrait affecter de manière significative les bilans de masse du fer et du nickel dans les mangroves. En effet, le Ni tend à être immobile dans les tannes, à s'accumuler sous Avicennia, et à être partiellement libéré sous Rhizophora. Finalement, le comportement du Fe et du Ni dans des sédiments de mangrove subissant une oxydation intense, en réponse à un isolement de la mer, a été étudié. Au niveau du front d’oxydation, des concentrations très élevées de Ni en solution ont été mesurées , tandis que les concentrations en Ni dans la phase solide étaient quatre fois plus faible que dans l'horizon pyritisé, et 2,5 fois plus faibles que dans le sédiment supérieur. Ces résultats suggèrent que l'oxydation des sédiments de mangrove est une cause de perte en Ni pour l’écosystème. Cette thèse a permis une meilleure connaissance des processus minéralogiques qui conduisent à la fixation ou la libération des élémentes traces métalliques par les mangroves, et est donc utile pour la gestion des mangroves qui sont situés en aval de bassins versants latéritiques. / Mangrove forests are the dominant intertidal ecosystem of tropical coastlines. In New Caledonia, mangroves act as a buffer zone between Ni open-cast mines and a lagoon registered as a UNESCO World Heritage site. Across the intertidal zone, mangroves are composed of three main stands; with from the seaward side to the landward side: Rhizophora spp., Avicennia marina, salt-flat. This botanical gradient relies on the duration of tidal immersion, which imposes sedimentary gradients of water content, salinity, oxygenation, and organic content.The objective of this PhD thesis was to improve our understanding of the biogeochemistry of iron and nickel in mangrove sediments and to characterize the role of edaphic parameters on trace metals dynamic. Particular emphasis was focused on the mineralogical (bio)transformation of Fe and Ni bearing phases and on crystal chemistry. Both XANES and EXAFS data showed that Fe and Ni speciation strongly followed the redox boundaries marking the intertidal and depth zonations. Fe(III)-bearing goethite and phyllosilicates, herited from lateritic outcrops, were the major Fe and Ni hosts in the upper mangrove sediments. These mineral species were fully preserved at depth in the dry and oxic salt flat area. By contrast, beneath the vegetated Rhizophora and Avicennia stands, goethite rapidly disappeared with depth. In these anoxic horizons, sulfate reduction occurred, and pyrite and organic complexes became the dominant Ni-species. At the limit between oxic and anoxic layers, intense re-oxidation of aqueous Fe(II) and Fe-sulfides led to the formation of ferrihydrite, lepidocrocite and likely goethite. The relative proportion of the newly formed poorly ordered iron-oxyhydroxides was found to be higher in the Rhizophora mangrove stand. Moreover Ni incorporation in pyrite was less developed beneath Rhizophora stand. Such lateral evolution of Ni speciation may be related to reoxidation of Ni-bearing pyrites in the Rhizophora stand, which is subjected to periodic alternation of reducing and oxidizing events due to daily tidal fluctuations. The latter may be a major cause for continuous Fe reduction-oxidation cycles in the vegetated mangrove stands, and could significantly affect iron and nickel mass balances in mangroves. Indeed, Ni was found to be immobile in the salt flat, to accumulate beneath Avicennia and to be partially leached beneath Rhizophora. Eventually, Fe and Ni behavior in mangrove sediments currently oxidizing in response to isolation from the sea, was studied. In the layer of the oxidation front, really high concentrations of dissolved Ni were measured, while Ni concentrations in the solid phase were 4 times lower than in the pyritized horizon, and 2.5 times lower than in the upper sediment. These results suggest that mangrove sediment oxidation was a cause of Ni loss. This PhD thesis allows a better assesment of the mineralogical processes that lead to the fixation or the release of trace metals by mangroves, and is thus useful for the management of mangroves that are situated downstream lateritic watershed.

Aujourd’hui le combustible nucléaire usé est retraité via le procédé PUREX afin de récupérer l’uranium et le plutonium. La séparation de ces actinides des produits de fission repose sur différentes étapes d’extraction liquide-liquide avec le tri-n-butyl-phosphate (TBP) comme extractant. Un modèle a été conçu pour décrire précisément les différentes étapes du retraitement afin d’en optimiser le fonctionnement. Mais les mécanismes à l’échelle moléculaire sont encore mal décrits notamment pour le ruthénium qui est partiellement extrait et retenu en phase organique. Les études précédentes concernant le comportement du ruthénium dans le procédé ont montré que sa chimie était complexe et se sont principalement appuyées sur des données macroscopiques telles que les coefficients de distribution ou des constantes cinétiques. Des lacunes demeurent quant au mode de coordination avec le TBP, la structure et la stabilité des espèces extraites en phase organique, ou encore par rapport à la spéciation dans les conditions de faible acidité (CHNO3aq < 3 M).Une analyse de la spéciation du ruthénium en phase aqueuse et en phase organique a donc été entreprise au cours de ce travail. Elle s’appuie sur la combinaison d’outils spectroscopiques (FTIR et EXAFS) et sur l’utilisation de références solides caractérisées par DRX monocristal, FTIR et EXAFS. Cette méthodologie a été développée afin d’améliorer l’interprétation des signaux enregistrés sur les solutions aqueuses et organique de ruthénium.La méthode de couplage entre les données FTIR, les résultats de dosages potentiométriques en phase aqueuse et les informations obtenues lors de l’ajustement des spectres EXAFS nous a permis d’obtenir des structures moyennes des espèces [RuNO(NO3)x(OH)y(H2O)5-x-y]3-(x+y)+ présentes tant en phase aqueuse qu’en phase organique. Elle a permis de démontrer que dans les conditions d’extraction du procédé, les complexes identifiés en phase aqueuse sont extraits en phase organique sans modification de la sphère de coordination. L’hypothèse d’une coordination directe entre le TBP et le ruthénium a pu être exclue. L’influence de la concentration en acide nitrique ainsi qu’en ions nitrates, sur la spéciation du ruthénium dans les phases aqueuses et organiques a été mise en évidence. Différents équilibres d’extraction sont mis en œuvre selon les conditions chimiques. Pour les solutions à forte acidité (CHNO3aq = 4 M), des complexes de ruthénium non-hydrolysés avec un nombre de ligands nitrates proche de 3 ont identifiés (2 < x < 4 et z = 0). Au contraire à faible acidité (CHNO3aq = 1 M), une forme hydrolysée des complexes du ruthénium, présente en solution aqueuse, est extraite par le solvant. Cette espèce hydrolysée s’avère être un complexe bimétallique de la forme [(RuNO)2(NO3)2x(H2O)9-2x(µ-OH)](5-2x)+.Enfin l’étude du vieillissement des phases organiques a permis de mettre en évidence des échanges entre les ligands liés au ruthénium et l’acide nitrique solubilisé en phase organique. Ces processus, relativement lents pour une phase organique isolée, sont accélérés lorsque les mesures sont effectuées en présence d’une phase aqueuse, ce qui engendre une augmentation du coefficient de distribution du ruthénium. Ces échanges de ligands dans la sphère de coordination du ruthénium et les variations importantes de spéciation en fonctions des conditions chimiques (CH+ et CNO3-) pourraient être à l’origine du phénomène de rétention du ruthénium observé au sein du procédé. Finalement cette étude offre des voies d’amélioration pour une meilleure prise en compte de la diversité des équilibres impliquant le ruthénium au sein des modèles thermodynamiques, et soutient ainsi le développement de modèles prédictifs des procédés industriels de séparation. / Currently, used nuclear fuel is reprocessed using the PUREX process to isolate uranium and plutonium. Separation of these actinides is achieved through multiple steps of liquid-liquid extraction using tri-n-butyl-phosphate (TBP) as the extractant. Work aiming to develop a precise model of the fuel retreatment process in order to optimize it fails to accurately reproduce the ruthenium partial extraction and its retention in organic phase. Molecular mechanisms are still badly understood and hinder these developments. Previous studies had shown that ruthenium chemistry is complex but they mostly rely on macroscopic information as distribution coefficients or rate constants. Deficiencies remain about the coordination mode between TBP and ruthenium, about the structure and stability of extracted species or about the speciation for solutions at low acidities (CHNO3aq < 3 M).Ruthenium speciation analysis was undertaken during this work. It relies on the combination of different spectroscopic techniques (FTIR and EXAFS) and on the use of solid reference compounds fully characterized by single crystal XRD, FTIR and EXAFS. This method was developed in order to improve the interpretation of spectroscopic results for ruthenium aqueous and organic phases.This method coupling FTIR analysis, potentiometric determination in aqueous phase and fit results of EXAFS experimental data allowed us to obtain average structure for [RuNO(NO3)x(OH)y(H2O)5-x-y]3-(x+y)+ species in solution. It was demonstrated that ruthenium coordination sphere was not modified during extraction in process conditions. The hypothesis of a direct link between ruthenium and TBP was excluded. Influence of the nitric acid and nitrate concentrations was highlighted for ruthenium speciation in both aqueous and organic phases. Separate equilibria should be implemented to describe ruthenium extraction depending on chemical conditions. At high acidity (CHNO3aq = 4 M), non-hydrolyzed ruthenium complexes with an average nitrate number close to 3 were identified (2 < x < 4 et z = 0). Conversely, at low acidity (CHNO3aq = 1 M), a hydrolyzed ruthenium compound, observed in aqueous phase, is extracted into the organic phase. This compound was shown to be a bimetallic complex which could be written as [(RuNO)2(NO3)2x(H2O)9-2x(µ-OH)](5-2x)+.Finally the ageing study of organic phase allowed us to highlight exchanges between the ruthenium ligands and solvated nitric acid. These phenomena are relatively slow for isolated organic phases but are accelerated in the presence of an aqueous phase. An increase of ruthenium distribution coefficient was also observed. These ligand exchanges in ruthenium coordination sphere and the large fluctuations of speciation depending on chemical conditions (CH+ et CNO3-) may cause the ruthenium retention noticed in the process.This study offers opportunities to improve ruthenium extraction equilibria coverage in thermodynamic models and support the development of predictive models for industrial separation processes.

Les interactions avec les pollinisateurs font partie de la niche écologique des orchidées et ont joué un rôle dans leur diversification taxonomique et florale. Au cours de cette thèse, j’ai d’abord analysé l’architecture du réseau orchidées-pollinisateurs en région Euro-Méditerranéenne et montré que la similarité de niches de pollinisation entre orchidées était fonction de leur distribution spatio-temporelle, suggérant un certain opportunisme dans les interactions orchidées-pollinisateurs. Je me suis ensuite intéressée au rôle des pollinisateurs dans l'évolution des traits floraux dans deux groupes d’orchidées. J’ai d’abord montré une différentiation dans les traits floraux des trois taxa du groupe Anacamptis coriophora, probablement causée et maintenue par un processus de sélection divergente. En cartographiant les interactions avec les pollinisateurs et les odeurs florales sur la phylogénie de la section Pseudophrys, j’ai ensuite montré que l'évolution de l'odeur florale était conditionnée par une sélection exercée par les pollinisateurs et par des contraintes phylogénétiques. Enfin, j’ai mis au point une démarche de taxonomie intégrative basée sur des données moléculaires, morphométriques et chimiques dans le genre Ophrys. Avec cette démarche, j’ai confirmé le rang taxonomique des trois espèces du groupe O. insectifera et proposé de fusionner deux paires d’espèces parmi les Pseudophrys. Une meilleure compréhension des facteurs qui façonnent la niche de pollinisation et du rôle des pollinisateurs dans l'évolution des traits floraux et la spéciation chez les orchidées Euro-Méditerranéennes devrait nous permettre d’améliorer la conservation de ces espèces emblématiques. / Interactions with pollinators are part of orchids’ ecological niches and have played a role in their taxonomic and floral diversification. During this thesis, I have analysed the architecture of the orchid-pollinator network in the Euro-Mediterranean region and shown that similarity in pollination niches between orchids primarily depends on their spatio-temporal distribution, suggesting that orchid-pollinator interactions are more opportunistic than previously thought. Then, I have been interested in the role of pollinators in floral trait evolution in two orchid groups. I have shown a differentiation in floral traits of the three taxa of the Anacamptis coriophora group, probably caused and maintained by a process of divergent selection. Then, by mapping interactions with pollinators and floral odours on the phylogeny of the section Pseudophrys, I have shown that floral odour evolution is conditioned by pollinator-mediated selection and by phylogenetic constraints. Finally, I have developed an integrative taxonomic approach based on molecular, morphometric and chemical data in the genus Ophrys. With this approach, I have confirmed the taxonomic rank of the three species of the O. insectifera group and proposed to merge two species pairs among Pseudophrys. A better understanding of the factors that have shaped pollination niches and of the role of pollinators in floral trait evolution and speciation in Euro-Mediterranean orchids should allow us to improve the conservation of these emblematic species.

Dans le cadre de la surveillance environnementale, le devenir du plutonium au sein des différents milieux et en particulier au sein des eaux de surface est important notamment en raison de sa radiotoxicité. Dans ces milieux, la forme pentavalente du plutonium est prédominante et est fortement complexée par les carbonates. Le couplage EC-ICP-MS, technique ayant déjà été éprouvée pour la spéciation des actinides, a été retenu pour déterminer les constantes thermodynamiques associées à la formation de ces complexes.L’étude menée sur le plutonium (VI) a permis d’obtenir des constantes de stabilité à 25°C. A partir de ces valeurs, les coefficients d’interaction spécifique ont été ré-évalués par rapport à celles reportées par l’AEN. Le diagramme de spéciation en solution du Pu(VI) en présence d’ions carbonate a été établi. Il suggère la complexation de la forme plutonyle par les ions carbonate dès pH=3.Les travaux réalisés sur les actinides (V) (Np et Pu) ont permis de déterminer à la fois les constantes de stabilité des complexes carbonates puis les enthalpies et entropies molaires de réaction à partir de l’étude menée en température. Expérimentalement, l’analogie entre le neptunium et le plutonium a été confirmée. Afin de mieux comprendre le comportement du plutonium au sein d’eaux de surface, la détermination des enthalpies et entropies a été nécessaire. Les diagrammes de spéciation établis à partir de ces données montrent une quasi similarité dans la répartition chimique des espèces du plutonium pentavalent sans considération de la localisation de l’eau de surface analysée. / In the field of environmental control, the behavior of plutonium in various media and particularly in surface waters is relevant taking into account its radiotoxicity. Carbonate ions widely present in these media mainly complex pentavalent plutonium. In this field, CE-ICP-MS coupling, which was already used for actinides speciation, has been considered for the determination of thermodynamic constants associated to plutonium carbonate complexes.The study developed on plutonium (VI) allowed determining the stability constants at 25°C. From these values, the specific interaction coefficients based on the values recommended by the NEA have been reevaluated. The speciation diagram of Pu(VI) in aqueous carbonate solution has been established and shows the complexation of the plutonyl form by carbonates complex beyond pH=3.The works realized on the complexation of actinides (V) (Np and Pu) by carbonate ions at different temperatures allowed determining both the stability constants and the molar enthalpies and entropies of reaction. Experimentally, the analogy between neptunium and plutonium has been observed and allowed the determination of values which are more precise and consistent with those of the literature. For a better understanding of the plutonium behavior in surface waters, the determination of enthalpies and entropies has been necessary. The speciation diagrams established from these values show a near similarity in the chemical distribution of plutonium species without any further consideration of the analyzed surface water location.

Ces travaux de thèse, effectués dans le cadre des études sur le retraitement des combustibles nucléaires usés par extraction liquide-liquide, concernent l’évaluation des performances d’extraction d’une nouvelle famille de molécules : les carbamides (R1R2NC(O)NR3R4). Cette famille peu étudiée jusqu’à maintenant apparait comme pertinente pour la séparation chimique de l’uranium et du plutonium à partir d’une solution d’acide nitrique concentrée. Le procédé envisagé permettrait une co extraction de l’uranium et du plutonium à forte concentration d'acide nitrique (4 mol.L 1) ainsi qu’une séparation de ces deux éléments à plus faible concentration d'acide nitrique (0,5 mol.L-1) sans avoir recours à des réactions d’oxydo-réduction comme c’est le cas pour le procédé industriel PUREX actuellement mis en œuvre dans les usines de retraitement de La Hague.En vue de l’optimisation de la structure de ces nouveaux extractants, 17 carbamides ont été étudiés. L’influence de la longueur des chaînes alkyle, du nombre de substituants, du nombre et de la position de ramifications a été évaluée sur l’extraction de l’uranium et du plutonium ainsi que sur la sélectivité U/Pu. Les résultats ont montré que certains carbamides sont des extractants performants vis-à-vis de l’uranium. La présence d’un groupement –NH sur la fonction carbamide améliore l’extraction alors que l’ajout de ramifications sur les chaines alkyles diminue l’extraction ainsi que la séparation U/Pu. Des études complémentaires sur la capacité de charge et la viscosité ont permis d’optimiser la structure et de proposer des candidats répondant aux critères de développement d’un procédé.La spéciation de l’uranium et du plutonium en phase organique en fonction de divers paramètres (structure du carbamide, concentration d'acide nitrique, etc) a mis en évidence les différents complexes formés: UO2(NO3)2L2; UO2(NO3)3(HL) et {UO2(NO3)L2}(NO3)pour l’uranium et Pu(NO3)4L2 et Pu(NO3)6(HL)2 pour le plutonium. Un lien entre les différences de propriétés extractantes et la nature des complexes formés en phase organique a été mis en évidence. En particulier, un changement du mécanisme d’extraction de l’uranium est observé pour les composés portant le groupement –NH. Par ailleurs, l’augmentation de la concentration d’acide nitrique en phase aqueuse favorise fortement la formation des complexes où l’extractant est en sphère externe UO2(NO3)3(HL) et Pu(NO3)6(HL)2 en solution.Enfin la stabilité de ces extractants vis-à-vis de la radiolyse a été étudiée de manière préliminaire. / This thesis, conducted in the framework of the reprocessing of spent nuclear fuels by solvent extraction, concerns the extraction performances evaluation in view of new extractants optimization: carbamide molecules (R1R2NC(O)NR3R4). This extractant family has not attracted much attention in literature but appears as a good substitutes for the chemical separation of uranium and plutonium from an nitric acid aqueous phase. The considering process will allow to extract uranium and plutonium at high nitric acid concentration (CHNO3aq = 4 mol.L-1) and separate these two elements at lower nitric acid concentration (CHNO3aq = 0,5 mol.L-1) without redox chemistry.In these conditions, 17 carbamide extractants were studied to observe the influence of alkyl chains length, substituent number, position and number of (2-ethylhexyl) ramifications on the uranium and plutonium extraction and on the U/Pu selectivity. Results indicate a high uranium extraction by carbamide molecules. Moreover, substituent number have a high influence on the cations extraction whose distribution ratio highly increase with the –NH group presence on the carbamide function. On the other hand, ramifications addition decrease the extraction and the U/Pu separation with the decreasing of distribution ratios. Additional studies on loading capacity and viscosity measurements allow to optimize the structure and some good analogs are proposed to process development.The uranium and plutonium speciation in organic phase as a function of experimental conditions (carbamide structure, nitric acid concentration, etc) allow to highlight formed complexes: UO2(NO3)2L2; UO2(NO3)3(HL) and {UO2(NO3)L2}(NO3) for uranium and Pu(NO3)4L2 and Pu(NO3)6(HL)2 for plutonium. The relation between extracting properties and formed complexes in organic phase has been made. In particular, modification of the uranium extraction mechanism is observed for the compounds containing –NH group. Moreover, the increase of aqueous nitric acid concentration have a favorable effect on the formation of outer sphere complexes UO2(NO3)3(HL) and Pu(NO3)6(HL)2.Then extractant stability of extractant regarding γ radiolysis have also been studied

La problématique de l’accès potable est très aiguë dans plusieurs pays en développement. Entre les années 1999 et 2004, un programme d’approvisionnement en eau de consommation a été mis en œuvre au profit des populations de la région Nord du Burkina Faso à travers la réalisation de forages. Au cours de son application, ce programme a malheureusement rencontré un problème, lié à la contamination des eaux souterraines par l’arsenic, naturellement relargué à partir des roches en contact avec la nappe aquifère. Dans le cadre de ce travail, nos études conduites par la suite dans la zone nous ont permis de mettre en évidence des teneurs élevées et parfois excessives dans certaines eaux souterraines. Le contrôle chimique et microbiologique régulier de la qualité de l’eau apparaît comme un moyen primordial de prévention des risques sanitaires liés à la consommation de ces eaux. A cet effet, deux outils électroanalytiques de suivi des teneurs en arsenic et en mercure dans les eaux souterraines ont été développé. La méthode conçue sur la base du premier dispositif utilise une électrode de pâte de carbone modifiée par des nanoparticules d’or et recouverte d’une monocouche auto-assemblée de glutathion. Elle est caractérisée par une large gamme de travail comprise entre 3 et 1498 µg/L, une répétabilité de l’ordre de 5%, une exactitude de 3,5 % et une limite de détection estimée à 0,9 µg/L. Cette méthode a été appliquée avec succès à une étude de spéciation sur site. Il ressort de ces investigations que 40% des échantillons d’eaux analysés ont une prévalence relative en arsenic (III) supérieure à 50%, et 60% des échantillons ont une prévalence relative en arsenic (V) supérieure à 50%. Le second dispositif électroanalytique, développé pour la surveillance des teneurs en ions mercuriques dans les eaux souterraines, est basé sur une électrode sérigraphiée de carbone modifiée par des nanoparticules d’or. La méthode mise en œuvre à l’aide de ce transducteur est caractérisée par une gamme de travail comprise entre 1 et 100 µg/L, une répétabilité de 5%, une exactitude de 0,4% et une limite de détection estimé à 1 µg/L. L’application à l’analyse d’une série d’échantillons d’eau souterraine a révélé une teneur cinq fois supérieure à la norme pour un échantillon d’eau et des teneurs proches de la limite de quantification pour 2 échantillons. Les méthodes développées sont aisées à mettre en œuvre, elles offrent des caractéristiques de performances comparables à celles des méthodes de références pour un coût d’investissement très abordable. Elles sont bien adaptées aux mesures de suivi et des analyses sur terrain. Elles pourraient constituer pour un pays comme le Burkina Faso, une alternative très intéressante aux méthodes de spectrophotométrie atomique coûteuses et difficilement accessibles. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Pharmacie) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le mercure est un polluant ubiquiste dont les espèces organiques, telles que le méthylmercure (MMHg), s'accumulent dans la chaîne trophique et sont fortement toxiques pour les organismes vivants. Des microorganismes anaérobies sont capables de transformer le mercure inorganique en MMHg, et inversement, par des processus qui n’ont pas été complètement établis. Cette étude vise à mieux comprendre les transformations du mercure chez des bactéries sulfato-réductrices modèles : D. dechloracetivorans BerOc1, capable de méthyler et déméthyler le mercure, et D. desulfuricans G200, utilisé ici comme témoin non méthylant. Les objectifs de cette étude sont donc de déterminer où ont lieu les processus de méthylation et déméthylation du mercure à l’échelle cellulaire ainsi que d’identifier les ligands du mercure impliqués dans ces processus. Dans un premier temps, la toxicité du mercure inorganique (IHg) et du MMHg a été évaluée sur la croissance des deux souches. Les potentiels de méthylation et de déméthylation, la localisation du mercure et ses ligands ont été déterminés au niveau de la culture et à l’échelle cellulaire. Ces paramètres ont été évalués à différentes concentrations de mercure ainsi qu’au cours d’une cinétique. Ce travail de thèse a mis en avant que IHg et MMHg ont moins d’impact sur la croissance des deux souches étudiées en sulfato-réduction du fait de la forte précipitation du mercure. Une ou des étapes limitantes interviendraient dans le processus de méthylation. De plus, une différence de localisation cellulaire du mercure a été constatée au cours du temps, suggérant un export de ce dernier, et selon la souche bactérienne suggérant des mécanismes cellulaires différents. L’imagerie par TEM EDX et l’analyse élémentaire par nano-fluorescence X ont permis d’observer la co-localisation du mercure avec le soufre. L‘étude de la spéciation par HR XANES a confirmé la prédominance de ligands thiols associés aux processus de méthylation et de déméthylation. Une forme tétragonale est prédominante dans les échantillons exposés à HgCl2 en croissance suggérant que cette espèce est formée via un processus biologique. / Mercury is a wide spread pollutant that build up in living tissues. The transformation of mercury into methylmercury is primarily a natural and biological process mediated by anaerobic bacteria. Understanding the parameters influencing the formation of methylmercury is critically important due to its highly toxic, bioaccumulative and persistent nature. Herein we aim to study the mechanism by which model strains used in laboratories can transform inorganic and methylmercury. The objectives of this study are determining where mercury methylation and demethylation processes take place at the cell scale and identifying the mercury ligands involved in these processes. At first, the toxicity of inorganic mercury (IHg) and MMHg were measured on the bacterial growth. The methylation and demethylation potentials, the localization of mercury and its ligands were determined in the culture and at the cell scale. These parameters were evaluated at different concentrations of mercury as well as during kinetic. This study has highlighted that IHg and MMHg have less impact on the growth of both strains in sulfate reduction because of the high precipitation of mercury. One or more limiting steps would occur in the methylation process. In addition, a difference in cell localization of mercury has been observed over time, suggesting an export at 24h of exposure. Mercury localization also depends on the bacterial strain suggesting different cell mechanisms. TEM EDX imaging and elemental analysis by X-ray nano-fluorescence showed mercury co-localized with sulfur. The study of HR XANES speciation confirmed the predominance of thiol ligands associated with methylation and demethylation processes. A tetragonal form is predominant in samples exposed to growing HgCl2 suggesting that this species is formed via a biological process.

Le genre Fraxinus comprend environ 45 espèces d’arbres et d’arbustes de zones tempérées, colonisant des habitats variés de l’hémisphère Nord. Une diversité intraspécifique et interspécifique élevée justifiait le besoin de l'estimation d'une phylogénie moléculaire permettant de mieux reconstituer et interpréter l'histoire biogéographique de ce genre d’angiospermes circumpolaires, et ce à l’échelle générique, mais aussi à l’échelle spécifique en Europe. L’étude de la diversité génétique des séquences du génome chloroplastique n’a pas permis de distinguer les différentes espèces du genre, particulièrement lorsque ces espèces étaient phylogénétiquement proches, en raison de taux de divergence particulièrement bas. Toutefois, certaines sections taxonomiques du genre ont pu être identifiées convenablement grâce à ces séquences d’ADN chloroplastique. Ces résultats montrent que l’utilisation de régions du génome chloroplastique comme code-barre moléculaire, en dépit de bons résultats dans plusieurs genres non ligneux, ne pourrait être une solution universelle pour l’estimation de la biodiversité et la reconnaissance taxonomique chez les arbres. Les efforts subséquents se sont donc portés sur l’identification et l’utilisation de régions du génome nucléaire pour l’estimation de la phylogénie du genre. Les sections précédemment décrites dans la littérature ont été retrouvées, et les espèces n’ayant pu être attribuées à un groupe taxonomique (incertae sedis) ont été assignées de manière robuste à la section Melioides. Certaines espèces de la section Melioides semblaient avoir échangé des gènes récemment ou avoir radié, formant une polytomie dans l’ensemble des jeux de données. À partir de cette phylogénie ont été inférés trois évènements de dispersions intercontinentales, deux de l’Amérique du Nord vers l’Asie, et un de l’Asie vers l’Amérique du Nord. L’évolution de la section Fraxinus, qui se retrouve principalement en Eurasie, a ensuite été étudiée et datée, afin de déterminer si des facteurs géologiques ou climatiques passés pouvaient être responsables de la structure de la diversité génétique actuellement observée. Une incongruence topologique majeure a été détectée entre les phylogénies découlant de différentes régions du génome nucléaire, mettant en évidence une évolution réticulée ancienne entre F. angustifolia et F. mandshurica. La mise en place de l’Himalaya et les changements climatiques de la fin du Tertiaire pourraient expliquer les évènements de spéciation dans la section, alors que le réchauffement climatique intervenu durant le Miocène pourrait avoir offert les conditions climatiques nécessaires au rapprochement des distributions naturelles et à l’évolution réticulée observée entre F. angustifolia et F. mandshurica. L’ensemble de nos résultats confirme le rôle important joué par l’hybridation naturelle et l’évolution réticulée ancienne, apportant un éclairage nouveau sur l’influence majeure qu’ont eu les changements environnementaux sur la mise en place de la diversité génétique et taxonomique actuelle dans le genre Fraxinus. / The genus Fraxinus contains about 45 species of temperate trees and shrubs colonizing various habitats in the Northern hemisphere. A great intraspecific and interspecific diversity indicated the need to estimate a molecular phylogeny in order to reconstruct and interpret the biogeographic history of this circumpolar angiosperm tree genus, both at the generic and the specific scale in Europe. The study of cpDNA diversity did not allow to distinguish among the different species of the genus, particularly when these species were closely related, due to very low divergence rates at the nucleotide level. However, some taxonomical sections of the genus could be recognised. These results show that the use of cpDNA regions as a molecular barcode cannot be a universal answer for the estimation of forest tree biodiversity, despite the good discrimination and results obtained with herbaceous plants. Thus, subsequent efforts at estimating the phylogeny of the genus were thus directed towards nuclear regions. The sections previously described were retrieved, and species that could not be attributed to a taxonomic group (incertae sedis) were assigned with confidence to the section Melioides. Some species of the section Melioides appeared to have exchanged genes recently or having radiated, forming a polytomy in all datasets. According to this phylogeny, three dispersal events were inferred, two from North America to Asia, the last from Asia to North America. The evolution of the section Fraxinus, which is mainly found in Eurasia, was further investigated and the phylogeny dated, in order to determine associations between past geological and climatic changes and the extant genetic diversity. A major incongruence was detected between tree topologies derived from different regions of the nuclear genome, indicating ancient reticulate evolution between F. angustifolia and F. mandshurica. The Himalaya uplift and climatic changes observed during the end of Tertiary could explain the speciation events in the section, whereas the warmer climate during the Miocene could have provided favourable conditions for expanding natural ranges, favouring reticulate evolution between F. angustifolia and F. mandshurica. All these results confirm the key role of natural hybridization and ancient reticulate evolution, highlighting the major influence of environmental changes on structuring the present taxonomical and genetic diversity of the genus Fraxinus.

Le processus biologique fondamental que représente la spéciation permet l’émergence d’une diversité fulgurante sur Terre. L’un des défis qui se posent actuellement pour les biologistes évolutionnistes est de comprendre les mécanismes moléculaires fondamentaux qui sous-tendent l’expression de cette diversité observée en milieu naturel. Advenant la colonisation d’un nouvel environnement par une espèce donnée, ces mécanismes peuvent se mettre en place rapidement afin de permettre une exploitation différentielle et indépendante des niches écologiques disponibles. La divergence entre populations exploitant différentes niches s’exprime alors, au niveau génétique, par l’établissement de barrières au flux génique de façon hétérogène à l’intérieur des génomes. La situation évolutive du grand corégone en Amérique du Nord correspond précisément à ce contexte. En effet, on retrouve en milieu lacustre des populations sympatriques de deux écotypes, soit la forme normale benthique et la forme naine limnétique, qui démontrent des signes évidents de divergence morphologique et génétique. Dans le cadre de cette récente divergence entre écotypes, nous avons utilisé les plus récents développements biotechnologiques afin d’identifier et caractériser les régions génomiques fortement différenciées entre écotypes de grand corégone. Les objectifs de la présente étude étaient de i) mettre au point une bio-puce de capture ciblée d’ADN génomique, ii) d'hybrider de l’ADN génomique de plusieurs corégones appartenant aux populations sympatriques à l’aide de la puce conçue, iii) d’assembler et annoter un maximum de gènes capturés et iv) de caractériser la nature et l’ampleur des régions génomiques de divergence entre nains et normaux. L'utilisation de cette technique a permis de capturer et d'assembler avec précision 2 728 gènes (~10% du génome) afin de procéder à une étude à large spectre des différences génétiques entre les deux écotypes. Ce travail a permis d'identifier 267 marqueurs SNP, situés dans 210 gènes, fortement différenciés et potentiellement impliqués dans la divergence écologique qui s’exerce entre écotypes de grand corégone. Les résultats suggèrent que la régulation de l’expression des gènes et un ensemble de mutations, chacune de faible effet, interviennent tôt dans le processus de spéciation chez le corégone, par opposition aux mutations structurales qui modifient la séquence codante des gènes. / The fundamental process of speciation allows the emergence of an astonishing diversity on Earth. One of the main challenges in evolutionary biology is to understand and document the fundamental molecular mechanisms underlying this diversity observed in nature. The establishment of these mechanisms can be extremely rapid when a species colonizes new environments, which gives birth to niche specialization. On the genetic level, this population divergence appears by the emergence of heterogeneous barriers to gene flow in the genome. Lake Whitefish species pairs in North America represent a good model to study the ongoing process of speciation given its particular evolutionary situation. Various lakes in northeastern North America harbor sympatric populations of dwarf (limnetic) and normal (benthic) whitefish showing clear signs of morphological and genetic divergence. In this study, we have taken advantage of recent biotechnological developments in order to identify and document genomic regions of divergence between whitefish ecotypes. The objectives were to i) develop an exon capture chip, ii) enrich and capture genomic regions from multiple samples in natural populations, iii) assemble and annotate a maximum of captured genes and, ultimately, iv) document the extent of genetic differentiation between whitefish ecotypes. This new approach available with the technology of sequence capture allowed us to specifically capture and assemble 2,728 genes (~10% of the genome) to document on a large scale the extent of genetic differentiation between both ecotypes. In total, 267 SNP loci, located in 210 genes, were significantly divergent. This vast array of genes associated to many different biological processes potentially and partly explains the ecological divergence between whitefish ecotypes. Results suggest a greater role of regulation of gene expression and the role of many changes, each of small effect, as explaining early divergence between dwarf and normal whitefish, compared to functional mutations in the protein coding regions.

La mise en place de barrières à la reproduction et, par conséquent, la spéciation elle-même, engendrent et maintiennent la biodiversité. Les principaux objectifs de mes travaux étaient premièrement d'identifier l'ampleur des différences d'expression de gènes entre des jeunes espèces de grand corégones nains, normaux, ainsi que leurs hybrides. Par la suite, grâce à une technique révolutionnaire de séquençage, nous avons obtenu de l'information de séquence et de polymorphisme pour plusieurs milliers de gènes. Finalement, le génotypage de marqueurs SNPs en populations naturelles et simultanément dans une famille de poissons hybrides a permis d'évaluer l'effet de la sélection naturelle sur la divergence génétique des corégones. Ainsi, cette thèse apporte une meilleure compréhension de la divergence adaptive et de l'isolement reproducteur chez le corégone, tout en identifiant spécifiquement des gènes candidats impliqués dans le processus de spéciation.