Les plans d’eau, du «bas delta» du fleuve Sénégal sont de plus en plus confrontés aux problèmes d’efflorescences à cyanobactéries qui menacent la ressource en eau des États riverains. Une étude, couplant approches in situ et expérimentales, a été menée pour analyser les principaux facteurs biologiques qui interviennent dans l’apparition et le contrôle de ces phénomènes. L’étude in situ a permis d’analyser la distribution spatio-temporelle du phyto et du zooplancton et les relations entre ces communautés dans 13 sites représentatifs à différentes saisons. L’importance croissante, des cyanobactéries et notamment d’espèces à potentiel toxique comme Cylindrospermopsis raciborskii, Anabaena solitaria, Anabaena flos-aquae et Microcystis aeruginosa a été mise en évidence. Certains aspects des communautés zooplanctoniques (avantage des cyclopoïdes sur les calanoïdes, présence-abondance d’espèces indicatrices, faibles biomasses par rapport au phytoplancton) indiquent une tendance à l’eutrophisation des plans d’eau. Une forte association entre communautés phyto et zooplanctoniques a été mise en évidence par des analyses multivariables. Une étude expérimentale sur le broutage a montré que les cyanobactéries filamenteuses sont consommées et/ou fractionnées avec une efficacité variable selon les brouteurs et que le zooplancton est un facteur important de contrôle descendant des cyanobactéries filamenteuses (jusqu’à 50% du stock par jour). Des expériences de toxicité ont clairement mis en évidence des effets négatifs des cyanobactéries sur la survie et la croissance du zooplancton, mais avec une sensibilité différente des espèces aux toxines. Des dégradations musculaires et intestinales ainsi que des modifications de l’activité de l’acétylcholinestérase ont été mises en évidence chez des copépodes mais plusieurs éléments suggèrent que les effets ne seraient pas liés aux cyanotoxines classiques, mais plutôt liés à la présence d’autres métabolites émis soit par les cyanobactéries, soit par la flore associée puisque les cultures utilisées n’étaient pas axéniques. / The lower delta of the Senegal river faced with problems linked to cyanobacterial bloom which threaten the water resource of The riverine countries. A study, coupling in situ and experimental approaches, was carried out to analyze the biologicalfactors which intervene in the appearance and the control of these phenomena. The in situ study made analyzed the space time distribution of the phyto- and the zooplankton communities and their relationships in 13 representative sites at various seasons. The increasing importance, of the cyanobacteria and in particular of species with toxic potential like Cylindrospermopsis raciborskii, Anabaena solitaria, Anabaena flos-aquae and Microcystis aeruginosa was highlighted.Certain aspects of the zooplanktonic communities (importance of cyclopoïds compared to calanoïds, presence-abundance ofindicating species, low zooplankton biomasse compared to the phytoplankton) indicate a trend towards eutrophication. Astrong association between phyto- and zooplankton communities was highlighted by multivariable analyzes. Grazing experiments showed that the filamentous cyanobacteria are consumed and/or split with a variable efficiency according to the grazers and that the zooplankton exert a strong top-down control of the filamentous cyanobacteria (up to 50% of stock perday). Toxicity experiments clearly highlighted negative effects of the cyanobacteries on zooplankton survival and growth, butwith a variable sensitivity according to the species. Ultrastructural deformations and muscular and intestinal degradations aswell as modifications of the acétylcholinestérase activity were highlighted for copepods, but several elements suggest thatthe effects would not be related to the traditional cyanotoxins, but rather related to the presence of other metabolites emittedeither by the cyanobacteria, or by the associated flora since the cultures used were not axenic.

Ce travail concerne la synthèse, les études des propriétés photophysiques et de complexation des molécules fluorescentes pour la détection sélective de cations toxiques tels que le césium, l'uranyle et l'arsenic. Tout d'abord, deux nouveaux capteurs fluorescents pour le césium, Calix-COU-P et Calix-COU-Benz-CN, comportant le Calix[4]arène-couronne-6 et le fluorophore coumarine ont été synthétisés avec succès. En ce qui concerne le Calix-COU-P, une forte exaltation de fluorescence et un déplacement bathochrome d'absorption ont été observés en présence de césium dans l'eau. Une très bonne limite de détection (0,77 μM) ainsi qu'une excellente sélectivité vis-à-vis du césium ont été observées, démontrant que Calix-COU-P pourrait être un capteur exceptionnel pour la détection de césium dans l'eau. Calix-COU-Benz-CN possède quant à lui des propriétés photophysiques prometteuses dans un milieu partiellement aqueux avec des bandes d'absorption et de fluorescence intenses en visible grâce à la présence des groupements benzothiazole et cyano. L'addition de césium conduit aux déplacements ver le bleu des spectres d'absorption et une augmentation de l'intensité de fluorescence. L'étude de la cinétique de complexation entre Calix-COU-Benz-CN et Cs+ par la technique « stopped-flow » a montré une cinétique rapide à faibles concentrations de cations et une cinétique plus longue à des concentrations élevées (> 10 mM). Calix-COU-Benz-CN a ensuite été incorporé dans un dispositif microfluidique. Une courbe d'étalonnage qui représente l'intensité de fluorescence en fonction de la concentration du césium montre une valeur de limite de détection de l’ordre de 2,0 μM. Deux composés analogues contenant la même entité complexante Calix[4]arène-couronne-6 ont été également synthétisés et greffés sur des nanoparticules magnétiques afin d’obtenir un matériau fonctionnalisé pour la décontamination de l’eau contenant le césium radioactif. L'étude préliminaire montre que les nanoparticules fonctionnalisées pourraient capter efficacement une quantité très faible du césium dans l’eau contaminée. Par la suite, en vue de développer des capteurs pour l’uranyle, une série de dérivés de salicylaldéhyde-azine ont été synthétisés et caractérisés. Leurs propriétés d'émission induites par l'agrégation (AIE) ont été étudiées. Dans un mélange eau/acétonitrile, les composés U1 et U2 présentent une forte fluorescence lors de l'agrégation tandis que le composé U3 ne présente pas cet effet AIE dans la même condition. Grâce aux sites de complexation contenant des atomes d’oxygène et d'azote, ces molécules présentent une complexation efficace avec les ions uranyle et induire une extinction de la fluorescence. Dans notre étude, il était intéressant de noter la présence d’uranyle conduit à une destruction de l'agrégation, en particulier pour la molécule U2 dans un mélange eau / acétonitrile 60:40. L’extinction de l’émission a été expliquée par des processus de destruction d'agrégats émissifs lors de la complexation avec le cation. Le mécanisme proposé a été validé par des expériences de diffusion dynamique de la lumière et de microscopie électronique à balayage. Le composé U2 présente une bonne sélectivité vis-à-vis de l'uranyle en présence des lanthanides et des autres cations compétitifs. Le capteur permet la détection de concentrations de l’ordre ppb en uranyle. Enfin, la synthèse et l'étude de nouveaux capteurs pour la détection de l’arsenic ont également été discutées. Une série de capteurs fluorescents portant l’entité complexante cystéine a été synthétisée et leurs propriétés complexantes pour l'arsenic ont été étudiées. De plus, des nanoparticules d'or modifiées par la cystéine, le glutathion et le dithiothréitol ont été synthétisées. La complexation de l'ion arsenic avec ces nanoparticules a été étudiée et discutée. Une perspective sur le développement de nouveaux capteurs pour l’arsenic a été proposée. / This thesis focuses on the synthesis, photophysical and complexation studies of fluorescent molecules for the selective detection of toxic cations such as cesium, uranyl and arsenic. Firstly, two new fluorescent sensors Calix-COU-P and Calix-COU-Benz-CN for cesium cations based on Calix[4]arene-crown-6 and coumarin fluorophore were successfully synthesized. For Calix-COU-P, a remarkable fluorescence enhancement and a red shift in absorption were observed due to the complexation with cesium cation in water. Good detection limits (0.77 µM) together with an excellent selectivity towards cesium were observed, demonstrating that Calix-COU-P could be an outstanding sensor for the detection of cesium cation in water. Calix-COU-Benz-CN possesses exceptional photophysical properties in an organoaqueous solution with intense visible absorption and emission bands thanks to benzothiazole and cyano groups. The addition of cesium cation to Calix-COU-Benz-CN offered noticeable blue shifts of the absorption spectra and considerably enhanced the emission intensity. The kinetic study of the complexation between Calix-COU-Benz-CN and Cs+ by stopped-flow experiments showed a rapid kinetic at small concentrations of cations and a lower kinetic at higher concentrations (> 10 mM). Calix-COU-Benz-CN was then incorporated into a microfluidic device. The voltage signals, which are proportional to the fluorescence intensity, were monitored continuously at various cesium concentrations. A calibration curve which represents the fluorescence intensity as a function of cesium cation concentration gives a value of detection limit up to 2.0 µM. This value is only slightly higher than the detection limit obtained by fluorescence titration (1.67 µM), which suggests that the microfluidic device is capable to provide good sensitivity towards targeted ion for real-world applications. Furthermore, two analogous compounds Calix-DOP and Calix-DOP-P containing the same complexing entity were also synthesized and grafted onto magnetic nanoparticles in order to obtain a functionalized material for the decontamination of the water containing radioactive cesium. The preliminary study shows that functionalized nanoparticles could efficiently sequester cesium ions from contaminated water.Afterward, to develop new sensors for the detection of uranyl cations, a series of salicylaldehyde azine derivatives have been synthesized and characterized. Their aggregation induced emission properties were studied. In water/acetonitrile solvent, compounds U1 and U2 exhibited strong fluorescence upon aggregation while compound U3 did not aggregate and stayed in solution as well-dispersed molecules. Owning to oxygen and nitrogen binding sites, the molecules could complex uranyl ions and induced fluorescence quenching. In our study, it was interesting to understand that the effect of uranyl was somewhat more destructive rather than constructive to the aggregation. The most obvious quenching effect was observed for the aggregates of U2 in water/acetonitrile 60:40. The emission quenching was explained by aggregate-breaking processes, that the emitting aggregates could be destroyed by the complexation with uranyl cation. The proposed mechanism was further supported by dynamic light scattering and scanning electron microscope experiments. Compound U2 showed good selectivity towards uranyl over lanthanides and other common cations. The sensor could detect uranyl up to ppb scale.Finally, synthesis and studies of new sensors for the detection of arsenic ion were also discussed. A series of fluorescent sensors bearing cysteine moiety was synthesized and their complexing properties for arsenic were studied. Furthermore, gold nanoparticles which were modified by cysteine, glutathione and dithiothreitol were synthesized. The complexation of arsenic ion with these modified gold nanoparticles was studied and discussed. A perspective for further development of arsenic sensors was proposed.

La catalyse homogène à l'aide des complexes des métaux de transition est l'un des domaines les plus dynamiques de la chimie organique moderne. Durant ces dernières années la majorité des nouvelles réactions en chimie organique est issue de ce domaine de recherche. Par exemple la carbonylation, la réaction de Heck, le couplage C--C sont déjà devenues des méthodes classiques en synthèse. L'un des objectifs actuels de la catalyse homogène est la recherche de nouvelles voies de formation de liaisons carbone-hétèroélément en présence de complexes de métaux de transition. Ces réactions ouvrent une nouvelle voie pour la synthèse de différentes familles de composés organiques. Certaines de ces réactions ont largement été étudiées et ont trouvé des applications pratiques dans les laboratoires académiques et dans l'industrie. Nous pouvons citer par exemple l'hydrogénation et l'hydrosilylation catalytique. D'autres, tell la formation des liaisons C(sp2)--O, C(sp2)--N, C(sp2)--Se et C(sp2)--S, sont moins développées et nécessitent encore beaucoup de mises au point avant de pouvoir être utilisées de façon routinière. L'accroissement des besoins en outils permettant de fonctionnaliser facilement, régio- et stéréosélectivement les substrats actuellement à notre disposition, explique la progression constante des recherches dans ce domaine. Les objectifs de ce travail étaient l'étude de la synthèse de ligands polyazotés par la réaction de formation de liaison C(sp2)--N en présence des complexes du palladium. L'intérêt porté depuis de nombreuses années aux polyazamacrocycles saturés a pour origine principalement leur grande affinité vis-à-vis des cations métalliques qui se manifeste par une stabilité thermodynamique et cinétique remarquable de leurs complexes. Les polyazamacrocycles peuvent complexer les atomes métalliques en milieu aqueux et être utilisés in vivo. En général, la stabilité des complexes formés par les récepteurs macrocycliques est supérieure à celle des complexes formés par les ligands non cycliques apparentés en raison de l'effet macrocyclique. De plus, la fonctionnalisation du macrocycle par des groupes coordinants disposés à la périphérie du cycle conduit à des récepteurs plus sophistiqués. Il en découle que les polyazamacrocycles peuvent être adaptés aux métaux ayant un nombre de coordination élevé sans perdre l'avantage de la préorganisation du ligand. Ainsi, l'affinité du ligand vis-à-vis d'un ion métallique peut être contrôlée en faisant varier le nombre et la nature des bras fonctionnels liés au macrocycle. La chimie organique moderne permet de réaliser la synthèse des polyazamacrocycles N-fonctionnalisés selon des schémas simples, efficaces et transposables à grande échelle. Cependant la synthèse de dérivés contenant le fragment diaminoaryl- ou diaminohétèroaryl- incorporé dans l'entité macrocyclique reste délicate. Par ailleurs la présence de tels fragments dans un macrocycle peut influer sur les propriétés coordinantes du ligand et sa solubilité. De plus ces macrocycles présentent un intérêt majeur pour le développement de détecteurs optiques car la plupart des groupes qui sont capables de visualiser la coordination d'une molécule cible sont de nature aromatique ou hétèroaromatique...

Les rejets des eaux de ballast dans le port de Bizerte et les fermes conchylicoles installées au niveau de la lagune de Bizerte peuvent constituer des sources potentielles ayant un impact sur l’introduction des espèces de Dinoflagellés nuisibles, en particulier celles qui sont potentiellement toxiques telles que A. pacificum, A.pseudogonyaulax, A.minutum, A. affine et Polysphaeridium zoharyi, sans pour autant négliger le rôle des courants dans la distribution des kystes. L’étude du trafic maritime sur les 7 années précédant notre prospection a révélé que 14 % de la flotte qui accoste au port de Bizerte est en provenance de la voie maritime d’origine Pacifique. Afin d’identifier les espèces de Dinoflagellés produisant des kystes à l’origine des efflorescences potentiellement toxiques, un échantillonnage à grande échelle spatiale au niveau des sédiments superficiels a été effectué pour relever les densités des kystes en fonction des caractéristiques sédimentaires à savoir la teneur en eau, la matière organique, la granulométrie, l’abondance des formes végétatives ainsi que les facteurs environnementaux. Cette étude a permis l’identification de 48 morphotypes de kystes de Dinoflagellés, principalement dominés par Brigantidinium simplex, Votadinum spinosum, Alexandrium pacificum, Alexandrium pseudogonyaulax, et Lingulodinum machaerophorum. La densité des kystes a varié de 1276 à 20126 kystes g-1 sédiment sec. Des différences significatives portant sur la distribution des kystes ont été enregistrées, ce qui nous a permis de faire la distinction de deux zones dans la lagune de Bizerte. Un intérêt particulier a été porté au complexe Alexandrium tamarense dont fait partie l’espèce A. pacificum connue pour être à l’origine des efflorescences nuisibles (HABs). En outre, l’examen morphologique et le ribotypage des formes végétatives d’A. pacificum en provenance de cultures microalgales obtenues à partir de l’extraction, l’isolement des kystes de résistance en provenance du sédiment, et leur germination ont été réalisés pour l’obtention d’une culture cellulaire monospécifique ABZ1 qui se caractérise par un taux de croissance de µ= 0.33j-1 et un temps de génération T=2.1j. Le profil toxinique obtenu à partir d’un extrait de culture ABZ1, en phase exponentielle a révélé la présence de N-sulfocarbamoyl toxine C1 (9.82 pg toxin cell_1), la GTX6 (3.26 pg toxine cell_1) et la carbamoyl toxine Neo-STX (0.38 pg toxin cell_1), représentant 2,8% du total des toxines de cette souche. Une corrélation entre l’abondance des kystes d’Alexandrium pacificum et le pourcentage en eau ainsi que la matière organique a été relevée. Par ailleurs, la fraction sédimentaire <63µm s’est avérée potentiellement favorable à l’initiation des efflorescences du dinoflagellé Alexandrium pacificum au niveau de la lagune de Bizerte. Une différence significative dans le schéma de la distribution des kystes a été illustrée, mettant en évidence un zonage de la lagune avec une abondance plus importante au niveau des zones conchylicoles. / The ballast water discharges in Bizerte harbor and shellfish aquaculture farms in Bizerte lagoon can be potentials sources with an interest in the introduction of harmful species, especially those that are potentially toxic like A. pacificum, A. pseudogonyaulax, A.minutum, A.affine and Polysphaeridium zoharyi, without neglecting the role of currents in the distribution of cysts. The study of the vessel traffics for 7 years before our prospection in Bizerte harbour have showing that the percentage of vessels coming from the Pacific road is around 14%. In order to identify species of Dinoflagellates producing resting cysts incriminated on potentially toxic blooms, a high spatial resolution sampling of the surface sediment for the identification and counting of resistance cysts was carried out to estimate the cyst density based on sedimentary characteristics, water content, organic matter, granulometry, abundance of vegetative forms and environmental factors. This study allowed the identification of 48 morphotypes of dinoflagellate cysts, mainly dominated by Brigantidinium simplex, Votadinum spinosum, Alexandrium pacificum, Alexandrium pseudogonyaulax and Lingulodinum machaerophorum. The density of cysts ranged from 1276 to 20126 cysts g-1 dry sediment. Significant differences between cyst distributions were recorded, which enabled us to distinguish two areas in the Bizerte lagoon. Particular attention was given to the complex Alexandrium tamarense (HABs). In addition, morphological examination and ribotyping of vegetative cells obtained from microalgal cultures following extraction process, isolation of resistance cysts from sediment, and their germination led to the production of monospecific culture: ABZ1 characterized by a μ (growth rate) = 0.33 day-1 and a generation time T = 2.1 day. These reviews have confirmed the newly identified genus and species in the Mediterranean sea and mentioned specifically in the lagoon of Bizerte: Alexandrium pacificum. The toxin profile obtained from an extract of ABZ1 culture in exponential phase revealed the presence of N-sulfocarbamoyl toxin C1 (9.82 pg toxin Cell-1), the GTX6 (3.26 pg toxin Cell-1), carbamoyl and the Neo-STX toxin (0.38 pg cell toxin-1), representing 2.8% of total toxins of this strain.A correlation between the abundance of cysts of Alexandrium pacificum and water percentage well as organic matter was found. Moreover, sediment fraction <63μm proved potentially favorable to initiate Alexandrium pacificum blooms in Bizerte lagoon. A significant difference in the cyst distribution diagram was shown, highlighting a zoning of the lagoon with a greater abundance in shellfish farm areas.

La catalyse homogène à l’aide des complexes des métaux de transition est l’un des domaines les plus dynamiques de la chimie organique moderne. Durant ces dernières années la majorité des nouvelles réactions en chimie organique est issue de ce domaine de recherche. Par exemple la carbonylation, la réaction de Heck, le couplage C—C sont déjà devenues des méthodes classiques en synthèse. L’un des objectifs actuels de la catalyse homogène est la recherche de nouvelles voies de formation de liaisons carbone-hétèroélément en présence de complexes de métaux de transition. Ces réactions ouvrent une nouvelle voie pour la synthèse de différentes familles de composés organiques. Certaines de ces réactions ont largement été étudiées et ont trouvé des applications pratiques dans les laboratoires académiques et dans l’industrie. Nous pouvons citer par exemple l’hydrogénation et l’hydrosilylation catalytique. D’autres, tell la formation des liaisons C(sp2)—O, C(sp2)—N, C(sp2)—Se et C(sp2)—S, sont moins développées et nécessitent encore beaucoup de mises au point avant de pouvoir être utilisées de façon routinière. L’accroissement des besoins en outils permettant de fonctionnaliser facilement, régio- et stéréosélectivement les substrats actuellement à notre disposition, explique la progression constante des recherches dans ce domaine. Les objectifs de ce travail étaient l’étude de la synthèse de ligands polyazotés par la réaction de formation de liaison C(sp2)—N en présence des complexes du palladium. L’intérêt porté depuis de nombreuses années aux polyazamacrocycles saturés a pour origine principalement leur grande affinité vis-à-vis des cations métalliques qui se manifeste par une stabilité thermodynamique et cinétique remarquable de leurs complexes. Les polyazamacrocycles peuvent complexer les atomes métalliques en milieu aqueux et être utilisés in vivo. En général, la stabilité des complexes formés par les récepteurs macrocycliques est supérieure à celle des complexes formés par les ligands non cycliques apparentés en raison de l’effet macrocyclique. De plus, la fonctionnalisation du macrocycle par des groupes coordinants disposés à la périphérie du cycle conduit à des récepteurs plus sophistiqués. Il en découle que les polyazamacrocycles peuvent être adaptés aux métaux ayant un nombre de coordination élevé sans perdre l’avantage de la préorganisation du ligand. Ainsi, l’affinité du ligand vis-à-vis d’un ion métallique peut être contrôlée en faisant varier le nombre et la nature des bras fonctionnels liés au macrocycle. La chimie organique moderne permet de réaliser la synthèse des polyazamacrocycles N-fonctionnalisés selon des schémas simples, efficaces et transposables à grande échelle. Cependant la synthèse de dérivés contenant le fragment diaminoaryl- ou diaminohétèroaryl- incorporé dans l’entité macrocyclique reste délicate. Par ailleurs la présence de tels fragments dans un macrocycle peut influer sur les propriétés coordinantes du ligand et sa solubilité. De plus ces macrocycles présentent un intérêt majeur pour le développement de détecteurs optiques car la plupart des groupes qui sont capables de visualiser la coordination d’une molécule cible sont de nature aromatique ou hétèroaromatique... / The PhD thesis deals with the synthesis of polyazaligands using Pd-catalyzed amination of aryl halides. The manuscript consists of two parts. In the first part the scope of the Pd-catalyzed amination reaction for the synthesis of polyazamacrocyclic ligands is studied. The Pd-catalyzed amination of 2,7-dibromonaphthalene, 3,3’-dibromobiphenyl and 6,6’-dibromo-2,2’-bipyridyl with linear polyamines and oxadiamines is thoroughly investigated, and corresponding nitrogen- and oxygen-containing macrocycles is synthesized in yields up to 45%. The dependence of the formation of macrocycles and cyclic oligomers on the nature of the starting compounds is established. Two alternative approaches to cyclic dimers are elaborated: a) via N,N’-bis(haloaryl) substituted polyamines and b) via bis(polyamine) substituted arenes. These approaches are shown to give different results for different arenes and polyamines, and the choice of the appropriate method allowed to obtain cyclic dimers in yields up to 44%. The conditions for N,N,N',N'-tetraarylation of oxadiamines using 2,7-dibromonaphthalene are worked out, and resulting tetrakis(bromonaphthyl) derivatives are employed in the synthesis of macrobicycles containing four naphthyl and three oxadiamine fragments. The majority of such macrobicycles are obtained as two isomers. To avoid the formation of these isomers an alternative route to macrobicycles is proposed. The macrocycles on the basis of 2,7-diaminonaphthalene and 3,3’-diaminobiphenyl are functionalized by two bromobenzyl substituents to give corresponding derivatives in quantitative yields. These compounds are reacted with linear di- and polyamines as well as with diazacrown ethers under catalytic conditions. As a result, a series of macrobicycles and macrotricycles are obtained, the highest yields being 30-35%. The efficiency of the reactions strongly depends on the nature of the arene moiety and the structure of employed polyamines. Bipyridyl-containing macrocycles are studied in binding Zn2+, Pb2+, Cu2+, Co2+, Ni2+, Ag+, Hg2+ cations using spectrophotometry, fluorescent and NMR spectroscopy. The structure of the complex with Zn2+ is elucidated by X-ray analysis. In the second part, the Pd-catalyzed amination reaction is used to develop selective chemosensors for heavy metal ions. Anthraquinone derivatives are chosen to elaborate colorimetric chemosensors using the Pd-catalyzed amination of corresponding halides. This method allows covalent binding of the signaling unit and a wide series of receptors what provides a quick and efficient screening of a great number of ligands. Using this approach, a highly selective colorimetric chemosensor for qualitative and quantitative analysis of Cu2+ ions at physiological pH in water is developed. This chemosensor allows naked-eye detection of copper ions at 0.4 ppm concentration in the presence of 13 other metal cations, and the use of spectrophotometer lowers the detection limit to 20 ppb. Another selective chemosensor is elaborated for naked-eye detection of lead ions in aqueous medium at 1.3 ppm and higher concentration. Coordination of copper, lead and cadmium cations with the most selective ligands is studied in details using spectrophotometry, potentiometry and NMR spectroscopy. Stability constants of the complexes are established and the nature of the color changes is discussed. The key role of the deprotonation of the aromatic amino group during the copper ion coordination is demonstrated. The color change caused by the lead ion coordination is explained by the coordination of the metal ion to the aromatic amino group.

La composition des communautés de protistes et leur dynamique temporelle sont traditionnellement étudiées en analysant des séries de données de surveillance/observation dont la mise en place est relativement récente (≤40 ans). Dans cette étude, nous avons analysé les traces biologiques (formes de résistance et ADN ancien) préservés dans des sédiments couvrant une échelle temporelle d’environ 150 ans afin d’étudier les changements de la composition et la dynamique temporelle des protistes marins, principalement dans deux écosystèmes estuariens de la rade de Brest (Bretagne, France). Les analyses de metabarcoding montrent que seulement une partie minoritaire (16-18%) de la richesse des protistes (#OTUs) des sédiments superficiels est retrouvée dans les sédiments profonds et que la plupart des protistes présents dans les sédiments anciens sont connus pour être capables de produire des formes de résistance. La composition des communautés de protistes étaient différenciées en deux principales paléocommunautés (avant/après 1950), suggérant une biodiversité spécifique à chaque période. Les abondances relatives des dinoflagellés ont montré une tendance à la baisse depuis les années 70’ et les genres Alexandrium et Gonyaulax ont montré une dynamique opposée en termes d’abondance relative à travers le temps. Les données paléogénétiques (PCR en temps réel) suggèrent qu’A. minutum est présente dans la rade depuis au moins 1873 ± 7 et qu’au cours des derniers 150 ans, l’espèce est devenue envahissante, proliférant dans la rade seulement ces dernières années. De plus, Les données de PCR en temps réel suggèrent que la partie sud-est de la rade, où des sédiments à typologie vaseuse sont plus abondants, est potentiellement plus favorable à l’accumulation des kystes de l’espèce. Les analyses écophysiologiques (taux de croissance, taux de consommation de phosphore, biomasse maximale atteinte) réalisés sur des souches de dinoflagellés (A. minutum et Scrippsiella donghaienis) obtenues par germination montrent une forte variabilité phénotypique intraspécifique au sein des deux espèces et dans les deux milieux étudiés. Les résultats de ces travaux de thèse contribuent au domaine de la recherche en paléoécologie sédimentaire, montrant les avantages et les limites de cette approche pour révéler des patrons biologiques encore peu explorés. / The community composition of protist and their temporal dynamic are are traditionally studied by analyzing data sets of monitoring/observation networks, whose implementation is however relatively recent (≤40 years). In this study, we analyzed the biological traces (resting stages and ancient DNA) preserved in sediments covering a time scale of 150 years in order to study changes in the composition and the temporal dynamics of marine protists, focusing mainly on two estuarine ecosystems of the Bay of Brest (Brittany, France). Metabarcoding analyses showed that only a minor part (16-18%) of the protists richness (#OTUs) of superficial sediments is retrieved in deep sediments, and that most of the protists found in ancient sediments are known to produce resting stages. Two main paleocommunities were differentiated (before/after 1950), suggesting the existence of a distinct and specific biodiversity for the identified periods. The relative abundances of dinoflagellates showed a decreasing trend since the 70s' and Alexandrium and Gonyaulax genera showed an opposite dynamic in terms of relative abundance over the time. Paleogenetic data (real-time PCR) suggest that A. minutum is present in the Bay of Brest since at least 1873 ± 7 and that, across a time scale of about 150 years, the species has proliferated only recently in the estuaries of the bay. Moreover, real-time PCR data suggest that the south-eastern part of the bay, where muddy sediment are more abundant, is potentially more favorable for the accumulation of the species cysts. Ecophysiological analyses (growth rate, phosphorus assimilation rate, and maximal biomass attained) performed on dinoflagellate strains (A. minutum and Scrippsiella donghaienis) showed a strong phenotypic intraspecific variability for both species and for both analyzed media. The results of this thesis work contribute to the research in sedimentary paleoecology, showing the advantages and limits of this approach to reveal still underexplored biological patterns.

Dans cette étude de trois lacs sujets aux efflorescences de cyanobactéries, nous avons examiné la diversité des bactéries diazotrophes et des cyanobactéries toxiques. Nous avons tenté de définir les facteurs environnementaux influençant la composition des communautés phytoplanctoniques, la concentration ainsi que la composition des microcystines (MCs). Nous avons émis l’hypothèse que l’azote jouerait un rôle majeur dans le façonnement des communautés cyanobactériennes et influencerait la concentration et composition des MCs. Des concentrations de cette toxine ainsi que le gène mcyE codant pour l’enzyme microcystine synthétase ont été détectés à chaque échantillonnage dans tous les lacs. L’azote, particulièrement sous sa forme organique dissoute (AOD) ainsi que la température de l’eau étaient les facteurs environnementaux expliquant le mieux les concentrations des MCs, tandis que la biomasse de Microcystis spp. était globalement le meilleur prédicteur. Le gène nifH codant pour l’enzyme nitrogénase (fixation d’azote) a aussi été détecté dans chaque échantillon. Malgré les concentrations faibles en azote inorganique dissous (AID) et les densités importantes d’hétérocystes, aucun transcrits du gène n’a été détecté par réverse-transcription (RT-PCR), indiquant que la fixation d’azote n’avait pas lieu à des niveaux détectables au moment de l’échantillonnage. De plus, le pyroséquençage révèle que les séquences des gènes nifH et mcyE correspondaient à différents taxons, donc que les cyanobactéries n’avaient pas la capacité d’effectuer les deux fonctions simultanément. / In this study of three eutrophic lakes prone to cyanobacterial blooms, we examined the diversity of diazotrophic bacteria and toxic cyanobacteria. We evaluated the environmental factors effects on the community composition, the concentration and composition of the family of toxins microcystins (MCs). Since the assimilation of nitrogen and the synthesis of MCs in cyanobacteria are thought to be under the same control of the NtcA transcriptor, we hypothesised that nitrogen played a major role in shaping cyanobacterial communities and influenced indirectly the concentration and composition of MCs. The mcyE gene coding for the microcystin synthetase enzyme and MCs concentrations were detected at each sampling date in all lakes. Nitrogen, particularly under its organic dissolved form (DON) as well as water temperature were the environmental factors explaining the most variation in MC concentration although Microcystis spp. biomass was overall the best predictor. The nifH gene coding for the nitrogenase enzyme (N2-fixation) was also detected at all times. Even though the concentrations of dissolved inorganic nitrogen were relatively low, and that heterocysts were present in high densities, no nifH transcripts were detected by RT-PCR, indicating that no N2-fixation was going on at detectable levels at the time of sampling. Moreover, pyrosequencing revealed that sequences of the genes nifH and mcyE corresponded to different taxa, thus cyanobacteria did not have the capacity to perform both functions simultaneously.

Les dernières décennies ont été marquées par l’intensification et l’expansion des efflorescences de micro-algues toxiques (HAB). Connues pour perturber les écosystèmes côtiers et pour leur toxicité sur les organismes marins, les HAB sont suspectées d’être à l’origine de défauts de recrutement de bivalves. Cette thèse avait pour objectif d’étudier les conséquences des efflorescences du dinoflagellé toxique Alexandrium minutum, producteur de toxines paralysantes (PST) et des composés bioactifs extracellulaires (BEC), sur la reproduction, le développement et le recrutement de l’huître Crassostrea gigas, une espèce à l’importance économique majeure. Les gamètes libres et les jeunes stades de développement se révèlent être les plus sensibles, en particulier aux BEC produits par A. minutum qui inhibent la fécondation et l’embryogenèse. A. minutum modifie le comportement des larves véligères, provoque une diminution de leur filtration, de leur croissance et du taux de fixation. Une exposition des adultes, pendant la gamétogenèse, affecte le développement des descendants, traduisant des altérations du contenu gamétique et/ou un transfert vertical des PST. Les modalités d’action des PST et des BEC devront être précisées. Nos expérimentations, réalisées à des concentrations de micro-algues rencontrées dans l’environnement, suggèrent que des efflorescences récurrentes d’A. minutum lors des périodes de reproduction et de développement larvaire pourraient, sur le long terme, affecter la structure des populations naturelles et cultivées de C. gigas. / Recent decades have witnessed the intensification and spread of harmful algal blooms (HAB). HAB are known to disrupt coastal ecosystems and to be toxic for marine organisms. These phenomena are also suspected to be responsible for recruitment failures of bivalves. The aim of this PhD was to study the consequences of blooms of toxic dinoflagellate Alexandrium minutum on the reproduction, development and recruitment of the oyster Crassostrea gigas, a species of major economic importance. A. minutum is known to produce paralytic shellfish toxins (PST) and bioactive extracellular compounds (BEC). Gametes and early life stages were the most sensitive, particularly to the bioactive extracellular compounds (BEC) produced by A. minutum, which inhibited fertilization and embryogenesis. A. minutum modified the behaviour of veliger larvae, decreased their filtration, growth and settlement. Exposure of adult oysters during gametogenesis affected the development of offspring, reflecting alterations in gamete content and/or vertical transfer of PST. Mode of action of PST and BEC are to further investigate. These oyster exposures, conducted at environmentally relevant concentrations of microalgae, suggest that recurrent blooms of A. minutum during oyster spawning and larval development could have long-term consequences on the structure of wild and cultured populations of C. gigas.

Les populations de bivalves exploités subissent régulièrement des épizooties qui affaiblissent voire déciment les stocks, et qui peuvent avoir des conséquences majeures pour l’aquaculture. Ces maladies, dues à des virus, bactéries, ou parasites, se développent particulièrement au printemps et en été. Ces périodes de l’année offrent également des conditions propices aux efflorescences de micro-algues toxiques, dont des dinoflagellés du genre Alexandrium. Ainsi, le risque de co-occurrence d’efflorescences d’Alexandrium sp. et de maladies infectieuses chez les bivalves est élevé. Or, ces micro-algues synthétisent et excrètent des neurotoxines et des composés cytotoxiques responsables d’altérations physiologiques chez les bivalves. L’objectif de cette thèse est d’évaluer les effets combinés d’une exposition à Alexandrium sp. et d’une infection par des agents pathogènes sur la physiologie des bivalves, à travers l’étude de différentes interactions tripartites bivalve – pathogène – Alexandrium sp. Les résultats de ce travail indiquent que différents profils de réponse existent en fonction des espèces impliquées dans ces interactions. Ainsi, une exposition à Alexandrium sp. peut augmenter le taux d’infection par des agents pathogènes chez des bivalves ou au contraire le diminuer. Les réponses hémocytaires associées peuvent traduire l’implication des défenses immunitaires dans ces modulations hôte-pathogène. De plus, l’exposition à des agents pathogènes peut interférer avec le processus d’accumulation de toxines algales dans les tissus des bivalves, illustrant la complexité de ces interactions. Ces résultats, associés à l’observation de lésions tissulaires chez les bivalves peuvent traduire l’altération des activités de nutrition (filtration, digestion…). Ce travail de thèse apporte une meilleure compréhension de l’implication des efflorescences toxiques dans le développement des maladies touchant les bivalves d’intérêt commercial, mais également de l’implication de l’environnement biotique des bivalves sur l’accumulation de phycotoxines réglementées. / Bivalve populations undergo regular epidemics that weaken or decimate exploited stocks and thus limit aquaculture. These diseases are caused mainly by viruses, bacteria or parasites, and occur primarily during spring and summer. This period of the year also provides favorable conditions for toxic dinoflagellate blooms, including species of the genus Alexandrium. Thus, the risk of Alexandrium sp. blooms and infectious diseases co-occurring in bivalves is high. However, these micro-algae synthesize and excrete toxins and cytotoxic compounds responsible for physiological changes in bivalves and could lead to an immuno-compromised status.The objective of this thesis is to evaluate the combined effects on bivalve physiology of exposure to the toxic dinoflagellate, Alexandrium sp., and infection by pathogens, through the study of different bivalve - pathogen - Alexandrium sp. tripartite interactions. The results of this work highlight the species-specific nature of these impacts.Thus, exposure to Alexandrium catenella reduces the herpesviruses infection in oyster Crassostrea gigas, whereas the dinoflagellate A. fundyense increases the susceptibility of C. virginica oyster to the parasite Perkinsus marinus, probably via immuno-suppression, as suggested by the partial inhibition of hemocyte responses. Additionally, the effect of a toxic algal bloom on oyster susceptibility to opportunistic diseases when exposed to a new microbial environment (simulating a transfer) was evaluated. Hemocyte responses to a changing microbial environment were suppressed by exposure to A. catenella, although no new bacterial infection was detected.Finally, exposure to pathogens or to a new microbial environment interferes with the processes by which oysters exposed to A. catenella accumulate algal toxins, illustrating the complexity of these interactions. These results provide a better understanding of the involvement of toxic algal blooms in the development of diseases affecting commercial bivalve species, but also of the involvement of the bivalve biotic environment in the accumulation of regulated toxins.

Les sols contaminés par les éléments traces potentiellement toxiques (PTTE) ont souvent des conséquences graves pour les écosystèmes terrestres. Plusieurs options de phytoremediaction ont été développées pour remédier les sols contaminés ; cependantl'efficacité et la capacité de ces techniques à réduire les concentrations excessives des éléments traces ou leur (phyto) disponibilité dans les sols contaminés doivent être évaluées Le présent travail s’est intéressé à étudier l'efficacité de deux options de de phytorémédiation, la phytostabilisation et la phytoextraction assistées par des amendements organiques et minéraux, à remédier les fortes concentrations de PTTE dans un sol naturel et dans un technosol contaminés. Les concentrations totales des éléments traces dissous ont été déterminées dans l'eau interstitielle du sol. L'intensité de l'exposition du sol a été évaluée par des capteurs DGT (gradient de diffusion dans les couches minces). Le phytodisponibilité des PTTE a été caractérisée par des tests de germination avec des haricots nains cultivés sur les sols contaminés pour lesquels les concentrations foliaires en éléments traces ont été déterminées. Ensuite un modèle de réseau de neurones artificiels a été appliqué pour comprendre les facteurs les plus pertinents sur la variabilité de la phytodisponibilité des PTTE. Les deux options ont étécapables de réduire les concentrations ou la phytodisponibilité des PTTE en présence des amendements. Les réseaux de neurones artificiels ont été très efficaces pour prédire les résultats manquants et pour déterminer les paramètres de contrôle de la variabilité de la phytodisponibilité des PTTE à partir des paramètres du sol. / Soils contaminated with potentially toxic trace elements (PTTE) often have serious consequences for terrestrial ecosystems. Several phytoremediaction have been developped to reclaim contaminated soils; however the efficiency and capacity of these techniques to reduce excessive concentrations of trace elements or their (phyto) availability in contaminated soils have to be assessed. The present work is focused on studying the effectiveness of two phyoremediation options such as phytostabilisation and phytoextraction assisted by organic and inorganic amendments to remediatethe high concentrations of PTTE in contaminated natural soils and technosoils. Total PTTE concentrations were determined in soil pore water (SPW) sampled by Rhizon soil moisture samplers. The soil exposure intensity was assessed by DGT (diffusive gradient in thin films) probes. The PTTE phytoavailability was characterized by growing dwarf beans on potted soils and analyzing their foliar PTTE concentrations. Then a model of artificial neural network was applied to understand the factors most relevant for the variability on the phytoavailability of trace elements. Both options were found to be able to reduce the concentrations or phytoavailability of PTTE in the presence of amendments. The artificial neural network has been very effective to predict missing results and to determine the control parameters of the variability of the PTTE phytoavailoability from the soil parameters.