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L’extraction directe des acides nucléiques de microorganismes du sol est une étape cruciale de l’analyse moléculaire des communautés microbiennes du sol. Cependant, l’utilisation de nombreux protocoles d’extraction, chacun présent des biais, rendent difficile la comparaison des jeux de données. Cette déficience est d’autant plus dommageable que les méthodes moléculaires présentent un débit élevé et, en conséquence, génèrent de nombreuses données. Avec de surpasser cette problématique, en 2006 l’INRA a proposé à l’ISO une méthode d’extraction directe de l’ADN du sol. Cette méthode a été évaluée par 13 laboratoires européens indépendants au travers d’un essai interlaboratoire Français et d’un essai international. La reproductibilité de la méthode d’extraction des acides nucléiques du sol a été évaluée en comparant les quantités d’ADN, l’abondance et la structure génétique de communautés microbiennes extraits de 12 sols différents. Basés sur les résultats des essais interlaboratoires, la méthode a été approuvée à l’unanimité par les 21 pays votant à l’ISO. Le standard ISO11063 décrivant cette méthode a été publié par l’ISO. Il est en cours de traduction pour être publié en Français par l’AFNOR. Les résultats des essais interlaboratoires seront présentés et les perspectives offertes par ce nouveau standard en terme d’évaluation post-homologation de produits phytosanitaires discutées.Petric I., Philippot L., Abbate, Abbate C., Bispo A., Chesnot T., Hallin S., Laval K., Lebeau T., Lemanceau P., Leyval C., Lindstrom K., Pandard P., Romero E., Sarr A., Schloter M, Simonet P., Smalla K., Wilke B.M., Martin-Laurent F. 2011. Inter-laboratory evaluation of the ISO standard 11063 "Soil quality - Method to directly extract DNA from soil samples". J. Microbiol. Meth. 84:454-460.

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International audience; Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont connus pour être cancérigènes et mutagènes. Cette étude a porté sur la biodégradation de HAP (les 16 HAP de la liste prioritaire établie par l'Agence américaine de protection de l'environnement) présents dans un sol industriel en ajoutant des substrats organiques comme du lisier de porc, du compost de crevettes ou des boues d'épuration. Les boues municipales et le lisier de porc ont été utilisés comme inoculum pour améliorer la biodégradation des HAP. Les résultats ont montré une biodégradation de 60 % de la somme des 16 HAP en 16 semaines à 30 °C. Cette dégradation a été obtenue dans le cas d'une biopile composée de 75 % de sol pollué, 10 % d'inoculum (boues acclimatées), 10 % de boues brutes et 3 % de paille (pour améliorer le niveau d'aération). Pour cette condition, le ratio sol–amendements était de 1,0:0,3 et le rapport C/N de 30. Lors de cet essai, le GC-MS montre un taux de 68 % ± 16 % de dégradation des HAP de cinq à six cycles. La quantification de la HAP-dioxygénase par « polymerase chain reaction » en temps réel montre que la majorité des bactéries dégradantes provenant du sol contaminé et de l'inoculum sont des Gram+, alors que l'inoculum fait à partir des boues favorise le développement des bactéries dégradantes Gram–. (Anglais : Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are well-known carcinogens and mutagens. In this study, the biodegradation of PAHs (16 major pollutants mentioned by the US Environmental Protection Agency) present in industrial polluted soil was carried out under addition of different organic substrates such as pig manure, shrimp compost, or sewage sludge. Wastewater sludge and pig manure were used as inoculum to enhance biodegradation of PAHs. The results showed a maximum biodegradation of 60% of total PAHs in 16 weeks at 30 °C. This degradation rate was obtained for a biopile that consisted of 75% of PAH contaminated soil, 10% of inoculum (acclimatized sludge), 10% of crude sludge, and 3% of straw (to increase aeration rate). The ratio of soil–amendment was 1.0:0.3 and the C/N ratio was 30. In this assay, GC-MS results showed a degradation of 68% ± 16%.of PAH with five to six cycles. Quantification of PAH-dioxygenase genes in DNA extracted from soil and inoculum, using real-time polymerase chain reaction (RT-PCR) showed that the major bacterial degraders from the soil were Gram+ bacteria, while in acclimated sludge (inoculum) major degraders were Gram– bacteria.)

Due to industrial activities intensification, large surfaces of degraded soils, with low fertility and sometimes contamination, are derelict. In the context of land depletion and economic pressure, the rehabilitation of these derelict anthropogenic soils could be a key issue. However, these derelict soils needs to be better characterized before to consider their potential use. Soil quality studies rarely take into account the biodiversity and the biological functioning. Thus, the aim of this PhD work was to characterize derelict soils by considering their abiotic, biotic and functional parameters. To this end, six derelict strongly anthropogenic soils from north-eastern France, resulting from different industrial activities, were studied in situ and in laboratory. Several biotic components (bacteria, fungi, mesofauna, macrofauna and flora) were studied to have an almost complete approach of the soil biodiversity. Taxonomical and functional (trait-based approach) study of biodiversity was performed for fungi, meso- and macrofauna. Moreover, the in situ evolution over time of abiotic and biotic parameters was taken into account in one of the six studied derelict soils. Lastly, biotic interactions between a species of Collembola, of arbuscular mycorrhizal fungi and of herbaceous plant were studied in two derelict soils, in a growth chamber. We showed that derelict soils were characterized by a significant biodiversity, comparable case to case with other kinds of soils like forest, grassland or crop. Nevertheless, differences in terms of density, richness and taxonomical and functional structure community were observed between soils and depend on considered biotic group. These differences were notably linked with contrasting physico-chemical parameters between soils. Thus, a compost-amended constructed soil was the less disturbed among the six studied soils, in contrast with a heavy metal-contaminated constructed soil. We showed that abiotic parameters, notably biotic parameters, evolved quickly (within one year) in the metal-contaminated constructed soil. In the two derelict soils where interactions between Collembola and mycorrhizal fungi were studied, biotic interactions were affected by several parameters like soil volume, time of interaction, indigenous microflora presence etc. Finally, we have shown that these derelict soils support ecosystems services such as biodiversity reserve and could be functional, allowing potential re-use, Suite à des usages intensifs d’origines industrielles, des surfaces considérables de sols dégradés, peu fertiles, voire contaminés sont délaissées. Dans un contexte de raréfaction des sols et de pressions foncières et économiques grandissantes, la réhabilitation de ces sols fortement anthropisés et délaissés peut-être un enjeu. Toutefois, pour envisager une réutilisation de ces sols, il est nécessaire de mieux les caractériser. L’étude de la qualité des sols prend rarement en compte la biodiversité et le fonctionnement biologique. Ainsi, l’objectif de ce travail de thèse était de caractériser des sols délaissés, en prenant en compte leurs paramètres abiotiques, biotiques et fonctionnels. Pour cela, six sols fortement anthropisés délaissés du nord-est de la France, correspondant à différentes activités industrielles, ont été étudiés in situ et en laboratoire. Plusieurs groupes biotiques (bactéries, champignons, mésofaune, macrofaune et flore) ont été étudiés afin d’avoir une approche quasi-exhaustive de la biodiversité des sols. Une approche taxonomique et fonctionnelle (basée sur les traits) de la biodiversité a été réalisée pour les champignons, la méso- et la macrofaune. De plus, l’évolution in situ au cours du temps des paramètres abiotiques et biotiques a été prise en compte sur un des six sols délaissés étudiés. Enfin, les interactions biotiques entre une espèce de collembole, de champignon mycorhizien à arbuscules et de plante herbacée ont été étudiées dans deux sols délaissés, en laboratoire. Nous avons montré que les sols délaissés étaient caractérisés par une biodiversité significative, comparable selon les cas, à celles d’autres types de sols, comme les sols forestiers, de prairies ou agricoles. Toutefois, des différences de densité, de richesse et de structures taxonomiques et fonctionnelles entre les sols délaissés existent et dépendent du groupe biotique étudié. Ces différences sont notamment liées aux propriétés physico-chimiques contrastées de ces sols. Ainsi, un sol construit, amendé en compost, était l’écosystème le moins perturbé des sols étudiés, contrairement à un autre sol construit et contaminé en métaux lourds. Nous avons montré que les paramètres physico-chimiques, et surtout biologiques, évoluaient rapidement au cours du temps (environ un an) dans le sol construit contaminé en métaux lourds. Enfin, nous avons mis en évidence, dans les deux sols étudiés en laboratoire, des modifications des interactions biotiques sous l’influence de nombreux paramètres comme le volume de sol, la durée de l’interaction, la présence d’une microflore indigène etc. Finalement, nous avons montré que ces sols pouvaient être le support de services écosystémiques tels que l’habitat pour la biodiversité et qu’ils pouvaient être fonctionnels, permettant ainsi de considérer leur potentielle valorisation

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are major persistent pollutants in the environment that are recognized as highly toxic to living organisms. Numerous studies were carried out on the fate of PAHs in soil and in plant rhizosphere and highlighted the major contribution of biodegradation processes and of the sorption to soil constituents. However, a lack of knowledge remains about the fate of PAHs in the soil and especially their location in soil compartments as well as the nature and the behavior of degradation products. The main objectives of the thesis were: (a) to localize PAHs and their derived products within soil compartments (organic matter, minerals, microorganisms and plant), and (b) to quantify and identify the organic compounds forming bound residues. For this purpose, we used two approaches: (i) the monitoring of a labeled PAH, the 13C-phenanthrene (13C-PHE), in a spiked soil planted or not to determine by IRMS and NanoSIMS the 13C-distribution into compartments and to identify derived compounds of 13C-PHE by 13C-RMN et TD/pyGCMS. (ii) the distribution and localization of aged and freshly spiked PAH contamination in a brownfield soil to study the impact of organic matter and minerals (using soil densimetric fractionation) in the PAH retention. More than 40% of C from 13C-PHE remained in the soil after 14 days of ryegrass growth. The 13C-enrichment in plant tissue was similarly to the soil enrichment (E13C ≈ 0.04 at.%) indicating uniform uptake of 13C-PHE between the soil and plant. NanoSIMS images acquired for roots confirmed this global enrichment in the plant. 13C-Hospots were also observed in the rhizosphere, and on the basis on their size, their shape and their elemental composition in C, N and S, they were identified as bacteria, which emphasize their contribution to the fate of PAHs in soil. In the industrial soil, most of the PAHs were found attached to the free OM. However, the freshly spiked PAHs in the soil were significantly associated with organo-mineral associations containing quartz, feldspars and phyllosilicates, Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants persistants retrouvés majoritairement dans l’environnement, qui sont reconnus comme hautement toxiques pour les organismes vivants. Les nombreux travaux réalisés sur les mécanismes contrôlant l’évolution des HAP dans le sol et dans la rhizosphère ont mis en exergue le rôle majeur de la biodégradation par les microorganismes et de la sorption aux constituants du sol. Néanmoins, un manque d’informations persiste concernant le devenir de ces HAP dans le sol, et plus particulièrement leur localisation dans les compartiments du sol ainsi que la nature et le comportement des composés issus de leur dégradation. La thèse avait donc comme principaux objectifs : (a) la localisation des HAP et des produits dérivés dans les compartiments du sol (matières organiques, phases minérales, microorganismes et plante), et (b) la quantification et l’identification des composés organiques formant les résidus liés du sol. Pour cela, nous avons couplé deux approches:(i) le suivi d’un HAP modèle marqué, le 13C-phénanthrène (13C-PHE), dans un sol artificiellement contaminé planté et non planté pour notamment déterminer par IRMS et NanoSIMS la distribution du C issu du PHE dans les compartiments et pour identifier les composés dérivés du 13C-PHE par 13C-RMN et TD/pyGCMS. (ii) le suivi d’une contamination ancienne et récente en HAP dans un sol historiquement contaminé pour étudier l’influence des matières organiques et des phases minérales (séparées par un fractionnement densimétrique) dans la rétention des HAP. Plus de 40% du C issu du 13C-PHE est retenu dans le sol après 14 jours de croissance du ray-grass. L’enrichissement en 13C observé dans la plante est du même ordre que celui du sol (E13C ≈ 0.04 % at.) démontrant une incorporation homogène du 13C-PHE entre la plante et le sol. Cet enrichissement global dans la plante est confirmé par les images NanoSIMS réalisées sur les racines. Des hotspots en 13C ont également été observés dans la rhizosphère, et à partir de leur taille, leur forme et leur composition élémentaire en C, N et S ils ont été identifiés comme étant des bactéries, ce qui met en avant leur rôle dans la dynamique des HAP du sol. Dans le sol industriel, la majorité des HAP est retrouvée dans les MO non complexées aux minéraux. En revanche, les HAP fraîchement ajoutés se sont significativement liés aux associations organo-minérales composées de quartz, de feldspaths et de phyllosilicates

Phytomanagement is a handling method of contaminated sites based on the ability of plants to sequester pollutants. Fungi could favor plant growth in contaminated sites but were far less studied in the context of phytomanagement. Dark septate endophytes (DSE) were reported to improve plant tolerance against metallic trace elements (TE). The present work is part of the LORVER project and aims to understand the “plant-DSE-TE”. DSE were isolated from poplar roots growing on TE-contaminated soils and characterized. They belong to Leptodontidium, Phialophora, Cadophora and Phialocephala genera. Three strains were inoculated to birch and poplar in TE-contaminated soils. Leptodontidium sp. improved plant growth with an increase in chlorophyll, P and K concentrations, whereas Cadophora sp. decreased Cd concentration in shoots of birch. Then, Cadophora sp. Fe06, was used with an endomycorrhizal fungus, to co-inoculate ryegrass in a TE-polluted soil. The co-inoculation leads to the decrease of Cd concentration in shoots. Finally, the mechanisms involved in TE-tolerance by DSE were studied through the screening of a library of Leptondontidium sp. insertional random-mutants and an evaluation of the role of melanin against TE stress. The present work highlights the complexity of the interactions between DSE and plants under TE stress. These interactions were influenced by different parameters including plant species, DSE strains, and soil properties. Nevertheless, the ability of DSE to colonize a broad spectrum of plants in different soils and to promote plant growth, suggest that DSE could represent a substantial benefit for the fungus-assisted phytomanagement of polluted soils; Le phytomanagement est une méthode de gestion de sites pollués basée sur la capacité des plantes à séquestrer les polluants. L’utilisation de symbiotes fongiques peut représenter un atout afin d’augmenter la production de biomasse. Les endophytes bruns septés (DSE) pourraient stimuler la croissance végétale et augmenter leur protection contre les éléments-traces-métalliques (ETM). Cette thèse se déroule dans le cadre du projet LORVER et vise à comprendre l’interaction « plantes-DSE-sols pollués ». A ces fins, des champignons DSE isolés de racines de peupliers issues de sols pollués par des ETM ont été caractérisés. Ils appartiennent aux genres Leptodontidium, Phialophora, Cadophora et Phialocephala. Trois de ces souches ont ensuite été inoculées à des plantes en présence d’ETM. Dans certains cas, la croissance végétale a été stimulée et une augmentation de la teneur en chlorophylles, en P et en K, ou une réduction de la teneur en Cd dans les parties aériennes ont été mises en évidence. Puis, la souche la plus efficace sur la croissance végétale, Cadophora sp. Fe06, a été utilisée dans un double inoculum avec une souche endomycorhizienne, chez du ray-grass en présence d’ETM. Cette association diminue la teneur en Cd dans les feuilles. Enfin, les mécanismes impliqués dans la tolérance aux ETM chez les DSE ont été examinés via le criblage d’une banque de mutants d’insertions aléatoires, et via l’étude du rôle de la mélanine. Ce travail met en évidence que l’utilisation de DSE, de part leur capacité à coloniser de nombreuses plantes dans différents sols et à stimuler leur croissance, pourrait représenter un atout considérable pour des opérations de phytomanagement

Phytomanagement is a handling method of contaminated sites based on the ability of plants to sequester pollutants. Fungi could favor plant growth in contaminated sites but were far less studied in the context of phytomanagement. Dark septate endophytes (DSE) were reported to improve plant tolerance against metallic trace elements (TE). The present work is part of the LORVER project and aims to understand the “plant-DSE-TE”. DSE were isolated from poplar roots growing on TE-contaminated soils and characterized. They belong to Leptodontidium, Phialophora, Cadophora and Phialocephala genera. Three strains were inoculated to birch and poplar in TE-contaminated soils. Leptodontidium sp. improved plant growth with an increase in chlorophyll, P and K concentrations, whereas Cadophora sp. decreased Cd concentration in shoots of birch. Then, Cadophora sp. Fe06, was used with an endomycorrhizal fungus, to co-inoculate ryegrass in a TE-polluted soil. The co-inoculation leads to the decrease of Cd concentration in shoots. Finally, the mechanisms involved in TE-tolerance by DSE were studied through the screening of a library of Leptondontidium sp. insertional random-mutants and an evaluation of the role of melanin against TE stress. The present work highlights the complexity of the interactions between DSE and plants under TE stress. These interactions were influenced by different parameters including plant species, DSE strains, and soil properties. Nevertheless, the ability of DSE to colonize a broad spectrum of plants in different soils and to promote plant growth, suggest that DSE could represent a substantial benefit for the fungus-assisted phytomanagement of polluted soils; Le phytomanagement est une méthode de gestion de sites pollués basée sur la capacité des plantes à séquestrer les polluants. L’utilisation de symbiotes fongiques peut représenter un atout afin d’augmenter la production de biomasse. Les endophytes bruns septés (DSE) pourraient stimuler la croissance végétale et augmenter leur protection contre les éléments-traces-métalliques (ETM). Cette thèse se déroule dans le cadre du projet LORVER et vise à comprendre l’interaction « plantes-DSE-sols pollués ». A ces fins, des champignons DSE isolés de racines de peupliers issues de sols pollués par des ETM ont été caractérisés. Ils appartiennent aux genres Leptodontidium, Phialophora, Cadophora et Phialocephala. Trois de ces souches ont ensuite été inoculées à des plantes en présence d’ETM. Dans certains cas, la croissance végétale a été stimulée et une augmentation de la teneur en chlorophylles, en P et en K, ou une réduction de la teneur en Cd dans les parties aériennes ont été mises en évidence. Puis, la souche la plus efficace sur la croissance végétale, Cadophora sp. Fe06, a été utilisée dans un double inoculum avec une souche endomycorhizienne, chez du ray-grass en présence d’ETM. Cette association diminue la teneur en Cd dans les feuilles. Enfin, les mécanismes impliqués dans la tolérance aux ETM chez les DSE ont été examinés via le criblage d’une banque de mutants d’insertions aléatoires, et via l’étude du rôle de la mélanine. Ce travail met en évidence que l’utilisation de DSE, de part leur capacité à coloniser de nombreuses plantes dans différents sols et à stimuler leur croissance, pourrait représenter un atout considérable pour des opérations de phytomanagement

This study is a part of the deep disposal site development for radioactive waste in Meuse-Haute Marne (France), most specifically on the bio-physico-chemical conversion of sedimentary clay rocks (Callovo-Oxfordian, COx), excavated and stored on surface in the form of heap. During the experimental and operational phases, several million cubic meters of argillite will be excavated. Argillite stored in the open air will be exposed to meteoritic alterations, oxidizing conditions of surface and colonized biologically (plants, bacteria, fungi). The aim of the thesis is to study the impact of naturally derived antioxidants from revegetation of heap with antioxidant-producing plants on the physical, chemical or microbial weathering processes of argillite. This work was designed to (i) identify suitable naturally derived antioxidants and the plants to produce them (ii) assess the antioxidant inhibitory effects on weathering and leaching COx metals in the laboratory, (iv) field test selected plants on the heap, (iii) follow in situ physicochemical and microbiological evolution of the argillite heap planted with antioxidant producing plants. In the laboratory, percolating model antioxidants of Lamiaceae (linalool, thymol, carvacrol) through a packed column of argillite showed variable water weathering/leaching rate depending on the metal elements present; very low for aluminum (, Cette étude s’inscrit dans le contexte du stockage profond de déchets radioactifs sur le site de Meuse-Haute Marne (Andra) et plus précisément de l’évolution bio-physico-chimique de roches sédimentaires argileuses (Callovo-Oxfordien, COx), excavées et stockées en surface sous forme de verses. Durant la phase préparatoire et la phase d’exploitation, plusieurs millions de mètres cubes d’argilites seront excavées. L’argilite stockée à l’air libre sera ainsi exposée durant plusieurs décennies aux altérations météoritiques et aux conditions oxydantes de surface et à la colonisation biologique (plantes, bactéries, champignons). L’objectif de la thèse était d’étudier l’impact de molécules antioxydantes et de la végétalisation des verses par des plantes produisant ces molécules, sur les processus d’altération physiques, chimiques ou microbiens de l’argilite du COx. Ce travail visait à (i) identifier des molécules antioxydantes et des plantes d’intérêt (ii) évaluer les effets inhibiteurs des substances antioxydantes sur l’altération des minéraux et la lixiviation des métaux du COx au laboratoire, (iv) tester la cultivabilité des plantes sélectionnées sur les verses, (iii) suivre in situ l’évolution physico-chimique et microbiologique de l’argilite d’une verse plantée ou non. Des expériences de percolation en colonnes avec des molécules antioxydantes « modèles » des Lamiacées (linalol, thymol, carvacrol) ont montré des taux d’altération/lixiviation très variables en fonction de l’élément. Ils étaient très faibles pour l’aluminium (

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants largement répandus dans l’environnement en particulier dans les sols. La gestion des sols industriels contaminés par ces molécules est à la fois un enjeu environnemental, sanitaire et scientifique. Des modes de gestion basés sur la nature, comme la phytoremédiation, généralement plus économiques et respectueux de l’environnement, sont à privilégier. Toutefois la phytoremédiation des HAP des sols industriels pour lesquels la rhizodégradation est souhaitée, s’avère souvent limitée par la disponibilité de ces polluants, héritage du vieillissement de la contamination et de sa forte interaction avec les matières organiques d’origine fossiles majoritairement présentes dans ces sols particuliers. L’autre enjeu majeur auquel il convient de faire face est la culture d’espèces végétales d’intérêt, rendue délicate par la faible fertilité de ces sols d’une part et la toxicité des HAP pour les plantes d’autre part. Une meilleure compréhension des mécanismes d’action des HAP sur la plante permet d’envisager des modes de gestion permettant de pallier les effets délétères observés. Il s’agit alors de faire évoluer le concept du traitement de phytoremédiation du paradigme de rhizodégradation, ou dégradation assistée par les plantes, vers celui rhizoatténuation, diminution de la disponibilité et donc du risque., Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) are persistent organic pollutant widely dispersed in the environment but they accumulate more specifically in soils. Management of these contaminated soils is an environmental and sanitary concern as well as a scientific challenge. Nature-based solutions, such as phytoremediation, are to be privileged being cheaper more environmental friendly. However, rhizodegradation is limited by PAH low bioavailability. Indeed in these old contaminated soils, the pollutants have aged and are strongly sorbed to the anthropic organic matter. Plant growth may also prove difficult due to limited soil fertility combined to phytotoxicty of the pollutants. These difficulties may be overcome with a better knowledge of the mechanisms involved in plant-PAH interaction. In that respect, soil treatment goals should rather move from rhizodegradation to rhizoattenuation, aiming at limiting PAH availability, and thus reduce risk.

Accès restreint aux membres de l'Université de Lorraine jusqu'au 2017-03-09; Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are persistent organic pollutants in soil, whose degradation in aged-contaminated soil is limited by their low bioavailability. The ability of plants to promote pollutant dissipation through the action of rhizosphere microorganisms has been shown (rhizodegradation). However contrasted results were obtained suggesting spatio-temporal variability of processes. Different experiments, with different time and space scales, using microcosm and field trials were achieved to precise phenomena. Study of spatial variability of PAH and bacterial diversity were done in two-contrasted rhizospheres (ryegrass and alfalfa) at centimeter scale after 37 days of plant growth, on a wasteland aged contaminated soil Results showed spatial structuration of sugar content, pH, bacterial diversity and microbial density, depending on plant species, but no vertical gradient was observed for PAH concentration. Study of temporal variability of processes showed dissipation of bioavailable fraction of pollutant in just 6 days and in comparison with bare soil, a positive impact of plant was shown on PAH dissipation and on expression of PAH dioxygenase genes. A long-term study (over 6 years) in a field trial revealed that plant cover slowed down PAH dissipation and impacted bacterial and fungal diversity as edaphic parameters. All these results underlined the importance of PAH bioavailability for the dissipation process and of spatio-temporal dynamic of microbial community, in the rhizosphere; Les Hydrocarbures Aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants, dont la faible disponibilité dans les sols historiquement contaminés limite leur biodégradation. La capacité des plantes à favoriser l’élimination de ces polluants par l’action des microorganismes associés à leur rhizosphère a été montrée (rhizodégradation). Toutefois les résultats sont variables, suggérant la variabilité spatio-temporelle des processus. Des études à différentes échelles de temps et d’espace, utilisant des microcosmes et des dispositifs in situ ont été menées pour préciser ces phénomènes. L’étude de la variabilité spatiale des HAP et de la diversité bactérienne a été menée au sein de deux rhizosphères contrastées (ray-grass et luzerne), à l’échelle centimétrique après 37 jours de culture sur un sol de friche industrielle. Les résultats ont montré une spatialisation de la teneur en sucre et du pH, de la diversité bactérienne et de l’abondance microbienne, spécifique de l’espèce végétale, mais sans structuration de la teneur en HAP. L’étude de la variabilité temporelle de ces processus a révélé la dissipation en 6 jours des polluants biodisponibles ainsi qu’un effet positif des plantes par rapport au sol nu sur la dissipation des HAP et sur l’expression des gènes de HAP-dioxygénase. Une étude à plus long terme (6 ans) et in situ a montré que le couvert végétal ralentit la dissipation des HAP et influencent fortement la diversité microbienne, tout comme certains paramètres édaphiques. L’ensemble de ces résultats montre l’importance de la biodisponibilité des HAP qui conditionne leur dissipation, et de la dynamique des communautés microbiennes dans la rhizosphère

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are persistent organic pollutants in soil, whose degradation in aged-contaminated soil is limited by their low bioavailability. The ability of plants to promote pollutant dissipation through the action of rhizosphere microorganisms has been shown (rhizodegradation). However contrasted results were obtained suggesting spatio-temporal variability of processes. Different experiments, with different time and space scales, using microcosm and field trials were achieved to precise phenomena. Study of spatial variability of PAH and bacterial diversity were done in two-contrasted rhizospheres (ryegrass and alfalfa) at centimeter scale after 37 days of plant growth, on a wasteland aged contaminated soil Results showed spatial structuration of sugar content, pH, bacterial diversity and microbial density, depending on plant species, but no vertical gradient was observed for PAH concentration. Study of temporal variability of processes showed dissipation of bioavailable fraction of pollutant in just 6 days and in comparison with bare soil, a positive impact of plant was shown on PAH dissipation and on expression of PAH dioxygenase genes. A long-term study (over 6 years) in a field trial revealed that plant cover slowed down PAH dissipation and impacted bacterial and fungal diversity as edaphic parameters. All these results underlined the importance of PAH bioavailability for the dissipation process and of spatio-temporal dynamic of microbial community, in the rhizosphere, Les Hydrocarbures Aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants, dont la faible disponibilité dans les sols historiquement contaminés limite leur biodégradation. La capacité des plantes à favoriser l’élimination de ces polluants par l’action des microorganismes associés à leur rhizosphère a été montrée (rhizodégradation). Toutefois les résultats sont variables, suggérant la variabilité spatio-temporelle des processus. Des études à différentes échelles de temps et d’espace, utilisant des microcosmes et des dispositifs in situ ont été menées pour préciser ces phénomènes. L’étude de la variabilité spatiale des HAP et de la diversité bactérienne a été menée au sein de deux rhizosphères contrastées (ray-grass et luzerne), à l’échelle centimétrique après 37 jours de culture sur un sol de friche industrielle. Les résultats ont montré une spatialisation de la teneur en sucre et du pH, de la diversité bactérienne et de l’abondance microbienne, spécifique de l’espèce végétale, mais sans structuration de la teneur en HAP. L’étude de la variabilité temporelle de ces processus a révélé la dissipation en 6 jours des polluants biodisponibles ainsi qu’un effet positif des plantes par rapport au sol nu sur la dissipation des HAP et sur l’expression des gènes de HAP-dioxygénase. Une étude à plus long terme (6 ans) et in situ a montré que le couvert végétal ralentit la dissipation des HAP et influencent fortement la diversité microbienne, tout comme certains paramètres édaphiques. L’ensemble de ces résultats montre l’importance de la biodisponibilité des HAP qui conditionne leur dissipation, et de la dynamique des communautés microbiennes dans la rhizosphère

Recent studies have shown that organic chlorine is retained in the soil and is formed by a chlorination process mainly from the microbial activity of the soi still poorly documented. The aim of this study is to estimate the organic and inorganic forms of chlorine in contrasting soil and highlight the evolution of these forms according to certain environmental parameters or terms of incubations and to the activity of microorganisms. For this, the organo-mineral horizons of contrasting soil were studied (i) in situ: The amounts of chlorine and physico-chemical and microbiological parameters of soil were measured; (ii) in two experimental devices incubations under different conditions. Measurements of chlorine levels between the beginning and the end of the first experiment were measured by AOX analyzer. For the second experiment, the soil was previously enriched with Na37Cl and 37Cl levels were measured by HR ICP MS. Soil samples from these incubations were analyzed by Xanes spectrometry to identify the speciation of chlorine forms in soils. Soil non-extractable organic chlorine contents represent almost all of the chlorine. The parameters that influence the distribution of chlorine contents in soils correspond to vegetation cover, pH, organic carbon content and quantities of microorganisms. The chlorine contents measured by AOX analyzer and by HR ICP MS highlight an organic chlorine formation over time in relation to the microorganims in the soil. The measures carried out by HR ICP MS show also an organic chlorine formation in abiotic conditions. Conversely, XANES spectrometry measurements have show any organic chlorine formation, Des études ont démontré que du chlore organique est retenu dans les sols et serait formé par un processus de chloruration issu de l’activité microbienne des sols. Le but de cette étude est d’estimer les formes organiques de chlore dans des sols contrastés et de mettre en évidence l’évolution de ces formes de chlore selon certains paramètres environnementaux ou modalités d’incubations en fonction de l’activité des microorganismes. Les horizons organo-minéraux de sols contrastés ont été étudiés (i) in situ : Les quantités de chlore et les paramètres physico-chimiques et microbiologiques de sols ont été mesuré ; (ii) dans deux dispositifs d’incubations sous différentes modalités. Les mesures des teneurs en chlore entre le début et la fin de la première expérience ont été mesurées par analyseur d’AOX. Pour la deuxième expérience, les sols ont été enrichis en Na37Cl et les teneurs en 37Cl ont été mesurées par ICP MS HR. Des mesures par spectrométrie Xanes ont été réalisées pour préciser la spéciation du chlore des sols. Les teneurs en chlore organique non extractibles représentent presque la totalité du chlore. Les paramètres qui influencent la répartition des teneurs en chlore correspondent au couvert végétal, au pH, à la teneur en carbone organique et aux quantités de microorganismes. Les teneurs en chlore mesurées par analyseur d’AOX et par ICP MS HR ont permis de mettre en évidence une formation de chlore organique en relation avec les paramètres microbiologiques. Les mesures par ICP MS HR ont montré une formation de chlore organique en conditions abiotiques. Les analyses par spectrométrie XANES n’ont pas permis de mettre en évidence une formation de chlore organique

Short Rotation Coppices (SRC) are a crop system intended to produce energy wood chips. This thesis aimed at assessing the impact of SRC on soil functioning and proposing quality indicators. Five samplings were performed in spring and autumn between 2010 and 2012 on plots including four couples of SRC and grassland, an alluvial forest and an agrosystem, in the Aisne valley. The following parameters were monitored: organic matter, total carbon, cation capacity exchange, available phosphorus, carbon and nitrogen basal respiration, earthworm biomass, density and diversity, fungal and bacterial density and diversity, enzymatic activity, physical and chemical organic matter characterisations. 6 years after conversion to SRC, earthworm and fungal density, basal respiration and laccase activity were higher in SRC soil compared to conventional agrosystem. These changes can be linked to qualitative and quantitative organic matter evolutions (increase of the C/N ratio and decrease of hydrogen index). Nitrogen and phosphorus seemed to be limiting factors for SRC crop yields. However, soil nutrient return and the good turnover of organic matter can buffer strong exportations. The measured parameters led to indicator definition and proposition of three indices: fertility, biological activity, density and diversity of biological communities. Principal response curves confirmed the positive effect of SRC on soil quality as observed with synthetic indices calculation; Les Taillis à Très Courte Rotation sont une culture destinée à produire des plaquettes de bois énergie. L'objectif de la thèse était d'étudier l'impact des TTCR sur le fonctionnement des sols et de proposer des indicateurs de qualité. Cinq prélèvements ont été effectués chaque printemps et automne entre 2010 et 2012 sur les sols de quatre couples de TTCR et bandes enherbées, d'une forêt alluviale et d'un agrosystème, localisés dans la vallée de l'Aisne. Les paramètres suivants ont été mesurés: matières organiques, carbone total, capacité d'échange cationique et éléments échangeables, phosphore disponible, minéralisation du carbone et de l'azote, biomasse, abondance et diversité des communautés lombriciennes, abondance relative et diversité des communautés fongiques et bactériennes, activités enzymatiques, caractérisations physiques et chimiques des matières organiques. 6 années après la mise en place des TTCR, les densités fongiques et lombriciennes, la respiration basale, l'activité laccase étaient plus élevées dans les TTCR par rapport à l'agrosystème. Ces modifications peuvent être reliées aux changements quantitatifs et qualitatifs des matières organiques (augmentation du C/N, diminution de l'indice hydrogène). L'azote et le phosphore semblent être limitant mais les retours importants et le turn over rapide de la MO viennent tamponner les fortes exportations. Ces mesures ont conduit à la définition d'indicateurs et aboutissent à la proposition de trois indices : fertilité, activité biologique, abondance et diversité des communautés biologiques. L'utilisation des courbes de réponses principales confirme l'effet positif des TTCR sur la qualité du sol, observée avec le calcul d'indices synthétiques

Arsenic is a widespread toxic metalloid which is a major issue of public health. Its presence in the environment is naturally due to the geochemical background, i.e. the weathering of parent material and volcanic eruptions, but the main contamination sources are anthropogenic activities such as mining and metalworking industry. We describe a real-time PCR assay for the quantitative detection of arsB and ACR3(1) arsenite transporter gene families, two ubiquitous and key determinants of arsenic resistance in prokaryotes. The aioA gene encoding the large subunit of arsenite-oxidase was monitored in parallel. This study aimed to determine whether diversity, abundance and expression of these arsenite efflux pumps could serve as suitable biomarkers of metalloid stress and provide means to assess the impact of contamination on soil bacterial communities. The assay was applied in batch growth experiments using a wasteland soil bacterial community as an inoculum to investigate the effect of increasing arsenic concentrations on genes and transcripts abundances. To confirm previous results, further studies on the abundance and expression of arsB and ACR3(1) in indigenous soil bacterial communities exposed to different levels of arsenic over various time periods have helped to gain a better understanding of how these genes contribute to the adaptation of the communities to arsenic stress and their role in shaping the community structure and diversity. On the other hand, metal transporting PIB-type ATPases are critical components of bacterial resistance to cadmium, zinc and lead. We therefore designed degenerate PCR primers targeting PIB-type ATPases and tested their specificity on reference strains, metal-resistant soil isolates and soil metagenomic DNA; La mesure des effets des éléments en traces métalliques (ETM) sur les microorganismes, acteurs majeurs du fonctionnement des sols, constitue une approche complémentaire des analyses physico-chimiques dans l'évaluation de leur impact éco-toxicologique. La démarche scientifique présentée ici visait à déterminer dans quelle mesure la diversité, l'abondance et l'expression de gènes bactériens de résistance aux métaux et métalloïdes pourraient constituer des biomarqueurs pertinents des concentrations biodisponibles en ETM dans les sols contaminés et de leur impact sur les communautés bactériennes. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur les gènes de résistance arsB/ACR3(1) codant les pompes d'efflux de l'arsénite, largement répandues chez les procaryotes, et aioA codant une arsénite-oxydase. Une technique de PCR en temps réel, utilisant des amorces dégénérées conçues au cours de travaux de thèse précédents (Achour et al., 2007 ; Quéméneur et al., 2008), a été développée pour quantifier ces gènes cibles et leurs transcrits dans des systèmes d'étude de plus en plus complexes, de la culture liquide aux microcosmes de sols. Cette recherche d'interprétations physiologiques et écologiques des réponses bactériennes à une exposition à l'arsenic a été intégrée dans le projet ANR Multipolsite (ANR CES 2008). Il a dès lors été possible d'étudier, dans un contexte d'atténuation naturelle et de phytoremédiation, l'abondance des gènes arsB, ACR3(1) et aioA in situ et sur le long terme en fonction de différents traitements telles que la présence de végétation et la désorption-thermique de ce sol multi-contaminé aux HAP et aux ETM. Ces travaux ont également abouti à la conception d'amorces dégénérées ciblant les gènes de résistance aux cadmium, zinc et plomb, gènes codant les ATPases de type PIB étant des pompes d'efflux spécifiques de ces ETM

Arsenic is a widespread toxic metalloid which is a major issue of public health. Its presence in the environment is naturally due to the geochemical background, i.e. the weathering of parent material and volcanic eruptions, but the main contamination sources are anthropogenic activities such as mining and metalworking industry. We describe a real-time PCR assay for the quantitative detection of arsB and ACR3(1) arsenite transporter gene families, two ubiquitous and key determinants of arsenic resistance in prokaryotes. The aioA gene encoding the large subunit of arsenite-oxidase was monitored in parallel. This study aimed to determine whether diversity, abundance and expression of these arsenite efflux pumps could serve as suitable biomarkers of metalloid stress and provide means to assess the impact of contamination on soil bacterial communities. The assay was applied in batch growth experiments using a wasteland soil bacterial community as an inoculum to investigate the effect of increasing arsenic concentrations on genes and transcripts abundances. To confirm previous results, further studies on the abundance and expression of arsB and ACR3(1) in indigenous soil bacterial communities exposed to different levels of arsenic over various time periods have helped to gain a better understanding of how these genes contribute to the adaptation of the communities to arsenic stress and their role in shaping the community structure and diversity. On the other hand, metal transporting PIB-type ATPases are critical components of bacterial resistance to cadmium, zinc and lead. We therefore designed degenerate PCR primers targeting PIB-type ATPases and tested their specificity on reference strains, metal-resistant soil isolates and soil metagenomic DNA, La mesure des effets des éléments en traces métalliques (ETM) sur les microorganismes, acteurs majeurs du fonctionnement des sols, constitue une approche complémentaire des analyses physico-chimiques dans l'évaluation de leur impact éco-toxicologique. La démarche scientifique présentée ici visait à déterminer dans quelle mesure la diversité, l'abondance et l'expression de gènes bactériens de résistance aux métaux et métalloïdes pourraient constituer des biomarqueurs pertinents des concentrations biodisponibles en ETM dans les sols contaminés et de leur impact sur les communautés bactériennes. Dans cette étude, nous nous sommes focalisés sur les gènes de résistance arsB/ACR3(1) codant les pompes d'efflux de l'arsénite, largement répandues chez les procaryotes, et aioA codant une arsénite-oxydase. Une technique de PCR en temps réel, utilisant des amorces dégénérées conçues au cours de travaux de thèse précédents (Achour et al., 2007 ; Quéméneur et al., 2008), a été développée pour quantifier ces gènes cibles et leurs transcrits dans des systèmes d'étude de plus en plus complexes, de la culture liquide aux microcosmes de sols. Cette recherche d'interprétations physiologiques et écologiques des réponses bactériennes à une exposition à l'arsenic a été intégrée dans le projet ANR Multipolsite (ANR CES 2008). Il a dès lors été possible d'étudier, dans un contexte d'atténuation naturelle et de phytoremédiation, l'abondance des gènes arsB, ACR3(1) et aioA in situ et sur le long terme en fonction de différents traitements telles que la présence de végétation et la désorption-thermique de ce sol multi-contaminé aux HAP et aux ETM. Ces travaux ont également abouti à la conception d'amorces dégénérées ciblant les gènes de résistance aux cadmium, zinc et plomb, gènes codant les ATPases de type PIB étant des pompes d'efflux spécifiques de ces ETM

The dissipation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), very common and persistant pollutants in soils from industrial wastelands, involve the action of bacterial and fungal microorganisms. However their respective contribution, and the influence of the microbial and plant-microbe interactions on in situ PAH dissipation, are poorly known and fungal communities were scarcely studied in such environments. This work aimed to study the fate of PAHs in rhizosphere under the influence of microorganisms and their interactions and to estimate the fungal diversity in contaminated soils. The dynamic of fungal communities was monitored in situ for 5 years, by real-time PCR and Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE) in an aged PAH-polluted soil and in the same soil treated by thermal desorption. The results showed that plants had a positive effect on fungal abundance and diversity and were the main driver of fungal community structure, dominated by Ascomycetes. Besides, bacterial and fungal strains were isolated from this soil and screened for their ability to dissipate PAHs in vitro. Among them, the bacteria Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 and the fungus Fusarium solani MM1 were chosen as model strains to study their individual and simultaneous effect on PAH dissipation in different experimental conditions, from liquid cultures to planted soil microcosms with a complex microflora. It was found that interactions between microorganisms, notably competition, had a crucial influence on their growth and on the expression of their PAH dissipation potential; La dissipation des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), polluants persistants majoritaires des sols de friches industrielles, implique l'action de microorganismes bactériens et fongiques. Cependant, leur contribution relative à la dissipation in situ, en fonction des interactions entre ces microorganismes ou avec les plantes et les polluants, est mal connue et les communautés fongiques ont été très peu étudiées dans de tels environnements. L'objectif de cette thèse était de préciser l'écodynamique des HAP dans la rhizosphère sous l'effet des microorganismes et de leurs interactions et d'évaluer la diversité fongique dans des sols contaminés. La dynamique des communautés fongiques a été étudiée in situ pendant 5 années, par PCR en temps réel et Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE), dans un sol historiquement contaminé en présence ou non de plantes et dans le même sol ayant subi un traitement de remédiation par désorption thermique. Les plantes avaient un effet positif sur l'abondance et la diversité des champignons et étaient le facteur déterminant la structure des communautés fongiques, dominées par les Ascomycètes. D'autre part, des souches bactériennes et fongiques ont été isolées de ce sol et testées pour leur capacité à dégrader les HAP in vitro. Parmi celles-ci, la bactérie Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 et le champignon Fusarium solani MM1 ont été choisies comme souches modèles pour étudier leur action individuelle ou conjointe sur la dissipation de trois HAP, dans différentes conditions, des plus simples (cultures liquides) aux plus complexes (microcosmes de sol planté en présence d'une microflore). Les résultats ont montré l'importance fondamentale des interactions entre microorganismes, notamment des phénomènes de compétition, pour la croissance des souches modèles et pour l'expression de leurs potentiels de dissipation des HAP

The dissipation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), very common and persistant pollutants in soils from industrial wastelands, involve the action of bacterial and fungal microorganisms. However their respective contribution, and the influence of the microbial and plant-microbe interactions on in situ PAH dissipation, are poorly known and fungal communities were scarcely studied in such environments. This work aimed to study the fate of PAHs in rhizosphere under the influence of microorganisms and their interactions and to estimate the fungal diversity in contaminated soils. The dynamic of fungal communities was monitored in situ for 5 years, by real-time PCR and Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE) in an aged PAH-polluted soil and in the same soil treated by thermal desorption. The results showed that plants had a positive effect on fungal abundance and diversity and were the main driver of fungal community structure, dominated by Ascomycetes. Besides, bacterial and fungal strains were isolated from this soil and screened for their ability to dissipate PAHs in vitro. Among them, the bacteria Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 and the fungus Fusarium solani MM1 were chosen as model strains to study their individual and simultaneous effect on PAH dissipation in different experimental conditions, from liquid cultures to planted soil microcosms with a complex microflora. It was found that interactions between microorganisms, notably competition, had a crucial influence on their growth and on the expression of their PAH dissipation potential; La dissipation des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), polluants persistants majoritaires des sols de friches industrielles, implique l'action de microorganismes bactériens et fongiques. Cependant, leur contribution relative à la dissipation in situ, en fonction des interactions entre ces microorganismes ou avec les plantes et les polluants, est mal connue et les communautés fongiques ont été très peu étudiées dans de tels environnements. L'objectif de cette thèse était de préciser l'écodynamique des HAP dans la rhizosphère sous l'effet des microorganismes et de leurs interactions et d'évaluer la diversité fongique dans des sols contaminés. La dynamique des communautés fongiques a été étudiée in situ pendant 5 années, par PCR en temps réel et Temporal Temperature Gradient Electrophoresis (TTGE), dans un sol historiquement contaminé en présence ou non de plantes et dans le même sol ayant subi un traitement de remédiation par désorption thermique. Les plantes avaient un effet positif sur l'abondance et la diversité des champignons et étaient le facteur déterminant la structure des communautés fongiques, dominées par les Ascomycètes. D'autre part, des souches bactériennes et fongiques ont été isolées de ce sol et testées pour leur capacité à dégrader les HAP in vitro. Parmi celles-ci, la bactérie Arthrobacter oxydans Pyr2MsHM11 et le champignon Fusarium solani MM1 ont été choisies comme souches modèles pour étudier leur action individuelle ou conjointe sur la dissipation de trois HAP, dans différentes conditions, des plus simples (cultures liquides) aux plus complexes (microcosmes de sol planté en présence d'une microflore). Les résultats ont montré l'importance fondamentale des interactions entre microorganismes, notamment des phénomènes de compétition, pour la croissance des souches modèles et pour l'expression de leurs potentiels de dissipation des HAP

In order to clean up polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) contaminated soils, various techniques have been developed during the last decades, but their impact on soil functions was rarely considered. The objective of this study was to assess the impact of chemical oxidation treatments on different physico-chemical and biological parameters of PAH contaminated soil and to propose solutions to improve the biological functioning of oxidized soil. Various laboratory and field experiments have shown that the efficiency of chemical oxidation reactions (Fenton reaction and activated persulfate) on PAH concentrations depended on pollutant availability and soil physico-chemical properties. Besides, intense acidification processes have been observed on uncarbonated soil with a strong impact on soil physico-chemical and biological parameters. Moreover, this alteration was higher with activated persulfate treatment, leading to the loss of trace metals in water percolation. In the strongly acidified soil, the input of materials, suitable for pH increase, resulted in the restoration of biological activities and soil capacity to support vegetation. The association of chemical oxidation treatment and restoration techniques could present a good mean for soil rehabilitation. Finally, an index, which aimed to represent soil conditions based on the weight given to different parameters, was proposed and was used to evaluate changes induced by oxidation treatments and restoration techniques; Afin de dépolluer et de réhabiliter les sols contaminés par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), différentes techniques ont été développées durant les dernières décennies, mais leur impact sur les fonctions du sol est rarement pris en compte. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'impact des traitements par oxydation chimique sur différents paramètres physico-chimiques et biologiques de terres contaminées aux HAP et de proposer des solutions pour restaurer le fonctionnement biologique des terres oxydées. Les différentes expérimentations de laboratoire et de terrain ont montré que l'efficacité des réactions d'oxydation chimique (réaction de Fenton et persulfate activé) sur la teneur en HAP dépendait de la disponibilité de la pollution et des propriétés physico-chimiques des terres. Par ailleurs, des processus d'acidification ont été observés sur des terres non carbonatées, altérant fortement et durablement les paramètres physico-chimiques et biologiques. Cette altération était plus forte après utilisation du persulfate activé, engendrant ainsi des pertes en éléments traces métalliques dans les eaux de percolations. L'apport de matériaux susceptibles d'augmenter le pH a permis la restauration des activités biologiques et la capacité des terres à supporter la végétation lorsque les terres ont fortement été acidifiées. L'association de traitements d'oxydation chimique et de refonctionnalisation pourrait présenter un moyen de réhabilitation efficace. Un indice, dont l'objectif était de représenter l'état du sol en fonction du poids accordé à différents paramètres, a été proposé et a permis d'évaluer les variations induites par les traitements d'oxydation et les procédés de refonctionnalisation

Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are organics pollutants, ubiquitous, toxics and potentially carcinogenic. In soil, PAH degradation is mainly attributed to microbial organism. Several studies have thus reported enhanced PAH degradation in soil in the presence of plants. Rhizospheric soil increase the number et the activity of microorganisms in soil by the release of roots exudates. However, bene?cial effects of plants in the remediation are not always observed and roots exudates could be limited PAH biodegradation. The object of this study was to investigate the fate of PAHs in rhizosphere, following (i) the PAH-dioxygenase genes DNA to quantify the PAH-degrading bacteria, (ii) species implicated in phenanthrene biodegradation, and (iii) PAH availability and biodegradation from industrial soils.Different experimental devices have been designed to study detailed processes in the rhizosphere. First is a compartments devices were a nylon mesh permits diffusion of plant soluble substances towards the adjacent root free compartment as a rhizosphere. Secondly microcosms were enriched with natural roots exudates from hydroponic culture of ray-grass (Lolium perenne L.). In first time, experiments were conducted using sand and bacterial inoculum from an industrially PAH-contaminated soil and then directly with a soil historically contaminated by PAH. The Real-Time PCR quantification of 16S rRNA gene copy and of functional PAH-RHD? genes permitted to assess the proportion of a degrading bacteria. Bacterial community structure was approached from Temporal Thermal Gradient gel Electrophoresis (TTGE) fingerprinting, and bands sequencing. Nonexhaustive cyclodextrin-based extraction technique provided a estimate of the ?labile? or available pool of PAH in soil. Use of stable isotope probing (SIP) technique with [13C]phenanthrene allowed a bacterial identification of directly implicated in industrial soil.The presence of exudates modified microbial community of PAH-degrading bacteria. SIP experiment showed that 13C-labelled PHE-degrading bacteria was different depending on the exudates input. Many species having to degrade phenanthrene were able to use exudates. Presence of root exudates increased the proportion of PAH-RHD? genes compared to the bulk soil at the beginning and in microcosms without exudates (respectively 10% and 1 %). However, phenanthene dissipation in sand or soil were weaker with root exudates and aged PAH concentrations has not shifted during incubation time. Nevertheless, the root exudates increased the PAH labile fraction extract with cyclodextrin solution into two in three soils historically contaminated; Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques, ubiquistes, potentiellement toxiques et cancérigènes. Dans les sols, la dégradation des HAP est principalement due à l'activité microbienne. Certaines études ont montré que la biodégradation des HAP pouvait être augmentée dans la rhizosphère des plantes où le nombre et l'activité microbienne sont stimulés, grâce aux exsudats racinaires. Cependant les bénéfices des plantes ne sont pas toujours observés, et les exsudats pourraient aussi modifier la biodisponibilité des HAP. Les objectifs de ce travail ont été de mieux comprendre ces interactions sol-plante-microorganismes qui conditionnent le devenir des HAP dans la rhizosphère en suivant notamment (i) les bactéries possédant les gènes codant une HAP-dioxygènase, (ii) les espèces bactériennes impliquées dans la dégradation du phénanthrène, et (iii) la disponibilité et la biodégradation des HAP dans des terres industrielles historiquement contaminées.Les expériences ont été conduites dans des dispositifs à compartiments, lesquels permettent une diffusion des exsudats racinaires dans le sol tout en retenant physiquement les racines, puis en microcosmes avec un ajout d'exsudats racinaires naturels produits à partir d'une culture hydroponique de ray-grass (Lolium perenne, L). Les expériences ont été réalisées dans un premier temps avec du sable en ajoutant du phénanthrène (PHE) et un inoculum bactérien issu d'un sol d'une ancienne cokerie puis directement avec des sols historiquement contaminés en HAP. Les nombres de copies de gènes codant pour l'ADNr 16S et pour des HAP-dioxygènases ont été quantifiés par PCR en temps réel pour estimer la proportion de bactéries dégradantes. Les structures des communautés ont été comparées par électrophorèses (TTGE). En plus de l'analyse des 16 HAP totaux, une extraction non exhaustive des HAP a été réalisée à la cyclodextrine pour en estimer la disponibilité. L'utilisation de la méthode SIP (stable isotope probing) avec du 13C-phénanthrène a permis d'identifier les bactéries directement impliqués sa dégradation dans un sol historiquement contaminé. Les expériences en dispositifs à compartiments ont confirmé que la dissipation du phénanthrène est plus importante lorsque la distance aux racines est plus faible, et montrent que le nombre de copies de gène 16S et de gène de HAP-dioxygénase varie avec l'âge des plantes et du temps de contact des compartiments latéraux avec le tapis racinaire. Mais elles montrent aussi que la dissipation du phénanthrène n'est pas plus importante dans les pots plantés, tandis que dans les expériences en microcosmes une inhibition de la dissipation du PHE a même été observée en présence d'exsudats. La présence d'exsudats racinaires a profondément modifié la structure des communautés dégradant les HAP, et l'expérience SIP a permis d'identifier les bactéries directement impliquées dans la dégradation du 13C-phénanthrène et de montrer qu'elles étaient différentes en présence ou non d'exsudats. En présence d'exsudats, la proportion des bactéries dégradantes dans la population totale est passée de 1 % dans la terre d'origine et dans les traitements sans exsudats à plus de 10 %. Même si les exsudats racinaires ralentissent la dissipation du phénanthrène, en fournissant une source de carbone plus facilement métabolisable, ils ont augmenté la quantité de HAP extractibles à la cyclodextrine dans deux des trois sols historiquement contaminés, suggérant un effet de ceux-ci sur la biodisponibilité des HAP

The bacteria, through their diversity and activities play an important role in soil functioning. They are actively involved in the degradation of organic matter (OM) and this function is often used as an indicator of the biological quality of soils. The heterotrophic bacteria are also involved directly or not to the weathering of silicate minerals (group of primary and secondary minerals in soils). The silicate weathering controlled the leaching of essential major mineral elements (e.g. Fe, Mg) in solution, the neutralization of acids in soils (from atmospheric deposition, degradation of litter, biological activity) and the sequestration of atmospheric CO2. This step is therefore essential to maintaining soil fertility in terrestrial ecosystems. However, although the main weathering processes of silicates are well known in aerobic (i.e. the proton- and ligand-promoted dissolution), this function of bacterial weathering of silicate minerals has never been used as a biological indicator of soil fertility. In fact, there is no simple standardized method to identify these processes, especially when they can be accelerated or enhanced by more or less specific root and / or microbial activities. The first aim of this work was therefore to identify the process of weathering in two phyllosilicates (biotite, phlogopite) by heterotrophic bacteria and their variability. The originality of this work is to use an empirical model of silicates weathering based on the activity of protons and ligands to identify and study the interactions between bacteria and minerals. Tracing of weathering processes by isotopic approach using stable isotopes of magnesium has also been tested. The second aim of this work was to correlate the “silicate weathering” function of bacterial communities of various soils in field conditions. This study confirms that the partial oxidation of glucose to organic acids is the predominant mechanism by which bacteria accelerate the leaching of elements (Fe, Mg...) under aerobic conditions during the weathering of biotite and phlogopite especially at pH close to neutrality. The results demonstrate that bacteria secrete organic acids. The nature and quantity of these acids depend on the nature of limiting nutrients and more generally the experimental conditions of growth. The empirical model used has been adapted to compare the initial release rate of iron (and other elements) in bacterial and abiotic weathering of mica to identify the two major processes (i.e. the proton- and ligand-promoted dissolution) involved. This approach highlighted the identification of phenotypes according to the metabolism and the competence of the bacterial strains used. The study with stable isotopes of Mg as tracers of weathering showed no fractionation during the proton- and ligandpromoted dissolution. Two tendencies could however be highlighted and appear accentuated when the fraction of Mg leached increases: (1) where the dominant process is the the proton-promoted dissolution, Mg leach solution is enriched in heavy isotopes compared to the isotopic composition of phlogopite (2) when the dominant process is the ligand-promoted dissolution, Mg leach solution is enriched in light isotopes compared with phlogopite. Using the model in the second part of this work showed that the silicate weathering potential by microbial communities depends on their origin and in particular the contents of organic matter and nutrients (exchangeable cations) of soil horizons sampled. Two strategies of silicate weathering in these communities have been identified: (1) the bacterial communities isolated from organic and mineral nutrient-rich horizons released few organic acids, but very chelating. They have a slow metabolism (strategy = K) and very efficient, allowing a substantial release of iron, (2) communities isolated from organic and mineral nutrient-poor horizons release many low chelating organic acids. Their rapid metabolism (r = strategy) promotes the formation of new cells, but not an efficient release of iron. Finally, the interdisciplinary approach proposed in this work to identify and characterize the weathering of phyllosilicates by soil heterotrophic bacteria or communities in different environments. It provides a original and promising tool for identifying functional to evaluate the quality of natural soils or follow the restoration of anthropic soil., Les bactéries, via leur diversité et leurs activités, jouent un rôle important dans le fonctionnement des sols. Elles participent activement à la dégradation des matières organiques (MO) et cette fonction est souvent utilisée comme indicateur de la qualité biologique des sols. Les bactéries hétérotrophes participent aussi activement, directement ou indirectement, à l’altération des silicates, groupe prédominant de minéraux primaires et secondaires dans les sols. L’altération des silicates contrôle en partie la lixiviation d’éléments minéraux majeurs essentiels (Fe, Mg) en solution, la neutralisation d’acides dans les sols (issus des dépôts atmosphériques, de la dégradation des litières, de l’activité biologique), et la séquestration du CO2 atmosphérique. Cette étape clé est donc essentielle au maintien de la fertilité des sols dans les écosystèmes continentaux. Cependant, même si les principaux processus d’altération des silicates sont bien connus en milieu aérobie (i.e. l’acidolyse et la complexolyse), cette fonction d’altération bactérienne des silicates n’a jamais été utilisée comme indicateur biologique de la fertilité des sols. En fait il n’existe pas de méthode simple standardisée d’identification de ces processus surtout lorsque ceux-ci peuvent être accélérés ou amplifiés par des activités racinaires et/ou microbiennes plus ou moins spécifiques.Le premier objectif de ce travail de thèse a donc été d’identifier les processus d’altération de deux silicates modèles (biotite, phlogopite) par des bactéries hétérotrophes ainsi que leur variabilité. L’originalité de ce travail est d’utiliser un modèle d’altération empirique basé sur l’activité des protons et ligands pour identifier et étudier les interactions entre les bactéries et les minéraux. Le traçage des processus d’altération par une approche isotopique utilisant les isotopes stables du magnésium a également été testé. Le second objectif de la thèse a été de corréler la fonction d’altération de communautés bactériennes aux conditions naturelles rencontrées dans différents sols.Ce travail confirme que l’oxydation partielle du glucose en acides organiques est le mécanisme prédominant par lequel les bactéries amplifient la lixiviation d’éléments (Fe, Mg...) en condition aérobie lors de l’altération de la biotite et de la phlogopite, surtout pour des pH proches de la neutralité. Les résultats démontrent que les bactéries sécrètent des acides organiques dont la nature et la quantité sont fonction de la nature des nutriments limitants et plus généralement des conditions expérimentales de croissances. Le modèle empirique utilisé a été adapté pour permettre de comparer les taux de libération initiaux du fer (et d’autres éléments) lors de l’altération abiotique et bactérienne de micas afin d’identifier les deux processus majeurs (acidolyse et complexolyse) impliqués. Cette approche a permis de mettre en évidence des phénotypes d’altération en fonction du métabolisme et la compétence des souches bactériennes utilisées. L’étude menée avec les isotopes stables du Mg comme traceurs d’altération n’a pas montré de fractionnements signant chaque processus. Deux tendances ont pu cependant être mises en évidence et semblent accentuées lorsque la fraction de Mg lixivié augmente : (1) lorsquele processus dominant est l’acidolyse, le Mg lixivié en solution est enrichi en isotopes lourds par rapport à la composition isotopique de la phlogopite (2) lorsque le processus dominant est la complexolyse, le Mg lixivié en solution est enrichi en isotopes légers par rapport à la phlogopite. L’utilisation du modèle dans la seconde partie de ces travaux a permis de montrer que le potentiel d’altérationdes silicates par les communautés bactériennes dépend de leur origine et en particulier des teneurs en matière organique et en nutriments (cations échangeables) des horizons de sols échantillonnés. Deux stratégies d’altération des silicates par ces communautés ont pu être mises en évidence : (1) les communautés bactériennes isolées des horizons riches en MO libèrent peu d’acides organiques, mais très complexants. Elles ont un métabolisme lent (= stratégie K) et très efficace, permettant une libération importante de fer, (2) les communautés isolées d’horizons pauvres en MO libèrent beaucoup d’acides organiques avec un faible pouvoir complexant. Leur métabolisme rapide (= stratégie r) favorise la formation de nouvelles cellules, mais pas une libération efficace du fer.Pour conclure, l’approche interdisciplinaire proposée dans ce travail permet d’identifier et de caractériser les processus d’altération de phyllosilicates par des bactéries ou des communautés hétérotrophes du sol dans différents environnements. Elle offre un outil d’identification fonctionnel original et prometteur pour évaluer la qualité des sols naturels ou suivre la restauration des sols anthropisés.

The knowledge of biogeochemical cycles in ecosystems and the biological processes responsible for the mobility of elements in soil is still a challenge. Some studies show the important role of plants on mineral weathering and mobilization of elements in the environment. However, identification and quantification of biological mechanisms behind the dynamics of the elements are still improving. On a global scale, or even a smaller scale such as a watershed, the impact of plants on dissolved elements carried by rivers is difficult to quantify. Therefore, the objective of this thesis was to develop and use a new isotopic tracer to allow identification of altered mineral phases and biological processes involved. Among the elements for which it is now possible to characterize accurately the isotopic signatures, magnesium (Mg) has been chosen (1) because of its link with the carbon cycle, and (2) because it represents a macronutrient essential for living organisms: it is particularly important for plant growth. Thus, the dynamics of Mg will depend on the biological and physico?chemical mechanisms implemented to its mobilization and/or assimilation. The first part of this thesis has been devoted to the development of a protocol for chemical and analytical analysis of Mg isotopes in a wide range of samples. This protocol was validated by measuring the Mg isotope compositions of various reference materials including typical continental crust rocks, plants and waters. It was then applied to study the role of vegetation in the biogeochemical cycling of Mg. A first study was carried out under controlled conditions to quantify the Mg isotope fractionation during plant growth, using two plant species and two different sources of Mg (directly available for plant nutrition (in solution) or not (in the structure of minerals). Both plant species are systematically enriched in heavy isotopes relative to Mg initial sources. Within the plant, the light isotopes preferentially migrate from roots to leaves. This fractionation during the translocation of Mg within the plant seems even stronger the source is poor in Mg, suggesting a key role in the growth environment. For the first time, Mg isotope compositions of natural plants were analyzed, and show a range not significantly different from that of the continental rocks and silicate rivers. A study conducted on a small silicate watershed in Vosges (Northeast of France) shows that the Mg isotope compositions of the herbaceous plant or young spruce reflects the same sense of fractionation than those identified experimentally. During the growing season, the Mg isotopic composition of soil solutions in the surface horizons cannot be explained by a simple mixture and reflect the essential role of Mg uptake by plant and biological recycling via litter degradation. The isotope composition of Mg of the stream varies with the discharge. The streamwater results from either soil surface runoff or water, with a long residence time in the saprolith reflecting water-rock, precipitation-dissolution, interactions. All these studies demonstrate the interest to exploit this new tracer isotope at a soil or ecosystem scale, but also highlight its limits on a larger (continental) scale.; La connaissance des cycles biogéochimiques dans les écosystèmes, et celle des processus biologiques responsables de la mobilité des éléments dans les sols reste encore aujourd'hui un challenge. Un certain nombre de travaux montrent bien le rôle important des plantes sur l'altération des minéraux et la mobilisation des éléments dans l'environnement. Cependant, l'identification et la quantification des mécanismes biologiques à l?origine de la dynamique du cycle des éléments restent encore à améliorer. A l'échelle globale, ou même à celle, plus petite, d'un bassin versant, l'impact des plantes sur les flux d'éléments dissous transportés par les rivières demeure difficile à quantifier. L'objectif de cette thèse était de développer, puis d'exploiter un nouveau traceur isotopique pour permettre une identification plus précise des phases minérales altérées et des processus biologiques impliqués. Parmi les éléments dont on peut, depuis peu, caractériser la signature isotopique de façon précise, le magnésium (Mg) a été choisi (1) en raison de son lien avec le cycle du carbone, et (2) parce qu'il représente un macroélément essentiel pour les organismes vivants : il est particulièrement très important pour la croissance des plantes. Ainsi, la dynamique du cycle du magnésium va dépendre des mécanismes biologiques et physico-chimiques mis en oeuvre pour le mobiliser ou l'assimiler. La première partie de cette thèse a été consacrée au développement d'un protocole chimique et analytique pour l'analyse des isotopes du Mg, dans une large gamme d'échantillons. Ce protocole a été validé par la mesure des compositions isotopiques en Mg de divers matériaux de références incluant des roches typiques de la croûte continentale, des plantes et des eaux. Il a ensuite été appliqué à l'étude du rôle de la végétation sur le cycle biogéochimique du Mg. Une première étude a permis de quantifier les fractionnements isotopiques du Mg lors de la croissance en conditions contrôlées de plantes réalisée avec deux espèces végétales et deux sources de Mg différentes (disponible (en solution) ou peu (dans la structure de minéraux). Les deux espèces de plantes sont systématiquement enrichies en isotopes lourds par rapport aux sources de nutriments. Au sein de la plante, les isotopes légers migrent préférentiellement depuis les racines vers les feuilles. Ce fractionnement, lors de la translocation du Mg à l'intérieur de la plante, semble d'autant plus fort que la source est pauvre en Mg, suggérant un rôle clé du milieu de croissance. Pour la première fois, des analyses isotopiques en Mg de plantes naturelles sont réalisées, et affichent une gamme non significativement distincte de celle des roches et eaux de la croûte continentale. Une étude menée sur un petit bassin versant silicaté vosgien (Nord-Est de la France) démontre que la composition isotopique en Mg des végétaux de la strate herbacée ou de jeunes épicéas s'explique par les mêmes fractionnements isotopiques que ceux identifiés expérimentalement. Pendant la saison de végétation, la composition isotopique du Mg des solutions de sol dans les horizons de surface n'est pas le résultat d'un simple mélange et s'explique par le rôle essentiel du prélèvement et du recyclage biologique. La composition isotopique du ruisseau fluctue avec le débit. Elle est alimentée, soit par les eaux de ruissellement, soit par des eaux ayant un trajet plus long reflétant les interactions eau-roche en profondeur, et qui masquent, sur ce site d'étude, l'effet de la végétation observé dans les horizons supérieurs du sol. L'ensemble de ces études démontre l'intérêt d'exploiter ce nouveau traceur isotopique à l'échelle d'un sol ou d'un écosystème, mais met également en évidence ses limites à plus grande échelle.

The knowledge of biogeochemical cycles in ecosystems and the biological processes responsible for the mobility of elements in soil is still a challenge. Some studies show the important role of plants on mineral weathering and mobilization of elements in the environment. However, identification and quantification of biological mechanisms behind the dynamics of the elements are still improving. On a global scale, or even a smaller scale such as a watershed, the impact of plants on dissolved elements carried by rivers is difficult to quantify. Therefore, the objective of this thesis was to develop and use a new isotopic tracer to allow identification of altered mineral phases and biological processes involved. Among the elements for which it is now possible to characterize accurately the isotopic signatures, magnesium (Mg) has been chosen (1) because of its link with the carbon cycle, and (2) because it represents a macronutrient essential for living organisms: it is particularly important for plant growth. Thus, the dynamics of Mg will depend on the biological and physico?chemical mechanisms implemented to its mobilization and/or assimilation. The first part of this thesis has been devoted to the development of a protocol for chemical and analytical analysis of Mg isotopes in a wide range of samples. This protocol was validated by measuring the Mg isotope compositions of various reference materials including typical continental crust rocks, plants and waters. It was then applied to study the role of vegetation in the biogeochemical cycling of Mg. A first study was carried out under controlled conditions to quantify the Mg isotope fractionation during plant growth, using two plant species and two different sources of Mg (directly available for plant nutrition (in solution) or not (in the structure of minerals). Both plant species are systematically enriched in heavy isotopes relative to Mg initial sources. Within the plant, the light isotopes preferentially migrate from roots to leaves. This fractionation during the translocation of Mg within the plant seems even stronger the source is poor in Mg, suggesting a key role in the growth environment. For the first time, Mg isotope compositions of natural plants were analyzed, and show a range not significantly different from that of the continental rocks and silicate rivers. A study conducted on a small silicate watershed in Vosges (Northeast of France) shows that the Mg isotope compositions of the herbaceous plant or young spruce reflects the same sense of fractionation than those identified experimentally. During the growing season, the Mg isotopic composition of soil solutions in the surface horizons cannot be explained by a simple mixture and reflect the essential role of Mg uptake by plant and biological recycling via litter degradation. The isotope composition of Mg of the stream varies with the discharge. The streamwater results from either soil surface runoff or water, with a long residence time in the saprolith reflecting water-rock, precipitation-dissolution, interactions. All these studies demonstrate the interest to exploit this new tracer isotope at a soil or ecosystem scale, but also highlight its limits on a larger (continental) scale.; La connaissance des cycles biogéochimiques dans les écosystèmes, et celle des processus biologiques responsables de la mobilité des éléments dans les sols reste encore aujourd'hui un challenge. Un certain nombre de travaux montrent bien le rôle important des plantes sur l'altération des minéraux et la mobilisation des éléments dans l'environnement. Cependant, l'identification et la quantification des mécanismes biologiques à l?origine de la dynamique du cycle des éléments restent encore à améliorer. A l'échelle globale, ou même à celle, plus petite, d'un bassin versant, l'impact des plantes sur les flux d'éléments dissous transportés par les rivières demeure difficile à quantifier. L'objectif de cette thèse était de développer, puis d'exploiter un nouveau traceur isotopique pour permettre une identification plus précise des phases minérales altérées et des processus biologiques impliqués. Parmi les éléments dont on peut, depuis peu, caractériser la signature isotopique de façon précise, le magnésium (Mg) a été choisi (1) en raison de son lien avec le cycle du carbone, et (2) parce qu'il représente un macroélément essentiel pour les organismes vivants : il est particulièrement très important pour la croissance des plantes. Ainsi, la dynamique du cycle du magnésium va dépendre des mécanismes biologiques et physico-chimiques mis en oeuvre pour le mobiliser ou l'assimiler. La première partie de cette thèse a été consacrée au développement d'un protocole chimique et analytique pour l'analyse des isotopes du Mg, dans une large gamme d'échantillons. Ce protocole a été validé par la mesure des compositions isotopiques en Mg de divers matériaux de références incluant des roches typiques de la croûte continentale, des plantes et des eaux. Il a ensuite été appliqué à l'étude du rôle de la végétation sur le cycle biogéochimique du Mg. Une première étude a permis de quantifier les fractionnements isotopiques du Mg lors de la croissance en conditions contrôlées de plantes réalisée avec deux espèces végétales et deux sources de Mg différentes (disponible (en solution) ou peu (dans la structure de minéraux). Les deux espèces de plantes sont systématiquement enrichies en isotopes lourds par rapport aux sources de nutriments. Au sein de la plante, les isotopes légers migrent préférentiellement depuis les racines vers les feuilles. Ce fractionnement, lors de la translocation du Mg à l'intérieur de la plante, semble d'autant plus fort que la source est pauvre en Mg, suggérant un rôle clé du milieu de croissance. Pour la première fois, des analyses isotopiques en Mg de plantes naturelles sont réalisées, et affichent une gamme non significativement distincte de celle des roches et eaux de la croûte continentale. Une étude menée sur un petit bassin versant silicaté vosgien (Nord-Est de la France) démontre que la composition isotopique en Mg des végétaux de la strate herbacée ou de jeunes épicéas s'explique par les mêmes fractionnements isotopiques que ceux identifiés expérimentalement. Pendant la saison de végétation, la composition isotopique du Mg des solutions de sol dans les horizons de surface n'est pas le résultat d'un simple mélange et s'explique par le rôle essentiel du prélèvement et du recyclage biologique. La composition isotopique du ruisseau fluctue avec le débit. Elle est alimentée, soit par les eaux de ruissellement, soit par des eaux ayant un trajet plus long reflétant les interactions eau-roche en profondeur, et qui masquent, sur ce site d'étude, l'effet de la végétation observé dans les horizons supérieurs du sol. L'ensemble de ces études démontre l'intérêt d'exploiter ce nouveau traceur isotopique à l'échelle d'un sol ou d'un écosystème, mais met également en évidence ses limites à plus grande échelle.

Accumulation of trace metals, such as cadmium (Cd), in soils and their transfer to plants are serious environmental problems because of their acute toxicity. Metal mobility in soil depends on various abiotic and biotic factors. Among them, arbuscular mycorrhizal (AM) fungi are known to influence metal transfer by transporting metals to roots and also by improving plant growth. However, diverging results were reported and the global role of AM fungi thus needed more investigation. The influence of an AM fungus (Glomus intraradices) on Cd uptake and transfer to leachates was studied with Medicago truncatula as a host plant. Experiments were performed in pot cultures and in compartmented devices. The dynamic of Cd in the soil-plant system was indirectly influenced by the fungus via a strong increase of plant biomass, in interaction with nodulating rhizobacteria, leading to a higher total quantity of Cd transferred to shoots although Cd plant concentration was lower than in non mycorrhizal plants. This fungal influence was complex, and was variable according to soil conditions and to the fungal isolate studied. The AM fungus also contributed directly to Cd transfer thanks to its sorption capacity and its ability to transport soluble-exchangeable Cd via the extraradical mycelium, but this direct contribution seemed to be low as compared to the influence of roots.; L'accumulation d'éléments en traces métalliques (ETM), dont le cadmium (Cd), dans les sols et leur transfert aux plantes sont problématiques à cause de leur toxicité. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA), symbiontes des plantes, peuvent influencer le transfert des ETM de manière directe en les transportant jusqu'aux racines et de manière indirecte en favorisant la croissance de la plante. Des résultats divergents ont néanmoins été reportés et leur rôle global doit donc être éclairci. En prenant comme plante modèle la luzerne Medicago truncatula, l'effet d'un champignon MA (Glomus intraradices) sur le bilan de Cd dans la plante, le sol et les percolats a été étudié. La contribution du champignon au transfert de Cd a été évaluée dans des cultures en pot et des dispositifs à compartiment. Le champignon a principalement influencé la dynamique de Cd dans le système sol-plante de manière indirecte en améliorant fortement la croissance de la plante sur sol contaminé, conduisant à une quantité plus importante de Cd exporté dans les parties aériennes de la plante, bien que leur concentration en Cd soit plus faible que dans les plantes non mycorhizées. Cette forte augmentation de croissance de la luzerne par ce champignon est associée à la stimulation de bactéries formant des nodules. Cette influence mycorhizienne est néanmoins complexe, elle est variable selon les conditions édaphiques et selon l'isolat du champignon étudié. Le champignon MA contribue aussi directement au transfert de Cd en sorbant et en transportant le Cd soluble-échangeable par son mycélium extraracinaire, mais cette contribution directe semble être faible en comparaison de l'effet des racines.

Accumulation of trace metals, such as cadmium (Cd), in soils and their transfer to plants are serious environmental problems because of their acute toxicity. Metal mobility in soil depends on various abiotic and biotic factors. Among them, arbuscular mycorrhizal (AM) fungi are known to influence metal transfer by transporting metals to roots and also by improving plant growth. However, diverging results were reported and the global role of AM fungi thus needed more investigation. The influence of an AM fungus (Glomus intraradices) on Cd uptake and transfer to leachates was studied with Medicago truncatula as a host plant. Experiments were performed in pot cultures and in compartmented devices. The dynamic of Cd in the soil-plant system was indirectly influenced by the fungus via a strong increase of plant biomass, in interaction with nodulating rhizobacteria, leading to a higher total quantity of Cd transferred to shoots although Cd plant concentration was lower than in non mycorrhizal plants. This fungal influence was complex, and was variable according to soil conditions and to the fungal isolate studied. The AM fungus also contributed directly to Cd transfer thanks to its sorption capacity and its ability to transport soluble-exchangeable Cd via the extraradical mycelium, but this direct contribution seemed to be low as compared to the influence of roots.; L'accumulation d'éléments en traces métalliques (ETM), dont le cadmium (Cd), dans les sols et leur transfert aux plantes sont problématiques à cause de leur toxicité. Les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA), symbiontes des plantes, peuvent influencer le transfert des ETM de manière directe en les transportant jusqu'aux racines et de manière indirecte en favorisant la croissance de la plante. Des résultats divergents ont néanmoins été reportés et leur rôle global doit donc être éclairci. En prenant comme plante modèle la luzerne Medicago truncatula, l'effet d'un champignon MA (Glomus intraradices) sur le bilan de Cd dans la plante, le sol et les percolats a été étudié. La contribution du champignon au transfert de Cd a été évaluée dans des cultures en pot et des dispositifs à compartiment. Le champignon a principalement influencé la dynamique de Cd dans le système sol-plante de manière indirecte en améliorant fortement la croissance de la plante sur sol contaminé, conduisant à une quantité plus importante de Cd exporté dans les parties aériennes de la plante, bien que leur concentration en Cd soit plus faible que dans les plantes non mycorhizées. Cette forte augmentation de croissance de la luzerne par ce champignon est associée à la stimulation de bactéries formant des nodules. Cette influence mycorhizienne est néanmoins complexe, elle est variable selon les conditions édaphiques et selon l'isolat du champignon étudié. Le champignon MA contribue aussi directement au transfert de Cd en sorbant et en transportant le Cd soluble-échangeable par son mycélium extraracinaire, mais cette contribution directe semble être faible en comparaison de l'effet des racines.

Bacteria can play a major role in the environmental mobility of arsenic (As). The aim of this study was to identify key bacterial players involved in the biotransformation of As and to use them as bioindicators or predictive tools of As behaviour in polluted sites. Novel molecular tools were developed based on the aoxB gene which encodes the catalytic subunit of AsIII-oxidase, and validated for use in the qualitative and quantitative analysis of the AsIII-oxidizing bacterial community. The aoxB gene was exclusively detected in all tested AsIII-oxidizing bacteria and AoxB and 16S rRNA gene phylogenies were broadly coherent, demonstrating the usefulness of the aoxB gene as a powerful functional marker. The application of DGGE and real-time PCR on aoxB genes allowed the rapid and sensitive evaluation of changes in the AsIII-oxidizing community as a function of As speciation and pollution level in surface and groundwaters. AsIII-oxidizers and AsV-reducers were found to coexist in tested soils. The crucial role of indirectly As-mobilizing bacteria was also revealed. Indigenous microflorae affected the speciation and mobility of As inherent within the environmental matrix and/or adsorbed on iron oxy-hydroxydes, according to redox conditions. The relevance of the use of aoxB and arrA genes, as functional markers of AsIII-oxidizers and AsV-reducers, respectively, to evaluate potential As transformation was demonstrated. The detection of these bacterial communities using molecular tools was shown to have great promise in the prediction of As mobility in the environment.; Les bactéries jouent un rôle majeur dans la mobilité de l'arsenic (As) dans l'environnement. L'objectif de cette thèse était d'identifier les acteurs bactériens clés de la biotransformation de l'As pouvant être utilisés comme bioindicateurs du devenir de l'As dans les sites pollués. De nouveaux outils moléculaires ont été développés sur les gènes aoxB, codant la sous-unité catalytique de l'AsIII-oxydase, et validés pour analyser qualitativement et quantitativement les communautés AsIII-oxydantes. La pertinence de l'usage de ce gène comme marqueur fonctionnel a été démontrée par sa détection exclusive chez toutes les bactéries AsIII-oxydantes testées et une phylogénie AoxB cohérente et similaire à celle de l'ARNr 16S. Les approches de DGGE et de PCR en temps réel appliquées aux gènes aoxB ont permis d'évaluer rapidement et sensiblement les variations de communautés AsIII-oxydantes associées à différentes teneurs et spéciations d'As dans des eaux. La coexistence de diverses bactéries AsIII-oxydantes et AsV-réductrices a également été démontrée dans des sols industriels et agricoles. La microflore indigène est ainsi capable d'influencer la spéciation/mobilité de l'As initialement présent et/ou adsorbé sur des oxy-hydroxydes de fer selon les conditions redox du milieu. L'usage des gènes fonctionnels aoxB et arrA, marqueurs des bactéries AsIII-oxydantes et respirant l'AsV, est pertinent pour évaluer les transformations potentielles de l'As. L'effet de bactéries agissant indirectement sur la mobilité de l'As a également été révélé. La détection de ces activités bactériennes à l'aide d'outils moléculaires est prometteuse pour évaluer la mobilité de l'As dans un écosystème donné.

Former industrial multicontaminated soils (PAH, MTE) pose problems for their treatment because remediation techniques (e.g. biopile, thermal desorption) do not eliminate completely pollutants and because its could be affected physicochemical and biological soil properties. Phytoremediation technologies could be a strategy for polluted soils restoration. The aims of this study were (i) to characterize the biological properties of contaminated soils before and after remediation treatments (biopile and thermal desorption), (ii) to investigate the effect of mycorrhizal fungi and nutrients on the growth of alfalfa on contaminated soils before and after remediation treatments, (iii) to study the dynamics of the pollutants in mycorrhizal and nonmycorrhizal plant rhizosphere and to characterize the microbial communities. We used industrial soils contaminated with PAH and to a lesser extent with MTE. .In pot experiments, the soils were inoculated or not with AM fungi and fertilised or not. These experiments showed that the survival and the growth of the plant on the contaminated and treated soils were dependent on the mycorhization. The PAH contents and availability in the rhizosphere decreased in these experiments though the AM fungi had no effect on the PAH contents. Various techniques (enumeration, PCR-TTGE, real-time PCR) showed the impact of the remediation treatments on the bacterial and the fungal population in soils. These results highlight the necessity to know the physico-chemical and the biological characteristics of the contaminated soils and the treated soils. The plant-MA fungi association are decisive for the remediation and the restoration of the soils properties.; Les sols industriels ayant des contaminations multiples (HAP, ETM) posent des problèmes pour leur traitement car les techniques disponibles (ex. biopile, désorption thermique) ne diminuent pas l'ensemble de la pollution et modifient les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol. La phytoremédiation peut être une technique alternative de traitement. Les objectifs de ce travail étaient (i) de caractériser les propriétés biologiques de sols contaminés ou traités par biopile ou par désorption thermique, (i) d'évaluer l'effet de la mycorhization et de la fertilisation sur la capacité de la luzerne à croître sur des sols avant et après remédiation (ii) d?étudier la dynamique des polluants dans la rhizosphère de plantes mycorhizées ou non et de caractériser les communautés microbiennes. Les sols étudiés proviennent de sites industriels contaminés en HAP et dans une moindre mesure en ETM. Des cultures de luzerne inoculée ou non par un champignon MA et/ou fertilisée ont montré que la survie et la croissance de la plante étaient dépendantes de la mycorhization. Les teneurs et la disponibilité des HAP dans la rhizosphère ont diminué en présence de plante tandis que le champignon MA, qui n'a pas d'effet sur la teneur en HAP. Différentes techniques (dénombrement, PCR-TTGE, PCR en temps réel) ont montré l'impact de la remédiation sur la microflore bactérienne et fongique du sol. Les résultats indiquent la nécessité de prendre en compte les caractéristiques physicochimiques et biologiques des sols contaminés et des sols traités. L'association plante-champignons MA sont certainement déterminants pour la remédiation et la restauration des propriétés de ces sols.

Former industrial multicontaminated soils (PAH, MTE) pose problems for their treatment because remediation techniques (e.g. biopile, thermal desorption) do not eliminate completely pollutants and because its could be affected physicochemical and biological soil properties. Phytoremediation technologies could be a strategy for polluted soils restoration. The aims of this study were (i) to characterize the biological properties of contaminated soils before and after remediation treatments (biopile and thermal desorption), (ii) to investigate the effect of mycorrhizal fungi and nutrients on the growth of alfalfa on contaminated soils before and after remediation treatments, (iii) to study the dynamics of the pollutants in mycorrhizal and nonmycorrhizal plant rhizosphere and to characterize the microbial communities. We used industrial soils contaminated with PAH and to a lesser extent with MTE. .In pot experiments, the soils were inoculated or not with AM fungi and fertilised or not. These experiments showed that the survival and the growth of the plant on the contaminated and treated soils were dependent on the mycorhization. The PAH contents and availability in the rhizosphere decreased in these experiments though the AM fungi had no effect on the PAH contents. Various techniques (enumeration, PCR-TTGE, real-time PCR) showed the impact of the remediation treatments on the bacterial and the fungal population in soils. These results highlight the necessity to know the physico-chemical and the biological characteristics of the contaminated soils and the treated soils. The plant-MA fungi association are decisive for the remediation and the restoration of the soils properties.; Les sols industriels ayant des contaminations multiples (HAP, ETM) posent des problèmes pour leur traitement car les techniques disponibles (ex. biopile, désorption thermique) ne diminuent pas l'ensemble de la pollution et modifient les propriétés physico-chimiques et biologiques du sol. La phytoremédiation peut être une technique alternative de traitement. Les objectifs de ce travail étaient (i) de caractériser les propriétés biologiques de sols contaminés ou traités par biopile ou par désorption thermique, (i) d'évaluer l'effet de la mycorhization et de la fertilisation sur la capacité de la luzerne à croître sur des sols avant et après remédiation (ii) d?étudier la dynamique des polluants dans la rhizosphère de plantes mycorhizées ou non et de caractériser les communautés microbiennes. Les sols étudiés proviennent de sites industriels contaminés en HAP et dans une moindre mesure en ETM. Des cultures de luzerne inoculée ou non par un champignon MA et/ou fertilisée ont montré que la survie et la croissance de la plante étaient dépendantes de la mycorhization. Les teneurs et la disponibilité des HAP dans la rhizosphère ont diminué en présence de plante tandis que le champignon MA, qui n'a pas d'effet sur la teneur en HAP. Différentes techniques (dénombrement, PCR-TTGE, PCR en temps réel) ont montré l'impact de la remédiation sur la microflore bactérienne et fongique du sol. Les résultats indiquent la nécessité de prendre en compte les caractéristiques physicochimiques et biologiques des sols contaminés et des sols traités. L'association plante-champignons MA sont certainement déterminants pour la remédiation et la restauration des propriétés de ces sols.

This mechanistic modelling approach aimed to understand the soil-to-plant trace element transfers. The model solves diffusion-convection equation of cadmium (Cd) within the soil under the influence of the depletion of the solution concentration during plant absorption. A growth chamber experiment was conducted with a loamy cultivated soil enriched with CdSO4. Roots and shoots were collected after 12 and 24 days for maize and after 3 months for penny-cress. The soil offer (or phytoavailability) was assessed thanks to chemical extractions, adsorption or desorption isotherms, and isotopic exchange kinetics. The latter method has been validated by the simulations. The plant demand was studied by radiolabelling in hydroponic cultivations for both plants. Maize root influx increased linearly with Cd concentration in the solution. Moreover, root influx was (i) 3 fold higher in low ionic competition solutions, (ii) 2,7 fold higher in 12-days-old plants than in 24-days-old, (iii) 1,4 fold higher in the middle of the day in comparison with the full-day period, (iv) not influenced by Cd exposure during cultivation. Between 70 and 87% of Cd seemed located in the apoplasm of the penny-cress roots. Although the model tested different root absorption functions, the simulations underestimated by 12 and 18% the 12-days-old and the 24-days-old maize uptakes respectively, and by a factor 3 the penny-cress uptake. This divergence is partly due to the difficulties in estimating root absorption parameters, witch need more research, Ce travail vise à améliorer la compréhension des transferts des éléments traces métalliques du sol vers les végétaux par une approche modélisatrice mécaniste. Le modèle est basé sur des équations définissant les processus de mobilisation-transport de l'élément dans le sol, eux-mêmes pilotés par la diminution de la concentration en solution sous l'influence de l'absorption d'eau et de soluté par la plante. Le modèle a été éprouvé grâce à des cultures de maïs (12 et 24 jours) et de tabouret calaminaire (3 mois) en conditions contrôlées dans un sol agricole contaminé artificiellement par du CdSO4. L'offre du sol a été évaluée par le biais d'extractions chimiques, par des isothermes d'adsorption ou de désorption, ou encore par les cinétiques d'échange isotopique. Cette dernière méthode, conceptuellement la mieux adaptée a été validée expérimentalement. La demande du maïs et du tabouret a été étudiée en hydroponie grâce au traçage isotopique du Cd. Chez le maïs, l'influx racinaire de Cd augmente linéairement avec le métal en solution. D'autre part, l'influx est (i) 3 fois plus important dans des solutions où la compétition ionique est moindre (faible proportion d'oligo-éléments), (ii) 2,7 fois supérieur chez des plants âgés de 12 j par rapport à des plants de 24 j, (iii) 1,4 fois supérieur lorsque mesuré en 2 h au milieu de la journée comparé à une période de 24 h, (iv) non affectée par l'exposition préalable des plantes au Cd. Chez le tabouret calaminaire, entre 70 et 87 % du Cd racinaire semble localisé à l'extérieur du compartiment symplasmique. Le modèle, très sensible aux différentes fonctions d'absorption racinaire, a sous-estimé de 12 et 18 % les prélèvements des maïs âgés respectivement de 12 et 24 j et sous-estimé le prélèvement du tabouret d'un facteur trois. Les paramètres de l'absorption racinaire restent difficiles à acquérir et expliquent en partie la divergence entre les prélèvements simulés et mesurés

Permeable Reactive Barrier (PRB) is a new way for the remediation of contaminated groundwater, but up to now Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) were rarely considered. We investigated PAH - bacteria - materials interactions in order to validate the feasibility of PRB for PAH contamination. PHE Adsorption/desorption kinetics onto different materials, activated carbons (CA), pouzzolane (Pz) and pouzzolane coated with heavy fuel (PzF), were investigated. PHE biodegradation were performed on batch using PAH degrading bacteria and the PRB materials. CA was a good media for PRB process : Phenanthrene sorption capacity is 100 to 10000 fold higher than PzF and Pz. Phenanthrene mineralization with CA was higher than without material. Bacterial properties affected PHE biodegradation. Biofilm production improved PHE biodegradation by PAH degrading bacteria. Column studies showed that inoculation of the column improved its efficiency : adsorbed PHE degradation and increased retardation of PHE., Les Barrières Perméables Réactives constituent une voie nouvelle de traitement des aquifères contaminés. Les interactions bactéries - HAP - matériaux ont été étudiées en vue d'évaluer la faisabilité d'une BPR dans le cas d'une contamination par des HAP en testant trois matériaux, charbon actif (CA) et pouzzolane recouvertes (PzF) ou non (Pz) de fioul lourd. Des expériences d'adsorption/désorption du phénanthrène (PHE) en batch ont montré que CA présentait une capacité d'adsorption 100 à 10000 fois plus importante que PzF et Pz. La biodégradation de PHE en présence de CA est plus importante par rapport à des essais sans matériaux. Les propriétés physiologiques des bactéries affectent leur capacité à dégrader le PHE adsorbé. La formation de biofilm accentue la dégradation de PHE en présence de CA. Lors d'essais en colonne, l'inoculation par une souche dégradant les HAP améliore son efficacité : dégradation de PHE adsorbés sur CA et augmentation du retard sur le temps de sortie de PHE.

Texte intégral accessible uniquement aux membres de l'Université de Lorraine; The biodegradation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) is mainly performed by microorganisms that can use these compounds as sole source of carbon and energy. Such capacity has been amply studied to use and optimise microbial activity for remediation of contaminated soils The use of plants has been suggested to increase and accelerate biodegradation rate by improving microbial activity. However, biodegradation mechanisms still remain poorly described as the interactions between plant, pollutant and rhizosphere microflora are often complex. A simplified compartmented device was developed to study rhizospheric processes, especially biodegradation of PAH, as a function of distance to roots, where root exudates and/or PAH were the only carbon sources for microbial growth. The development and use of biomolecular techniques (nucleic acid isolation, PCR, RT-PCR, TGGE, hybridization with a degradation gene specific probe) permitted to follow the structure of bacterial communitities. Gradients of phenanthrene biodegradation were observed as a function of distance to roots, in parallel to spatial and temporal variations in bacterial community structure. These bacterial communities, as well as PAH biodegradation rate, also depended on the aromaticity of PAH and were modified by the symbiosis between plant and an arbuscular mycorrhizal fungus.; La biodégradation des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) est principalement liée à l'activité des microorganismes qui peuvent les utiliser comme source de carbone et d'énergie. Cette capacité fait l'objet de nombreux travaux visant à utiliser et optimiser leurs propriétés dans le cadre de réhabilitation de sites contaminés. Pour les sols, l'utilisation des plantes a été proposée pour augmenter et accélérer les processus de biodégradation en s'appuyant sur les propriétés de la rhizosphère, volume de sol sous l'influence des racines, et sur les communautés microbiennes qui y sont stimulées. Néanmoins les mécanismes de biodégradation restent mal compris car les interactions entre la plante, le polluant et les microflores rhizosphériques se révèlent souvent complexes. Un dispositif à compartiments a été développé pour étudier les processus rhizosphériques, notamment la biodégradation des HAP, en fonction de la distance aux racines, et où les exsudats racinaires et/ou un HAP constituent la seule source de carbone pour les microorganismes. Parallèlement, la mise au point et l'utilisation de techniques de biologie moléculaire (extraction des acides nucléiques, PCR, RT-PCR, TGGE, hybridation avec une sonde spécifique d'un gène de dégradation) a permis de suivre l'évolution de la structure des communautés bactériennes. Des gradients de biodégradation du phénanthrène ont été mis en évidence en fonction de la distance aux racines, parallèlement à des variations spatiales et temporelles de la structure des communautés bactériennes rhizosphériques. Ces communautés bactériennes, ainsi que la biodégradation, sont aussi fonction de l'aromaticité des HAP et sont modifiées par la symbiose entre la plante et un champignon mycorhizien à arbuscules.

Texte intégral accessible uniquement aux membres de l'Université de Lorraine; Arbuscular mycorrhizal fungi (AM) improved plant survival and growth in heavy metal polluted soils. To understand the contribution symbiosis in the fate of metals in soil-plant systems, the physico-chemical and parietal acido-basic properties of the mycelium of different AM fungi were characterized from their chemical functional description and evolution of surface charge. Metallic ion sorption experiment with cadmium and copper, were performed and the complexation verified by infrared spectroscopy. Sorption kinetics and isotherms were studied in a continuous reactor by an ion selective electrode (Cd[exponent 2+]), in order to establish the sorption mechanisms involved. Results showed that the parietal composition and the distribution of the organic acidity on the fungal wall (related to chitin content and abundance of carboxylic sites) play an key role in the fungal wall reactivity and sequestration of metal. They also determine the mechanisms involved such as the formation of internal sphere complex (complexation) or external sphere complex (precipitation) according to the surface charge developed on the fungal wall.; Les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA) améliorent la survie et la croissance des plantes dans de sols pollués par des métaux. Pour préciser le rôle des cette symbioses dans le devenir des métaux dans la rhizosphère, les propriétés physico-chimique et le caractère acido-basique pariétal du mycélium des différents champignons ont été étudiés par une description fonctionnelle chimique et l'évolution de charge de surface. La complexation et la fixation de cadmium et de cuivre ont été étudiées en analysant les modifications chimiques par spectroscopie infrarouge. La cinétique et les isothermes de fixation ont été suivies en continu par une électrode à ion sélective (Cd[exposant 2+]) afin de déterminer les mécanismes de fixation impliqués. Les résultats obtenus montrent que la composition pariétale et la distribution de l'acidité organique sur la paroi fongique (liée à la teneur chitineuse ou à l'abondance de sites carboxyliques) jouent un rôle prépondérant dans la réactivité chimique des parois fongiques vis-à-vis de la séquestration des métaux. Elles déterminent les mécanismes impliqués : complexes de sphère interne (complexation) ou de sphère externe (précipitation).

Several studies showed the ability of plant rhizosphere to enhance the dissipation of polyaromatic hydrocarbons (PAH) however the fate of PAH and the mechanisms involved are not clearly elucidated. The aims of this work were to investigate the influence of PAHs on mycorrhizal colonization and on plant growth, the fate of PAB in the rhizosphere including adsorption to, absorption by plant tissues, and biodegradation, and the involvement of arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. Plants, inoculated or not with AM fungi, were grown in an agricultural soil contaminated with an industrial soil or with concentrations of anthracene or of a mixture of 8 PAHs. Roots and AM fungi were also studied separately using a compartment system. Plant biomass and plant mycorhization were recorded. PAH concentrations in soils, at the beginning and at the end of the experiments, PAH adsorbed on roots and accumulated in roots and shoots were quantified. PAH did not affect the mycorhization which enhanced growth and survival of plants. The major part of PAH extracted from roots was adsorbed and seemed to decrease with the presence of AM fungi. PAH extracted from shoots were negligible. AM fungi contribute to PAB degradation in the rhizosphere of ryegrass, but the biodegradation varies with the fungus and the experimental conditions. The presence of ryegrass enhanced the dissipation of the 8 PAH used and the development of PAH degraders micruflora. Some metabolites such as quinones were identified, suggesting a peroxydase activity. This activity has been detected in roots and AM fungi compartments of ryegrass and clover. These results suggest that the rhizosphere activity could be used for the remediation of contaminated soils., Des études ont montré que la rhizosphère des plantes pouvait augmenter la dissipation des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sans toutefois clairement déterminer leur devenir et le rôle exact des plantes. Ce travail avait pour objectifs d'étudier la toxicité des HAP vis à vis de la croissance des plantes et de la mycorhization, d'evaluer la part des mécanismes de dégradation, d'adsorption et de bioaccumulation dans la dissipation de HAP dans la rhizosphère et de préciser le rôle des champignons mycorhiziens à arbuscules (MA). Des plantes, inoculées ou non avec des champignons MA, ont été cultivées dans un sol agricole contaminé avec un sol industriel ou par apports d'anthracène ou d'un mélange de 8 HAP. Les racines et les champignons MA ont été aussi étudiés séparément avec un dispositif à compartiments. La biomasse des plantes et la mycorhization ont été mesurées. Les concentrations de HAP dans les sols en début et fin d'expériences, les quantités adsorbées sur les racines, accumulées dans les parties racinaires et aériennes ont été déterminées. Les HAP ont peu ou pas affecté la mycorhization qui a augmenté la croissance et la survie des plantes. Les quantités d'HAP extraites des racines, surtout adsorbées, diminuent en présence de champignons MA. L'accumulation de HAP dans les parties aériennes était négligeable. Les champignons MA ont contribué à la dissipation de l'anthracène dans la rhizosphère du ray-grass, cependant, leur action semble dépendre de la souche utilisée et du volume de sol à explorer. La présence du ray-grass a augmenté la dissipation des 8 HAP utilisés et le développement d'une microflore dégradant les HAP. Des métabolites de types quinones ont été identifiés, suggérant une activité de type peroxydase. Cette activité a été détectée dans les compartiments racinaires et fongiques du ray-grass et du trèfle. Ces résultats suggèrent que les propriétés de la rhizosphère pourraient être utilisées pour la réhabilitation des sols contaminés.

Arbuscular mycorrhizal fungi are an important group of microorganisms in the rhizosphere because of their ubiquity in terrestrial ecosystems and the symbiotic association that they form with more than 80 % of plant species. Mycorrhizas improve plant mineral nutrition as weIl as resistance to environmental stress. However, little is known on the diversity of these fungi in soil, either at an inter or intraspecific level, and on the relationship between diversity and function. The objectives of the thesis were (1) to set up molecular tools to study the diversity of AM fungi and (2) to caracterise the populations of AM fungi in 3 soils amended with different levels of sewage sludge using these tools. First, species richness and spore abondance were estimated. The same 6 species were found in the three soils. Spore abundance was lower in the plot which received the highest sludge amendment, which could be related to the modification of soil parameters due to the amendments (heavy metals, pH, ...). Two molecular techniques (PCR fingerprinting using a microsatellite primer, analysis of the small sub-unit ribosomal DNA using PCR) were developped, validated and applied with isolates of Glomus mosseae from collection cultures. These techniques were used to study the populations of the 2 most abundant species found in the studied soils (Glomus geosporum-like and Glomus claroideum ). A high intraspecific variability was observed for both species and for both of them the populations of the three soils were genetically different. A high structuration of the populations was observed, although the samples were only distant of a few meters. The mechanisms involved in the high diversity remains to be explained, but data analysis suggests a clonal reproduction and also recombination events. Finally, the host-plant as weIl as the soil influence the intraspecific diversity of G. claroideum., Les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA), constituent un groupe important parmi les micro-organismes de la rhizosphère en raison de leur ubiquité au niveau des écosystèmes terrestres et des associations mutualistes qu'ils forment avec plus de 80 % des plantes. La mycorhization des plantes permet à celles-ci une meilleure nutrition minérale ainsi qu'une meilleure résistance aux stress environnementaux. Néanmoins, à ce jour la diversité de ces champignons dans les sols tant au niveau inter- qu'intra-spécifique et la relation entre diversité et fonction sont mal connus. Les objectifs de la thèse étaient (1) de mettre au point des outils moléculaires pour étudier cette diversité et (2) de caractériser les populations de champignons MA dans 3 sols ayant reçu différents niveaux de boues de station d'épuration à l'aide de ces outils. Dans un premier temps, la richesse en espèces et l'abondance en spores ont été mesurées. Les 6 mêmes espèces ont été rencontrées dans les 3 sols. L'abondance en spores était plus faible dans la parcelle ayant reçu le niveau de boues d'épuration le plus élevé ce qui peut être relié aux modifications des paramètres du sol (métaux lourds, pH...) entrainées par ces apports. La mise au point, la validation de plusieurs techniques moléculaires (empreintes génétiques par amplification d'ADN microsatellite, analyse de la sous unité 18S de l'ADN ribosomique) et leur application à des isolats de Glomus mosseae de collections, ont permis d'aborder l'analyse des populations des 2 espèces les plus représentées dans les sols étudiés (G. geosporum et G. claroideum). Une forte variabilité intra-spécifique caractérise ces 2 espèces et les populations de chaque espèce rencontrées dans les 3 sols sont génétiquement différentes. Une forte structuration des populations a été mise en évidence bien que les échantillonnages de sol ne soient distants que de quelques mètres. Les mécanismes impliqués dans cette forte diversité restent à cerner mais l'analyse des données suggère une reproduction clonale et aussi des phénomènes de recombinaison. Enfm, la plante hôte, comme le sol influence la diversité intraspécifique de G. claroideum.

Arbuscular mycorrhizal fungi are an important group of microorganisms in the rhizosphere because of their ubiquity in terrestrial ecosystems and the symbiotic association that they form with more than 80 % of plant species. Mycorrhizas improve plant mineral nutrition as weIl as resistance to environmental stress. However, little is known on the diversity of these fungi in soil, either at an inter or intraspecific level, and on the relationship between diversity and function. The objectives of the thesis were (1) to set up molecular tools to study the diversity of AM fungi and (2) to caracterise the populations of AM fungi in 3 soils amended with different levels of sewage sludge using these tools. First, species richness and spore abondance were estimated. The same 6 species were found in the three soils. Spore abundance was lower in the plot which received the highest sludge amendment, which could be related to the modification of soil parameters due to the amendments (heavy metals, pH, ...). Two molecular techniques (PCR fingerprinting using a microsatellite primer, analysis of the small sub-unit ribosomal DNA using PCR) were developped, validated and applied with isolates of Glomus mosseae from collection cultures. These techniques were used to study the populations of the 2 most abundant species found in the studied soils (Glomus geosporum-like and Glomus claroideum ). A high intraspecific variability was observed for both species and for both of them the populations of the three soils were genetically different. A high structuration of the populations was observed, although the samples were only distant of a few meters. The mechanisms involved in the high diversity remains to be explained, but data analysis suggests a clonal reproduction and also recombination events. Finally, the host-plant as weIl as the soil influence the intraspecific diversity of G. claroideum., Les champignons mycorhiziens à arbuscules (MA), constituent un groupe important parmi les micro-organismes de la rhizosphère en raison de leur ubiquité au niveau des écosystèmes terrestres et des associations mutualistes qu'ils forment avec plus de 80 % des plantes. La mycorhization des plantes permet à celles-ci une meilleure nutrition minérale ainsi qu'une meilleure résistance aux stress environnementaux. Néanmoins, à ce jour la diversité de ces champignons dans les sols tant au niveau inter- qu'intra-spécifique et la relation entre diversité et fonction sont mal connus. Les objectifs de la thèse étaient (1) de mettre au point des outils moléculaires pour étudier cette diversité et (2) de caractériser les populations de champignons MA dans 3 sols ayant reçu différents niveaux de boues de station d'épuration à l'aide de ces outils. Dans un premier temps, la richesse en espèces et l'abondance en spores ont été mesurées. Les 6 mêmes espèces ont été rencontrées dans les 3 sols. L'abondance en spores était plus faible dans la parcelle ayant reçu le niveau de boues d'épuration le plus élevé ce qui peut être relié aux modifications des paramètres du sol (métaux lourds, pH...) entrainées par ces apports. La mise au point, la validation de plusieurs techniques moléculaires (empreintes génétiques par amplification d'ADN microsatellite, analyse de la sous unité 18S de l'ADN ribosomique) et leur application à des isolats de Glomus mosseae de collections, ont permis d'aborder l'analyse des populations des 2 espèces les plus représentées dans les sols étudiés (G. geosporum et G. claroideum). Une forte variabilité intra-spécifique caractérise ces 2 espèces et les populations de chaque espèce rencontrées dans les 3 sols sont génétiquement différentes. Une forte structuration des populations a été mise en évidence bien que les échantillonnages de sol ne soient distants que de quelques mètres. Les mécanismes impliqués dans cette forte diversité restent à cerner mais l'analyse des données suggère une reproduction clonale et aussi des phénomènes de recombinaison. Enfm, la plante hôte, comme le sol influence la diversité intraspécifique de G. claroideum.

Not available, L'influence d'une rhizobactérie solubilisant les phosphates (agrobacterium sp.) et de champignons ectomycorhizogénes (pisolithus tinctorius, suillus granulatus, et hebeloma cylyndrosporum) sur la biodisponibilité du phosphore et du cadmium de trois phosphates naturels (Caroline du nord, Sénégal et Togo), a été étudiée: en cultures pures en l'absence de racines et dans la rhizosphère du pin sylvestre. En culture pure, agrobacterium sp. mobilise plus de P. et CD des phosphates naturels que les champignons ectomycorhizogénes étudiés. Cette mobilisation est surtout une solubilisation pour la bactérie, mais pour les champignons l'immobilisation est plus importante et atteint 80 à 100% du CD mobilisé. Dans la rhizosphère du pin sylvestre, la mycorhization par p. tinctorius augmente le % de p mobilisé, et diminue la teneur en cd. agrobacterium sp. favorise la mycorhization par p. tinctorius, la croissance des pins, la mobilisation et l'absorption de P et CD par ceux-ci. Les quantité de CD mobilisées par la bactérie et les champignons en culture pures sont plus importantes avec le phosphate de Caroline qu'avec les phosphates d'Afrique de l'ouest. Cependant dans les expériences avec plantes, le pourcentage de CD mobilisé ne semble pas toujours corrélé avec la teneur en CD des phosphates ni leur dureté

Not available, Dans ce travail, la tolérance des mycorhizes à arbuscules aux métaux lourds et leur rôle dans le transfert des métaux à la plante ont été étudiés dans 15 sols différents par leurs teneurs en métaux et par l'origine des métaux. Des études au champ et des expériences au laboratoire ont été effectuées. Les résultats suggèrent une adaptation des populations de champignons mycorhizogènes indigènes aux concentrations élevées de métaux. L’influence de la mycorhization sur l'absorption de métaux par la plante dépend des conditions de croissance, du partenaire fongique, de la nature du métal et de sa disponibilité. Une inoculation avec des champignons mycorhizogènes à arbuscules tolérants aux métaux pourrait être considérée dans le cadre de la réhabilitation de sols pollues. La germination des spores des champignons mycorhizogènes à arbuscules pourrait être utilisée comme biotest simple pour la réceptivité d'un sol aux mycorhizes et plus particulièrement pour la toxicité du sol liée aux métaux lourds ou à d'autres facteurs

Not available, L'influence d'une rhizobactérie solubilisant les phosphates (agrobacterium sp.) et de champignons ectomycorhizogénes (pisolithus tinctorius, suillus granulatus, et hebeloma cylyndrosporum) sur la biodisponibilité du phosphore et du cadmium de trois phosphates naturels (Caroline du nord, Sénégal et Togo), a été étudiée: en cultures pures en l'absence de racines et dans la rhizosphère du pin sylvestre. En culture pure, agrobacterium sp. mobilise plus de P. et CD des phosphates naturels que les champignons ectomycorhizogénes étudiés. Cette mobilisation est surtout une solubilisation pour la bactérie, mais pour les champignons l'immobilisation est plus importante et atteint 80 à 100% du CD mobilisé. Dans la rhizosphère du pin sylvestre, la mycorhization par p. tinctorius augmente le % de p mobilisé, et diminue la teneur en cd. agrobacterium sp. favorise la mycorhization par p. tinctorius, la croissance des pins, la mobilisation et l'absorption de P et CD par ceux-ci. Les quantité de CD mobilisées par la bactérie et les champignons en culture pures sont plus importantes avec le phosphate de Caroline qu'avec les phosphates d'Afrique de l'ouest. Cependant dans les expériences avec plantes, le pourcentage de CD mobilisé ne semble pas toujours corrélé avec la teneur en CD des phosphates ni leur dureté