Le travail est axé sur l'accumulation d'éléments chimiques essentiels et non essentiels avec une attention particulière pour les parties des consommées, en lien avec la qualité sanitaire des produits alimentaires. Le travail de thèse est divisé en deux grandes parties. La première porte sur une expérimentation en plein champ où des plantes de blettes et de tomates ont été cultivées du stade plantules jusqu'à la maturité pendant 5 mois avec des pratiques agricoles conventionnelles ou biologiques. Les plantes ont été récoltées à 6 stades différents de croissance et nous avons déterminé la concentration des organes végétaux pour 27 éléments chimiques. L'objectif était d'étudier la répartition des éléments entre les organes en fonction de l'âge de la plante et des pratiques culturales.La seconde partie de la thèse a été consacrée à la compréhension et à la modélisation de la répartition du cadmium (Cd) chez le tournesol aux stades reproducteurs. Des plantes ont été cultivées du stade plantule jusqu'à la maturité, en solution nutritive avec une faible concentration en Cd cohérente avec les expositions aux champs. Durant la phase reproductive, cinq échantillonnages ont été effectués pour comprendre la répartition du Cd entre les organes ainsi que l'origine du Cd des graines (prélèvement racinaire versus remobilisation à partir d'autres organes). Au stade du bouton floral et pendant le remplissage des graines, le devenir du Cd récemment absorbé par les racines a été suivi et modélisé par traçage isotopique avec du 111Cd. Les rôles de la transpiration et de l'allométrie entre organes ont été plus particulièrement examinés. / This work is focuded on the accumulation of essential and non-essential elements, paying a special attention to the dible part of the plants, in terms of food safety and human health. The thesis work has been divided in two main parts. The first one is related to a field expeiment performed in open-air plots, where Swiss chards and tomato plants were grown from seedlings to maturity in a natural soil during five months, using organic or conventional agricultural practices. Plants were harvested at six different growth satges and the total concentrations of 27 elements were measured in all plants organs. The objective was to study the partitioning of elements between the plant organs, depending on the plant age on the cultivation practice. The second part of the thesis is devoted to the understanding and modelling of the partitioning of cadmium (Cd) in sunflowers at the reproductive stages. Sunflowers wre grown in nutrient solution at low Cd availability consistent with thaht found in the field, from germination toi maturity. During the reproductive period, five samplings were carried out to investigate the partitioning of the total Cd between plant organs and the origin of the Cd allocated to seeds (root uptake vs; remobilization from other plant organs). At the flower bud and grain filling stages, the partitioning of the Cd recently taken up between the different plant organs was followed and modelled by exposing several plants for the three days to a 111Cd enriched nutrient solution. The roles of the transpiration and of the plant allometry were specially investigated.

Dans le cadre de cette thèse, les dérivés d’huiles végétales sont utilisés pour la synthèse de bioplastifiants bio-résistants pour le PVC d’une part et la plastification et la réticulation d’un élastomère d’autre part (EPDM). Les huiles ont été choisies comme matières premières renouvelables car elles ont des fonctions esters qui permettent la solubilisation du PVC et des chaines grasses compatibles avec l’EPDM. Les réactions d’ouvertures d’époxydes d’esters gras en di-esters (symétriques et dissymétriques) ont été étudiées et principalement appliquées à la plastification du PVC. L’ouverture des époxydes d’esters gras en éther-esters a aussi été étudiée, principalement pour la plastification de l’EPDM. Les conditions réactionnelles ont été optimisées par l’étude de catalyseurs, homogène (TBACl) et hétérogène (TiO2) pour l’ouverture en hydroxy-ester, et par des résines sulfoniques pour l’ouverture en éther et pour l’estérification des hydroxyles résiduels. Une large variété de réactifs choisis suivant l’application désirée a été utilisée. Le dérivé cyclohexanoate/acétate d’esters méthyliques de colza présente les meilleures propriétés plastifiantes pour le PVC mais il n’est malheureusement pas biorésistant. Les dérivés éther-ester ne sont pas stables thermiquement et ne permettent pas la plastification de l’EPDM. Un dérivé di-insaturé et peu polaire (oléate d’oléyle) a été synthétisé en vue de la plastification et la réticulation de l’EPDM. Plusieurs réactions ont été examinées pour lier l’huile et le polymère (hydrosilylation, ène-réaction et métathèse) mais la réactivité est trop faible pour permettre la réticulation / During this thesis, derivatives of vegetable oils are used to synthesize bio-resistant bio plasticizers for PVC and plasticizer / cross linker for an elastomer (EPDM). The oils possess ester functional groups which allow the solubilization of PVC and fatty chains compatible with EPDM. The reactions of epoxide ring-opening of fatty esters to di esters (symmetrical and asymmetrical) have been studied and applied mainly to the plasticization of PVC. The ring-opening of epoxides of fatty esters to ether-esters has also been studied, primarily for plasticization of EPDM. Optimization of the reaction conditions was carried: homogeneous (TBACl) and heterogeneous (TiO2) catalysts were efficient for the preparation of hydroxy-ester, and sulfonic resins in ether and the esterification of residual hydroxyls. A wide variety of reagents selected according to desired application were used. The derivative cyclohexanoate / acetate rapeseed methyl esters present the best plasticizing properties for PVC but it is unfortunately not bio-resistant. Ether-ester derivatives are not stable thermally and do not allow the plasticization of EPDM. A relatively non-polar di-unsaturated derivative (oleyl oleate) was synthesized for the plasticization and cross linking of EPDM. Several reactions are considered to link the oil and the polymer (hydrosilylation, ene- reaction and metathesis), but the reactivity is too low to allow the cross linking

En Amazonie orientale, l’agriculture familiale contribue significativement à la transformation des écosystèmes forestiers en pâturages. La mise en valeur pastorale se fait généralement de manière monospécifique avec une Poacée pérenne d’origine africaine (Brachiaria brizantha cv. Marandu) qui constitue la principale offre fourragère. Mais les pratiques pastorales mises en oeuvre sur une exploitation conduisent souvent à une dégradation des pâturages, qui se manifeste par une prolifération des plantes adventices. Le pâturage a été modifié par l’introduction de deux Fabacées pérennes fourragères originaires d’Amérique Latine, l’une herbacée (Arachis pintoï cv. Amarelo) et l’autre ligneuse (Leucaena leucocephala). Pendant la saison sèche, nous avons étudié les interactions entre B. brizantha et des Fabacées fourragères implantées. Cette étude est la première approche intégrée (écophysiologie) qui étudie les caractéristiques adaptatives et les effets des Fabacées sur la capacité de résistance à la contrainte hydrique des pâturages à partir des évolutions des échanges gazeux foliaires, du potentiel hydrique et de l’état hydrique du sol. Le dispositif expérimental était composé de cinq parcelles de 100 m2 isolées du bétail correspondant à cinq traitements différents. Les trois espèces étudiées ont été cultivées seules et en association. Trois répétitions ont été réalisées pour chaque traitement afin de valider statistiquement les résultats et prendre en compte la variabilité spatiale du sol. En monoculture, les valeurs de conductances stomatiques de B. brizantha sont relativement élevées au regard des conditions climatiques par rapport à des valeurs habituelles de plantes C4 au champ alors que les valeurs d’assimilations nettes sont celles mesurées couramment. A. pintoï et L. leucocephala possèdent des valeurs de conductances stomatiques et d’assimilations mesurées habituellement sur les plantes C3 au champ. En situation de sécheresse, les trois espèces étudiées en monoculture adoptent un mouvement de fermeture stomatique 30 jours après l’arrêt des pluies et ajustent ainsi leur conductance sur l’épuisement de la réserve utile du sol. Cette stratégie permet le maintien de l’activité photosynthétique indispensable à la survie cellulaire et de maintenir une transpiration suffisante pour réguler leur température. Les trois espèces survivent par évitement de la sécheresse, en réduisant leur surface foliaire active et en fermant leurs stomates dès l’abaissement du potentiel hydrique. B. brizantha a le même comportement lorsqu’il est cultivé seul ou associé à A. pintoï que ce soit au niveau de la conductance stomatique, de l’assimilation de CO2 ou de l’efficience instantanée de l’eau. Cependant, son potentiel hydrique est affecté plus précocement au cours d’un stress hydrique lorsqu’il est en concurrence avec A. pintoï. Dans le cas de cette association, notre étude montre que la présence de B. brizantha a un effet négatif sur les activités photosynthétiques et donc sur la production de biomasse d’A. pintoï, espèce considérée pourtant comme sciaphile. Enfin, les fonctions métaboliques de B. brizantha sont réduites lorsqu’il est associé à L. leucocephala du fait de l’ombrage. L. leucocephala évite la sécheresse en réduisant sa surface foliaire. L’augmentation d’insolation en fin de saison sèche affaiblit cependant les plantes associées aux strates inférieures et réduit la quantité de fourrage disponible sur pied. Nous proposons aux agriculteurs de mettre en place une gestion durable de leurs pâturages par la création d’associations végétales fourragères adaptées aux contraintes biotiques et abiotiques. / In the Eastern Amazon region (Pará, Brazil), smallholder farming significantly contributes to the transformation of the Amazonian rain forest ecosystem into pasture land that typically includes a single species, generally a perennial fodder grass (Poaceae) originating from Africa (Brachiaria brizantha cv. Marandu). Such pastures rapidly lose their sustainability and get invaded by weeds. To prevent these effects, two imported perennial fodder species of the Fabaceae family (Arachis pintoï cv. Amarelo and Leucaena leucocephala Lam.) have been mixed with the African grass Brachiaria and the interrelations between B. brizantha and the Fabaceae species have been studied. In this unique ecophysiological study, plant parameters, such as gas exchange and plant water potential have been correlated with soil parameters, such as soil water content. The final goal was to assess the impact of the Fabaceae plants on pasture tolerance to water deficit. The experimental setting included five treatments applied to 100 m2 fenced plots to keep cattle away. Treatments corresponded to various combinations between the grass and the two Fabaceae species. Three biological repeats were set up for each treatment for statistical significance and in order to account for soil structure variability. In monospecific plots, B. brizantha exhibited stomatal conductance values higher than those expected from typical C4 species whereas net CO2 assimilation rates were normal. A. pintoï and L. leucocephala had usual stomatal conductance values for field-cultivated C3 plants. In response to drought, a general adjustment in stomatal conductance was observed 30 days into the dry season (i.e. without rain), suggesting that the plants limited transpiration rates according to the progressive decrease in soil water content. This strategy allowed them to maintain photosynthetic activities and to supply photosynthates to their tissues while limiting rises in temperatures. Upon exhaustion of soil water cotent, decreases in leaf water potentials were observed and plants escaped drought by reducing their leaf area and by abruptly closing their stomata. Brachiaria’s responses to drought were similar in mixed and monospecific plots regarding stomatal conductance, net CO2 assimilation rate or real-time water efficiency. However, when grown in mixed plots with A. pintoï, Brachiaria’s leaf water potential decreased rapidly after the onset of drought, due to the competition for water. In a A. pintoï ! Brachiaria plot, Brachiaria had a negative impact on A. pintoï photosynthetic activities and biomass production, even though the latter was considered as a shade plant species. On the other hand, Brachiaria metabolic activities were reduced in L. leucocephala ! Brachiaria combinations, due to the interception of light supply by L. leucocephala. L. leucocephala avoided water deficit by reducing leaf area. The resulting increase in light intensity reaching the lower strata, toward the end of the dry season weakened the shortest plants and limited fodder production. In conclusion, we propose that farmers implement pasture sustainability by developing crop mixing, using fodder species adapted to abiotic stresses. Furthermore, our results show that several crop combinations represent viable solutions to the perpetuation of new pastures. Each fodder species presents specific drought adaptation features. Combining them could be beneficial if pastoral pressure was allowed to develop according to the plants tolerance level. Improvements in fodder production and diversity could extend the life-span of smallholder settlements and as a result slow down deforestation

Le développement des plantes nécessite la coordination des mécanismes de différenciation des cellules méristématiques en cellules hautement spécialisées: la division, la croissance et la formation de la géométrie cellulaire. La différenciation et la morphogenèse cellulaires sont étroitement liées et régulées par les propriétés mécaniques de la paroi cellulaire. Les mécanismes conduisant à l’émergence de diverses formes et fonctions des tissus végétaux sont complexes et encore peu compris. Ma thèse de doctorat approfondie les principes mécaniques à la base de la formation des cellules épidermiques ondulées. Je me suis également penché sur l’étude des avantages mécaniques que confèrent les motifs imbriqués. Les cellules épidermiques sont constituées de deux parois cellulaires périclines parallèles reliées par des parois anticlines. Aux jonctions, les cellules épidermiques forment des cavités et des saillies imbriquées les unes aux autres. Des images en 3D, prises en microscopie confocale, de cotylédons marqués par des fluorophores spécifiques à la cellulose montrent une déposition accrue de cellulose au niveau des cavités des parois périclines s’étendant le long des parois anticlines. Le marquage des cotylédons par COS488 démontre également une plus grande abondance de pectines dé-estérifiées aux mêmes sites. J'ai développé des modèles par éléments finis de la déformation de la paroi cellulaire et simulé les disparités biochimiques en alternant les régions plus rigides à travers et au long des parois périclines des deux côtés d'une paroi anticline. Le modèle montre que les parois rigidifiées non déformables se développent en cavités lorsque la pression interne étire la paroi cellulaire. Le modèle suggère également la présence de contraintes mécaniques plus élevées au niveau des saillies. Les résultats du modèle indiquent qu'une boucle de rétroaction positive entre la contrainte et la rigidité de la paroi cellulaire générerait les formes ondulées à partir de différences infinitésimales de rigidité ou de contrainte de la paroi cellulaire. En outre, le modèle suggère que des événements de flambage stochastiques peuvent initier la morphogenèse des cellules. On a longtemps émis l'hypothèse que le motif imbriqué de cellules épidermiques améliore l'adhérence cellule-cellule et donc la résistance de traction de l'épiderme. L'étirage des feuilles d'Arabidopsis de type sauvage ou du mutant any1 (caractérisé par une réduction de l'ondulation cellulaire) n'a montré aucun détachement cellulaire en cas de rupture du tissu. J'ai émis l'hypothèse que les jonctions des cellules ondulantes renforcent la résistance de l'épiderme contre la propagation de fissures. J'ai observé une grande anisotropie dans la réponse mécanique à la rupture de l'épiderme d'oignon selon l’orientation des cellules. Les fissures qui suivent l’alignement des cellules se propagent sans trop de résistance, entraînant une rupture fragile du tissu. Ceci découlerait de la propagation de la ligne de rupture par suite du détachement des cellules. Les fissures se propagent difficilement lorsqu’elles sont perpendiculaires à l'axe principal des cellules. En fracturant des feuilles dont les cellules épidermiques sont ondulées, j'ai remarqué que les fissures se propageaient, par intermittence, à la fois au niveau des jonctions de la cellule et de la paroi cellulaire. J'ai émis l'hypothèse que ce motif de fracture d'épiderme à cellules ondulées se caractérisait par une augmentation de la résistance à la fracture. Pour n’étudier que les effets de la géométrie des cellules sur cette résistance, j’ai éliminé le rôle que jouerait l’anisotropie des matériaux en concevant des modèles physiques macroscopiques de l'épiderme. J’ai gravé au laser des motifs cellulaires sur du poly-méthacrylate de méthyle. De cette façon, le matériau isotrope permettait d'étudier uniquement l'effet de la géométrie cellulaire. Alors que la fracturation des spécimens de contrôle sans gravure et des spécimens avec des cellules gravées longitudinalement ont démontré une rupture fragile, une fracturation transversale aux rangées cellulaires, dans les modèles mimant des cellules d’oignon ou des cellules ondulées de cotylédons d’Arabidopsis, a montré une résistance accrue à la fracture. En conclusion, je démontre que la forme ondulée des cellules épidermiques est le résultat d’une distribution alternée de la rigidité dans la paroi cellulaire, un processus qui pourrait être initié par une anisotropie de stress stochastique due au flambement. De plus, ces formes cellulaires augmentent la résistance à la rupture de l'épiderme végétal en le protégeant contre la propagation des fissures; un mécanisme de défense ingénieux pour les surfaces les plus exposées. / Plant development entails cell division, cell growth and shaping, and the differentiation of meristematic cells into highly specialized cell types. Differentiation and cell shape are closely linked and involve the regulation of the mechanical properties of the cell wall. The mechanisms leading to the generation of the diverse array of shapes and functionalities found in plant tissues are perplexing and poorly understood. In my Ph.D. research, I investigated the mechanical principles underlying the formation of wavy leaf pavement cells. Further, I studied the putative mechanical advantage that emerges from the interlocking patterns. Epidermal pavement cells consist of two parallel periclinal walls connected by vertical anticlinal walls. At the borders, wavy pavement cells make interlocking indentations and protrusions. 3D confocal micrographs of cotyledons stained with cellulose-specific fluorophores revealed a significant accumulation of cellulose at the sites of indentation on the periclinal walls extending down the anticlinal walls. Staining the cotyledon samples with COS488 also suggested a higher abundance of de-esterified pectin at these sites. I developed finite element models of the cell wall deformation and simulated the biochemical inhomogeneities by assigning alternately stiffened regions across and along the periclinal walls on two sides of an anticlinal wall. It was observed that the non-deforming stiffened regions develop into sites of indentations when the internal pressure stretches the cell wall. The model also suggested higher stresses to associate with the neck regions. The model results indicate that a positive feedback loop between stress and cell wall stiffness could generate wavy shapes starting from infinitesimally small differences in cell wall stiffness or stress. Further, the model suggests that stochastic buckling events can initiate the cell shaping process. It has been long hypothesized that the interlocking pattern of pavement cells improves cell-cell adhesion and thus the tensile strength of the epidermis. Stretching to rupture the leaf samples of wild-type Arabidopsis or any1 mutant with reduced cell waviness did not show any cell detachment upon failure. However, I hypothesized the undulating cell borders could enhance the resistance of the epidermis against the propagation of damage. I observed a considerable anisotropy in the tear behavior of onion epidermis parallel and perpendicular to the cells’ main axis. Tears along the cell lines propagated without much resistance resulting in brittle failure of the tissue. This was observed to originate from tears propagating by cell detachment. Perpendicular to the cells’ main axis, tears had considerable difficulty in propagating. Fracturing the leaf samples with wavy epidermal cells, I noticed the cracks propagated in both the cell borders and the cell wall intermittently. I hypothesized that this pattern of fracture in the epidermis with wavy cells indicates an increase in the fracture toughness. To untangle the influence of material anisotropy from the cell geometry on fracture toughness, I designed macroscopic physical models of the epidermis by laser engraving the cell patterns on polymethylmethacrylate. This way, the isotropic material would allow studying only the effect of cell geometry. While fracturing the control specimens with no engraving and the specimens with longitudinally placed cells demonstrated a brittle fracture, fractures transverse to cell lines in the onion cell patterns or across the Arabidopsis cotyledon wavy cell pattern showed an increased fracture toughness. I suggest the wavy shape of pavement cells in the epidermis results from the alternate placement of stiffer regions in the cell wall, a process that can initiate from a stochastic stress anisotropy due to buckling. Further, these shapes increase the fracture toughness of the plant epidermis protecting it against the spread of damage; an ingenious defense mechanism at the most exposed surfaces.

Les prairies de montagne offrent de nombreux services ecosystémiques qui sont menacés par le changement global. Les traits fonctionnels constituent un outil prometteur pour caractériser les réponses des communautés à des changements de conditions environnementales et leurs répercussions sur les services associés. Cependant, des résulats de plus en plus nombreuses soulignent l’importance de la variabilité intra-spécifique des traits a également été mise en évidence. Pour étudier ces effets, je propose un nouveau modèle à base d’agents, MountGrass, qui combine la modélisation de communautés végétales riches en espèces avec des processus de plasticité phénotypique. Ces deux éléments au coeur du modèle sont associés grâce à des compromis d’allocation basés sur des patrons empiriques établis de stratégies d’utilisation des resources.Avec MountGrass, j’ai exploré l’impact de la plasticité phénotypique sur la croissance individuelle et les propriétés principales des communautés prairiales. À l’échelle individuelle, le modèle paramétré a révélé un fort impact positif de la plasticité phénotypique sur la croissance mais aussi sur la niche fondamentaledes espèces. Des phénomènes de convergence et de réduction de la sensibilité aux variations de conditionsexpliquent ces effets. À l’échelle des communautés, les simulations ont confirmé de forts effets de la plasticité sur la structure des communautés et leur diversité spécifique. Ces effets sont expliqués par l’effet combiné de la réduction du filtre abiotique et de la réduction des différences de compétitivité. Cependant, aucun effet majeur sur la stratégie dominante ou la productivité n’a pu être mis en évidence.Des implémentations alternatives ou des extensions du modèle devraient permettre de tester la robustesse des résultats obtenus et d’analyser d’autres schémas de dynamiques des communautés. En conclusion, ce travail ouvre la voie à une meilleure considération et une meilleure compréhension du rôle des variabilités intra-spécifiques dans les dynamiques des communautés végétales. / Mountain grasslands provide numerous ecosystem services that are likely to be impacted by global change. Plant functional traits hold great promise to succinctly characterise plant community response to changing environmental conditions and its effect on associated services; with growing evidence of the importance of intra-specific trait variability. I propose here a novel agent-based model, MountGrass, that combines the modelling of species rich grassland communities with phenotypic plasticity. These two key components are integrated via allocation trade-offs based on established empirical patterns of strategic differentiation in resource-use.With MountGrass, I explored the impact of phenotypic plasticity on individual plant growth and on main properties of grassland communities. At the individual level, the parametrised model revealed a strong impact of plasticity on growth and species’ fundamental niches, with potentially large impacts on community properties. These effects are explained by the convergence of species’ strategies and the reduction of the sensitivity to variable conditions. At the community level, simulations confirmed the strong effect of plastic allocation on community structure and species richness. These effects are driven by the cumulative effect of a reduction of both abiotic filtering and fitness differences between species. However, no clear effect on the dominant strategy or productivity could be detected.Going further, the robustness of these findings and other patterns of community dynamics should be analysed with alternative or extended implementations of MountGrass. In sum, this work opens a door towards a better integration and understanding of the role of the intra-specific variability in complex plant community dynamics.

Cette étude vise à définir, classifier et cartographier les groupements forestiers du Parc national Forillon. Leur connaissance plus approfondie s'est montrée indispensable pour l'aménagement du Parc, étant donné que la forêt occupe la plus grande partie de son territoire. L'étude de la végétation et celle de son habitat nous a permis de reconnaître 61 groupements forestiers, de déterminer leur distribution et d'esquisser leur dynamisme. Parmi ceux-ci, 22 associations, 16 sous-associations et 3 variantes ont été décrites pour la première fois. La grande variété de la végétation et la présence de groupements forestiers méridionaux militent en faveur d'un zonage adéquat qui permettrait à la fois la protection et l'utilisation de cette richesse naturelle du Parc pour fins d'interprétation écologique et de récréation éducative.

Les systèmes de biorétention sont de plus en plus utilisés pour gérer le ruissellement des eaux pluviales urbaines. Bien que les plantes soient une composante essentielle des biorétentions, il existe à ce jour peu de preuves de la contribution des espèces choisies, en particulier dans les climats tempérés à grande variation saisonnière. Aussi, les bactéries et les champignons peuvent jouer un rôle majeur dans la performance des biorétentions en améliorant la qualité de l'eau ou en soutenant l'efficacité des plantes. Mais à ce jour, on sait peu de choses sur les microorganismes peuplant les biorétentions et encore moins sur l'influence des choix de conception de ce système et ses conséquences sur la contribution de ces organismes. D’autre part, en climat froid, l'utilisation de sels de déglaçage génère des ruissellements salins qui pourraient affecter les performances des biorétentions, notamment en impactant les processus biologiques en cours dans le système. Le but de mon étude était de comparer la contribution de la végétation à la performance des biorétentions en fonction de l'espèce plantée, de tester l'impact du ruissellement salin sur l'hydrologie et la filtration des contaminants par le système en fonction des espèces végétales utilisées, et de caractériser l'influence de ces 2 facteurs sur la diversité, la composition et l'abondance relative des bactéries et champignons au sein des biorétentions. J’ai réalisé une expérience en mésocosmes avec 4 espèces végétales couramment utilisées en biorétention et couvrant un large éventail de types biologiques (Cornus sericea, Juncus effusus, Iris versicolor, Sesleria autumnalis). Pour simuler un ruissellement printanier chargé en sel de déglaçage, l'eau de ruissellement semi-synthétique utilisée pour l'irrigation à était complétée au printemps avec quatre concentrations de NaCl (0, 250, 1000 ou 4000 mg Cl/L). Le séquençage des gènes 16S et ITS ont été utilisé comme indicateur de diversité, de composition et d'abondance relative bactérienne et fongique. En général, tous les mésocosmes de biorétention ont significativement réduit les volumes d'eau, les débits de pointe et les charges de contaminants. Certaines plantes améliorent significativement les performances en augmentant la perte d'eau par évapotranspiration pendant la période de croissance (jusqu'à 2,5 fois) et en réduisant le débit d'eau (jusqu'à 2,7 fois). Les plantes ont amélioré l’enlèvement des macronutriments, avec un enlèvement massique moyen de 55 % pour l’Azote total, 81 % pour le Phosphore total et 61 % pour le K, contre -6 % (relargage), 61 % et 22 % respectivement pour les non plantés. À l'exception des Sesleria, l’enlèvement des éléments traces par les mésocosmes plantés était généralement plus élevée que chez les non plantés (jusqu'à 8,7 %). Leur niveau de contribution suivait le même ordre que leur taux d'évapotranspiration et leur taille globale (Cornus > Juncus > Iris > Sesleria). Même à la concentration la plus élevée de NaCl testée, aucun effet sur la réduction du volume d'eau et les débits n'a été détecté. En revanche, le ruissellement chargé en sel a temporairement augmenté l’enlèvement de certains métaux tels que Cr, Ni, Pb et Zn. Dans l’ensemble, les plantes ont très bien toléré le passage du ruissellement chargé de sel au printemps. Tous les mésocosmes ont naturellement été colonisés par des bactéries et des champignons adaptés à un environnement humide et contaminé. Parmi les taxons dominants, plusieurs ont des fonctions en lien avec la performance des biorétentions, telles que l'implication dans le cycle de l'azote, la dégradation des hydrocarbures, la tolérance et la remédiation de métaux, ou des symbiotes végétaux. Ma thèse souligne l'importance du choix des espèces végétales sur la performance des biorétentions. D’une part en raison de leur contribution différentielle à la réduction du volume d'eau, des débits de pointe et l'enlèvement des contaminants, en particulier des macronutriments, et d’autre part à cause de leur influence sur la composition et l’abondance des microorganismes. Même si plusieurs des bactéries et champignons dominants ce système auraient la capacité de contribuer à la performance des biorétentions, d’autres études devront être menées pour vérifier leur activité. Finalement, ma thèse a démontré que la présence de sel de déverglaçage dans le ruissellement ne devrait pas être un frein à la mise en place de cellules de biorétention, puisque qu'aux concentrations habituellement observées à la suite d’épandages, aucun effet négatif sur la performance, la végétation ou les communautés bactérienne et fongique n’a été observé dans la présente thèse. Cependant, la libération des cations structurants du sol et l’exfiltration du sels devrait être faire l’objet d’un suivi à plus long terme. Bien que ces expériences aient permis d'analyser l'effet des espèces végétales et des sels de déverglaçage sur la réduction du volume d'eau, des débits de pointe, l’enlèvement des contaminants, et les micro-organismes, l'extrapolation de ces résultats à grande échelle doit être effectuée avec prudence. En effet, les mésocosmes sont des systèmes artificiels qui ne reproduisent pas entièrement les conditions réelles des biorétentions à grande échelle, notamment en ce qui concerne les températures hivernales inférieures à zéro, et ne sont étudiés qu’un lapse de temps. Aussi, les biorétentions réelles sont rarement plantées en monoculture, de sorte que les interactions entre les espèces végétales et les microorganismes pourraient influencer la performance du système. Pour une application réussie des conclusions de cette étude à l'échelle pratique, il serait essentiel que des projets pilotes valident ces résultats. / Bioretention systems are increasingly used to manage urban stormwater runoff. Plants are an essential component of bioretention, improving water quality and reducing runoff volume and peak flows. Although plants are an essential component of bioretentions, there is little evidence on how their contribution changes according to the species chosen, especially in temperate climates with large seasonal variations. In addition, bacteria and fungi could play a major role in bioretention performance by improving water quality or supporting plant efficiency. But to date, little is known about the microorganisms living in bioretentions and even less about the influence of the design choices of this system and therefore its consequences on the contribution of these organisms. In cold climates, the use of de-icing salts generates saline runoff which could affect the bioretentions performance, especially by reducing biological processes. The aim of my study was to compare the contribution of vegetation to the performance of bioretentions according to the species planted, to test the impact of saline runoff on the hydrology and the filtration of contaminants by the system according to the plant species used, and to characterize the influence of these 2 factors on the diversity, composition and relative abundance of bacteria and fungi within bioretentions. I performed a mesocosm experiment with 4 plant species commonly used in bioretention and covering a wide range of biological types (Cornus sericea, Juncus effusus, Iris versicolor, Sesleria autumnalis). To simulate spring salt-laden runoffs, the semi-synthetic runoff water used for irrigation was supplemented in spring with four concentrations of NaCl (0, 250, 1000 or 4000 mg Cl/L). Sequencing of 16S and ITS genes was used as bacterial and fungal diversity, composition and relative abondance indicator. In general, all bioretention mesocosms significantly reduced water volumes, peak flows, and contaminant loads. Some plants significantly increased the performances, by increasing water loss through evapotranspiration during the growing period (up to 2.5 times) and reducing water flow (up to 2.7 times). Plants improved macronutrients removal, with an average mass removal of 55% for total nitrogen, 81% for total phosphorus and 61% for K compared to –6% (release), 61% and 22% respectively for the unplanted. Except for Sesleria, mass removal of trace elements in planted mesocosms was generally higher than in unplanted ones (up to 8.7%). Their contribution level followed the same order as their evapotranspiration rate and overall size (Cornus > Juncus > Iris > Sesleria). Even at the highest concentration of NaCl tested, no impact on water volume reduction and flow rates were detected. In contrast, salt-laden runoffs temporarily increased removal of some metals such as Cr, Ni, Pb, and Zn. Overall, the plants tolerated the passage of salt runoff in spring. All bioretention mesocosms were naturally colonized by bacteria and fungi adapted to a humid and contaminated environment. Among the dominant taxa, several described functions related to the bioretention performances, such as involvement in the nitrogen cycle, the degradation of hydrocarbons, the tolerance and remediation of metals, or plant symbionts. My thesis emphasizes the importance of the plant species choice on the bioretentions performance. firstly because of their differential contribution to the water volume reduction, peak flows, and the contaminants removal, in particular macronutrients, secondly through their influence on the composition and abundance of microorganisms. Even though several of the dominant bacteria and fungi found would have the ability to contribute to the performance of bioretentions, further studies will be needed to verify their activity. Finally, my thesis demonstrated that the presence of de-icing salt in the runoff should not be a hindrance to the bioretention cells implementation, since at concentrations usually observed following salt spreading, no negative effect on the bioretentions performance, on the vegetation or the bacterial and fungal communities were observed in this thesis. However, the release of soil-structuring cations as well as salts exfiltration should be monitored in the longer term. Although these experiments allowed for the analysis of the effect of plant species and de-icing salts on the reduction of water volume, peak flow rates, contaminant removal, and microorganisms, the extrapolation of these results to a larger scale must be done with caution. Despite the advantage of characterizing the performance of bioretention in mesocosms in terms of replication and factor control, it is important to recognize that this approach also has its limitations. Mesocosms are artificial systems that do not fully replicate the real-world conditions of large-scale bioretention, especially concerning sub-zero winter temperatures and the limited time frame of study. The size of the mesocosms could lead to edge effects, such as preferential flows, while real-world scenarios involve slopes that create heterogeneous conditions within these basins, influencing factors like frequency and quantity of water received. Additionally, real bioretention systems are seldom planted as monocultures, thus interactions between plant species and microorganisms may impact system performance. For successful implementation of the findings of this study on a practical scale, validation through pilot projects would be essential.

La transition des activités humaines vers des modèles de développement durable pourrait contribuer à mieux s’adapter aux enjeux mondiaux interconnectés comme les changements climatiques, l’insécurité alimentaire, la santé globale, et l’épuisement des ressources. Cette thèse représente l’un des premiers travaux de recherche visant à combiner l’utilisation des saules à croissance rapide (Salix sp.) pour la phytoremédiation avec leur potentiel pour les bioraffineries. La métabolomique non-ciblée utilisée avec des saules dans deux études complémentaires a permis d’acquérir à la fois des connaissances appliquées sur la valorisation des composés extractibles et une compréhension fondamentale des mécanismes de tolérance au sel. Des saules matures, utilisés pour traiter des eaux usées, ont été évalués à travers un processus de transformation allant de la biomasse brute aux rendements finaux (bioéthanol, lignines, composés bioactifs). L’irrigation avec des eaux usées a triplé les rendements en biomasse, avec une augmentation significative du glucane au détriment d’une réduction des extractibles. Ces variations suggèrent l’allocation des ressources pour soutenir la croissance plutôt que les molécules de défense. Un prétraitement par liquide ionique a fractionné la biomasse, une méthode compatible avec des biomasses contaminées et permettant d’obtenir des composantes séparées de grande qualité. La saccharification enzymatique a livré les rendements en bioéthanol tandis qu’un contre-solvant a précipité la lignine brute, avec une efficacité similaire aux saules témoins. Malgré une teneur réduite en extractibles, l’irrigation par les eaux usées a enrichi le profil phytochimique en flavonoïdes et lignans, potentiellement associés aux perturbations causées par l’inondation et la salinité, et ayant de possibles propriétés antimicrobiennes et antioxydantes. En intégrant deux approches vertes, cette étude démontre une augmentation significative des rendements annuels de bioproduits par unité de surface cultivée, renforçant la viabilité économique et la durabilité environnementale de chacune des deux approches prises individuellement. Une seconde étude s’intéresse plus profondément aux mécanismes de tolérance d’un saule face à deux sels abondants, le NaCl et le Na2SO4, la salinisation étant généralement associée à l’utilisation d’eaux usées et fréquente sur de nombreuses terres marginales. Malgré une conductance stomatique réduite, Salix miyabeana a maintenu sa capacité photosynthétique et sa production de biomasse, même à des niveaux élevés de sel. Les cations et anions salins sont gérés différemment par la plante, qui restreint largement l’absorption du Na+ aux racines, alors que le Cl- et le SO42- sont transportés jusque dans les feuilles. Les analyses révèlent une tolérance résultant à la fois de la plasticité des métabolites constitutifs et des métabolites spécialisés associés aux organes. Les réponses nuancées en fonction des organes et des ions indiquent des adaptations spécifiques dans l’allocation du carbone, la production d’antioxydants ou le métabolisme du soufre par exemple. Seulement 3% des métabolites constituaient une réponse généralisée aux deux types de sels, incluant une réduction de saccharides et un enrichissement de composés phénoliques simples, comparativement aux 28% impliqués au total. Le NaCl induit une réduction du métabolisme énergétique à l’échelle de toute la plante, potentiellement combinée au renforcement racinaire par l’augmentation de précurseurs de la lignine et d’antioxydants. À niveaux équivalents d’électroconductivité et de sodium, Na2SO4 induit une perturbation métabolique plus limitée. Même à concentration double de Na2SO4, l’activité métabolique se caractérise par un enrichissement préférentiel, probablement facilité par l’assimilation de l’excès de SO42- en composés organiques plutôt que leur séquestration. Notre étude des ajustements métaboliques complexes des saules, une espèce non-modèle mais d’importance biologique, environnementale et économique, a contribué à approfondir notre compréhension de leur résilience face aux stress abiotiques, informant ainsi les approches de gestion de l'eau et des terres ainsi que les pratiques de production durables. / Transitioning towards sustainable models that harmoniously integrate human activities within natural cycles could address interconnected global challenges such as climate change, social and economic inequalities, food insecurity, global health, and resource depletion. Phytoremediation, leveraging plant-microorganism interactions to mitigate soil and water pollution, offers a potentially efficient and environment-friendly solution, while also being economically viable and socially acceptable. This thesis represents one of the initial efforts to integrate the application of fast-growing willows (Salix sp.) for phytoremediation, capitalizing on their stress tolerance, with its potential for widerange biorefineries, harnessing their high biomass productivity as a renewable resource for bioenergy and bio-based products. Two complementary studies employed untargeted metabolomics to acquire both applied knowledge on the extensive valorization potential of extractable phytochemicals, and fundamental understanding of their salt stress tolerance mechanisms. Mature field-grown willows used for phytofiltration of primary municipal wastewater effluent were comprehensively characterized to assess their biorefinery potential through a complete process, from raw biomass to final bioethanol, lignin, and extractives yields. Wastewater irrigation tripled biomass yield and structural biochemical compound quantification revealed a significant increase in constitutive glucan along with a significant decrease in extractives, suggesting resource investment into growth over specialized defensive compounds. Ionic liquid pretreatment enabled biomass fractionation, chosen for its versatility in recovering multiple highquality streams and its suitability for contaminated biomass. Subsequently, enzymatic saccharification determined the final bioethanol yields, while counter-solvent precipitation recovered crude lignins. Despite a generalized reduction of extractives, wastewater irrigation enriched the extractable phytochemical profile with flavonoids and lignans, potentially associated with flooding, salinity, antimicrobial and antioxidant activities. Wastewater irrigated willows maintained quality and conversion potential, enhancing the annual valorization yields per growing surface, and strengthening the economic viability and environmental sustainability. These results demonstrated mutual benefits of integrating wastewater treatment and biorefineries. A subsequent study investigated Salix miyabeana tolerance and metabolic response to two environmentally abundant salts, NaCl and Na2SO4, considering salinity as a potential consequence of wastewater irrigation. Despite reduced stomatal conductance, willows maintained photosynthetic capacity and biomass productivity even under high soil salinity levels, demonstrating their salt tolerance. Elemental analysis revealed differential fate of salt ions, restricted Na+ absorption in roots, while Cl- and SO4 2- accumulated in aerial parts. Untargeted metabolomics exposed willow’s efficient metabolic plasticity in response to salts, modulating both constitutive and organ-specialized metabolites. Differential organ- and anion-specific responses indicated nuanced adaptation mechanisms, involving adjustments in carbon allocation, antioxidant production, and sulfur metabolism. Only 3% of metabolites constituted a generalized salt stress response, including reduced saccharides alongside enriched simple phenolics, as compared to 28% involved in overall salt response. NaCl triggered plant-wide energy metabolism reduction, potentially coupled with reinforced root structure through increased lignin precursors and antioxidant compounds. At similar soil EC and sodium concentration, Na2SO4 caused lower metabolic disruption, and as Na2SO4 concentration increased, willow was able to support the metabolic enrichment instead of depletion, likely associated with the ability to integrate SO4 2- in sulfur metabolism instead of passive sequestration. Our investigation into the complex metabolic adjustments of willows, a non-model species but of biological, environmental and economic importance, contributed to deepen our understanding of its resilience towards abiotic stresses, further informing effective water and land management approaches as well as sustainable production practices.

Cette étude vise à définir, classifier et cartographier les groupements forestiers du Parc national Forillon. Leur connaissance plus approfondie s'est montrée indispensable pour l'aménagement du Parc, étant donné que la forêt occupe la plus grande partie de son territoire. L'étude de la végétation et celle de son habitat nous a permis de reconnaître 61 groupements forestiers, de déterminer leur distribution et d'esquisser leur dynamisme. Parmi ceux-ci, 22 associations, 16 sous-associations et 3 variantes ont été décrites pour la première fois. La grande variété de la végétation et la présence de groupements forestiers méridionaux militent en faveur d'un zonage adéquat qui permettrait à la fois la protection et l'utilisation de cette richesse naturelle du Parc pour fins d'interprétation écologique et de récréation éducative.

Cette étude vise trois objectifs majeurs. Elle cherche d’abord à déterminer les mécanismes par lesquels les monomères cycliques d’acides gras (MCAG) issus de la friture des huiles végétales induisent l’accumulation des lipides dans le foie des rats. Ensuite, elle évalue les effets des MCAG sur les marqueurs de l’inflammation et du stress oxydant chez ces mêmes rats. Enfin, elle vise à déterminer si ces effets peuvent être modulés par la qualité des lipides alimentaires. Pour atteindre ces objectifs, cette étude compare les effets des quatre diètes sur la composition corporelle, les profils d’acides gras et de lipides hépatiques et plasmatiques, l’activité ou l’expression d’enzymes hépatiques, les marqueurs d’homéostasie glucidique, d’inflammation et de stress oxydant. Les quatre diètes diffèrent par la source de lipides alimentaires et l’ajout ou non de MCAG (0,5% des lipides alimentaires totaux) : huile de canola (CO), huile de canola avec MCAG (CC), huile de soya (SO) et huile de soya avec MCAG (SC). Les rats sont nourris avec ces diètes (n = 9 par groupe) pendant 28 jours et des paramètres biochimiques sont analysés dans le foie, le plasma et les urines. Les rats nourris aux MCAG manifestent une hausse des TG hépatiques, du cholestérol total plasmatique et du cholestérol de VLDL+LDL, une baisse de la phosphatidylcholine hépatique et du cholestérol des HDL plasmatique par rapport aux rats nourris avec les diètes sans MCAG. En plus, les rats nourris aux MCAG montrent des concentrations plus élevées en 15-F2t-IsoP et son métabolite, le 2,3-dinor-15-F2t-IsoP, que les rats non nourris aux MCAG. Enfin, les rats nourris avec la diète SC ont des concentrations plasmatiques et urinaires plus élevées d’isoprostanes, de neuroprostanes et d’Interleukine-6 que ceux nourris avec l’huile de canola et MCAG. Cette étude montre que les MCAG perturbent l’homéostasie des lipoprotéines sanguines et causent l’accumulation des TG dans le foie des rats en lien avec une réduction de la phosphatidylcholine hépatique. Par ailleurs, la consommation de MCAG favorise le développement d’un stress oxydant, et cet effet ainsi que l’impact des MCAG sur l’inflammation sont exacerbés par une diète riche en acide linoléique (huile de soja) comparée à une diète riche en acide oléique (huile de canola). / This study has three major objectives. It first seeks to determine the mechanisms by which cyclic fatty acid monomers (CFAM), which are derived from the frying of vegetable oils, induce the accumulation of lipids in the liver of rats. Then, it evaluates the effects of CFAM on the markers of inflammation and oxidative stress in these same rats. Finally, it aims to determine if these effects can be modulated by the quality of dietary lipids. To achieve these objectives, this study compares the effects of four diets on body composition, hepatic and plasma fatty acid and lipid profiles, activity or expression of liver enzymes, markers of carbohydrate homeostasis, inflammation and oxidative stress. The four diets differ in the source of dietary lipids (canola oil or soybean oil) and the addition of CFAM (0.0 or 0.5% of total dietary fat). Rats were fed these diets (n = 9 per group) for 28 days and biochemical parameters are analyzed in liver, plasma and urine. CFAM-fed rats showed increased hepatic triglycerides and plasma total cholesterol and VLDL+LDL cholesterol, decreased plasma HDL cholesterol and liver phosphatidylcholine, compared to rats fed CFAM-free diets. In addition, CFAM-fed rats showed higher concentrations of plasma 15-F2t-IsoP and 2,3dinor-15-F2t-IsoP than non-CFAM-fed rats. Finally, rats fed soybean oil and CFAM had elevated plasma and urinary concentrations of isoprostanes, neuroprostanes and interleukin-6 as compared to those fed canola oil and CFAM. This study shows that CFAM disrupt blood lipoprotein homeostasis and cause triglyceride accumulation in rat liver related to reduced liver phosphatidylcholine. In addition, the consumption of CFAM promotes the development of oxidative stress, and this effect and the impact of CFAM on inflammation are exacerbated by a diet rich in linoleic acid (soybean oil) compared to a diet rich in oleic acid (canola oil).