Rozprawy doktorskie na temat „Sources hydrothermales et continetales”

Les Formations de fer Rubanées (BIF) sont des archives sédimentaires uniques pour étudier les océans primitifs de l'Archéen. Cependant, l'environnement de formation et les mécanismes en jeu dans la formation de ces sédiments chimiques riches en fer et en silicium sont peu contraints. Les BIF ont été très peu étudiés pour leurs compositions isotopiques en Nd-Hf alors qu'elles pourraient permettre d'apporter de nouvelles contraintes sur les sources hydrothermales et continentales alimentant les anciens océans. Pour mieux contraindre l'environnement de formation des BIF, j'ai combiné des aspects de terrains et une étude pétro-géochimique sur une succession sédimentaire de la ceinture de Barberton (3,25 Ga, Afrique du Sud). Le modèle de dépôt des BIF de Barberton implique un milieu de dépôt profond, au bas d'une pente et distal du continent. Cet environnement est perturbé ponctuellement par des dépôts gravitaires terrigènes (mafiques) caractéristiques d'un système sédimentaire d'éventail sous-marin profond. J'ai évalué si la signature géochimique de l'eau de mer (REE+Y, faibles HFSE) permettait d'indiquer la préservation des compositions isotopiques Hf-Nd-Pb primaires sur un BIF de la ceinture de Isua (3,7 Ga, Groenland). Le BIF de Isua montre des perturbations post-dépôts des compositions isotopiques Hf-Nd attribués à la présence d'apatites secondaires. Il a cependant préservé un âge 207Pb-206Pb de 3810 ± 7 Ma hérité de zircons détritiques. Le spectre REE+Y typique de l'eau de mer ne garantit donc ni la préservation des compositions isotopiques Hf-Nd primaires de l'eau de mer, ni de l'absence de toute contamination terrigène. Enfin, j'ai exploré l'origine et la source du Nd et de l'Hf dans les BIF à l'échelle des bandes sur des échantillons provenant de la ceinture de Témagami (2,7 Ga, Canada). Les compositions isotopiques initiales en Nd-Hf des bandes de BIF de Témagami riches en Si montrent un découplage des deux systèmes isotopiques. A l'inverse, celles des bandes riches en Fe demeurent couplées en Nd-Hf. Les bandes riches en Si enregistrent une composition isotopique en Hf radiogénique provenant des eaux d'altérations des continents felsiques. A l'inverse, l'Hf et le Nd des bandes riches en Fe pourrait provenir principalement de l'hydrothermalisme sous-marin
The Banded Iron Formations (BIF) are unique sedimentary archives for studying the primitive oceans of the Archean. However, the environment of formation and the mechanisms involved in the formation of these iron- and silicon-rich chemical sediments are poorly constrained. The BIFs have been little studied for their Nd-Hf isotopic compositions, although they could provide new constraints on the hydrothermal and continental sources feeding the ancient oceans. To better constrain the BIFs environment of formation, I combined field observations with a petro-geochemical study on a sedimentary succession from the Barberton belt (3.25 Ga, South Africa). The deposition model of the Barberton BIFs involves a deep depositional environment, at the base of a slope and distal from the continent. This environment is occasionally disturbed by gravity-driven terrigenous deposits (mafic) characteristics of a deep-sea fan system. I evaluated whether the seawater geochemical signature (REE+Y, low HFSE) indicated the preservation of the primary Hf-Nd-Pb isotopic compositions in a BIF from the Isua belt (3.7 Ga, Greenland). The Isua BIF shows post-depositional disturbances in the Hf-Nd isotopic compositions attributed to the presence of secondary apatites. However, it preserved a 207Pb-206Pb age of 3810 ± 7 Ma inherited from detrital zircons. Therefore, the REE+Y spectrum typical of seawater does not guarantee the preservation of the primary Hf-Nd isotopic compositions of seawater, nor the absence of any terrigenous contamination. Finally, I explored the origin and source of Nd and Hf in the BIFs at the scale of the bands on samples from the Témagami belt (2.7 Ga, Canada). The initial Nd-Hf isotopic compositions of the Si-rich bands of the Témagami BIFs show a decoupling of the two isotopic systems. Conversely, those of the Fe-rich bands remain coupled in Nd-Hf. The Si-rich bands record a radiogenic Hf isotopic composition originating from the weathering waters of felsic continents. Conversely, the Hf and Nd in the Fe-rich bands could mainly originate from submarine hydrothermalism

De par leur originalité, certains organismes de la faune hydrothermale ont été classés dans des nouveaux groupes taxonomiques de haut rang. De précédentes études moléculaires ont permis d’en réassigner certains dans des lignées connues, occasionnant parfois d’importantes réductions de rangs taxonomiques. Par ailleurs, en phylogénie moléculaire, il est difficile d’optimiser à la fois l’échantillonnage taxonomique et le nombre de marqueurs. Cette thèse illustre cette limitation, mais fournit des avancées sur la compréhension de l’origine et l’évolution de trois groupes hydrothermaux. Chez les vers Polynoidae, l’approche multigène appliquée sur un grand nombre d’espèces suggère au moins deux événements de colonisation de ce milieu. Toutefois, le manque de résolution des marqueurs pour les nœuds profonds entrave la compréhension de l’histoire de ces colonisations. Une limitation similaire avait empêché de replacer les familles de crevettes Alvinocarididae et de crabes Bythograeidae dans leur infra-ordre respectifs (Caridea et Brachyura). Deux approches de recherche et d’identification de marqueurs sont donc testées pour ces groupes. La première, basée sur le séquençage de génome mitochondrial (facilement généralisable), résout les relations profondes des Brachyura et place les espèces de Bythograeidae disponibles proches des Xanthidae. La seconde, basée sur le séquençage de transcriptomes permet d’identifier des marqueurs suffisamment conservés pour résoudre les relations inter-familles chez les Caridea. Cette approche est moins généralisable, mais les marqueurs identifiés pourront a posteriori être recherchés dans un échantillonnage large par capture à l’aide de sonde
The originality of the hydrothermal vents fauna led to the classification of some organisms under new high taxonomic ranks. However, previous molecular studies reassigned them to known lineages, leading to major reductions in such ranking. Classically in phylogenetic studies, optimizing both taxonomic sampling and molecular markers is challenging. This Ph.D project illustrates this limitation, but still provides breakthroughs in the understanding of the origin and evolution of three hydrothermal taxa. In Polynoidae worms, the multigenic approach, led on a large taxonomic and ecological sampling, indicates at least two colonization events of hydrothermal vents. However, the limited resolution of these markers for deep nodes prevented the clear understanding of such events. A similar limitation was previously encountered for Alvinocarididae shrimp and Bythograeidae crabs families in their respective infra-orders (Caridea and Brachyura). Here, two approaches aiming to search and identify markers were tested on these groups. The first one, based on the sequencing of the mitochondrial genome (easily generalizable), resolves deep nodes in Brachyura, and places the available Bythograeidae species near the Xanthidae. The second, based on transcriptome sequencing, allows the identification of molecular markers conserved enough to resolve inter-familial relationships in Caridea. Although this approach is less generalizable, the identified markers could be targeted a posteriori on a wide taxonomic scale using marker-specific probes

Le but de cette thèse est d'étudier deux types de collagène cuticulaire et interstitiel chez des annélides et des vestimentifères des sources hydrothermales et des suintements froids. Après un premier chapitre de rappels sur les collagènes en général et des collagènes des invertébrés et des organismes des sources hydrothermales en particulier et un second chapitre récapitulant les matériels et les méthodes utilisées au cours de ce travail, nos résultats sont exposés en cinq parties. La première partie précise les caractéristiques ultrastructurales de la cuticule d'annelides et de vestimentifères et fait le point sur les données obtenues chez les espèces côtières et hydrothermales. Pour la première fois le collagène est localisé dans la cuticule et l'assemblage de ce collagène cuticulaire est analyse in situ et in vitro. La seconde partie est centrée sur les caractéristiques immunologiques des collagènes interstitiels et cuticulaires dans le corps des organismes. La localisation spécifique du collagène est réalisée chez différentes espèces et étendue aux deux types de collagène cuticulaire et interstitiel. L'analyse de leurs réactions croisées nous permet d'aborder la question de la proximité évolutive de ces collagènes. L'abondance de collagène interstitiel dans l'obturaculum de riftia pachyptila nous a conduit à analyser en détail la structure de cette matrice extracellulaire. Cette troisième partie nous permet de préciser la variabilité de ces caractéristiques chez les vestimentifères des sources hydrothermales et des suintements froids. La diversité biochimique de ces collagènes est analysée dans la quatrième partie à partir de la méthode de matsumura (1972) et l'ensemble des résultats obtenus sont discutés dans la dernière partie

Les communautés d’eucaryotes unicellulaires associées à des métazoaires endémiques de deux environnements marins, les sources hydrothermales et les sédiments marins côtiers, ont été caractérisées par des études moléculaires et microscopiques. Ce travail de recherche a permis i) de caractériser et de comparer la distribution des communautés d’eucaryotes unicellulaires associées à différents environnements marins profonds, ii) de mettre en évidence de nouveaux clades, notamment chez les ciliés détectés dans les bivalves hydrothermaux, iii) de redéfinir et de comparer la distribution d’un groupe particulier de ciliés, les astomes, retrouvé uniquement en interaction avec des polychètes, iv) de mettre en évidence dans ces astomes endocommensaux, un troisième degré d’interaction représenté par des bactéries endocytoplasmiques. Ainsi, cette étude montre qu’une majorité d’eucaryotes unicellulaires détectés au niveau des sources hydrothermales sont des organismes cosmopolites des océans. Cependant, des niches écologiques distinctes et stables, représentées par les bivalves endémiques, abritent des communautés de ciliés plus spécifiques. De plus, les polychètes Cirratulidae retrouvés dans les sédiments côtiers réduits abritent un modèle d’interaction tripartite composé d’astomes endocommensaux associés à des bactéries endocytoplasmiques. Ces endosymbiontes sont phylogénétiquement très éloignés des organismes déjà décrits, et pourraient être ainsi les témoins d’une histoire évolutive commune. Ces nouveaux modèles d’étude ouvrent le champ des interactions entre eucaryotes et bactéries

Notre connaissance de la diversité virale associée aux microorganismes procaryotiques issus des sources hydrothermales océaniques profondes demeure encore limitée. Peu d’études se sont intéressées à l’abondance virale ou à l’impact des virus sur la mortalité microbienne au sein de ces écosystèmes. Le nombre de virus caractérisés, issus de ces environnements, reste faible. Deux virus, PAV1 et TPV1, associés à des archées hyperthermophiles anaérobies appartenant à l’ordre des Thermococcales ont été décrits dans notre laboratoire. Afin de poursuivre nos recherches sur la diversité virale infectant les microorganismes hydrothermaux marins, l’ordre bactérien des Thermotogales a été ciblé. Cet ordre est composé de bactéries chimioorganotrophes anaérobies pour la plupart hyper/thermophiles. Elles partagent la même niche écologique que les Thermococcales et sont métaboliquement proches. De nombreux transferts latéraux de gènes ont, par ailleurs, contribué à l’histoire évolutive des Thermotogales, subodorant l’implication potentielle de virus. La présence de séquences CRISPR a également été rapportée au sein de plusieurs génomes de Thermotogales, suggérant que les Thermotogales sont ou ont certainement déjà été exposées à des infections virales. Pour autant, à ce jour, les seuls éléments génétiques mobiles à avoir réellement été décrits chez les Thermotogales sont 3 miniplasmides et aucun virus. Une cinquantaine de souches de Thermotogales provenant majoritairement de la collection de notre laboratoire (Souchothèque de Bretagne et Collection Ifremer) a été passée au crible quant à la présence d’éventuels bactériovirus associés. A l’issue de ce criblage, des éléments à ADN extra-chromosomiques, incluant 2 plasmides et 7 bactériovirus (du type Siphoviridae) ont été découverts au sein de souches appartenant aux genres Thermosipho et Marnitoga. Des analyses préliminaires ont été réalisées sur ces différents éléments et l’un des nouveaux systèmes hôte/virus a été caractérisé en détail. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) est un siphovirus-like tempéré isolé d’une bactérie piezophile, il constitue le premier bactériovirus associé à l’ordre des Thermotogales. La souche hôte est piezophile mais aisément cultivable à pression atmosphérique au terme de plusieurs repiquages. Si l’essentiel des analyses a été mené à pression atmosphérique, la production virale s’est avérée tout à fait effective à pression hydrostatique. Nous avons réalisé les analyses de la séquence complète du génome MPV1 (43,7 kb, extrait des capsides virales purifiées) et sa comparaison avec le provirus présent au sein du génome séquencé de Marinitoga piezophila KA3. Les analyses de ce génome viral ont suggéré une proximité évolutive de MPV1 avec les bactériovirus de Firmicutes. Nous avons également mis en évidence que le bactériovirus partage son hôte avec un élément génétique extra chromosomique circulaire de 13,3 kb (pMP1). Ce « ménage à 3 » est surprenant dans le sens où l’élément de 13,3 kb, contenant 13 ORF de fonctions majoritairement inconnues, utilise les capsides virales afin de se propager. Ceci pourrait, ainsi, illustrer un nouvel exemple de piratage moléculaire
Our knowledge of the viral diversity associated to procaryotic microorganisms inhabiting the deep sea hydrothermal vents is still limited. Only few studies have focused on viral abundance and impact on microbial mortality within these ecosystems. A limited number of viruses from these environments were isolated and characterized. Two viruses, PAV1 and TPV1, associated to hyperthermophilic anaerobic Archaea, Thermococcales order, have ever been described in our laboratory. The topic of this phD thesis was to extend our investigation to other deep sea vent microorganisms in order to deepen our knowledge on the marine hydrothermal virosphere. We decided to focus more precisely on the bacterial order of Thermotogales. This order is composed of anaerobic chemoorganotrophic bacteria that are, for almost, hyper/thermophilic. They share the same ecological niche as the Thermococcales and are metabolically close. Numerous lateral gene transfers have contributed to the evolutionary history of the Thermotogales, implying the potential involvement of viruses. The presence of CRISPRs has also been reported in many genomes, suggesting that Thermotogales certainly are or have been exposed to viral infections. However, up till now, only 3 miniplasmids have been described within Thermotogales and no viruses. Fifty strains of Thermotogales, mostly from the LM2E culture collection (Ifremer and “UBOCC”), were screened for the presence of potential bacteriovirus. Extrachromosomal DNA elements, including 2 plasmids and 7 bacterioviruses (siphovirus-like), were discovered amongst strains belonging to both Thermosipho and Marinitoga genera. Preliminary studies were performed on these elements and one of the new virus-host systems was characterized in details. MPV1 (Marinitoga piezophila virus 1) is a temperate siphovirus-like isolated from a piezophilic bacterium, it is the first bacteriovirus associated to the Thermotogales order. This host strain is piezophilic but easily cultivable at atmospheric pressure after several subcultures. Whether most experiments were performed at atmospheric pressure, the viral production appeared to be effective at hydrostatic pressure. We reported the analyses of the complete sequence of the MPV1 genome (43.7 kb, extracted from purified virions) and its comparison to the provirus present in the sequenced genome of Marinitoga piezophila KA3. Analyses of the viral genome suggested a close evolutionary relationship of MPV1 to Firmicutes bacterioviruses .We also reported that this bacteriovirus shares its host with a circular extrachromosomal genetic element of 13.3 kb (pMP1). This ‘ménage à trois’ is surprising in the sense where the 13.3kb element, that contains 13 ORFs of mostly unknown function, uses the viral capsid to propagate. Therefore, it would likely correspond to a new example of molecular piracy

Nos connaissances de la diversité des communautés microbiennes marines ont longtemps été restreintes aux informations précieuses, mais incomplètes, issues de l’utilisation de méthodes de culture. Lors de cette étude, des techniques moléculaires (PCR, clonage, séquençage, hybridation, construction d’une banque métagénomique) et des marqueurs génétiques [ARNr 16S, gènes codants pour des enzymes spécifiques de la voie inverse du cycle tricarboxylique (acIB, oorA)] ont été utilisés pour contourner les limites inhérentes aux méthodes de culture et accéder à la diversité spécifique ainsi qu’aux fonctions des micro-organismes incultivés des sources hydrothermales profondes. Ce travail de recherche a permis de : -confirmer l’importance écologique des epsilon-Proteobacteria dans l’écosystème hydrothermal profond, notamment dans les processus de colonisation de surfaces vierges exposées aux fluides hydrothermaux. – de mettre au point une sonde oligonucléotidique spécifique des epsilon-Proteobacteria permettant de les quantifier et de les observer dans un échantillon environnemental. – de montrer la présence de bactéries Arcobacter-like vraisemblablement sulfo-oxydantes et qui seraient impliquées dans la formation d’un biofilm filamenteux contenant essentiellement du soufre. – Et d’obtenir via l’approche métagénomique, les premiers fragments génomiques d’Archea incultivées hydrothermales. Grâce à l’utilisation combinée de différentes approches moléculaires, ce travail a apporté un nouvel éclairage sur la diversité des communautés microbiennes de l’écosystème hydrothermal marin profond
Our knowledge of the diversity of marine microbial communities has long been restricted to the precious but incomplete information generated by the culture-based methods. In this study, molecular techniques (PCR, cloning, sequencing, hybridization, metagenomics library construction and genetic markers [16S rRNA, genes coding for enzymes specific to the reverse tricarboxylic acid cycle (acIB, oorA)] were used to circumvent the limits inherent to cultivation methods, and to obtain a more realistic view of the specific and functional diversity of the deep-sea hydrothermal vent microbial communities. This research allowed (i) to confirm the ecological significance of free-living epsilon-Proteobacteria at deep-sea hydrothermal vents, especially during in-situ colonization experiments (this study provides the first example of the prevalence and ecological significance of free-living Arcobacter-like at deep-sea hydrothermal vents, which are supposed to be sulfo-oxidizing bacteria involved in filamentous sulphur formation, (ii) to design and validate a 16S rRNA oligonucleotide probe targeting most of the epsilon-Proteobacteria found in hydrothermal systems, (iii) to obtain the physiology of yet uncultured groups of archea from deep-sea hydrothermal vents using metagenomics. By the combined use of variety of molecular approaches this work enlarges our view of the diversity of microbial communities in deep-sea hydrothermal vents

Le premier virus hyperthermophile issu d'une source hydrothermale marine profonde, PAV1, a été isolé dans notre laboratoire. Il infecte l'archée Pyrococcus abyssi et possède une morphologie de citron. Son génome est un ADN double brin circulaire de 18,1 kpb. Dans le cadre de cette thèse, nous avons d'abord étudié son génome. Il est présent à fort nombre de copies dans la cellule et ne comporte pas de méthylations de type dam ou dcm. Sa topologie consiste en un léger surenroulement négatif dans son hôte. Les 25 gènes prédits sont transcrits en six ARNm majoritairement polycistroniques et l'un deux recouvre 75 % du génome viral. Puis, nous nous sommes intéressés à deux protéines de PAV1. Pour la protéine 899, nous avons cherché à mettre en évidence son implication potentielle dans le métabolisme de l'ADN viral. Par ailleurs, nous avons montré que la protéine 121 est ine des protéines majoritaires du virus. Nous avons ensuite initié une recherche de nouveaux virus infectant les archées de l'ordre des Thermococcales dans l'environnement hydrothermal abyssal. Des observations réalisées en microscopie électronique à transmission ont permis de découvrir sur des cultures d'enrichissement une diversité vitale insoupçonnée. Après un criblage sur 120 couches de Thermococcales, nous avons découvert une souche piézophile nommée KAZA, appartenant à l'espèce archéenne Thermococcus barophilus, qui produit des particules de type viral " piezo-dépendantes "
PAV1, discovered in our lab, is the first hyperthermophilic virus isolated from a deep-sea vent. It is lemon-shaped and infects the archea Pyroccoccus abyssi. Its genome is a double stranded DNA of 18. 1 kbp. Here we report the molecular analysis of this virus. First, we studied PAV1 genome. We proved it is high copy number (about 70 copies per chromosome) and slightly negatively supercoiled in its host. As the archeal chromosome, viral DNA is not dam or dcm methylated. All 25 predicted genes are transcribed in six mRNAs in majority polycistronic and the larger one covers 75 % of genome. Then, we tried to show that protein 899 could be involved in viral DNA metabolism and we identified protein 121 as one of the majority protein. The last part of this study aimed to discover new viruses infecting archaea from the order Thermococcales in deep-sea environment. Observations realized with transmission electronic microscope on enrichment cultures revealed an unexpected viral diversity. Then, a screening was realized one about 120 Thermococcales strains and we discovered a piezophilic strain named KAZA from specie Thermococcus barophilus which produces “piezo-dependanr” virus-like particles

L’étude de communautés microbiennes de sources hydrothermales profondes de la dorsale medio-atlantique et de réservoirs pétroliers du bassin parisien a été entreprise par des approches culturales et moléculaires. Ces approches ont consisté d'une part en une analyse directe des ARNr 16S par amplification et hybridation in situ, d'autre part dans l'enrichissement de différents types métaboliques à haute température, et enfin dans la caractérisation de souches isolées d'environnements hydrothermaux. Des séquences d'archaea méthanogènes, halophiles ou hyperthermophiles affiliées aux méthanosarcinales ou aux thermococcales ont été détectées dans deux échantillons d'eau de production. Les séquences de bacteria étaient associées à des thermotogales, des proteobacteria delta et des firmicutes à bas G+C% généralement impliqués dans des processus thermophiles et mésophiles de sulfato- ou thiosulfato-reduction. Des séquences associées au genre arcobacter pouvant intervenir dans le cycle des composés soufrés au sein du réservoir ont également été détectées. Enfin des séquences associées au genre herbaspirillum ont été observées mais proviennent probablement d'une contamination du réservoir. Au sein des fluides hydrothermaux, des enrichissements de différents types métaboliques associés au métabolisme du soufre et du méthane ont été positifs à 65 et 80°C. Une grande diversité de séquences a par ailleurs été observée. Les proteobacteria epsilon dominent généralement les banques de séquences bactériennes et sont détectées en forte proportion par hybridation in situ avec les desulfurobacteriales. Des séquences d'archaea (thermococcales, methanococcales et archaeoglobales) ont également été détectées. L’utilisation combinée de méthodes moléculaires et culturales nous a permis de dépasser les limitations inhérentes à chacune de ces méthodes et de proposer une image des relations s'établissant entre les différentes communautés de micro-organismes présents dans ces deux environnements.

Le particularisme des organismes des sources hydrothermales nous a conduit à nous interroger sur leurs réponses adaptatives développées. Pour cela, nous avons choisi d’étudier les transposons de type mariner dont l’impact sur la variabilité génétique a été démontrée. Ce sont des segments d’ADN aptes de se déplacer dans le génome, ils ont une structure simple, une longueur d’environ 1300pb. Ils ont un gène qui code la transposase qui est responsable du déplacement de l’élément lui-même. Ce gène est flanqué par des répétitions terminales inversées ; ITR. La transposase reconnaît spécifiquement les ITRs, s’y fixe et coupe l’élément qui est ensuite inséré dans un autre site génomique. La transposase assure toutes les étapes de déplacement. Chez le crabe Bythograea thermydron et l’annélide Alvinella caudata, 29 séquences mariner ont été isolées et caractérisées. Leurs transposases sont capables de reconnaître et de se lier aux ITRs. Elles sont aptes d’engendrer de la coupure
The particularism of the deep-sea hydrothermal organisms led us to question us on their developed adaptive answers. For that, we chose to study mariner transposable elements which their impact on genetic variability was shown. They are segments of DNA able to move in the genome, they have a simple structure, a length of approximately 1300pb. They have a gene which codes the transposase which is responsible for the mobility of the element itself. This gene is flanked by reversed terminal repetitions; ITR. The transposase recognizes and binds ITRs specifically, cut the element and insert it in another genomic site. The transposase ensures all the stages of displacement. 29 mariner sequences were isolated and characterized in the genoms of the crab Bythograea thermydron and the worm Alvinella caudata. Their transposases are able to recognize and to bind to ITRs. They are also ready to generate cut

La présence de deux activités enzymatiques thermostables : la beta-glucosidase et l'alcool déshydrogénase (ADH) a été recherchée sur 190 isolats thermophiles obtenus à partir d'échantillons prélevés sur sept sites hydrothermaux (deux dans le bassin de Lau, deux dans le bassin Nord-Fidjien et trois sur la ride du Pacifique oriental). 83 isolats possèdent l'activité beta-glucosidase et seulement 10 l'ADH. L'étude de la thermostabilité de ces enzymes a orienté le travail de caractérisation enzymatique vers deux isolats archaebactériens ultra-thermophiles : l'isolat ST549 pour la beta-glucosidase et l'isolat AL662 pour l'ADH. Une production maximale de beta-glucosidase par l'isolat ST549 a été obtenue avec le milieu BHIS contenant du cellobiose à 5 g1. La caractérisation de l'enzyme dans l'extrait brut ainsi que de l'enzyme purifiée a montré une thermostabilité élevée et une activité optimale à 100°C et à pH 6. La protéine est dimérique, a un poids moléculaire de 130000 daltons et un point isoélectrique de 4,3. L'hydrolyse des substrats ne correspond pas à un comportement michaélien et est activée par le glucose et les polyols tels que le sorbitol et le glycérol. L'étude de la spécificité vis-à-vis des substrats a montré que d'autres activités beta-glycosidases sont associées à l'activité beta-glucosidase. L'alcool-déshydrogénase de l'isolat AL662 est thermostable, présente une activité optimale à 75°C, à pH 8,3 et en présence de NaCl. La protéine n'a pas été totalement purifiée mais montre une spécificité de substrats large et une énantiosélectivité élevée. Le développement d'applications industrielles potentielles passe par une étude plus approfondie des deux enzymes.

Dix nouveaux isolats de la famille des thermococcales, disponibles dans les collections de l'ifremer et du cnrs, ont ete selectionnes dans le cadre d'un programme de recherche de nouveaux genes codant pour des adn polymerases thermostables. Pyrococcus abyssi et pyrococcus profondus ont ete selectionnes dans un premier temps. Thermococcus fumicolans a ete retenu sur la base d'hybridations adn-adn faibles avec les souches thermococcus litoralis et thermococcus celer. La strategie de clonage retenue repose sur la possibilite d'utiliser les sequences publiees des genes correspondants de t. Litoralis et p. Furiosus. Des sondes ont ete synthetisees par pcr et hybridees avec l'adn des trois isolats. Les genes de p. Abyssi et p. Profondus sont tres proches et ne presentent pas de sequence d'insertion. Par contre le gene de t. Fumicolans est interrompu par deux sequences d'insertion (ivs) au sein des motifs a et c. Ces sequences ont ete utilisees dans une optique de taxonomie moleculaire. Les trois genes, avec les deux ivs dans le troisieme cas, ont ete amplifies par pcr puis clones dans des vecteurs d'expression de la famille t7. Apres synthese proteique, les enzymes ont ete purifies en plusieurs etapes : lyse cellulaire, thermodenaturation puis des chromatographies echangeuses d'ions ou d'affinite. La caracterisation preliminaire de leurs proprietes a ete realisee. - l'etude de la thermostabilite des enzymes montre que, malgre un taux de similarite eleve entre les sequences polypeptidiques, leur comportement est different. Le temps de demi-vie de l'enzyme pab (de p. Abyssi) est de deux heures a 105\c contre deux heures a 100\c pour l'enzyme ppr (de p. Profondus), comme c'est le cas pour l'enzyme tfu (de t. Fumicolans). - les enzymes pab et ppr ne presentent pas d'activite 3-5 exonuclease et leur fidelite lors d'amplification est relativement faible. Par contre l'enzyme tfu presente une activite 3-5 exonuclease. Cette activite est moins thermostable que pour l'enzyme vent (de t. Litoralis) mais elle est moins sensible a la concentration en dntp dans le milieu. - l'aptitude des trois enzymes a etre utilises en pcr a aussi ete etudiee. Les enzymes pab et ppr sont d'usage aise, resultat de l'absence d'activite 3-5 exonuclease. L'enzyme tfu permet un rendement d'amplification moindre mais probablement avec un taux d'erreur plus faible. Ce dernier point est actuellement en cours d'etude.

Nos connaissances de la diversité des communautés microbiennes marines ont longtemps été restreintes aux informations précieuses, mais incomplètes, issues de l'utilisation de méthodes de culture. Lors de cette étude, des techniques moléculaires (PCR, RT-PCR, clonage, séquençage, hybridation) et des marqueurs génétiques [ARNr 16S, gènes codant pour des enzymes spécifiques de différentes voies métaboliques (mcr A, pmo A, dsrAB)] ont été utilisés pour contourner les limites inhérentes aux méthodes de culture et accéder à une vision plus réaliste de la diversité spécifique et fonctionnelle de communautés microbiennes hydrothermales. Ce travail de recherche a permis (i) de mettre en évidence une grande diversité de séquences d'ADNr 16S archaéens et bactériens, et de montrer l 'existence de variations dans la composition des communautés archaennes à l'échelle d'une source et d'un champ hydrothermal , (ii) de découvrir de nouvelles lignées microbiennes, quelles que soient les marqueurs génétiques utilisées, et d'étudier la diversité phylogénétique et la distribution géographique d'une d'entre elles, (iii) de développer et valider des sondes oligonucléotidiques ciblant l'ARNr 16 S d'archaea fréquemment rencontrées sans des systèmes hydrothermaux, et (iv) d'identifier les archaea les plus actives d'une communauté microbienne associée à un échantillon hydrothermal. Grâce à l'utilisation combinée de différentes approches moléculaires, ce travail élargit notre vision de la diversité des communautés microbiennes de l'écosystème hydrothermal marin profond
Our knowledge of the diversity of marine microbial communities has long been restricted to the precious but incomplete informations generated by the culture-based methods. In this study, molecular techniques (PCR, RT-PCR, cloning, sequencing, hybridization) and genetic markers [16S rRNA, genes coding for enzymes specific of diverse metabolic pathways (mcr A, pmo A, dsrAB)] were used to circumvent the limits inherent to cultivation methods ant to get a more realistic view of the specific and functional diversity of the deep-sea hydrothermal vent microbial communities. This research allowed (i) to reveal a wide diversity af archaeal and bacterial 16S rRNA, and to show the existence of variations in the archaeal coomunity composition at the hydrothermal site and hydrothermal field scales, (ii) to discover new microbial lineages whatever the genetic markers used, and to study the phylogenetic diversity and geopgraphic distribution of one of them (iii) to develop and validate 16S rRNA oligonucleotide probes targeting Archaea frequently found in hydrothermal systems, and (iv) to identify the most active Archaea of a microbial community associated with an hydrothermal sample. By the combined use of diverse molecular approaches, this work enlarges our view of the diversity of microbial communities in deep-sea hydrothermal vents

Une étude sur la distribution et l'évolution des communautés des sources hydrothermales profondes de la dorsale du pacifique oriental à 13°Non a été entreprise à partir des prélèvements et des données iconographiques obtenus au cours de 3 campagnes. Le peuplement se subdivise en 6 unités et se repartit en 3 grands groupes spatio-temporels d'espèces. Un modèle de succession spatio-temporelle de la mégafaune est propose à partir de ces observations. Les espèces ont un cycle court et un recrutement discontinu compatible avec l'évolution rapide du milieu. Leurs populations sont soumises à des extinctions locales et paraissent, pour la plupart, fondées par un petit nombre d'individus. Pour apprécier les processus de dissémination et de spéciation, une étude de la structure génétique des populations de polychètes alvinellidae est effectuée à partir de l'analyse de leur polymorphisme enzymatique. La variabilité génétique est modérée chez le genre Alvinella et élevée chez le genre Paralvinella. Les populations sont à l'équilibre d'Hardy-Weinberg bien que des déficits en hétérozygotes soient observes pour les mêmes locus dans la majorité des populations. Ces résultats permettent de rejeter l'hypothèse d'un effet Wahlund et suggèrent que la sélection naturelle joue en faveur des hétérozygotes. La différenciation génétique des populations est élevée mais ne varie pas avec la distance. Plusieurs génotypes paraissent thermosensibles et pourraient faire l'objet d'une sélection. Ces résultats laissent supposer que la dérive génétique est contre-balancée par la pression sélective du milieu et que l'environnement joue un rôle dans les processus de spéciation chez les Alvinellidae.

L’océan Pacifique Sud-Ouest a été identifié comme un point chaud de fixation de diazote (N2) par les organismes diazotrophes, arborant des taux de fixation parmi les plus élevés des océans du globe. Le succès de ces espèces repose sur les concentrations non limitantes en fer dissous (DFe) dans la couche photique de la région, dont l’origine demeure méconnue. Dans le cadre de ce travail de thèse, la distribution du DFe a été étudiée le long d’un transect de 6100 km, allant de Nouméa jusqu’aux eaux de la gyre et traversant le Bassin de Lau et l’Arc des Tonga (175 °E à 166 °W, le long de 19–21 °S). Combinées avec une analyse optimale multiparamétrique des masses d’eau, les anomalies de DFe ont été déterminées sur la zone du transect, les plus notables étant présentes le long de l’Arc des Tonga. Les résultats ont démontré que les masses d’eau d’origine lointaine alimentant le Bassin de Lau ne peuvent expliquer les concentrations observées en surface dans cette région, permettant de conclure avec certitude que le DFe provient de sources hydrothermales peu profondes présentes le long de l’arc. Bien qu’une portion non négligeable de cet apport de DFe soit transportée sur de longues distances, une large majorité est rapidement éliminée à proximité des sources sous l’action de divers processus mis en lumière à l’aide d’un modèle en boîte. Outre le fer, les fluides hydrothermaux sont enrichis en de nombreux autres métaux susceptibles d’être toxiques pour les organismes. Ces fluides, directement introduits dans la couche photique, pourraient impacter le phytoplancton. Leur effet a été évalué lors d’une expérience innovante pendant laquelle des communautés planctoniques naturelles ont été soumises à un gradient d’enrichissement en fluides hydrothermaux. Malgré un effet toxique initial de quelques jours, les apports hydrothermaux ont finalement induit des taux de fixation de N2, de productivité et d’export de matière organique deux à trois fois plus élevés que dans le contrôle non enrichi. Cet effet fertilisant résulte probablement de la détoxification de l’environnement, riche en de nombreux éléments potentiellement toxiques, par des écotypes résistants capables de produire des ligands forts, les thiols, limitant la biodisponibilité de certains métaux. L’apport additionnel d’éléments fertilisants par les fluides, en particulier le DFe, a ainsi permis la croissance ultérieure des espèces les plus sensibles. Ces résultats expérimentaux, reproduisant fidèlement les observations in-situ, confirment l’implication des fluides hydrothermaux peu profonds dans la forte productivité observée dans la région. Les sources hydrothermales ont pu être tracées à différentes échelles spatiales et temporelles par le déploiement de pièges à sédiments dérivants (durant quelques jours, le long de l’Arc des Tonga) et fixe (durant une année, le long de la dorsale de Lau) et par le carottage des sédiments du fond marin aux sites de déploiement des pièges (échelle de temps géologique). Le traçage Al-Fe-Mn a révélé que le matériel lithogénique exporté à petite et large échelle spatiale dans la région provenait de sources hydrothermales peu profondes et/ou profondes localisées le long de l’Arc des Tonga. Cette empreinte hydrothermale a également été détectée dans les sédiments, notamment à proximité de la dorsale de Lau où la présence d’une importante source active est fortement suspectée. Finalement, les dynamiques similaires observées pour l’export de particules d’origine biologique et hydrothermale suggèrent que la production de surface serait liée aux apports hydrothermaux dans la couche photique. En conclusion, ce travail de thèse a démontré l’impact de sources hydrothermales peu profondes sur le cycle des éléments traces, notamment du fer, dans la colonne d’eau et les sédiments, ainsi que leur lien avec la productivité biologique dans la région du Pacifique Sud-Ouest
The Western Tropical South Pacific Ocean has been identified as a hotspot for dinitrogen (N2) fixation by diazotrophic organisms, with some of the highest rates recorded in the global ocean. The success of these species relies on non-limiting concentrations of dissolved iron (DFe) in the photic layer of the region, whose origin remains unclear. In this thesis work, the distribution of DFe was studied along a 6100-km transect from Noumea to the gyre waters, crossing the Lau Basin and the Tonga Arc (175°E to 166°W, along 19-21°S). Combined with an optimal multiparametric water mass analysis, DFe anomalies were determined over the transect area, the most notable being present along the Tonga Arc. The results demonstrated that water masses of remote origin entering the Lau Basin could not explain the concentrations observed at the surface in this region, leading to the confident conclusion that DFe originates from shallow hydrothermal sources present along the arc. Although a non-negligeable portion of this DFe input is transported over long distances, a large majority is rapidly removed near the sources through a variety of processes highlighted by a box model. Besides iron, hydrothermal fluids are enriched in numerous other metals that may be toxic to organisms. These fluids, introduced directly into the photic layer, could have an impact on phytoplankton. Their effect was evaluated in an innovative experiment during which natural plankton communities were subjected to an enrichment gradient of hydrothermal fluids. Despite an initial toxic effect of a few days, hydrothermal inputs ultimately induced N2 fixation, productivity and organic matter export rates two to three times higher than those of the non-enriched control. This fertilizing effect probably results from the detoxification of the environment, rich in numerous potentially toxic elements, by resistant ecotypes able to produce strong ligands, such as thiols, limiting the bioavailability of certain metals. The additional supply of fertilizing elements by the fluids, in particular DFe, thus allowed the subsequent growth of the most sensitive species. These experimental results, faithfully reproducing the in-situ observations, confirm the involvement of shallow hydrothermal fluids in the high productivity observed in the region. Hydrothermal sources could be traced at different spatial and temporal scales through the deployment of drifting (for a few days, along the Tonga Arc) and fixed (for a year, along the Lau Ridge) sediment traps and through the coring of seafloor sediments at the trap deployment sites (geological time scale). Al-Fe-Mn tracing revealed that the lithogenic material exported at small and large spatial scales in the region originated from shallow and/or deep hydrothermal sources located along the Tonga Arc. This hydrothermal signature has also been detected in the seafloor sediments, particularly in the vicinity of the Lau Ridge where the presence of a major active source is strongly suspected. Finally, the similar patterns observed for the export of biological and hydrothermal particles suggest that surface production is closely linked to hydrothermal inputs into the photic layer. In conclusion, this thesis work has demonstrated the influence of shallow hydrothermal sources on the fate of trace elements, particularly iron, in the water column and seafloor sediments, and their link to biological productivity in the Western Tropical South Pacific region

Les eaux anoxiques marines, notamment les eaux hydrothermales et les eaux interstitielles des sediments, presentent des anomalies remarquables de composition par rapport a l'eau de mer normale. Ces deux milieux sont issus de processus fondamentalement differents: respectivement, interactions a 350#oc et 500 bars entre basalte et eau de mer, reactions biogeochimiques de la diagenese precoce (degradation bacterienne de la matiere organique et formation de mineraux authigeniques). Une etude bibliographique detaillee precise les principaux processus reactionnels conduisant a la formation des eaux hydrothermales et eaux interstitielles, et montre que ces milieux jouent un role majeur dans le cycle global de nombreux elements, en particulier ceux des sels dissous du phosphore, de l'azote et du silicium (les sels nutritifs), notamment a l'interface avec les eaux oxygenees. L'evolution des sels nutritifs a ete particulierement bien suivie dans les eaux interstitielles des sediments cotiers de quatre sites en rade de brest et en baie de morlaix (bretagne occidentale), en relation avec l'environnement biosedimentaire, et mensuellement au cours d'un cycle annuel (fevrier 85-avril 86). Les profils de concentrations en ammonium, nitrates plus nitrites, phosphates et silicates ont ete interpretes a l'aide de donnees complementaires recoltees, telles la matiere organique, le potentiel redox, les fer et manganese dissous, les sulfates, l'activite bacterienne du cycle de l'azote, la porosite et la temperature. De plus, les flux des differents sels nutritifs a l'interface eau-sediment ont ete calcules a partir de leur gradient de concentration

Malgré l’importance des virus dans la diversité, l’adaptation et l’évolution des communautés microbiennes, la virosphère des sources hydrothermales océaniques, reste peu caractérisée.Seulement 10 virus, dont 8 bacteriovirus et 2 virus d’archées, ont été décrits à ce jour. C’est dans ce contexte que ce travail de thèse s’inscrit avec pour objectif de caractériser des archaeovirus isolés de la composante microbienne abyssale. Les études ont porté sur des virus de méthanogènes, des producteurs primaires abondants dans ces environnements hydrothermaux. MFV1, premier virus tête-queue hyperthermophile décrit, a été isolé de Methanocaldococcus fervens une méthanogènehyperthermophile issue de sédiments marins profonds. Une caractérisation fonctionnelle et génomique de ce nouveau siphovirus a été conduite.Le caractère infectieux des virions a été démontré sur des Methanocaldococcus. Le plasmide pMEFER01, porté par M. fervens, peut également être empaqueté dans les capsides virales. L’étude d’autres virus de méthanogènes hyperthermophiles hydrothermales a été amorcée. M. vulcanius produit des virions tête-queue tandis que ceux isolés de M.jannaschii ont une morphologie particulière (tigeboucles).En parallèle, l’étude d’un virus en forme de citron, infectant Thermococcus thioreducens, a permis de s’intéresser à un autre ordre archéen, bien représenté au sein des systèmes hydrothermaux marins. De façon surprenante, ce virus semble capable d’infecter des méthanogènes. La mise en évidence de nouveaux systèmes hôtes-virus mais également d’interactions avec différents éléments génétiques mobiles (plasmides, vésicules) a permis d’élargir les connaissances sur le mobilome abyssal
Despite the importance of viruses in the diversity, adaptation, and evolution of microbial communities, the virosphere of deep-sea hydrothermal vents remains poorly characterized. To date, only 10 viruses isolated from deep sea hydrothermal vents, including 8 bacterial viruses and 2 archaeal viruses, have been described. In this context, this thesis work focused on gaining insights into the viral interactions with deep-sea autotrophic archaeal component. We aimed to characterize viruses of methanogens, which are abundant primary producers in these hydrothermal environments. MFV1, the first hyperthermophilic head-tail virus described, was isolated from Methanocaldococcus fervens, a hyperthermophilic methanogen from hydrothermal sediments. A functional and genomic characterization of this new siphovirus was conducted.The infectivity of MFV1 was demonstrated on Methanocaldococcus species. The plasmid pMEFER01, carried by M. fervens, can also be packaged in viral capsids. The study of other viruses of hyperthermophilic and hydrothermal methanogens was initiated. M. vulcanius produced head-tailed virions whereas those isolated from M. jannaschii had a particular morphology (stem-loops). In parallel, the study of a lemon-shaped virus, infecting Thermococcus thioreducens, permits to take an interest on another archaeal order, which is wellrepresented in marine hydrothermal systems.Surprisingly, this virus seemed capable of infecting hyperthermophilic methanogens. The characterization of new host-virus systems but also of interactions with different mobile genetic elements (plasmids, vesicles) expanding knowledge about the abyssal mobilome

Une approche écologique et génétique à permis d’identifier les principaux facteurs biotiques et abiotiques influençant la diversité des gastéropodes hydrothermaux aux différentes échelles le long de la dorsale Est Pacifique (EPR). Alors que l’analyse génétique de l’espèce Lepetodrilus elevatus entre 13°N et 17°S a montré l’existence de deux espèces cryptiques trouvées en sympatrie à 9°50’N, l’étude de la composition faunistique des moulières entre 7°S et 21°S suggère l’existence d’une unique province biogéographique pour l’EPR. Mais la présence de nouvelles espèces ou d’espèces inféodées à d’autres systèmes hydrothermaux au-delà de 17°S supporte l’existence d’une écorégion distincte. La structure génétique de L. Elevatus à méso-échelle semble peu affectée par la dispersion mais plutôt par la dynamique d’extinction-recolonisation des populations liée au caractère éphémère des habitats. A micro-échelle, l’existence de micro-habitats et les interactions biotiques semblent avoir un rôle aussi important que les conditions physico-chimiques du milieu sur la structure des communautés de gastéropodes.

Dans cette étude, les adaptations physiologiques aux hautes pressions hydrostatiques ont été étudiées après délétion de groupes de gènes codant pour les hydrogénases chez Thermococcus barophilus. Cette archée piézo-hyperthermophile isolée au niveau du site hydrothermal "Snakepit" à 3 550 mètres de profondeur a pour pression optimale 40 MPa ; des études trancriptomiques antérieures ont mis en évidence la sur-expression de certains gènes codants pour les hydrogénases sous des conditions de pressions sub et supra optimales (0,1 et 70 MPa). Ici, nous essayons de déterminer le rôle précis de chaque enzyme dans l'adaptation aux HPH en utilisant l'outil génétique récemment développé au laboratoire chez cette archée. Ce système génétique repose sur un double évènement de recombinaison successif afin d'obtenir des mutants de délétion et sur l'utilisation de la Simvastatine et de la 6-méthylpurine (6-MP) comme marqueur de sélection. Cette méthode a ensuite été utilisée pour déléter deux sulfhydrogénases cytosoliques (SHI et SHII) et des hydrogénases membranaires (Mbh, Mbh-Codh et Mbx). L'utilisation de la 6-méthylpurine pour la sélection négative a considérablement diminué le nombre de faux positifs avec un taux de 30% contre 80% obtenu avec le 5-FOA l'ancien marqueur de sélection négatif. Les premières études phénotypiques des souches mutantes sous haute pression hydrostatique confirment le rôle majeur des hydrogénases
The deep sea representing a significant portion of the terrestrial biosphere but still very little studied and many questions remain about organisms that live in this ecosystems including their diversity and adaptibility. At this depth Hydrostatic pressure is the major physical parameter. In this study, physiological adaptations to HHP were investigated after genetic deletion of hydrogenase clusters in T.barophilus. This archea piezo-hyperthermophilic was isolated at 3550m from a hydrothermal vent site; indeed, previous transcriptomic experimented have highlighted the over-expression of genes encoding hydrogenases under sub and supra-optimal HHP using the recent genetic system available for this archaeon. This gene disruption system is based on single and double crossover events to obtain makerless deletion mutants and used simvastatin and 6-MP for selection and counterselection respectively. In this study we developped firstly a new way of selection for the genetic disruption system using 6-methylpurine for negative selection. This method was then used to delete two cytoplasmic sulfhydrogenases (SHI and SHII) and membrane bound hydrogenases (Mbh, Mbh-Codh, Mbx). Using 6-methylpurine for negative selection to inverted the rate of false positives pop-out clones from 80% obtained with 5-FOA to 10% and the first phenotypic studies of mutants strains under HHP show the impact of hydrogenase on culture growth and hydrogen production

L'objectif de ce travail consistait a apporter une contribution a l'etude des lipides des communautes microbiennes marines. Cette etude basee sur l'utilisation de methodes chimiques et de techniques d'analyses spectroscopiques concerne plus precisement les micro-organismes marins thermococcus hydrothermalis et pyrococcus abyssi, archaea hyperthermophiles sulfo-oxydantes isolees de sites hydrothermaux marins, et marinobacter hydrocarbonoclasticus, bacterie marine ubiquiste halotolerante extreme. Cette recherche presente une description qualitative et quantitative des lipides de t. Hydrothermalis. Ses lipides neutres correspondent aux ethers de glycerol libres et a un melange de quatre hydrocarbures tetraterpeniques, lycopadienes et lycopatrienes, identifies pour la premiere fois chez une archaea, dans cette etude. Leur decouverte a une implication geochimique fondamentale. Ils pourraient etre en partie a l'origine du lycopane retrouve en quantite trace dans tous les oceans. L'analyse des lipides polaires a conduit principalement a l'identification du biphytanyl glycerol diether et du dibiphytanyl diglycerol tetraether. Un resultat important de ce travail correspond a l'absence de cyclopentane dans les chaines biphytanyles des tetraethers. Ce travail fournit egalement une identification precise des lipides de m. Hydrocarbonoclasticus, selon la source de carbone retenue pour sa culture (acetate ou n-eicosane). Elle a montre sa grande aptitude a ingerer les hydrocarbures presents dans le milieu, meme en tres faible concentration, et a suggere l'idee d'utiliser cette bacterie comme indicateur de pollution. Des acides gras non fonctionnalises et fonctionnalises originaux, chloro et/ou methoxy, ont ete caracterises. Enfin, cette etude a mis en evidence le degre de variabilite de certains des lipides de m. Hydrocarbonoclasticus, selon le substrat choisi, et a permis d'evaluer leur interet effectif comme marqueurs de parametres environnementaux, en milieu marin.

En bientôt quarante ans de recherche, de nombreuses connaissances ont été acquises sur la géologie des champs hydrothermaux, la chimie des fluides qui en réchappent et l’écologie des communautés qui les habitent. Celles-ci s’organisent en assemblages denses, distribués le long de la zone de dilution du fluide hydrothermal dans l’eau de mer, et dominés visuellement par une poignée d’espèces. La forte variabilité spatio-temporelle du fluide hydrothermal a une forte influence sur la distribution des communautés. Cependant, les mécanismes à l’origine de la réponse de la faune à cette variabilité sont peu compris. Pour cela, une approche modélisatrice est présentée. Les données collectées pendant plus de 20 ans sur l’édifice Tour Eiffel, sur le champ hydrothermal Lucky Strike (ride médio-Atlantique) ont été intégrées afin d’en extraire les composantes principales. L’étude intégrative des biomasses sur l’édifice montre que celles-ci sont largement dominées par la modiole Bathymodiolus azoricus. Ce bivalve est susceptible d’avoir une influence importante sur le fonctionnement de l’écosystème, et fait donc l’objet d’un premier modèle. La recherche de données pour le contraindre ont mené à mesurer des taux métaboliques in situ. Une fois le modèle paramétré, le modèle a fourni des estimations de flux encore inconnu. La simulation d’interruption du flux hydrothermal a fourni des indices sur la réponse de la modiole à la variabilité de son environnement
In nearly forty years of research, significant insights have been gained on vent field geology, on the chemistry of emitted fluid and on the ecology of the communities inhabiting hydrothermal ecosystems. The fauna forms dense assemblages, distributed along the hydrothermal fluid/sea water mixing gradient, and visually dominated only by a few species. The high spatio-temporal variability of the hydrothermal fluid has a strong influence on species distribution. However, the mechanisms determining the species response to this variability is still poorly understood. In order to investigate this issue, a modelling approach is presented. Data collected for more than 20 years on the Eiffel Tower edifice, on the Lucky Strike vent filed (Mid-Atlantic Ridge) were integrated in order to identify meaningful elements for our problem. An integrative study of the faunal biomasses on the edifice showed that these are dominated by the mussel Bathymodiolus azoricus. This bivalve is likely to have a significant influence on the ecosystem functioning and is thus the object of a first model. The search for data to constrain it led to the measurement of in situ metabolic rates. Once parametrized, the model provided quantitative estimates of unknown fluxes. The simulation of hydrothermal flow interruption provided some insights on the mussel biomass response to its environment variability

Les carbonates de sources hydrothermales (ou Geothermal Spring Carbonate, GSC) sont des systèmes carbonatés qui se développent autour de sources dont les eaux ont circulé en profondeur et sont remontées le long de failles perméables. Leur développement est contrôlé en tout premier lieu par la nature des eaux souterraines auxquelles ils sont liés. La formation de ces carbonates dépend d’interactions complexes entre les processus hydrologiques, tectoniques et structuraux se produisant avant l’émergence. Par la suite, la sédimentation est régie par de nombreux processus résultant des variations hydrologiques et chimiques de l’eau ainsi que par l’activité biologique. Du fait des interactions complexes entre ces facteurs, la sédimentation est sensible à de faible variations environnementales et il en résulte ainsi un grand nombre d’environnement de dépôts et de lithofacies.Le but de cette étude est d’améliorer les connaissances et les concepts fondamentaux propres au développement des carbonates de sources hydrothermales (GSC). Pour cela, elle s’appuie principalement sur l’examen des faciès que ce soit à petite échelle, comme l’observation des microstructures (microfabrics), ou à grande échelle, comme leur agencement en trois dimensions. De tels examens ont été effectués dans des sites hydrothermaux où ces carbonates se sont développés au cours du Quaternaire (région de Rapolano en Italie, bassin de Denizli en Turquie ou encore le Parc du Yellowstone dans le Wyoming, USA)
Geothermal spring carbonate (GSC) corresponds to a complex carbonate system formed around carbonate-rich springs fed by rising groundwaters along permeable fault zones. Their development is mainly controlled by the nature of springwaters emerging above water table. Therefore carbonate deposition is, in this setting, intimately related to complex interactions between hydrological, tectonic and structural processes occurring prior to water emergence. Moreover, carbonate sedimentation from springwater results from sedimentary processes controlled by complex interactions between hydrological, chemical characteristics and biological activity. Such processes are sensitive to slight environmental variations and thus lead to a large spectrum of lithofacies and ecosystems.The aim of this study is to improve knowledge and fundamental concepts regarding development of geothermal spring carbonates. For that purpose, lithofacies investigation, from microfabrics at micro-scale to 3-dimensional configuration at field-scale, is considered as an essential tool. Such investigations had been carried out in sites where Quaternary and actively forming GSCs were abundant (e.g. Rapolano region, Italy, Denizli Basin, Turkey and Yellowstone National Park, Wyoming, USA)

Les systèmes hydrothermaux non-magmatiques en contexte orogénique sont peu étudiés. Les questions qui demeurent sont : 1) quelles sont les structures efficaces pour l'infiltration des fluides météoriques ? 2) quels sont les conduits permettant la remontée des fluides depuis la profondeur jusqu'aux sources, et comment sont-ils entretenus ? 3) quels sont les régimes thermiques, la géométrie et l'amplitude des anomalies thermiques, ainsi que les interactions eau-roche dans la zone profonde ? Dans les Pyrénées Orientales (France), l'alignement de 29 sources hydrothermales (29-73°C) le long de la faille cassante de la Têt et des reliefs associés, permet d'étudier ces processus.L'approche intégrée de l'analyse par télédetection, observations géologiques multi-échelles sur le terrain, et par la géochimie du fluide hydrothermal, permet de contraindre un modèle 3D consistant couplant écoulements et transferts de chaleur. Nos résultats montrent que :1. Les fluides hydrothermaux ont une origine météorique et s'infiltrent en haute altitude (2000 - 2600 m). Les trois familles de fractures associées à trois épisodes tectoniques successifs sont des structures efficaces pouvant assurer les transfers de fluides. L'ouverture de ces fractures (c.-à-d. la perméabilité) dépend de la lithologie.2. Les sources hydrothermales sont principalement localisées dans le mur de la faille, au pieds du large relief formé lors de son déplacement normal (massifs du Canigou, Carança, Puigmal). Elles émergent toujours dans des roches cristallines, à l'interface avec des métasediments. Ce contact peut être normal, ou lié à des failles fragiles ou encore d'anciennes failles ductiles exhumées.3. La géochimie des eaux indique des interactions eau-roche similaires pour toutes les sources, ce qui suggère une zone de transfert aux caractéristiques communes. Les différences de température au sein d'un même groupe de source ne sont pas liées à des mélanges avec des eaux superficielles, suggérant que des conduits secondaires dérivent d'une même anomalie thermique. Dans les modèles numériques, les écoulements proviennent des hauts reliefs essentiellement dans le mur de la faille, ou circulent le long de la faille. Les températures des sources dépendent de la température acquise en profondeur, qui elle même dépend de la profondeur des écoulements. La répartition et la profondeur des écoulements dans la croûte dépend de la topographie, à la fois de l'escarpement et le long de la faille. Les hauts topographiques sont des zones d'infiltration et les bas topographiques des zones de résurgence.La compréhension de ces systèmes a d'importantes implications pour l'exploration géothermique
Non-magmatic hydrothermal systems in mountain ranges are poorly studied compared to extensive ones. They likely involve similar processes than those highlighted for other hydro-geothermal continental systems, however questions remain about : 1) the water origin and the structures responsible for efficient infiltrations, 2) the type of pathways from depth to the hot springs, and the conservation of the draining capacity, 3) the geometry and amplitude of the thermal anomalies and subsequent fluid-rock interactions in the deep transfer zone.In Eastern Pyrénées (France), the alignment of 29 hot springs (29-73°C) along the brittle Têt fault and its related high topography allows studying these processes.The integrative analysis of remote sensing, multi-scale geological field observations and hydrothermal fluid geochemistry, provides strong constraints to establish a realistic 3D numerical model coupling heat transfers with fluid flows. From the infiltration areas to the springs at the surface, we show that :1. The hydrothermal fluids have a meteoric origin and infiltrate at high altitude (>2200 m). Three intersecting fracture sets, resulting from three consecutive tectonic stages, pervasively distribute on the infiltration areas. They probably are efficient structures to transfer fluids through the crust to the hot springs.2. Hot springs are mostly located close to the Têt fault, in its footwall, at the base of the most elevated topography. They always localize in crystalline rocks, at the interface with metasediments, related to unfaulted or faulted contacts by brittle or old ductile faults. Hot spring locations also match with intersections of brittle-fault damage zones.3. Geochemistry of hydrothermal fluids indicates similar rock-water interactions for all the springs, suggesting a transfer zone of similar lithology. There is no mixing with superficial water, suggesting that differences of temperatures between hot springs are related to multiple pathways deriving from a thermal anomaly. In numerical models, flows mainly come from high reliefs in the fault footwall, or circulate along the fault plane. Hot spring temperatures depend on the temperature reached at depth, which depends on the flow depth. Flow distribution in the crust depends on the topography, both of the fault scarp and along the fault. The tops of the topography are infiltration areas, while low elevations are resurgence areas.The understanding of fault and topography-related hydrothermal systems has strong implications for thermalism and for geothermal exploration

Au Nord-Est de l’Algérie, les sources thermales se situent dans une région de 53 500 km² de surface, qui s’étend sur une largeur de 473 km d’Ouest en Est, de Bejaia à El-Kala (frontière tunisienne), et sur une distance de 190 km du Nord au Sud. Elle comprend sept principales unités géologiques (nappes Telliennes, Chaine Calcaire, Néritiques, Sud Constantinois, Allochtone Sud-Sétifien, Parautochtone Autochtone, flysch). Cette thèse répond à un besoin de l’office national du tourisme Algérien qui souhaite en premier lieu la création de base de données regroupant plusieurs informations sur les sources, afin de faciliter le choix d’implantation d’infrastructures dédiées au tourisme thermal.Le contexte géologique est marqué par une structure géologique mise en place par des épisodes tectoniques (orogénèse Alpine) d’âge Priabonien à Turtonien. A ces événements, succèdent de grandes failles et des structures compressives. La méthodologie choisie pour déterminer l’origine de la minéralisation de ces eaux thermales s'appuie sur la synthèse des différentes études géophysiques et les recherches antérieures réalisées sur cette zone. Elles qui ont permis de préciser les structures et les caractéristiques géologiques générales des domaines du Nord Est Algérien dont la sismicité actuelle. L'analyse hydro-géo-chimique des eaux thermales constitue l'axe principal afin de déterminer les zones de recharge et les apports de mélange entre les différents types d’eaux chaudes et froides. Elle débouche sur l'utilisation des différents géothermomètres pour déterminer la température du réservoir profond.L’approche hydrochimique engagée repose sur deux campagnes de prélèvements qui ont été réalisées dans le cadre de ce travail ; la première a été effectuée dans la période des basses eaux au mois de septembre à octobre 2014, et l’autre a été réalisée dans la période des hautes eaux au mois de mai 2015. L'étude repose sur les mesures de terrain des paramètres chimiques et physiques non conservatifs (température, pH, conductivité électrique) et sur l'analyse des éléments majeurs, des traces, et de plusieurs isotopes (¹⁸O, ²H, ³H, ¹³C, ¹⁴C).Les diagrammes binaires et les traitements ACP menés sur les sources, dont un pourcentage élevé jalonne les grand accidents (failles), ont permis de distinguer 4 groupes d’eau géochimiquesUn groupe d’eaux (HCO₃⁻-Ca²⁺) très peu minéralisées se caractérise par des eaux ayant circulé dans des réservoirs carbonatés. Un second (HCO₃⁻-Na⁺) montre des phénomènes d’échange de base entre l’eau et les niveaux argileux. Un troisième (Cl⁻-Na⁺) ou (SO₄²⁻-Na⁺) montre un enrichissement en Na et Cl, qui traduit des circulations profondes avec échange chimique avec la matrice rocheuse sédimentaire évaporitique. Le dernier groupe (SO₄²⁻-Ca²⁺) ou (Cl⁻-Ca²⁺) a acquis sa minéralisation dans des formations Triasiques
Pas de résumé

Les écosystèmes hydrothermaux profonds hébergent des communautés présentant de fortes biomasses, issues de l’activité chimiotrophique des microorganismes, avec de nombreux exemples d’associations symbiotiques entre ces derniers et les organismes de la mégafaune dominante. La connaissance du cycle de vie de ces espèces, y compris de leurs symbiontes, et de la façon dont elles sont capables de disperser et de coloniser de nouveaux sites est incontournable pour la compréhension du fonctionnement des communautés hydrothermales.Dans cette étude, sont présentées de nombreuses avancées portant sur la distribution, la reproduction, la dispersion et le cycle de vie d’une espèce dominante des écosystèmes hydrothermaux de la dorsale Médio-Atlantique, la crevette alvinocarididé Rimicaris exoculata, et des espèces proches. Les outils méthodologiques utilisés incluent la description morphologique de larves, l’étude de la structure de populations et de leur état de reproduction, des approches moléculaires appliquées à l’identification des espèces via la reconstruction phylogénétique, la génétique populationnelle et l’étude de la diversité bactérienne. La plupart des observations et analyses ont été réalisées grâce aux prélèvements de la mission BICOSE qui s’est déroulée de janvier à février 2014 sur la dorsale Médio-Atlantique.L’analyse morphologique détaillée des premiers stades larvaires (zoé I) de quatre espèces d’Alvinocarididae (R.exoculata, Mirocaris fortunata, Nautilocaris saintlaurentae et Alvinocaris muricola), indique une combinaison de traits caractéristiques de cette famille et unique parmi les crevettes Caridés. Le premier stade larvaire lécithotrophe présente vraisemblablement une durée de développement prolongée, avec une transition vers la planctotrophie au cours des stades ultérieurs. La capture de ces larves près du fond suggère par ailleurs une dispersion bathypélagique. L’étude réalisée sur les populations de R. exoculata des champs hydrothermaux de TAG et Snake Pit met en évidence une ségrégation spatiale des sexes et des stades de vie. Les femelles, les sub-adultes et les juvéniles occupent la paroi des fumeurs actifs, tandis que les mâles se retrouvent majoritairement dispersés à la périphérie inactive des sites. L’identification de plusieurs cohortes d’individus, retrouvées au niveau des habitats des deux champs hydrothermaux indique par ailleurs un recrutement discontinu. Enfin, l’observation, pour la première fois, d’un grand nombre de femelles gravides sur les deux champs hydrothermaux, suggère une reproduction saisonnière, avec quelques différences mineures en terme de fécondité entre les populations des deux champs.Les embryons portés par les femelles jusqu’à l’éclosion des larves sont exposés aux fluides hydrothermaux. Nos résultats, encore partiels, d’analyses par clonage d’assemblages bactériens se développant sur les oeufs au cours de cette phase d’incubation indiquent une spécificité qui pourrait être le reflet d’une fonction symbiotique s’établissant à un stade précoce du cycle de vie de la crevette. La similarité de ces assemblages bactériens avec ceux colonisant le céphalothorax des crevettes adultes, suggère un possible rôle de détoxification et/ou de nutrition.Enfin la découverte, sur TAG, d’importantes « nurseries » de post-larves appartenant à R. chacei, espèce cohabitant avec R. exoculata mais relativement peu abondante, pose la question de l’origine de ce recrutement. Cette question s’inscrit également dans le débat taxonomique récurrent des délimitations d’espèces chez les Alvinocaridiés. Ainsi, de récents travaux de génétique suggèrent que R. chacei pourrait être identique à R. hybisae, une espèce des sites hydrothermaux de la Ride des Caïmans, qui paradoxalement, présente une écologie et un développement symbiotique beaucoup plus similaire à celui de R. exoculata que de R. chacei. Nos analyses de génétique populationnelle et une reconstruction phylogénétique réalisée avec plusieurs gènes […]
Deep-water hydrothermal vent host high-biomass communities based on chemoautotrophy supported by the metabolic activity of free-living and symbiotic bacteria associated to invertebrates, especially megafauna. Knowledge on the mechanisms of dispersal and the life cycle of vent species is essential to our understanding of the vent communities in terms of distribution, structure and temporal variation. In this study, I present some advances regarding the dispersal and life cycle of a dominant species of the Mid-Atlantic Ridge (MAR) vent ecosystems, the alvinocaridid shrimp Rimicaris exoculata, and other related species. The methodological approaches applied include morphological descriptions of larvae, analysis of population biology and reproduction, and molecular genetics for species identification, phylogenetic reconstructions, population genetics and bacterial diversity. Most observations and studies presented here were conducted on samples collected in January-February 2014, during the BICOSE cruise on the MAR.Based on the analysis of Zoea I larvae of four species (R. exoculata, Mirocaris fortunata, Nautilocaris saintlaurentae andAlvinocaris muricola), we conclude that the alvinocaridid first larval stage is lecitotrophic with extended development, allowing large dispersal without external food requirement. A bathypelagical larval dispersal and a shift to a planktotrophic stage during the larval period is proposed. In terms of population biology, collections performed at the TAG and Snake Pit vent fields show variations in the population structure among habitats, according to sex and life stage. Large aggregations of shrimps found close of the vent emission comprise mostly females and young individuals, whereas scattered adults found at the vent periphery were mostly males. Multiple cohorts were found in both vents fields, denoting a discontinuous recruitment. Brooding females were observed in significant numbers close to the vent emission, which contrasts with their constant lack in previous field studies and suggests a seasonal reproduction with a brooding period the winter season. In addition, differences in the reproductive effort were detected between vent fields, including egg number, egg size and proportion of aborted females. The egg surface of R. exoculata is colonized by episymbiotic bacteria. Cloning approaches show that the bacterial assemblages on eggs seem to be specific, suggesting their symbiotic role, and evolve according to the egg development. The bacterial assemblages on eggs and their variation during the embryonic development remind the episymbiotic communities found in the branchial chamber of adults, suggesting similar detoxification or nutrition role. In other Rimicaris species, questions about life cycle, vent connectivity and speciation have been raised recently. Genetic studies suggest that two species with contrasting distribution, morphology and ecology, R. hybisae and R. chacei, are the same species. This question is related also with the source of a massive recruitment of R. chacei found at TAG vent field, despite the low density of adults. Analysis of population genetics and phylogenetic reconstructions with multiple genes show that R. chacei and R. hybisae are separate lineages with recent or undergoing speciation. These species, as R. exoculata and other alvinocaridids, show a genetic population model associated with a migration pool. An extended larval period could contribute to the wide dispersal and high genetic flow between populations. Implications of these findings and perspectives of future research are discussed in terms of additional experiments and field sampling required to characterize the larval period of alvinocaridids, the variations of symbiosis of the different life stages and sexes inhabiting different habitats, the quantitative and functional characterization of the episymbiosis on eggs, and the evolutionary processes associated with the speciation in Rimicaris
Las emisiones hidrotermales profundas albergan comunidades de elevada biomasa basadas en quimioautotrofía, soportadas por la actividad metabólica de bacterias de vida libre y bacterias simbiontes asociadas a invertebrados marinos, especialmente megafauna. El conocimiento de los mecanismos de dispersión y el ciclo de vida de las especies de ambientes hidrotermales es escencial para comprender los procesos ecológicos de ambientes hidrotermales asociados a la distribución, la estructura comunitaria y la variación temporal. En este estudio, presento algunos avances relacionados a la dispersión y el ciclo de vida de una especie dominante de los sistemas de emision hidrotermal de la dorsal medioatlántica. La aproximaciones metodológicas aplicadas en este estudio incluyen el estudio de la morfología larvaria, el análisis de la biologia poblacional y de la reproducciôn, así como genética molecular con fines de identificación, reconstructión filogenética, genética de poblaciones y análisis de diversidad de bacterias. La mayoría de las observaciones y análisis presentados en el presente estudio fueron realizados con muestras colectadas en enero y febrero de 2014 durante el crucero oceanográfico BICOSE en la dorsal medioatlántica (campos TAG y Snake Pit). El análisis morfológico de la larva Zoea I de cuatro especies (R. exoculata, Mirocaris fortunata, Nautilocaris saintlaurentae y Alvinocaris muricola) permite concluir que el primer estadio larvario de la familia Alvinocarididae es lecitotrôfico con una duración del desarrollo extendida, permitiendo la dispersión a grandes distancias sin requerimiento de una fuente externa de nutrición. Se propone para estas especies una dispersión batipelágica y un cambio a un estadio planctotrófico durante el periodo larvario. En relación a la biología poblacional, fue observada una variación en la estructura poblacional entre hábitats en relación al sexo y el estado de desarrollo.Las agregaciones densas de camarones encontradas cerca de las emisiones hidrotermales están compuestas principales de hembras y juveniles, mientras la mayoría de adultos dispersos encontrados en la periferia de las chimeneas fueron machos. Varias cohortes de tallas fueron identificadas en ambas poblaciones, lo cual denota un reclutamiento discontinuo. Una gran cantidad de hembras ovígeras fueron observadas cerca de la emisión hidrotermal, lo cual contrasta con la casi completa ausencia de hembras ovígeras en muestreos previos y sugiere una reproducción estacional con incubación y desove durante el invierno. La superficie de los huevos de R.exoculata está colonizada por bacterias episimbiontes. Los análisis de clonación muestran que los ensambles bacterianos parecen ser específicos, lo cual sugiere una relación simbiótica. Además estos ensambles cambian en relación al desarrollo embrionario. Los ensambles de bacterias observados en los huevos son similares a las comunidades episimbiontes encontradas en la cámara branquial de los adultos, sugiriendo la ocurrencia de procesos de detoxificación o nutrición similares. En otras especies del género Rimicaris, interrogantes en relación al ciclo de vida, la conectividad entre sistemas hidrotermales y la especiación han surgido recientemente. Estudios genéticos sugieren que dos especies alopátricas y con diferencias en morfología y ecología, R. hybisae y R. chacei representan una especie única. Esta hipótesis se encuentra relacionada además con el origen de un reclutamiento masivo de R. chacei encontrado en el campo TAG, a pesar de la baja densidad de adultos. Análisis de genética poblacional y reconstrucciones filogenéticas utilizando varios genes muestran que R. chacei y R. hybisae son linajes separados producto de una especiación reciente o en proceso. Estas especies, al igual que R. exoculata y otros alvinocarídidos, muestran patrones de conectividad asociados al modelo de migración colectiva (migration pool). Implicaciones de estos hallazgos y perspectivas de futuras […]

La symbiose entre les moules du genre Bathymodiolus et des bactéries sulfo-oxydantes et des méthanotrophes localisées dans les branchies permet à ces bivalves de vivre dans des environnements hostiles comme les sources hydrothermales sous-marines. Cette symbiose est flexible car l’abondance de chaque symbiote varie suivant la disponibilité de ses substrats. Notre objectif était d’étudier les mécanismes qui sous-tendent cette flexibilité à partir notamment d’expérimentations en aquariums, pressurisés ou non. La multiplication cellulaire dans la branchie, suivie à l’aide d’un marqueur de la mitose et par incorporation de nucléotides synthétiques, a montré des zones de multiplication dans la zone ciliée et la région dorsale de la branchie. L’apoptose, quantifiée par des marquages spécifiques, montre que les branchies des Bathymodiolus présentent un taux d’apoptose plus élevé qu’une moule côtière dépourvue de symbiotes. Ce sont surtout les bactériocytes les moins riches en symbiotes qui sont en apoptose, invalidant l’hypothèse d’une régulation directe des quantités de symbiotes par apoptose. La comparaison avec l’espèce côtière, Mytilus edulis montre un turn-over particulièrement important de la zone ciliée des Bathymodiolus, une possible adaptation à la symbiose et à l’environnement. La branchie d’une moule maintenue en l’absence des substrats de ses symbiotes change et présente des similarités avec celle de la moule côtière. Les Bathymodiolus relarguent de faibles quantités de leurs deux types de symbiotes, ce qui pourrait participer à la transmission latérale des symbiotes aux moules voisines. Cette première approche intégrée des mécanismes impliqués dans la flexibilité de la symbiose ouvrent de nouvelles pistes sur la manière dont hôte et symbiotes dialoguent
Symbiosis between mussels of the genus Bathymodiolus and sulfur-oxidizing and methanotrophic bacteria located in their gills enables these bivalves to live in harsh environments, such as deep-sea hydrothermal vents. This symbiosis is flexible, as the abundance of each symbiont varies according to the available chemical substrata. Our goal was to investigate mechanisms underlying this flexibility based on experiments in vessels, pressurized or not. Cell proliferation in gills, monitored by immunolabelling of mitosis markers and by in vivo incorporation of synthetic nucleotides, showed multiplication areas in the ciliated zone and the dorsal region of the gills. Apoptosis, quantified by specific labelling, shows that Bathymodiolus gills display a higher apoptotic rate than coastal mussels without symbionts. Bacteriocytes with a low symbiont content are most frequently undergoing apoptosis, which invalidates the hypothesis of a direct regulation of the quantity of symbionts by apoptosis. The comparison with the coastal mussel Mytilus edulis enabled us to show an high cell turnover rate in the ciliated zone of Bathymodiolus, a possible adaptation to symbiosis and to the environment. The mussel gills maintained whithout substrates for the symbionts changed, and ended up displaying similarities with those of coastal mussels. Bathymodiolus releases little amounts of both types of symbionts, This could facilitate lateral transmission of the symbionts to neighbouring mussels. This first integrative approach of the mechanisms involved in symbiosis flexibility opens new perspectives on the way hosts and symbionts interact

Au niveau des fonds océaniques, souvent considérés comme des déserts aux conditions de vie extrêmes, des oasis luxuriants de vie existent pourtant. Les sources hydrothermales et les suintements froids, principalement localisés au niveau des dorsales océaniques et des marges continentales, vont permettre le développement de communautés microbiennes et animales très particulières. Le Bassin de Guaymas, situé dans le Golfe de Californie (Mexique) présente la particularité de regrouper à la fois une zone de sources hydrothermales et une zone de suintements froids, situées à une soixantaine de kilomètres l’une de l’autre, et toutes deux recouvertes par une épaisse couche sédimentaire. Ces deux zones sont également colonisées par des étendues de bivalves, des buissons de vers tubicoles ainsi que de tapis microbiens blancs ou colorés comparables. Afin de mieux comprendre le fonctionnement global de ces deux types d’écosystèmes et notamment le rôle structurant des communautés microbiennes sédimentaires sur la répartition des différents assemblages de surface, les travaux entrepris dans cette thèse se proposaient d’étudier les communautés microbiennes sédimentaires associés à la zone de suintements froids (Marge de Sonora) et la zone de sources hydrothermales (Southern Trough) du Bassin de Guaymas. Pour cela, la diversité des communautés microbiennes (Bacteria et Archaea) de différents habitats caractérisés par une faune et des profils géochimiques particuliers, a été étudiée grâce à l’utilisation d’une technique de séquençage haut-débit, le pyroséquençage par la technique du 454, combinée à d’autres techniques comme le FISH ou la PCR quantitative. Cette étude a permis de déterminer que la structure et la diversité des communautés microbiennes dans ces sédiments étaient très spécifiques de ces environnements. Par ailleurs, les colonisateurs présents en surface des sédiments reflétaient des profils géochimiques et des communautés microbiennes très différentes au sein des sédiments. Dans les sédiments colonisés par les tapis microbiens, riches en méthane, les communautés microbiennes dominantes (ANME, Deltaproteobacteria…) utiliseraient notamment les émissions de méthane des couches sédimentaires profondes et produiraient d'importantes concentrations de sulfures, nécessaires à l’installation des communautés microbiennes thiotrophes de surface formant les tapis. Ces fortes concentrations en sulfure excluraient en revanche les communautés animales de ce périmètre. A contrario, dans les sédiments présentant de faibles concentrations en méthane et en sulfure, permettant l'installation d’assemblages faunistiques variés, les communautés microbiennes méthanotrophes anaérobies et productrices de sulfure étaient minoritaires. L'activité et le métabolisme de ces colonisateurs de surface pourraient par ailleurs permettre le développement des lignées microbiennes détectées dans ces habitats (MBG-D, Chloroflexi…). L'analyse des larges jeux de données obtenus au cours de cette étude nous a donc permis de mettre en évidence un système dynamique complexe fonctionnant en équilibre entre les communautés microbiennes sédimentaires, les organismes colonisant la surface du sédiment et la composition géochimique des eaux interstitielles
Whereas the deep-sea environment is often considered to be a desert, hydrothermal vents andcold seeps provide “oases” of biological activity on the ocean floor. Vent and seep ecosystems support complex food webs based on microbial chemoautotrophic primary production. These hydrothermal vent and cold seeps ecosystems both release hydrocarbon- and sulfide-rich fluids,fueling various surface assemblages such as mat-forming giant bacteria or symbiont-bearinginvertebrates (e.g. bivalves, tubeworms). In the Guaymas Basin, the nearby presence at a few tens of kilometers of cold seeps and hydrothermal vents coupled with comparable sedimentary settings and depths offer a unique opportunity to assess and compare the microbial community composition of these ecosystems. Tobetter understand their overall functioning, we studied sedimentary microbial communities associated with cold seep and hydrothermal vent areas in the Guaymas Basin. The diversity of microbial communities inhabiting sediments was studied using high throughput sequencing (454pyrosequencing), combined with complementary approaches, such as FISH and quantitative PCR. This study reveals that sediments found in the Guaymas Basin were colonized by microbial communities typically found in these types of ecosystems. Our results revealed a high similarity between microbial communities composition associated with the cold seep and hydrothermal vent areas as a probable consequence of the sedimentary context. Nonetheless, thermophilic and hyperthermophilic lineages (e.g.: Thermodesulfobacteria, Desulfurococcales, etc) were exclusively identified in hydrothermally influenced sediments highlighting the strong influence of temperature gradients and other hydrothermally-related factors on microbial community composition. Furthermore, sediments populated by different surface assemblages show distinct porewater geochemistry features and are associated with distinct microbial communities. Indeed, in the sediments underlying microbial mats characterized by high methane porewater concentrations,microbial communities were dominated by anaerobic methane oxidizers (ANME), known to produce sulfide which provides high fluxes of sulfide to the seafloor. In contrast, sediment associated microbial communities underlying faunal assemblages were characterized by a lower biomass and lower methane porewater concentrations in sediments, limiting porewater sulfide concentrations. Without elevated and toxic sulfide concentrations, faunal assemblages can colonize the surface. Together, geochemical and microbial surveys indicate that porewater methane concentrations play an important role in the microbial community structure and subsequently in the establishment of the surface colonizers. Furthermore, presence and activity of the surface colonizers influence the underlying microbial communities probably because of modification of energy source availabilities. Finally, the existence of similar microbial populations between the two ecosystems also raises the question of their dispersal mechanisms. Our results support the hypothesis of a potential continuity among deep-sea ecosystems. In absence of physical borders, environmental conditions (temperature, specific compounds associated withhydrothermal fluids) might select specific and highly adapted microorganisms from the pool of microorganisms dispersed globally across the seafloor

Ma thèse de doctorat a pour titre « Colonial "blue mat" ciliates from northeast Pacific hydrothermal vents: microbial symbiosis and ecology ». Les colonies de ciliés folliculines forment d'épais et éclatants tapis bleus en périphérie de plusieurs sources hydrothermales de la dorsale Juan de Fuca dans le Pacifique Nord-est et ailleurs. Ces tapis peuvent couvrir jusqu'a 70% des substrats basaltiques auxquels ils sont attachés. À ce jour, nous connaissons très peu de l'écologie et de la biologie des ciliés folliculines en provenance des sources hydrothermales ni de leur importance pour d'autres espèces. Ma thèse se veut une investigation d'une symbiose potentielle entre les ciliés folliculines et les procaryotes aux sources hydrothermales. Elle considère aussi l'écologie trophique des tapis bleus ainsi que les invertébrés qui y sont associés. Les symbioses sont un trait commun aux sources hydrothermales ainsi qu'aux protozoaires ciliés. Le succès écologique des tapis bleus, démontré notamment par leur abondance et leur distribution répandue autour des sources, pourrait être attribué aux symbiotes procaryotiques contenus dans les folliculines-hôte. L'ultrastructure des ciliés tapis bleus a été explorée en utilisant la microscopie électronique de balayage [MEB] et la microscopie électronique à transmission [MET]. En nous basant sur nos observations morphologiques et ultrastructurales, nous avons assigné ces ciliés au genre folliculine Folliculinopsis. Les ciliés folliculines secrètent et vivent dans des coques ou tubes (loricae). Nous avons trouvé que les loricae ont été colonisés à la fois par des bactéries coccoïdes et des procaryotes filamenteux. De plus grandes densités de coccoïdes et de microorganismes en bâtonnets ont été trouvées entre les rangs de cils sur le corps du cilié (zooïde), surtout sur les lobes du péristome (les extensions similaires à des bras typiques des ciliés folliculines). Le morphotype coccoïde (dedans ou indépendant des vacuoles) se retrouvait à travers tout le cytoplasme du cilié. Des groupes de cet organisme rassemblé dans des vacuoles étaient distribués régulièrement le long du cortex du cilié. Des traits denses aux électrons, bornés par des vacuoles et caractérisés par des membranelles superposées, ont été également trouvés dans le cytoplasme du cilié. Des méthodes moléculaires complémentaires [comparaison des séquences d'ARN ribosomique 16S et l'hybridation in situ avec fluorescence (FISH)] ont été utilisées pour identifier les types de microorganismes associés symbiotiquement aux tapis bleus et pour déterminer leur répartition dans la cellule du cilié. Nos résultats indiquent que le Folliculinopsis sp. héberge des endosymbiotes euryarchées. Ceux-ci se situent dans un clade d'organismes qui sont étroitement apparentés à des séquences environnementales de fluides froids qui ont des quantités élevées de méthanogènes. Sous microscope à épifluorescence équipé d'un filtre DAPI, la présence de l'enzyme 420 autofluorescente, typique aux méthanogènes, a été observée dans les cellules du cyploplasme du cilié. En plus d'archées, une haute densité de bactéries a été trouvée dans le cytoplasme du cilié de même que sur la surface du loricae. Quelques-unes de ces séquences bactériennes ont été phylogénétiquement reliées aux ecto and endo symbiotes connues d'autres types d'hôtes. Les ciliés folliculines des sources hydrothermales du Pacifique Nord-est apparaissent dès lors héberger de multiples symbioses hylogénétiquement distinctes et localisées dans diverses parties de leurs cellules. Puisque les tapis bleus sont physiquement dominants aux sources hydrothermales, ils forment un habitat physique substantiel dans lequel les espèces de méiofaune et de macrofaune peuvent trouver nourriture et refuge, comme c'est le cas avec les buissons de vestimentifères et les moulières de mytilidés de la sous-famille Bathymodiolinae qui croissent autour des sources hydrothermales et des sources de fluides froids. Afin de déterminer l'importance probable de ces ciliés pour les autres métazoaires provenant des sources, les invertébrés associés aux échantillons de tapis bleus ont été identifiés et quantifiés et des analyses d'isotopes stables de carbone et de l'azote ont été réalisées. De plus, des analyses de lipides des tapis bleus ont été faites. Nous avons trouvé une récurrence d'invertébrés associés aux tapis bleus et dans tous les échantillons, la méiofaune était numériquement dominante. Les copépodes harpaticoïdes, Amphiascus sp. étaient fort plus abondants que les autres espèces dans les tapis bleus. Alors que certains invertébrés (ex. Amphiascus sp.) dans cet assemblage semblent exclusivement liés aux tapis bleus, d'autres proviennent de sources hydrothermales différentes à proximité. Les ciliés Folliculinopsis sp. étaient davantage réduits dans δ¹³C que les invertébrés dans l'assemblage de tapis bleus indiquant du coup que ces derniers ne se nourrissent pas uniquement des premiers. Au moins deux niveaux trophiques existent dans cet assemblage. La macrofaune juvénile, les ostracodes et les nématodes occupent des niveaux trophiques supérieurs. Les analyses de lipides bactériennes indiquent que 16:1ω7 et 18:1ω7 (typiques aux sulfo-oxidantes) constituent plus de la moitié des acides gras des tapis bleus. Les tapis bleus apparaissent ainsi jouer un rôle indirect, mais important pour l'écologie des organismes qui leur sont associés. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Folliculines, Sources hydrothermales, Isotopes stable, Lipides, Méiofauna, Macrofauna, Symbiose, Microscopie électronique, Ultrastructure.

Ce mémoire fournit une caractérisation générale de la biodiversité macrofaunique des sources hydrothermales de la Zone de Protection Marine (ZPM) Endeavour et vise à déterminer les activités scientifiques potentiellement dommageables pour cette faune. C'est une étude de cas exploratoire qui pourra servir de base à des études ultérieures approfondissant les divers éléments traités. Le mémoire fait suite à un rapport remis au Ministère des Pêches et des Océans du Canada en mars 2007. Nous nous sommes posés plusieurs questions de recherche: 1) Quelle est la répartition spatiale des différents habitats et communautés hydrothermaux aux champs Main Endeavour et Mothra?; 2) Quelles activités scientifiques laissent le plus d'impacts visibles?; 3) Certaines activités laissent-elles plus d'impacts sur un type particulier d'habitat ou d'assemblage faunique?; 4) Est-ce que certains assemblages se retrouvent plus souvent dans certains types d'habitats?; 5) Comment se comparent les perturbations causées par les deux types de sous-marins (téléguidé versus habité)?; 6) Comment les participants aux missions scientifiques perçoivent-ils les activités qu'ils mènent lors des plongées et que considèrent-ils lorsqu'ils planifient une plongée?; 7) Quels sont les corridors de déplacement des sous-marins et les sites les plus visités dans ces deux champs hydrothermaux? La cartographie verticale (à la main puis par le programme informatique), le budget-temps, le questionnaire et la cartographie horizontale (par Système d'Informations Géographiques) sont les méthodes qui ont été utilisées pour répondre aux questions de recherche. Nous avons trouvé que l'assemblage 5 High-flow est peu représenté et que de façon générale, il existe une relation directe entre le type d'habitat et le type d'assemblage. En termes d'activités, les échantillonnages biologique et géologique furent les plus systématiquement dommageables pour l'environnement, suivis par l'échantillonnage de flux. Comme l'assemblage 5 High-flow est le seul permettant la reproduction du ver Ridgeia piscesae, qu'il est rare dans les deux champs hydrothermaux étudiés et que l'échantillonnage le touchait souvent, une attention particulière doit être portée à sa protection. Les équipes des missions scientifiques devraient être mieux informées de leurs impacts potentiels sur le milieu. Les questions des déchets scientifiques et de ceux provenant des navires méritent d'être étudiées de plus près. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Sources hydrothermales, Impact, Recherche, Biodiversité marine, Zone de Protection Marine, Sous-marin.