Dissertations / Theses on the topic 'Microorganismes – Dispersion'

La lutte contre le Phoma du colza, causé par le champignon Leptosphaeria maculans, repose principalement sur la culture de variétés résistantes dont l’efficacité est peu durable. La reproduction sexuée confère un fort potentiel adaptatif au champignon confronté aux pressions de sélection exercées par les variétés résistantes : elle permet l’acquisition et l’association d’allèle de virulence, alors que les ascospores issues de la reproduction sexuée assurent la transmission de la maladie d’une saison culturale à la suivante. Nous faison l’hypothèse qu’en début de contournement de résistance, la transmission dela virulence d’une génération à la suivante est limitée d’une part par la faible probabilité de reproduction sexuée entre isolats virulents et d’autre part par une dispersion des ascospores spatialement limitée. Pour tester cette hypothèse nous avons étudié (i) la dispersion des pycnidiospores. Sous un générateur de gouttes en air calme, les pycnidiospores sont dispersées par les gouttelettes de pluie à moins de 40 cm de la macule source ; des résidus porteurs de pycnides peuvent causer des infections primaires de la maladie. Le succès de la phase systémique détecté par l’expression de nécroses au collet sur des plantules inoculées en conditions contrôlées augmente avec le nombre de points d’infection, mais diminue en présence de la résistance partielle ; la compétition entre individus peut limiter la présence concoittante des types sexuels au collet de la plante. Par conséquent dans des champs avec des populations de L. Maculans à faible densité, la dispersion des pycnidiospores par la pluie peut accroître la taille de la populatino pathogène et permettre la rencontre d’individus initialement distants, tandis que la progression systémique du champignon peut limiter la rencontre locale d’isolats virulents sexuellement compatibles
Management of homa stem canker of oilseed rape,caused by Leptosphaeria maculans, primarily relies on the cultivation of resistant varieties that lack durable efficiency. Sexual reproduction enhances the evolutionary potential of the fungus submitted to the selection pressure exerted by resistant varieties by allowing acquisition and association of virulence alleles and season-to-season transmission of the disease through ascospore dispersal. We hypothesize that for small, emergent virulent populations, sexual reproduction could be restricted by the reduced mating probability of individuals and that season-to-season transmission of virulent individuals through ascopsore dispersal can be spatially limited. To test these hypotheses, we investigated (i) rain-splash dispersal of pycnidiospores, (ii) systemic growth of the fungus in stem and (iii) the spatial genetic structure of populations to infer ascospore dispersal distances. Pycnidiospores were splash-dispersed over short distances (within 40 cm from the source) from phoma leaf sports, while oilseed rape stubble carrying pycnidia constituted a potential source of primary infections

Nous étudions la dispersion d'un polluant rejeté à proximité d'obstacles placés dans une couche limite atmosphérique neutre reproduite dans un canal hydraulique. Pour recréer un tel écoulement, nous avons adapté une méthode développée pour les souffleries, et nous obtenons ainsi une couche limite périurbaine. Après validation de ce moyen d'essai, nous nous intéressons aux modifications du champ dynamique induites par un cube, puis par trois cubes, afin de caractériser les interactions de leurs sillages et des différentes échelles de turbulence mises en jeu. Des mesures de concentration d'un traceur, supposé passif et émis à proximité des cubes, sont faites par fluorescence induite par plan laser (PLIF). En nous appuyant sur l'analyse des champs de vitesse, nous montrons, pour deux positions de la source et deux configurations des cubes, que le polluant présente une forte anisotropie dans sa dispersion, et qui est étroitement liée aux vitesses moyennes et turbulentes proches du point d'émission.

La couche limite planétaire est la couche atmosphérique la plus basse qui est en interaction directe et constante avec les surfaces terrestres et marines sur lesquelles se concentrent les activités humaines, les cultures et divers écosystèmes. Comprendre l’origine de sa composition à la fois chimique et microbiologique est fondamental dans notre étude approfondie de la biosphère. Alors que les microorganismes de la couche limite planétaire – retrouvés jusqu’à 106 cellules par mètre cube d’air – semblent varier significativement à l’échelle spatiale et temporelle en termes de concentration et de diversité, ils restent largement méconnus. L’objectif principal de cette thèse est de comprendre comment se structurent les communautés microbiennes dans la troposphère, et en particulier dans la couche limite planétaire, ainsi que d’identifier les facteurs de contrôle majeurs. En travaillant sur des échantillons collectés pendant plusieurs semaines sur neuf sites répartis sur la planète, et en utilisant les technologies de séquençage ADN haut-débit, nous avons étudié la composition taxonomique et fonctionnelle des communautés microbiennes de la phase gazeuse et solide de l’atmosphère (c’est-à-dire non associés aux nuages).Nos premiers résultats sur la taxonomie des communautés microbiennes révèlent que les surfaces proches des sites sont les contributeurs principaux de distribution des communautés microbiennes atmosphériques, malgré l’occurrence potentielle du transport longue-distance des microorganismes atmosphériques. Egalement, les conditions météorologiques combinées à la diversité des surfaces locales terrestres ou océaniques jouent un rôle important dans la variation temporelle de la structure des communautés microbiennes de la couche limite planétaire. Une deuxième étude nous a permis d’étudier davantage la variation temporelle des communautés microbiennes atmosphériques sur un site continental montagneux en France (1465 m d’altitude) sur une année complète. Cette étude révèle l’importance des conditions de surface des paysages aux alentours dans la composition taxonomique des communautés atmosphériques. L’évolution au cours de l’année des terres agricoles et de la végétation, qui composaient en majeure partie le paysage du site, était responsable du changement temporel observé dans la composition taxonomique des communautés microbiennes atmosphériques. Finalement, nous avons étudié la composition fonctionnelle des communautés microbiennes de la couche limite planétaire afin d’identifier si les conditions physiques et chimiques de l’atmosphère jouaient un rôle dans la sélection ou adaptation microbienne des microorganismes atmosphériques. L’analyse comparative de données métagénomiques ne révèle pas de signature atmosphérique spécifique du potentiel fonctionnel des communautés microbiennes atmosphériques. La composition fonctionnelle semble avant tout liée aux écosystèmes locaux. Toutefois, nous avons observé que les champignons étaient plus dominants relativement aux bactéries dans l’air comparativement aux autres écosystèmes. Ce résultat suggère un processus de sélection des champignons durant l’aérosolisation et/ou le transport aérien. Les champignons pourraient survivre davantage l’aérosolisation et le transport aérien comparativement aux bactéries du fait de leur résistance naturelle aux conditions physiques stressantes de l’atmosphère. Nos résultats ont apporté une meilleure compréhension des facteurs déterminants (c’est-à-dire les surfaces locales, les sources distantes, les conditions météorologiques locales, les conditions physiques stressantes de l’atmosphère) et de leur contribution dans la structuration des communautés microbiennes de la couche limite atmosphérique. Nos investigations constituent une base importante pour de nouvelles études sur la prévision et le contrôle des communautés microbiennes atmosphériques, afin de répondre à des questions majeures dans les domaines de la santé publique et de l’agronomie
Up to 106 microbial cells per cubic meter are found in suspension in the planetary boundary layer, the lowest part of the atmosphere. Direct influences of the planetary boundary layer on humans, crops and diverse ecosystems like soils and oceans make the full understanding of its composition, both chemical and microbiological, of utmost importance. While microbial communities of the planetary boundary layer vary significantly at different temporal and spatial scales, they remain largely unexplored. The main goal of this thesis was to understand how airborne microbial communities are structured in the troposphere with special emphasis on the planetary boundary layer and to identify their main controlling factors. We investigated both the taxonomic and functional composition of airborne microbial communities in the dry phase (i.e. not cloud-associated) over time at nine different geographical sites around the world using high throughput sequencing technologies.Our investigation that focused on microbial taxonomy showed that local landscapes were the main contributors to the global distribution of airborne microbial communities despite the potential occurrence of long-range transport of airborne microorganisms. We also observed that meteorology and the diversity of the surrounding landscapes played major roles in the temporal variation of the microbial community structure in the planetary boundary layer. We further explored the temporal variation of airborne microbial communities at a continental and mountainous site in France (1465 m above sea level) over a full-year. This study demonstrated the importance of the surface conditions (i.e. vegetation, snow cover etc.) of the surrounding landscapes on the taxonomic composition of airborne microorganisms. The seasonal changes in agricultural and vegetated areas, which represented a significant part of the site’s surrounding landscape, were correlated to the shifts in the taxonomic composition of airborne microbial communities during the year. Finally, we investigated the functional composition of microbial communities of the planetary boundary layer to identify whether the physical and chemical conditions of the atmosphere played a role in selection or microbial adaptation of airborne microorganisms. The comparative metagenomic analysis did not show a specific atmospheric signature in the functional potential of airborne microbial communities. To the contrary, their functional composition was mainly correlated to the underlying ecosystems. However, we also showed that fungi were more dominant relatively to bacteria in air as compared to other (planetary bound) ecosystems. This result suggested a selective process for fungi during aerosolization and/or aerial transport and that fungi might likely survive aerosolization and/or aerial transport better than bacteria due to their innate resistance to stressful physical conditions (i.e. UV radiation, desiccation etc.). Our results provide a clearer understanding of the factors (i.e. surrounding landscapes, distant sources, local meteorology, and stressful physical atmospheric conditions) that control the distribution of microbial communities in the atmospheric boundary layer. Our investigations provide a basis for further studies on the prediction and even control of airborne microbial communities that would be of interest for public health and agriculture

Les biofilms sont des communautés de microorganismes adhérant à une surface et encastrées dans une substance polymérique produite par les cellules du système, dite matrice extracellulaire. Du fait de leur nature ubiquitaire, les biofilms colonisent de nombreux environnements et causent souvent de sérieux problèmes dans les secteurs de la santé et de l’industrie. La dispersion par ajout d’agent chimique est l’une des stratégies de lutte contre les biofilms. Un acide gras, l’acide cis-2-décénoique (CDA), semble être prometteur pour ce faire, grâce à l’étendue de son action dispersante sur les espèces et règnes du vivant. L’objectif de ce travail de thèse est d’investiguer les mécanismes de dispersion des biofilms de l’espèce bactérienne Escherichia coli (E. coli) par la molécule modèle CDA. Le CDA modifie-t-il les structures du biofilm ou induit-il une réponse génétique des bactéries lors de la dispersion ? Pour répondre à ces questions, la dispersion des biofilms d’E. coli a été étudiée in situ dans des chambres microfluidiques par microscopie confocale à balayage laser (CLSM). Des souches bactériennes spécifiques ont été construites par clonage de promoteurs d’intérêt en fusion transcriptionnelle avec un gène codant pour une protéine fluorescente verte. Les résultats confirment l’activité dispersante du CDA avec une réduction significative de la biomasse, de l’épaisseur moyenne et de l’aire de recouvrement par couche du biofilm. Un outil innovant d’analyse d’images CLSM a été développé en collaboration dans le but de déterminer les propriétés structurales du biofilm et l’intensité de fluorescence in situ du rapporteur étudié. Les résultats indiquent une augmentation de l’intensité moyenne de fluorescence des biofilms après dispersion avec le CDA, au niveau global en considérant tout le biofilm et au niveau local en considérant une segmentation du biofilm en microcolonies, ainsi qu’en profondeur. Ces résultats évoquent un changement d’expression génique des bactéries en présence de CDA. Par ailleurs, les résultats montrent que le CDA ne semble pas avoir d’effet en culture planctonique, ni sur la croissance bactérienne ni sur l’activité des promoteurs sélectionnés. Ceci suggère que les effets du CDA sont biofilm-dépendants
Biofilms are microbial communities adhering to a surface and embedded in a self-produced polymeric substance, called extracellular matrix. By being ubiquitous in nature, biofilms colonize numerous environments, and they often cause serious problems for both health and industry sectors. Dispersion is one of the strategies for fighting biofilms. A fatty acid, cis-2-decenoic acid (CDA), seems to be promising for dispersing biofilms by the extent of its action on different species of microbes. The aim of this thesis work is to investigate the mechanisms of biofilm dispersion of the bacterial species Escherichia coli (E. coli) by the model molecule CDA. Does CDA modify the biofilm structures or does it induce a genetic response from bacteria during dispersion? To answer these questions, E. coli biofilm dispersal has been studied in situ in microfluidic chambers by confocal laser scanning microscopy (CLSM). Specific bacterial strains have been developed by cloning promoters of interest in transcriptional fusion with a gene encoding for a green fluorescent protein. The results confirm the dispersing activity of CDA with a significant decrease of biomass, biofilm average thickness and area over biofilm depth. A novel tool for analyzing CLSM images has been developed in collaboration in order to measure the biofilm structural properties as a function of in situ fluorescence intensity of the studied reporter. The results indicate an increase in the mean fluorescence intensity of the biofilms after dispersion with CDA, at a global level for the whole biofilm and at a local scale by considering a biofilm segmentation into microcolonies. These results evoke a change in gene expression by bacteria in the presence of CDA. Furthermore, the results show that CDA does not seem to have an effect on planktonic bacteria, neither on the bacterial growth nor on the activity of the selected promoters. This suggests that the CDA effects are biofilm-dependent

Les bactéries présentent une diversité de comportements de motilité, essentielle à leur survie dans des environnements complexes. Comprendre ces mécanismes de motilité, en particulier dans des espaces confinés, est crucial pour l'écologie microbienne et le développement de technologies bio-inspirées. Cette thèse explore le transport bactérien dans des espace confinés en utilisant des modèles théoriques, numériques et expérimentaux pour prédire le mouvement bactérien dans des canaux en forme de fente et des milieux poreux, et pour identifier des stratégies optimales de dispersion. La thèse est organisée en quatre chapitres. Le premier chapitre passe en revue l’état de l’art sur la recherche en motilité bactérienne. Le deuxième chapitre développe un nouveau cadre permettant de prédire la dispersion des particules de type "Run-and-Tumble" dans des canaux à parois parallèles, apportant des informations clés sur les mouvements optimaux. Le troisième chapitre se concentre sur les milieux poreux et présente un nouveau modèle capable de prédire la diffusivité bactérienne à travers une large variété de modalité de déplacement et de conditions environnementales. Le quatrième chapitre présente des études expérimentales sur une nouvelle souche de bactéries magnétotactiques, en examinant leur réponse magnétique et leurs interactions avec des interfaces solides. Cette thèse présente des résultats prometteurs qui contribuent aux domaines de la motilité bactérienne et de la matière active. Elle comble notamment un manque de compréhension concernant la dispersion dans des environnements confinés. De manière plus large, les résultats trouvent des applications potentielles dans des domaines allant du génie biologique à la recherche microbienne
Bacteria exhibit diverse motility behaviors, which are key to their survival in complex environments. Understanding these motility mechanisms, particularly in confined spaces, is crucial for microbial ecology and the development of bio-inspired technologies. This thesis investigates bacterial transport in confined environments, using theoretical, numerical, and experimental models to predict bacterial motion in slit-like channels and porous media, and to identify optimal strategies for dispersion. The thesis is organized into four chapters. The first chapter reviews the state of the art in bacterial motility research. The second chapter develops a new framework to predict the dispersal of Run-and-Tumble particles in slit-like channels, providing key insights into optimal motion. The third chapter shifts to porous media, presenting a new model capable of predicting bacterial diffusivity across a wide variety of swimmer models and environmental conditions. The fourth chapter focuses on experimental studies with a novel strain of Magnetotactic Bacteria, examining their magnetic response and interactions with solid interfaces. This thesis presents promising results that contribute to the fields of bacterial motility and active matter. Specifically, it addresses the previous lack of understanding of bacterial dispersal in confined environments. More broadly, the findings offer potential applications in fields ranging from bioengineering to microbial research

Les propriétés de transport d'une suspension de bactéries motiles sous écoulement présentent un enjeu scientifique fondamental dans la compréhension de la colonisation de nouveaux milieux par ces microorganismes. De nombreuses études font part du comportement singulier de ces suspensions actives en écoulement. L'accumulation aux parois, les comportements collectifs, la modification du comportement rhéologique sont d'autant de phénomènes qui révèlent la richesse de ces systèmes. Malgré tout, de nombreuses questions subsistent. Dans ce travail de thèse, nous présentons l'effet d'un écoulement sur le transport d'une suspension de bactéries Escherichia coli motiles en milieu confiné. Des expériences ont été menées en cellule de Hele-Shaw pour comprendre l'influence du Péclet hydrodynamique et du Péclet de confinement sur le transport de la suspension en écoulement de Poiseuille. Les propriétés de nage d'E. coli ont été caractérisées dans un fluide à l'équilibre par deux techniques optiques de mesures non-intrusives : le tracking et la microscopie dynamique différentielle. En écoulement, ces propriétés se voient être fortement modifiées et dépendantes du cisaillement. L'effet de rhéotaxie a été mis en évidence et favorise la migration bactérienne à contre-courant aux parois ; migration retrouvée également loin des surfaces. Nous montrons également que le confinement de la suspension influe sur l'épaisseur de la couche limite qui, couplé à l'intensité de l'écoulement, modifient la distribution en bactéries dans la cellule de Hele-Shaw
The transport properties of a suspension of motile bacteria under flow are a fundamental scientific issue in order to understand the colonisation of new environments by microorganisms. Numerous studies report the singular behaviour of these active suspensions in flow. Accumulation at the walls, collective motion, modification of the rheological behaviour are all phenomena that reveal the richness of these systems. Nevertheless, many questions remain. In this thesis, we present the effect of a flow on the transport of a suspension of motile Escherichia coli bacteria in confined geometries. Experiments were carried out in a Hele-Shaw cell to understand the influence of flow and confinement Peclet numbers on the transport of the suspension in a Poiseuille flow. The swimming properties of E. coli were characterised in a fluid at rest using two non-intrusive optical techniques: tracking and differential dynamic microscopy. In flow, these properties are strongly dependent on shear. Rheotaxis effect has been pointed out at the vicinity of a surface and favours upstream swimming; upstream migration also found in the bulk. We also show that confinement of the suspension influences the thickness of the boundary layer and, with the intensity of the flow, modifie the distribution of bacteria through the Hele-Shaw cell

Le contexte lié au changement global et aux risques encourus par la biodiversité ont conduit les gestionnaires à développer des outils afin de préserver notre environnement et la biodiversité De nombreuses questions ont alors été soulevées notamment au sujet de la connectivité entre populations à préserver et de la définition des aires protégées. En milieu marin cette question soulève le problème des capacités de dispersion et du lien entre durée de la phase larvaire et flux de gènes. Dans ce contexte nous avons choisi d'étudier la connectivité entre populations de deux espèces à valeur commerciale et patrimoniale que sont l'oursin commun Paracentrotus lividus et le sar commun Diplodus sargus. Dans le cas de P. lividus, l'étude combinant plusieurs jeux de données utilisant des marqueurs moléculaires différents, à la fois produits pendant ce travail de thèse et issus de la littérature, a mis en évidence une différenciation génétique significative insoupçonnée à l'échelle régionale (40km) pour une espèce présentant une phase larvaire pélagique pouvant atteindre un mois. Cette étude a également permis de caractériser l'intensité et la direction des flux de gènes entre les bassins océaniques du sud-est de l'Atlantique Nord, de la Méditerranée et de l'Adriatique
The context related to global change and risks of biodiversity loss have led managers to develop tools to help preserve our environment and the associated biodiversity. Many questions have been raised especially concerning the connectivity between populations and the definition of marine protected areas. These questions raise the problem of dispersal abilities and of the relationship between pelagic larval duration and gene flow. In this context we have chosen to study the connectivity between populations of two species of high commercial and patrimonial values: the edible sea urchin Paracentrotus lividus and the white seabream Diplodus sargus. In the case of P. lividus, the study combining several data sets and using different molecular markers, produced during this work or obtained from the literature, showed unexpected significant genetic differentiation at the regional scale (40km) for a species with a pelagic larval duration of up to one month. This study also allowed us to characterize the intensity and direction of gene flow between ocean basins of the southeastern North Atlantic, Mediterranean Sea and Adriatic Sea. Indeed gene flow was asymmetric and oriented from the Atlantic to the Mediterranean Sea and from the Adriatic Sea and to the Mediterranean Sea. These findings raise important questions about the origin of these different levels of differentiation and led me to make several assumptions on the impact of phenomena such as local adaptation, selective effects coupled with endogenous barriers, hydrological factors and / or biogeochemical. Several research perspectives are proposed to test these hypotheses

Les feuilles hébergent une grande diversité de micro-organismes. Parmi les facteurs responsables de la structuration des communautés microbiennes foliaires, l’effet du processus de dispersion reste peu étudié. Les structures paysagères telles que les lisières ou l’hétérogénéité du paysage influencent la migration et la dispersion de nombreuses espèces de macro-organismes, mais l’effet de tels facteurs sur la composition des communautés microbiennes foliaires n’a jamais été testé.Nous faisons l’hypothèse que les parcelles forestières sont une source de champignons foliaires pour les vignes adjacentes. Nous avons comparé les communautés fongique foliaires et aériennes de la vigne et des forêts adjacentes au cours d’une saison de végétation, testé l’effet d’une lisière forestière sur ces communautés et évalué l’effet de la composition du paysage sur ces communautés. Les communautés fongiques ont été caractérisées par métabarcoding.Les communautés fongiques foliaires viticoles et forestières divergent au cours de la saison. Ni la distance à la lisière, ni la proportion de forêt dans le paysage n’affectent les communautés foliaires de la vigne, mais les communautés aériennes diffèrent en fonction de la distance à la lisière forestière. Ces résultats suggèrent que la dispersion ne joue qu’un rôle mineur dans la structure des communautés fongiques foliaires. De nombreuses pressions de sélection telles que les pratiques agricoles semblent en revanche avoir un effet fort sur ces communautés. Des études supplémentaires sont nécessaires pour vérifier la contribution relative de ces pressions de sélection, ainsi que le potentiel service de régulation fourni aux cultures par la forêt
Plant leaves host a large diversity of microorganisms. Among the factors shaping foliar microbial community structure, the effect of the dispersal process remain understudied. Landscape elements, such as edges or landscape heterogenity, influence migration and dispersal of many macro-organism species. However, the effect of such factors on foliar microbial communities has never been studied. We hypothesized that forests are a source of foliar fungi for adjacent vineyards. We compared foliar and airborne fungal communities in vineyard and adjacent forests along a vegetative season, we examined the effect of a forest edge on these communities in a vineyard, and weassessed the effect of landscape composition on these communities. Fungal communities were characterized with a metabarcoding method. Foliar fungal communities in vineyards and forests diverge over the course of the vegetative season. Neither the distance to the edge nor the proportion of forest in the landscape affect foliar fungal communities in vineyards, while airborne communities change with the distance to the forest edge. These results suggest that dispersal is not dominant in shaping foliar fungal communities. Instead, many selective pressures such as agricultural practices seem to shape strongly these communities. Further investigations are required in order to estimate the relative contribution of those processes, and the potential ecosystem service provided by the forest to crops

Ce travail de thèse porte sur l'élaboration de particules de polymère magnétiques capables de capter et relarguer différents microorganismes par des interactions électrostatiques non spécifiques. Des nanoparticules d'oxyde de fer cationiques stabilisées par des contre-ions nitrate ont été synthétisées par coprécipitation de sels de fer. La surface de la maghémite obtenue a été modifiée par voie sol-gel avec un organosilane présentant une fonction méthacrylate pour permettre son incorporation covalente dans des particules de latex par des réactions de copolymérisation. Ces particules ont été obtenues par polymérisation radicalaire en dispersion, en émulsion ou en miniémulsion du méthacrylate de méthyle ou du styrène, conduite en présence de maghémite. Les interactions entre celle-ci et le stabilisant rendent difficile la formation de latex magnétiques par polymérisation en dispersion. En revanche, la polymérisation en (mini-)émulsion permet, selon la technique de dispersion des oxydes de fer utilisée avant polymérisation, l'obtention de particules de latex de 140 à 650 nm, dont la fraction magnétique varie entre 2 et 37 % et contient jusqu'à 91 % de maghémite. La distribution de taille est toutefois large. Les particules magnétiques ainsi obtenues ont été ensuite fonctionnalisées directement au cours de la polymérisation en émulsion par l'introduction de co-monomères chargés, de polyélectrolytes ou de polyamphotères réamorçables. Ces deux derniers types de polymère sont obtenus par polymérisation RAFT. Leur capacité de capture/relargage a été évaluée sur des systèmes modèles à base de silice. Les polyamphotères donnent de bons résultats sur de nombreux microorganismes
This thesis describes the synthesis of magnetic latexes which are able to capture and release various microorganisms via non-specific and electrostatic interactions. Cationic iron oxide nanoparticles stabilized by nitrate counterions were synthesized by the co-precipitation of iron salts in water. The surface of the asobtained maghemite was then modified by a sol-gel process using a methacrylate-functionalized organosilane, in order to incorporate the iron oxide nanoparticles into latex particles by copolymerization reactions. Magnetic particles were obtained by dispersion, emulsion or miniemulsion polymerization of styrene or methyl methacrylate, performed in the presence of iron oxide. Due to the interaction between the stabilizers and iron oxides, dispersion polymerization was not a suitable approach. On the other hand, (mini-)emulsion polymerization led to a large range of particle diameters (140 – 650 nm), according to the process used to disperse iron oxides prior to the polymerization. These latexes contained between 2 and 37 % of magnetic particles, incorporating up to 91% of iron oxide. But the size distribution remained quite broad in all cases. The functionalization of the as-prepared magnetic particles was then undertaken by the introduction of either a charged co-monomer or polyelectrolytes or polyampholytes reactivable during the polymerization process. These kinds of polymers were synthesized by RAFT polymerization. Their ability to capture and release microorganisms was tested on silica-based model systems. Polyampholytes displayed good results on several microorganisms

Cette thèse s’inscrit dans le contexte de la biologie de l’invasion de la chrysomèle des racines du maïs, Diabrotica virgifera virgifera (Dvv), en Europe. Les introductions multiples de cette peste sur le vieux continent à partir des années 1990 et en provenance des États-Unis ont conduit à la formation de plusieurs foyers envahissants dont deux principaux, différenciés génétiquement et situés en Italie du Nord-Ouest (Italie NO) et en Europe Centrale et du Sud-Est (Europe CSE). Ces deux foyers sont entrés en contact en 2008, en Italie du Nord, dans la région de la Vénétie. L’objectif principal de ces trois années de recherche était de détecter, d’étudier et de documenter un cas précis d’hybridation au cours d’une invasion biologique. Dans un premier temps, j'ai montré que la zone de contact détectée en Vénétie résultait bien en une zone hybride. Pour cela plusieurs types d’analyses de génétique des populations ont été réalisés à l’aide de marqueurs micro-satellites. Dans un second temps, j'ai exploité cette zone hybride et utilisé la théorie des clines neutres et le déséquilibre de liaison pour estimer la dispersion (σ) de Dvv en Italie du Nord aux alentours de 20 km.génération−1/2. Enfin j'ai montré l’absence d'impact de l’hybridation au cours de l’invasion européenne de Dvv in natura, en mesurant sur des génotypes hybrides et parentaux, de nombreux traits phénotypiques positivement liés à la fitness des individus. Ainsi, une sélection ou contre sélection des hybrides est à exclure dans ce cas précis d’hybridation et la dynamique de l’invasion de cette peste en Europe ne devrait être affectée en aucune façon
This thesis deals with the invasion biology of the western corn rootworm, (WCR) in Europe. Multiple introductions of this pest in Europe from the United States and the 90’s, led to the formation of two main invasive outbreaks, genetically differentiated and located in Northwest Italy (NW Italy) and in Central and South-Eastern Europe (CSE Europe). Both outbreaks converged towards each other and came into contact in 2008, in the region of Veneto (Northern Italy). The main objective of these three years of research was to detect study and document a precise case of hybridization during a biological invasion. First of all, I showed that the contact zone detected in Veneto results in a hybrid zone. For that, several types of population genetics analyses were performed using microsatellite markers. In a second time, I exploited this hybrid zone and used the theory of neutral clines and the linkage disequilibrium to estimate dispersal (σ) of WCR in Northern Italy around 20 km.generation-1/2. Finally I showed the absence of impact of hybridization in the european invasion of WCR in natura, by measuring on hybrid and parental genotypes, numerous phenotypic traits positively associated to the fitness of individuals. Thus, a selection or a selection against hybrids is excluded in this particular case of hybridization and the invasion dynamics of WCR in Europe should not be affected in any way

La famille la plus commune des organismes dans le zooplancton est un groupe connu intitulé copépodes. Les copépodes ont un rôle majeur dans l’écosystème marin, car ils sont les producteurs secondaires dans la chaîne alimentaire écologique reliant les cellules de phytoplancton à des larves de poissons et même aux grands mammifères comme les baleines. Le comportement de nage de copépodes présente des sauts puissants et rapides. Une telle aptitude est utilisée pour échapper à des régions de cisaillement élevées, qui peuvent être causés soit par des perturbations d’écoulement, soit par un grand prédateur ou par la dynamique de fortes turbulences inhérentes à l’océan. La recherche présentée dans cette thèse se compose trois étapes. Tout d’abord, les données de vitesse de copépodes affichant réaction de fuite des sauts dans l’eau stagnante sont utilisées pour définir et affiner un modèle copépode lagrangien (CL). Deuxièmement, le modèle développé est utilisé pour simuler le comportement de milliers de copépodes dans un écoulement turbulent hydrodynamique entièrement développé obtenu par simulation numérique directe des équations de Navier-Stokes. Troisièmement, des analyses des données numériques sont réalisées pour quantifier la dynamique de copépodes en turbulence et pour faire une comparaison avec les observations expérimentales disponibles de copépodes en turbulence. Grâce à une étude expérimentale et numérique combinée, nous étudions l’impact du comportement de saut, l’effet de l’intensité de saut, d’orientation de saut, du temps de latence et rapport d’aspect géométrique des copépodes sur la distribution spatiale à petite échelle dans un environnement turbulent
The most common family of multi-celled organisms in the zooplankton is a rather diversified group of crustaceans known with the name of copepods. Copepods have a major role in the marine ecosystem because they are the secondary producers in the ecological food-chain linking phytoplankton cells to fish larvae and even to large mammals such as whales. Copepods swimming behavior exhibits quick powerful jumps. Such an aptness is used to escape from high shear regions, which may be caused either by flow perturbations, produced by a large predator (i.e., fish larvae), or by the inherent highly turbulent dynamics of the ocean. The research presented this thesis goes into three steps. Firstly, recorded velocity tracks of copepods displaying escape response jumps in still water are used to define and tune a Lagrangian copepod (LC) model. Secondly, the model is further employed to simulate the behavior of thousands of copepods in a fully developed hydrodynamic turbulent flow obtained by direct numerical simulation of the Navier-Stokes equations. Thirdly, numerical data analysis is performed to quantify copepods’ dynamics in turbulence and make a comparison with available experimental observations of copepods in turbulence.Through a combined experimental and numerical study, we investigate the impact of jumping behavior on the small-scale patchiness of copepods in a turbulent environment. We further investigate the effect of jump intensity, jump orientation, jump latency time and geometrical aspect ratio of the copepods on the small-scale spatial distribution. At last, possible ecological implications of the observed clustering on encounter rates and mating success are provided

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de la biologie de l'invasion de la chrysomèle des racines du maïs, Diabrotica virgifera virgifera (Dvv), en Europe. Les introductions multiples de cette peste sur le vieux continent à partir des années 1990 et en provenance des États-Unis ont conduit à la formation de plusieurs foyers envahissants dont deux principaux, différenciés génétiquement et situés en Italie du Nord-Ouest (Italie NO) et en Europe Centrale et du Sud-Est (Europe CSE). Ces deux foyers sont entrés en contact en 2008, en Italie du Nord, dans la région de la Vénétie. L'objectif principal de ces trois années de recherche était de détecter, d'étudier et de documenter un cas précis d'hybridation au cours d'une invasion biologique. Dans un premier temps, j'ai montré que la zone de contact détectée en Vénétie résultait bien en une zone hybride. Pour cela plusieurs types d'analyses de génétique des populations ont été réalisés à l'aide de marqueurs micro-satellites. Dans un second temps, j'ai exploité cette zone hybride et utilisé la théorie des clines neutres et le déséquilibre de liaison pour estimer la dispersion (σ) de Dvv en Italie du Nord aux alentours de 20 km.génération−1/2. Enfin j'ai montré l'absence d'impact de l'hybridation au cours de l'invasion européenne de Dvv in natura, en mesurant sur des génotypes hybrides et parentaux, de nombreux traits phénotypiques positivement liés à la fitness des individus. Ainsi, une sélection ou contre sélection des hybrides est à exclure dans ce cas précis d'hybridation et la dynamique de l'invasion de cette peste en Europe ne devrait être affectée en aucune façon.

Mes travaux de recherche ont eu pour but d'analyser la diversité des microorganismes des trois domaines du vivant présents dans des biofilms phototrophes exposés à l'air, se développant sur des substrats minéraux divers, afin d'essayer, d'une part, de répondre à des questions de diversité et de biogéographie et, d'autre part, d'étudier le processus de colonisation par le biais d'expériences d'exposition contrôlées.J'ai ainsi caractérisé, essentiellement par des approches moléculaires basées sur l'analyse des banques des gènes d'ARNr de la petite sous-unité (SSU rDNAs) et sur des analyses d'empreintes communautaires, la diversité microbienne (procaryote et eucaryote) formant des biofilms matures (exposés depuis plusieurs années) dans plusieurs sites géographiques en Irlande du Nord, en France et en Ukraine, dans la région de Chernobyl. Dans ces biofilms soumis à forte pression sélective, nous avons mis en évidence beaucoup de microorganismes hétérotrophes et phototrophes, mais avec une diversité relativement restreinte en comparaison à d'autres milieux comme les sols ou les systèmes aquatiques. Les archées étaient absentes. Les conditions environnementales auxquelles ce type de biofilm est constamment exposé comme l'irradiation, la dessiccation et la limitation des nutriments sélectionnent des microorganismes qui développent des stratégies pour s'adapter comme, entre autres, la production de pigments. Ce sont des microorganismes fréquemment retrouvés dans des milieux désertiques extrêmes et résistants aussi aux radiations ionisantes qui ont ainsi été identifiés, notamment des Deinococcales et des Actinobacteria, ou encore des champignons ascomycètes (Ascomycota). Parmi les organismes phototrophes, nous avons dénombré des Cyanobacteria, des algues vertes (Chlorophyta) et des Streptophyta. Nous avons mis en évidence que les facteurs environnementaux influencent la composition des biofilms. Toutefois, tandis que la composition de la communauté bactérienne est fortement dépendante de la nature du substrat ou elle se développe, la composition des communautés microbiennes eucaryotes dépend de la distance géographique. Nous avons également mené des expériences de colonisation en exposant un même substrat minéral dans trois sites géographiques en Irlande du Nord et en France. L'analyse de la diversité microbienne lors du processus de colonisation a révélé des changements importants dans la composition des communautés, que ce soit pour les procaryotes ou pour les eucaryotes avec, cependant, des comportements différents de ces deux groupes de microorganismes. Dans le cas des bactéries, on observe une transition des Gammaproteobacteria, qui dominent les temps 0-6 mois et qui correspondent vraisemblablement aux cellules inactives en dispersion, vers des Betaproteobacteria, Bacteroidetes, Alphaproteobacteria et Actinobacteria dans des phases successives de formation du biofilm. Par contre, dès leur détection sur le substrat minéral, les eucaryotes sont massivement dominés par des champignons ascomycètes et basidiomycètes, des algues vertes ainsi que d'autres composantes minoritaires comme des ciliés, étant détectées dans des stades plus tardifs. Nos résultats montrent que les organismes hétérotrophes sont pionniers dans la formation de ces biofilms, ce qui permet d'émettre l'hypothèse qu'ils facilitent l'installation des cyanobactéries et surtout des algues vertes. Ils montrent aussi que le processus d'assemblage des communautés bactériennes dépend du temps de colonisation, alors que le site géographique détermine celui des microorganismes eucaryotes. Ces différences majeures de comportement pourraient être expliquées par des modes de vie différents entre les organismes de ces deux grands groupes.

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Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq
One of the main focuses of ecology and biogeography has been better understanding as historical factors, environmental factors and dispersal ability influence the pattern of species distribution. Besides the environmental conditions and space being considered important components to control the variation in communities, another factor that can influence the beta diversity, but has been little studied, is the land use type. We aimed determine the relative influence of local, spatial components (directional and non-directional) and land use in the taxonomic and functional composition of phytoplankton and zooplankton communities in tropical reservoirs. Data was collected in 25 sampling points in reservoirs in the Rio Preto Basin, which is located in the Federal District-DF, Brazil. We performed a partial redundancy analysis to determine the influence of each component. The space was the only component with significant influence over the two groups (phytoplankton and zooplankton) and both approaches. Local variables had no significant influence on the variation of the communities, as well as the land use. Given the importance of space in the analyzed communities, we applied a protocol based on an spatial autocorrelation analysis, which indicated that the spatial pattern of the communities could be purely associated with dispersal by neutral factors. Our results demonstrated that the spatial component can be significant even in small scale studies to organisms with passive dispersal. Furthermore, it is important consider the connectivity among the environments in investigations with these microorganisms. as well as the use of the functional approach for studies of planktonic distribution, because of it show patterns similar to those found in the taxonomic approach.
Um dos principais focos da ecologia e biogeografia tem sido conhecer melhor como fatores históricos, ambientais e a capacidade de dispersão das espécies influenciam no padrão da distribuição das mesmas. Além das condições ambientais e do espaço serem considerados importantes componentes ao controlar a variação nas comunidades, outro fator que também pode influenciar a diversidade beta em ambientes aquáticos é o tipo de uso de solo. O objetivo do presente trabalho é determinar a influência relativa dos componentes locais, espaciais (direcional e não-direcional) e de uso de solo na composição taxonômica e funcional das comunidades fitoplanctônicas e zooplanctônicas em reservatórios tropicais. Os dados foram coletados em 25 pontos amostrais em reservatórios na Bacia do Rio Preto, que está localizada no Distrito Federal- DF, Brasil. Para determinar a influência relativa dos componentes realizamos uma análise de redundância parcial. O espaço foi o único componente com influência significativa sobre os dois grupos (fitoplanctônico e zooplanctônico) em ambas abordagens. As variáveis locais não apresentaram influência significativa sobre a variação das comunidades, assim como o tipo de uso de solo. Devido ao importante papel apresentado pelo espaço nas comunidades analisadas, foi aplicado um protocolo baseado em uma análise de autocorrelação espacial, na qual demonstrou que o padrão espacial das comunidades poderia ser associado puramente a fatores neutros de dispersão. Nossos resultados demonstraram que o componente espacial pode ser significativo mesmo em estudos de pequenas escalas para organismos com dispersão passiva. Além disso, é importante considerar a conectividade dentre os ambientes em investigações com esses microrganismos, bem como a utilização da abordagem funcional para estudos sobre a distribuição planctônica, pelo fato da mesma demonstrar padrões semelhantes aos encontrados na abordagem taxonômica.

Les particules en suspension dans l’air (notées « PM » pour « Particulate matter ») sont aujourd’hui au cœur des préoccupations sociétales en raison de leur impact majeur sur la santé publique et leur forte participation au changement climatique. La matière organique (MO) représente généralement la première composante en masse des PM mais reste encore très mal appréhendée, en particulier la fraction organique d’origine biogénique primaire (PBOA). Des sucres primaires sont proposés comme des traceurs moléculaires pour étudier les processus de transport atmosphérique ainsi que pour estimer la contribution des PBOAs à la masse totale des PM. Cependant, les connaissances sont encore très limitées sur leurs distributions spatiales et temporelles (i.e., cycles journaliers, saisonniers et annuels), leurs principales sources d’émissions, ou encore les facteurs environnementaux qui déterminent leurs concentrations atmosphériques. Par ailleurs, si la comprehension du potentiel oxydant (PO) —proxy de l’effet sanitaire des PM— inhérent à la composante chimique des aérosols a relativement bien avancé ces dernières années, la contribution de cette fraction PBOA est encore est très mal connue. Ces différents aspects constituent les objectifs de ce travail de thèse. D’un point de vue méthodologique, nos questions ont été abordées par une approche interdisciplinaire, qui a impliquée l’exploitation statistique d’une large base de données et le couplage de campagnes de terrain spécifiques avec la mise en œuvre d’une stratégie expérimentale novatrice développée pour l’étude simultanée des caractéristiques chimiques et microbiologiques des échantillons prélevés.Dans un premier travail basé sur l’exploitation d’une large base de données, nous avons montré que les PBOAs constituent une fraction très importante des PM en France, independamment de la typologie de l’environnement, contribuant en moyenne annuelle à 13 ± 4 % de la MO dans les PM10. On met en évidence une similitude entre les évolutions temporelles de concentrations et de ratios entre sucres primaires pour des sites localisés dans une même région géographique (jusqu’à une distance inter-sites d’environ 200 km). Ces observations indiquent que la source PBOA est très homogène spatialement sur des distances cohérentes avec celle de grands types d'écosystèmes. Cette observation a ensuite été validée par une expérimentation basée sur deux échantillonnages annuels de terrain qui nous a permis de démontrer (i) que les évolutions journalières des concentrations atmosphériques en sucres primaires sont déterminées par seulement quelques taxons microbiens atmosphériques, variables d’un point de vue regionale ; et (ii) que ces taxons proviennent respectivement de la flore locale et régionale pour les sites d’étude qui sont directement influencés et non par les activités agricoles. Enfin, dans le cadre d’étude de PO, nos résultats ont permis de démontrer (i) que tous les bioaérosols modèles testés possèdent un PO intrinsèque significatif, comparable pour certaines espèces à celui de composants chimiques atmosphériques modèles connus pour leur forte reactivité redox ; et (ii) qu’ils sont capables d’influencer significativement le PO des PM chimiques modèles ou collectées en condition réelle.Ces travaux apportent un nouveau regard sur l’importance massique des PBOAs et des nouvelles connaissances sur les sources et processus dominants conduisant à leur introduction dans l’atmosphère, ainsi que l’influence des facteurs environnementaux sur ces processus. L’ensemble des résultats de ce travail plaide pour une prise en compte systematique des PBOAs dans les modèles de chimie atmosphérique pour une meilleure prédiction de la qualité de l’air
Airborne particles (called « PM » for Particulate matter") are nowadays at the core of societal concerns because of their major impact on public health and their strong participation in climate change. Organic matter (OM) generally represents the first mass component of PM but it is still poorly understood, in particular the organic fraction from primary biogenic origin (PBOA). Some specific primary sugars are proposed as molecular tracers to study the atmospheric transport processes as well as to estimate the contribution of PBOAs to the total mass of PM. However, knowledge is still very limited about their spatial and temporal distributions (i.e., daily, seasonal and annual cycles), their main emission sources, or the environmental factors that drive their atmospheric concentrations. Moreover, although the understanding of the oxidative potential (OP) —a proxy of the health effect of PM— inherent in the chemical component of aerosols has progressed quite well in recent years, the contribution of this PBOA fraction is still very poorly understood. These aspects constitute the main objectives of this thesis work. From a methodological point of view, our questions were addressed by an interdisciplinary approach, which involved the statistical exploitation of a large database and the coupling of specific field campaigns with the implementation of an innovative experimental strategy developed for the simultaneous study of the chemical and microbiological characteristics of the samples collected.In a first work based on the exploitation of a large database, we showed that PBOAs constitute a very important fraction of PM in France, regardless of the typology of the environment, contributing on average to 13 ± 4% of the annual MO in PM10. We observed a synchronous temporal trends in both concentrations and ratios between primary sugars species for sites located in the same geographical region (up to an inter-site distance of about 200 km). These observations indicate that the PBOA source is very spatially homogeneous over distances consistent with those of large ecosystem types. This observation was then validated by an experimental approach based on two annual field sampling studies that allowed us to demonstrate (i) that daily changes in atmospheric concentrations of primary sugars are drived by only a few regionally variable atmospheric microbial taxa; and (ii) that these taxa come from local and regional flora for study sites that are directly influenced and not by agricultural activities, respectively. Finally, in the framework of the OP study, our results demonstrated (i) that all the tested model bioaerosols have a significant intrinsic OP, which is comparable for some species to the model atmospheric chemical components known for their high redox reactivity; and (ii) that they can significantly influence the OP of chemical PM models or sampled under real ambient conditions.This work provides a different look into the mass importance of PBOAs and new insights into the dominant sources and processes leading to their introduction into the atmosphere, as well as the influence of environmental factors on these processes. Alltogether these results argue for a systematic consideration of PBOAs in atmospheric chemistry models for better prediction of air quality