Brachycaudus helichrysi est un puceron ravageur des cultures qui inflige de sérieux dégâts à ses hôtes primaires (arbres fruitiers du genre Prunus) ainsi qu'à plusieurs herbacées cultivées correspondant à ses hôtes secondaires (par exemple les tournesols et les chrysanthèmes).L'étude phylogéographique de l'espèce basée sur un échantillonnage mondial, montre que B. helichrysi rassemble deux taxa appelés B. helichrysi H1 et H2. Cette étude, basée sur plusieurs marqueurs génétiques (mitochondriaux, nucléaire et bactériens), révèle une divergence génétique de l'ordre de celle observée entre espèce du genre Brachycaudus. Ceci suggère que B. helichrysi H1 et H2 sont deux espèces sœurs. Comme H1 et H2 sont morphologiquement indistinguables, nous avons mis au point un test de discrimination génétique par PCR-RFLP.L'analyse des génotypes (14 loci microsatellites) combinés aux données écologiques suggère que ces deux espèces sœurs ont des histoires évolutives différentes. Le cycle de vie de B. helichrysi H1 correspondrait à la parthénogenèse cyclique, utilisant les pruniers comme hôte primaire. Nous avons montré qu'il existe chez H1 des clusters génétiques structurés géographiquement. Au contraire, B. helichrysi H2 rassemble principalement des lignées clonales polyphages, persistantes et largement distribuées dans le monde (i.e. superclones), ainsi qu'une lignée sexuée, probablement hétéroécique, qui a été trouvée sur pêchers en Inde. Les individus des deux espèces colonisent fréquemment une même plante herbacée, composant ainsi des colonies « mixtes ». Cette étude apportera un éclairage sur comment l'évolution des cycles de vie, en particulier la perte de la reproduction sexuée, a pu jouer un rôle dans les processus de spéciation au sein du complexe B. helichrysi / Brachycaudus helichrysi is a worldwide polyphagous aphid pest that seriously damages its primary hosts (Prunus spp.) and the various cultivated plants among its secondary hosts (e.g. sunflower, chrysanthemums).In a phylogeographic study based on a worldwide sampling, I have shown that this species is actually an amalgamation of two sibling taxa called B. helichrysi H1 and B. helichrysi H2. This study based on mitochondrial, nuclear and Buchnera aphidicola (the primary symbiont of aphids) DNA markers revealed that these two taxa display levels of genetic divergence as great as those generally found between sister species in the Brachycaudus genus, suggesting that they actually correspond to two distinct sibling species. As these two species are morphologically indistinguishable, we developed a PCR-RFLP test to genetically discriminate them.Further investigations, based on microsatellites data combined with ecological information suggest that these two species have two very different evolutionary histories. Brachycaudus helichrysi H1 exhibits a typical signature of cyclical parthenogenesis, using plum trees during the sexual phase, and we demonstrate the existence of distinct geographic genetic clusters within this species. By contrast B. helichrysi H2 comprises two types of lineages. First, it gathers several persistent obligate clonal lineages distributed worldwide (i.e. superclones) and highly polyphagous, and second, we reveal the existence of a cyclical parthenogenetic H2 lineage that uses peach trees as primary hosts and has so far only been found in India. All B. helichrysi lineages of H1 and H2 co-occurred in mixed colonies on herbaceous hosts all around the world.This study will shed light on how life cycle evolution, especially the loss of sexual reproduction, could explain the ongoing speciation process in the B. helichrysi species complex.

Ce doctorat s'intègre dans les programmes OPUR et Piren-Seine et a eu pour vocation d'améliorer les connaissances actuelles sur l'influence des rejets urbains de temps de pluie sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux dans les systèmes sous forte pression urbaine tel que la Seine. En effet l’impact des métaux lourds dans le milieu récepteur sur les organismes vivants dépend d'une part de leurs teneurs totales mais aussi et surtout de leur biodisponibilité. Il est généralement admis que la forme biodisponible des métaux lourds pour les organismes vivants est la forme dissoute libre. Les RUTP vont donc pouvoir considérablement modifier la teneur et la biodisponibilité des métaux lourds dans le milieu naturel dans la mesure où ces rejets sont fortement chargés en matière organique dissoute (MOD) qui va influencer considérablement, avec la MOD déjà présente dans le cours d'eau, la spéciation des métaux dans le milieu étant donnée sa capacité à complexer ces derniers et sa tendance à diminuer leur biodisponibilité. La compréhension de l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité des métaux suppose en outre que l'on connaisse précisément sa composition chimique ou plus exactement ses groupements fonctionnels. C'est pourquoi une partie de ces travaux est consacrée à la caractérisation de la matière organique dissoute d'origine naturelle et urbaine par son fractionnement selon le critère de polarité. Une caractérisation plus fine a été réalisée à l'aide des analyses fonctionnelles permettant ainsi de mieux aborder l'influence de la MOD sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Parallèlement à l'étude de caractérisation de la MOD, ce travail s'attache à mieux cerner le rôle de la MOD d'origine urbaine en particulier de la MOD hydrophile sur la spéciation et la biodisponibilité du cuivre. Dans cet objectif, la technique potentiométrique à l'aide d'électrode ionique spécifique ainsi que des biotests de toxicité aiguë (Daphnia magna) ont permis :- d'étudier la complexation du cuivre par les MOD afin notamment de fournir des paramètres de complexations des MOD hydrophiles peu connues jusqu'à présent et ainsi mieux prédire le transport des métaux en milieu urbain.- d'évaluer le rôle protecteur de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité du cuivre. Les résultats ont montré que la MOD issue des rejets urbains et rejetée dans le milieu récepteur présente des caractéristiques originales à savoir un fort pourcentage de MOD hydrophile, c'est à dire une faible hydrophobicité et un degré d'aromaticité peu marqué soulignant le caractère peu réfractaire de cette MOD. En revanche une plus grande diversité fonctionnelle de la MOD d'origine urbaine par rapport à la MOD naturelle a été mise en évidence notamment par un taux de structures protéiques très important. Les résultats obtenus vis-à-vis des MOD d'origine urbaine ont montré une réactivité particulière vis-à-vis du cuivre. En effet les rejets urbains ont montré une teneur en sites complexant plus élevée que ce qu'il est observé pour des matières organiques naturelles. Le rôle particulier de groupements amines dans la complexation du cuivre a été mis en évidence. L'approche utilisée pour évaluer la biodisponibilité du cuivre a révélé pour l'ensemble des MOD un effet protecteur vis-à-vis du cuivre sur les organismes vivants. Une corrélation positive de cet effet avec la teneur en eaux usées été mise en évidence, notamment pour les MOD des RUTP et plus particulièrement pour la fraction hydrophile (HPI), signalant ainsi la forte influence de la MOD d'origine urbaine sur la biodisponibilité et la toxicité du cuivre / This thesis was carried out on the framework of the OPUR and Piren-Seine programs. The main objectives were to improve the current knowledge on the influence of combined sewer overflows (CSO) on metal speciation and bioavailability in urban aquatic system. Indeed, the impact of heavy metals in the receiving environment on the life of microorganisms depends on a portion of their total concentrations but also and especially of their bioavailability. It is generally recognized that the bioavailable heavy metals to microorganisms is dissolved free. The CSO's will be able to significantly change the content and bioavailability of heavy metals in the environment in so far as these discharges are heavily loaded with dissolved organic matter (DOM) which will considerably influence with the DOM already present in course of water the speciation of metals in the environment given its ability to complex metals and its tendency to decrease their bioavailability. The understanding of the influence of DOM on trace metal speciation and bioavailability required that the chemical composition of DOM, more exactly its binding sites should be well understood. Therefore, one part of this research focused on the characterization of DOM of natural and urban origin by fractionation according to the criteria of polarity. A finer characterization was performed using functional analyses that were of prime importance to better understand the influence of DOM on copper speciation and bioavailability. Alongside the characterization study of the DOM, this work aims to better understand the role of urban DOM in particular hydrophilic fraction on the speciation and bioavailability of copper. To accomplish these objectives, the technique such as potentiometry with ionic selective electrode and bioassay such as an acute toxicity test (Daphnia magna) were performed in order to: - Study the copper binding by DOM in order to give some binding parameters of hydrophilic DOM and to better predict the fate of the trace metal. - Evaluate the protective role of urban DOM on copper bioavailability. Results showed some particular characteristics of urban DOM such as a high proportion of hydrophilic DOM, i.e. a low hydrophobicity and a low degree of aromaticity underlying the low refractory character of this DOM. Nevertheless a higher content of various functional groups was determined in urban DOM than in natural DOM. A very high content of proteinaceous structures was particularly identified in urban DOM. Binding experiments revealed a higher content of binding sites in urban discharges than in natural DOM and these sites are strongly correlated to amino groups. The approach used to evaluate copper bioavailability depicted a protective role of DOM to the organisms Daphnia magna(...)

L’urbanisation est en forte croissance dans le monde, surtout en Afrique. Nourrir cette population urbaine nécessite de doubler la production agricole d’ici 2030. Une des solutions semble être l’agriculture urbaine. Le Gabon, comme d’autres pays d’Afrique, connait un essor de l’agriculture urbaine, en particulier à Libreville. Mais aucune étude concrète de l’impact dans le pays de l’agriculture en milieu urbain sur les propriétés bio-physico-chimiques, et le comportement des métaux dans les sols n’a encore été réalisée. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail était d’étudier l’impact des cultures maraîchères urbaines sur les propriétés des sols, ainsi que la présence de certains métaux dans les sols et les plantes cultivées. Le maraîchage urbain est pratiqué sous abri ou en plein air et souffre encore de maux qui freinent son développement (niveau d’études des maraîchers, précarité du foncier, accès limité aux fertilisants, à l’eau d’irrigation…). Les sols de Libreville sont sablo-limoneux ou argilo-sablo-limoneux. La teneur des métaux est en général faible et les risques de contamination dans la chaîne alimentaire limités. Les sols cultivés depuis moins de 10 ans et les sols sous abri ne subissent pas un impact significatif vis-à-vis des sols non cultivés. En outre, les sols cultivés en plein air depuis au moins 10 ans sont acidifiés et leurs paramètres de fertilité et la teneur des métaux diminuent significativement. Le pH est bien corrélé à la spéciation chimique des métaux et il y a une bonne mobilité de Mn, Pb et Zn dans les sols. La teneur en métaux dans les légumes cultivés à Libreville était inférieure aux limites autorisées par la FAO. L’amarante et l’oseille accumulent bien les métaux, en particulier dans les feuilles qui sont consommées. La simulation du chaulage des sols cultivés en plein air depuis au moins 10 ans à l’aide du logiciel PHREEQC, montre qu’une stabilisation du pH à 6-7 améliorerait la fertilité des sols. Des expériences in situ et au laboratoire sont nécessaires pour confirmer ces résultats et tester d’autres apports minéraux et/ou organiques. / Urbanization is growing rapidly worldwide, especially in Africa. Feed this urban population requires to double agricultural production before 2030. One of solution seems to be urban agriculture. Gabon, like other African countries, is experiencing a boom of urban agriculture, particularly in Libreville. But no concrete study of the impact of urban agriculture on the bio-physico-chemical properties and behavior of metals in soils has yet been carried out in the country. In this context, the objective of this work was to study the impact of urban gardening on soil properties, and the presence of metals in soils and crops.The urban gardening is practiced under cover or in open air and some factors hinder its development (instruction level of gardeners, land insecurity, fertilizers, limited access to water ...). Soils in Libreville are sandy-loam or clay-sandy-loam. The content of metals is generally low and the risk of contamination in the food is limited. Soils cultivated for less than 10 years and soils cultivated under cover do not undergo a significant impact of agricultural practices. In contrast, soils cultivated in open air for at least 10 years are acidified, their fertility parameters and metal content decreasing significantly. The pH is correlated with the chemical speciation of metals and there is a good mobility of Mn, Pb and Zn in soils. Metal content in vegetables grown in Libreville was below the limits allowed by the FAO. Amaranth and sorrel accumulated many metals, especially in the leaves that are consumed parts. The simulation of the liming of agricultural soils cultivated in open air for at least 10 years with the PHREEQC software shows that stabilization to pH 6-7 would improve soils fertility. Some experiments in situ and in laboratory are needed to confirm these results and other mineral and/or organics inputs tests.

L’étude proposée s’inscrit dans un contexte de contamination croissante de la pédosphère et fait le choix d’appréhender cette problématique via une approche centrée sur la rhizospère et sur les mécanismes gouvernant son évolution. Ces travaux s'intéressent à la relation entre l’uranium – un métal naturel ubiquiste non-essentiel – et le citrate – un acide organique de faible poids moléculaire exsudé par certaines espèces végétales poussant sur un milieu pauvre en phosphore. Parmi ces espèces particulières le lupin blanc (Lupinus albus) fait office de plante modèle. Un sol naturellement riche en uranium prélevé à l’affleurement d’une veine de pechblende a été étudié. L’objectif du travail a été de savoir si l’activité racinaire est suffisante pour provoquer la remobilisation de l’uranium dans la solution du sol et favoriser son transfert. Le système sol/plante a été étudié sur rhizotest et de manière découplée en hydroponie et en réacteurs fermés. Il a été démontré que la présence d’uranium dans un milieu contrôlé (hydroponie) stimule l’exsudation de citrate chez les lupins blancs qui ne sont pas carencés en phosphore et que cette exsudation de citrate favorise la solubilisation de l’uranium dans la solution du sol en réacteurs fermés. Ces résultats ont été confirmés par les observations faites sur rhizotest même si les valeurs obtenues dans ce cas étaient plus nuancées. Ceci justifie les approches utilisées et met en évidence leur complémentarité. Les résultats obtenus ont également permis d’apporter des informations concernant la toxicité de l’uranium, son internalisation dans les cellules racinaires ainsi que sur son transfert des racines aux parties aériennes. / The present study is related to the context of pedosphere contamination increasing and chose to consider this issue through a focus on rhizosphere and mechanisms that govern its evolution. This work is oriented on the relation between uranium – a non-essential ubiquitous metal – and citrate – a low molecular weight organic acid exudated by specific species when grown on a phosphorus-deficient environment. Among these particular species white lupine (Lupinus albus) is considered as a model species. Furthermore, a natural soil containing huge amounts of uranium has been collected at the outcrop of a pitchblende vein and used during some experiments. The main aim of this PhD thesis was to determine if the root activity of white lupine is sufficient to cause the remobilization of uranium into soil solution and so to promote the transfer of this contaminant to the plant. The soil/plant system has been studied with rhizotests and by combining datas obtained with hydroponics experiments and batches tests. It has been demonstrated that the presence of uranium in a controlled growth medium (hydropony) stimulates citrate exudation in P-sufficient white lupine. More, this citrate exudation enhances uranium solubilization in soil solution in batches. These results have been confirmed by observations on rhizotest even if the values in this case were more nuanced. This justifies the employed approaches and highlights their coherence and complementarity. The results also allowed to provide additional information concerning uranium toxicity, its internalization in root cells as well as its transfer from roots to aerial parts.

Le soufre existe dans l’hydrosphère dans des état d’oxydation allant des sulfates (+VI) aux sulfures (-II) et incluant de nombreuses espèces à des états d'oxydation intermédiaires, telles que le soufre élémentaire (0), les thiosulfates (-I, V) et les sulfites (IV). Ces espèces en particulier sont considérées comme des intermédiaires importants dans les réactions biologiques et abiotiques qui transforment (oxydent, réduisent ou dismutent) le soufre et sont fréquemment couplées aux cycles biogéochimiques du carbone, de l’azote, de l'oxygène et du fer.Les processus du cycle du soufre sont étudiés en mesurant les concentrations des différentes espèces contenant du soufre (analyse de spéciation) et en mesurant leur rapport isotopique respectif (analyse isotopique). Des difficultés analytiques sont fréquemment rencontrées, car les espèces soufrées, notamment celles de valence intermédiaire, sont présentes en faibles concentrations et sont difficiles à isoler. Ainsi, les rapports isotopiques des espèces de valence intermédiaire sont rarement déterminés. Les études des processus du cycle du soufre gagneraient grandement à l'amélioration des méthodes de mesure des rapports isotopiques des espèces de soufre inorganiques, en particulier des espèces intermédiaires les moins abondantes.Dans ce contexte, ce travail de thèse s’est consacré à l’élaboration de stratégies analytiques combinant spéciation et isotopie du soufre, afin de réaliser la mesure des rapports isotopiques du soufre de plusieurs espèces inorganiques présentes simultanément dans des échantillons liquides. Une méthode de spéciation permettant de quantifier les sulfites, les sulfates et les thiosulfates par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse à plasma à couplage inductif haute résolution (LC-HR-ICP-MS) a tout d’abord été mise en place. Ensuite, une approche hors-ligne a été développée pour l’analyse isotopique des sulfures, des sulfates et des thiosulfates. Elle consiste en une préparation d’échantillon par précipitation séquentielle des espèces soufrées, suivie de leur analyse par analyseur élémentaire couplé à un spectromètre de masse à rapport isotopique (EA-IRMS). Cette méthode permet de déterminer les valeurs de δ34S des sulfures, des sulfates et des thiosulfates avec des incertitudes de mesure inférieures à 0,5 ‰ pour des échantillons d’eau contenant au moins 27 µg de soufre. Cette méthode a été appliquée à l’étude d’eaux de source et d’eaux d’un aquifère profond et au suivi du fractionnement isotopique du soufre dans une culture de bactéries sulfato-réductrices.Un couplage entre séparation anionique et détection par spectromètre de masse à plasma à couplage inductif multicollecteur (LC-MC-ICP-MS) a été mis au point pour la détermination en ligne des valeurs de δ34S des sulfites, des sulfates et des thiosulfates. Cette méthode nous a permis de déterminer δ34S des sulfites, des sulfates et des thiosulfates pour des échantillons d’eau contenant 1 µg de soufre par espèce avec des incertitudes de mesure inférieures à 0,6 ‰. / Sulfur is present in the hydrosphere at oxidation states ranging from sulfate (+VI) to sulfide (-II) and including many species at intermediate oxidation states, such as elemental sulfur (0), thiosulfate (-I, V) and sulfite (IV). These species in particular are considered as important intermediates in biological and abiotic reactions (oxidation, reduction or disproportionation) involving sulfur and are frequently coupled to the biogeochemical cycles of carbon, nitrogen, oxygen and iron.Sulfur cycle processes are studied by measuring the concentrations of different species containing sulfur (speciation analysis) and by measuring their respective isotope ratios (isotopic analysis). Analytical difficulties are frequently encountered because sulfur species, especially intermediate valence species, are present in low concentrations and are difficult to isolate. Thus, the isotope ratios of intermediate valence species are rarely determined. Methods for measuring isotope ratios of inorganic sulfur species, particularly the least abundant intermediate species, would be a great assistance in deciphering sulfur cycle processes.In this context, this thesis work was devoted to the development of analytical strategies combining speciation and isotopic analysis of sulfur, in order to measure sulfur isotope ratios of several inorganic species that can be simultaneously present in liquid samples. First, a speciation method for quantifying sulfite, sulfate and thiosulfate by liquid chromatography coupled to high-resolution inductively coupled plasma mass spectrometer (LC-HR-ICP-MS) was set up. Then, an off-line approach was developed for the isotopic analysis of sulfide, sulfate and thiosulfate. It consisted of a sample preparation by sequential precipitation of the sulfur species, followed by elemental analyzer coupled to isotope ratio mass spectrometer (EA-IRMS) analysis. This method made it possible to determine the δ34S values of sulfide, sulfate and thiosulfate with measurement uncertainties below 0.5 ‰ for water samples containing at least 27 µg of sulfur. This method has been applied to the study of spring waters and deep aquifer waters and the monitoring of isotopic fractionation of sulfur in a culture of sulfate-reducing bacteria.Moreover, an on-line analytical method coupling anionic separation and detection by multicollector inductively coupled plasma mass spectrometer (LC-MC-ICP-MS) has been developed for the determination of δ34S values of sulfite, sulfate and thiosulfate. This method allowed us to determine δ34S of sulfite, sulfate and thiosulfate for water samples containing as little as 1 µg of sulfur per species with measurement uncertainties below 0.6 ‰.

Il est désormais établi que la disponibilité en fer (Fe) contrôle environ 50% de la production primaire des océans du monde. Cependant, les processus régissant l’intensité des puits et des sources du Fe ainsi que la prédominance relative de ces sources au sein des divers bassins océaniques, sont elles-mêmes peu contraintes. Par ailleurs, une fois entrées dans le système océanique, la disponibilité et l’accessibilité des diverses formes de Fe pour les organismes marins restent incertaines. La réactivité du Fe au sein de l’environnement marin dépend de son état d’oxydoréduction et de complexation. Le fer dissous (DFe) est souvent considéré comme la fraction la plus biodisponible pour le phytoplancton et les ligands organiques du Fe augmentent vraisemblablement le temps de résidence du Fe et permettent des concentrations de DFe bien plus élevées que sa solubilité inorganique ne le permet dans l’eau de mer (10 pmol L-1).Dans ce contexte et s’inscrivant dans le programme international GEOTRACES, cette thèse a pour but principal d’implémenter notre savoir du cycle biogéochimique du Fe dans l’océan et ses interactions avec la structure des communautés phytoplanctoniques, en particulier afin de mieux contraindre les formes biodisponibles du Fe. Ainsi, les objectifs de cette thèse reposent sur trois questions scientifiques : 1) Quelles sont les distributions, sources, et puits de Fe ? 2) Quel est le lien entre la structure des communautés phytoplanctoniques et les concentrations en DFe ? 3) Comment la spéciation organique du DFe impacte ses concentrations et sa biodisponibilité ? Ces trois questions ont été explorées sur de deux zones d’études contrastées : l’océan Nord Atlantique (GEOVIDE, GA01 GEOTRACES voyage, PIs G. Sarthou and P. Lherminier) étant occasionnellement et saisonnièrement appauvri en Fe et l’océan Austral (HEOBI, GIpr05 GEOTRACES voyage, PIs A. Bowie, T. Trull, Z. Chase) l’étant de manière permanente. / It is now recognized that iron (Fe) availability dictates the efficiency of the global biological carbon pump such that any perturbation of Fe sources will lead to changes in the carbon cycles with consequences on both other major nutrient cycles and the climate system, controlling about 50% of the worldwide ocean primary production. However, the underlying processes themselves that affect the pathways releasing and trapping Fe, and the relative predominance of Fe sources among the different ocean basins are still poorly constrained. More importantly, the extent to which both the chemical and the physical speciation of Fe are available and accessible for marine organisms, once it enters the ocean, remains uncertain. The reactivity of Fe within the marine environment will depend on its redox and complexation state, with DFe generally considered the most bioavailable form for phytoplankton and Fe-binding organic ligands likely increasing the residence time of Fe that enables enhanced DFe concentrations way above its inorganic solubility in seawater (c.a. 10 pmol L-1).In this context and as part of the international GEOTRACES program, this thesis aims at improving our knowledge on Fe biogeochemical cycle in the ocean and its interactions with the phytoplankton community structure to better constrain the bioavailable forms of Fe. The objectives of this thesis revolve around three scientific questions: 1) What are the distributions, sources, and sinks of dissolved iron? 2) What is the link between the phytoplankton community structure and dissolved iron concentrations? 3) How the organic speciation of dissolved iron affects its concentrations and bioavailability for the phytoplankton community? These three questions were investigated through two contrasted areas: the North Atlantic Ocean (GEOVIDE, GA01 GEOTRACES voyage, PIs G. Sarthou and P. Lherminier) and the Southern Ocean (HEOBI, GIpr05 GEOTRACES voyage, PIs A. Bowie, T. Trull, Z. Chase) the former being occasionally seasonally depleted in Fe, the latter permanently.

Cette thèse porte sur l’étude structurale de mélanges de fluorures fondus utilisés pour la production d’aluminium par électrolyse. Ce procédé est obtenu par dissolution de l'alumine (Al₂O₃) dans un bain de cryolithe fondue (NaF-AlF₃ plus quelques additifs) à 960°C. Afin d’obtenir des données d’entrée pour la modélisation électrocinétique des phénomènes de transport durant le procédé, une meilleure description de la spéciation dans les bains en fonction de leur température et de leur composition est nécessaire.Pour déterminer cette spéciation in situ, nous avons développé une démarche originale combinant la spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) à haute température avec des simulations de Dynamique Moléculaire (DM) couplés à des calculs de premiers principes. Ces derniers basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont permis de calculer les paramètres d’interaction mis en jeu lors des expériences RMN et d’évaluer la qualité des modèles issus de la DM par comparaison avec les données expérimentales.Les mesures et simulations effectuées dans les systèmes binaires MF-AlF₃ (M= Na ou K) ont confirmé la présence d’ions F‾ et d’espèces anioniques [AlFₓ]³‾ˣ avec une durée de vie comprise entre 5 et 25 ps. La probabilité de former des dimères du type [Al₂Fm]⁶‾ᵐ est inférieure à 10 %. Quel que soit l’alcalin, l’ajout d’alumine dans ces systèmes affecte la proportion d’espèce AlF5²‾ pour former des oxyfluoroaluminates : [Al₂OF6] ²‾, [Al₂OF8]⁴‾, [Al₂O₂F4] ²‾, [Al₂O₂F6]⁴‾ et [Al₂O₃F₂]²‾. Ces derniers sont peu influencés par la présence de CaF₂. En se dissociant partiellement, celui-ci contribue à modifier les équilibres chimiques vers les milieux plus basiques et à augmenter la coordinence moyenne des ions aluminium. / This thesis deals with the structural study of molten fluorides mixtures used for aluminium production by electrolysis. This process is obtained by dissolving alumina (Al₂O₃) in a molten cryolite bath (NaF-AlF₃ plus some additives) at 960°C. In order to obtain input data for the electrokinetic modeling of transport phenomena during the process, a better description of speciation in baths as a function of their composition and temperature is required.To determine this in situ speciation, we developed an original approach combining high temperature nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with Molecular Dynamics (MD) simulations coupled with first principle calculations. Based on the density functional theory (DFT), it was possible to calculate the interaction parameters involved in NMR experiments and to evaluate the quality of the models derived from MD when compared to the experimental data.The measurements and simulations carried out in the MF-AlF₃ binary systems (M = Na or K) confirmed the presence of F- and anionic species [AlFₓ]³‾ˣ with a lifetime between 5 and 25 ps. The probability of forming dimers [Al2Fm]6-m is less than 10%. Regardless of alkali, the addition of alumina in these systems affects the proportion of AlF5²‾ species to form oxyfluoroaluminates: [Al₂OF6] ²‾, [Al₂OF8]⁴‾, [Al₂O₂F4] ²‾, [Al₂O₂F6]⁴‾ et [Al₂O₃F₂]²‾. The latter are little influenced by the presence of CaF₂. By partially dissociating, this contributes to modifying the chemical equilibria towards the more basic media and to increasing the average coordination of the aluminium ions.

Le chrome (Cr) est un métal largement distribué sur la croûte terrestre. Les formes les plus couramment rencontrées sont le Cr (III), longtemps considéré comme un nutriment essentiel à la vie et le Cr(VI), cancérigène avéré pour l’homme. La source majeure d’exposition de la population au chrome total étant l’alimentation, des données en spéciation sont nécessaires afin d’évaluer le risque relatif à l’ingestion de chrome. La première partie de ce mémoire présente de façon générale la problématique du chrome. La deuxième partie a été consacrée à l’optimisation d’une méthode de séparation des espèces du chrome. La méthodologie des plans d’expériences a permis en un minimum d’essais d’évaluer l’influence des différentes facteurs et de leurs interactions afin de déterminer les conditions de séparation optimales. La troisième partie porte sur la mise au point d’une méthode d’extraction sélective du Cr(VI) dans les produits laitiers et céréaliers, par plan d’expériences également. Une étude de la correction des interférences et des inter conversions a également été réalisée démontrant de la justesse de la méthode. La méthode a ensuite été validée selon l’approche du profil d’exactitude et appliquée à l’analyse de 65 échantillons de produits laitiers et céréaliers ; aucune trace de Cr(VI) n’a été détectée. La quatrième partie présente le développement d’une méthode d’analyse sélective du Cr(III) dans les produits laitiers. Les performances de la méthode ont ensuite été évaluées avant son application à des échantillons réels. Les résultats confirment que le chrome total présent dans ces matrices serait bien sous forme de Cr(III). Il serait nécessaire de poursuivre ces travaux sur d’autres matrices afin de pouvoir estimer l’ensemble de l’exposition des consommateurs et de mieux évaluer les risques inhérents à la présence de chrome dans les aliments, selon sa forme présente / Chromium (Cr) is a metal widely distributed throughout the Earth’s crust. Most commonly forms found are Cr(III), which has long been considered as an essential nutrient for human health, and Cr(VI) which is carcinogenic to humans. The most important contribution to the overall exposure of total chromium in general population is through food. To improve risk assessment on the presence of chromium, there is a need to accurately determine the content of Cr(III) and Cr(VI) in food. The first part of this work focuses on the issue of chromium. The second part deals about the optimization of a separation method for chromium species. Experimental design allowed us to study effects of factors and their interactions in order to determine the best analytical conditions. Third part is the development and validation of selective alkaline extraction for Cr(VI) in dairy and cereal products, also using experimental design. A study of the correction of the interferences and of interconversions is also presented showing the accuracy of the method. Analytical performances were assessed by the accuracy profile method and the method was used to determine Cr(VI) in 65 samples of dairy and cereal products ; Cr(VI) was not detected in these samples. The last part is devoted to develop a selective determination method for Cr(III) in dairy products. Analytical performances of the method were assessed before its use to determine Cr(III) in dairy products samples. Results confirm that chromium in those matrices will be Cr(III). It would be interesting to continue this work in order to study other matrices to better assess consumer exposure and to improve risk assessment related to the presence of chromium in food, depending on its speciation

Comment la diversification biologique peut-elle avoir lieu malgré les échanges génétiques? Comment les barrières reproductives entre espèces évoluent-elles et fonctionnent-elles? Les changements adaptatifs de certains traits favorisent-ils la diversification et la spéciation? Ces questions ouvertes en biologie évolutive constituent la base de ce projet. Pour y répondre, nous nous sommes intéressés aux papillons du genre néo-tropical Heliconius qui constituent une partie importante des communautés diversifiées de papillons néotropicaux. Les papillons de ce groupe sont immangeables pour les prédateurs, arborent des colorations d’avertissement qui signalent leur toxicité, et miment d’autres papillons toxiques dans leurs communautés locales. Ce genre a connu une radiation adaptative des motifs colorés soumis à la sélection naturelle favorisant le mimétisme de divers signaux locaux, mais ces motifs sont également connus comme signaux intraspécifiques favorisant les appariements homogames. Mes travaux ont permis d’approfondir les connaissances actuelles sur la fonction écologique et la base génétique de la couleur des ailes chez ces papillons, et d’explorer l'importance de la couleur des ailes par rapport aux signaux chimiques au cours des premières étapes de diversification. Dans cette optique, j’ai caractérisé la divergence adaptive entre les taxons à différents stades du continuum de spéciation, par une approche intégrative combinant des données génomiques, phénotypiques, comportementales, chimiques et écologiques. Plus précisément, j’ai étudié le sous-clade de Heliconius appelé sylvaniformes, contenant des espèces de papillons aux motifs tigrés, qui participent à des relations de mimétisme avec de nombreuses autres espèces fortement apparentées ou non. Mes travaux incluent la description comparative de l'architecture génétique des motifs colorés adaptatifs parallèlement chez les espèces H. hecale et H. ismenius, en utilisant des croisements, du génotypage génomique à haut débit, et de la morphométrie des motifs colorés. J’ai également exploré l'importance de la sélection naturelle et sexuelle sur les locus contrôlant ces motifs colorés aux stades précoces de divergence dans ce genre. En particulier, j’ai analysé la structure et le maintien de la zone d’hybridation entre deux races parapatriques de H. hecale montrant des colorations différentes, en combinant la génétique et la génomique des populations, ainsi que l’analyse phénotypique de clines et des tests comportementaux sur le choix de partenaire chez les mâles. Enfin, j’ai effectué des analyses génomiques de la divergence et du flux de gènes en me basant sur des données de re-séquençage de génomes complets afin de rechercher des traces d'introgression entre des espèces co-mimétiques et étroitement apparentées. Ceci a été également couplé à des expériences de préférence et de comportement sexuel, ainsi qu’à des analyses chimiques montrant d'importantes différences dans des composés qui pourraient intervenir dans la reconnaissance spécifique et le maintien des limites entre espèces. Dans l'ensemble, mes travaux montrent que bien que la sélection agissant sur les motifs colorés des ailes ait été centrale dans la diversification du genre Heliconius, l'accumulation d'autres barrières au flux de gènes peut jouer un rôle important dans l’aboutissement du processus de spéciation. / How does biological diversification occur in the face of genetic exchange? How do reproductive barriers evolve and function? What is the role of adaptive traits in promoting diversification and speciation? These open questions in evolutionary biology are at the core of this project. In order to tackle them, we have focused on butterflies in the neo-tropical genus which are an important component of the diverse butterfly communities in the Neo-tropics. Butterflies in the genus Heliconius are unpalatable to predators, use warning colours to advertise their defences, and mimic other defended butterflies in their local communities. The genus has undergone an adaptive radiation in wing colour patterns as a result of natural selection for mimicry, and is also well known for assortative mating based on wing pattern. I have extended the current knowledge about the ecological function and the genetic basis of wing color patterns in these butterflies and explored the importance of wing coloration relative to chemical signaling in the early stages of diversification. To this aim, I have characterised the adaptive divergence between lineages at different stages of the speciation continuum, by integrating genomic, phenotypic, behavioural, chemical and ecological data. More precisely, I have studied the so-called silvaniform sub-clade of Heliconius, known for harbouring species with tiger patterns that participate in mimicry with large groups of other closely and distantly-related species. My work includes the comparative description of the genetic architecture of wing pattern adaptation in two species, H. hecale and H. ismenius, using crosses, genome-wide next-generation genotyping, and advanced morphometrics of colour patterns. I have also explored the importance of natural and sexual selection on wing-patterning loci at early stages of divergence in the genus. In particular, I have analysed the structure and maintenance of a hybrid zone between two distinctly coloured parapatric races of H. hecale by using a combination of population genetics and genomics, coupled to a phenotypic analysis of the clines and to behavioural assays on male-based mate choice. Finally, I have carried out genome-wide analyses of divergence and gene flow with whole genome sequencing data to look for evidence of introgression between coexisting, hybridising co-mimetic species. This was again coupled to experiments on mating preferences and behavior, and yielded evidence for important differences in putative pheromone signals which may mediate species recognition and the maintenance of species boundaries. Overall, my results show that although selection on wing pattern divergence have been central to the diversification of the genus Heliconius, the accumulation of other barriers to gene flow may be important for the speciation process to be completed.

Les analyses de sûreté du stockage des déchets radioactifs HAVL nécessite une évaluation à long terme (≈ 10 000 ans) des risques, pour l’homme et l’environnement, associés à une contamination des sols par le sélénium. Une méthodologie a donc été développée pour déterminer les espèces séléniées (spéciation) présentes à l’état de traces dans les sols (μg kg-1 ; contexte radiologique) et estimer, leur capacité à être lessivées et leurs phases de rétention. Combinée à l’utilisation du traceur 77Se(IV), l’existence de processus lents impliqués dans la rétention et la transformation chimique de Se dans les sols a été mise en évidence, suggérant l’étude de Se natif pour estimer et modéliser sa mobilité à long terme. L’investigation de Se natif dans 29 sols aux caractéristiques contrastées a montré l’influence de la matière organique sur la nature des espèces susceptibles d’être lessivées (organique et colloïdale) et sur sa mobilité (stabilisation de Se dans la phase solide via les associations organo-minérales). / A radioactive isotope of selenium was shown to be among the most critical radionuclide forsafety assessment of high level and long lived nuclear waste repository in case of hypotheticalsoil contamination. A methodology was thus developed to determine Se species (speciation)present in soils at trace level (μg kg-1; radiological context) in assessing their leaching andretention phases (distribution). Combined to a 77Se(IV) tracer, kinetically limited processes were shown to be involved in Se retention and chemical transformations in soils, suggesting that native Se behavior is particularly relevant for its long term mobility assessment and modeling. The investigation of native Se speciation and distribution in 29 soils has finally highlighted that soil organic matter impact the nature of Se species susceptible to be leached (organic and colloidal compounds) and the Se mobility (Se stabilization in solid phase via organo-mineral associations).