Influence des pratiques de recharge des aquifères par des eaux pluviales sur les communautés microbiennes des nappes phréatiques PDF Download
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Author: Jérémy Voisin
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Book Description
En ville, les systèmes de récupération et d'infiltration des eaux pluviales dans le sous-sol ont pour conséquence d'augmenter la connectivité hydrologique entre la surface et la nappe phréatique. Ces pratiques d'infiltration produisent de nombreuses perturbations physico-chimiques au niveau de la nappe (ex. augmentation des variations thermiques, baisse des concentrations en oxygène dissous, enrichissement de la nappe en matière organique dissoute) mais les conséquences sur le compartiment microbien restent peu connues. L'objectif principal de la thèse est de déterminer les effets de l'infiltration des eaux pluviales sur les communautés microbiennes des nappes phréatiques, aussi bien en termes d'abondance, d'activités que de diversité génétique bactérienne. En se basant sur les changements environnementaux associés à l'infiltration des eaux pluviales et l'analyse des communautés bactériennes, un objectif fondamental est d'évaluer l'importance des phénomènes de dispersion (ex. transferts) et de sélection par des facteurs abiotiques (ex. disponibilité des ressources nutritives) sur les assemblages bactériens au sein des nappes phréatiques. Ces travaux ont été axés sur des expérimentations de terrain utilisant deux approches d'échantillonnage : une méthode active (prélèvements d'eau) et une méthode passive (incubation de substrats artificiels). La description des communautés a été effectuée par une méthode de séquençage de nouvelle génération (i.e. Illumina MiSeq) en se basant sur le gène rrs. Les résultats de ce travail mettent en avant une influence significative des pratiques d'infiltration sur les bactériomes d'un aquifère. En effet, le développement, les activités et la diversité des micro-organismes retrouvés dans la nappe ont été stimulés significativement par l'enrichissement en carbone organique dissous biodégradable engendré par ces pratiques. Néanmoins, cet impact est fortement réduit dans les systèmes étudiés où la zone non saturée est épaisse (> 10 m) et agit comme un filtre physique, chimique et biologique efficace entre le bassin d'infiltration et l'aquifère. Les faibles similarités entre les structures génétiques des bactériomes des eaux d'infiltration et dans la nappe indiquent que la zone non saturée joue un rôle efficace sur la rétention des bactéries dans les systèmes étudiés. En conclusion, cette thèse constitue la première étude d'envergure visant à quantifier la réponse du compartiment microbien des aquifères à des perturbations engendrées par l'infiltration des eaux pluviales en milieu urbain. Elle ouvre aussi de nouvelles perspectives sur les méthodes et outils d'évaluation de la qualité des nappes phréatiques.
Author: Jérémy Voisin
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En ville, les systèmes de récupération et d'infiltration des eaux pluviales dans le sous-sol ont pour conséquence d'augmenter la connectivité hydrologique entre la surface et la nappe phréatique. Ces pratiques d'infiltration produisent de nombreuses perturbations physico-chimiques au niveau de la nappe (ex. augmentation des variations thermiques, baisse des concentrations en oxygène dissous, enrichissement de la nappe en matière organique dissoute) mais les conséquences sur le compartiment microbien restent peu connues. L'objectif principal de la thèse est de déterminer les effets de l'infiltration des eaux pluviales sur les communautés microbiennes des nappes phréatiques, aussi bien en termes d'abondance, d'activités que de diversité génétique bactérienne. En se basant sur les changements environnementaux associés à l'infiltration des eaux pluviales et l'analyse des communautés bactériennes, un objectif fondamental est d'évaluer l'importance des phénomènes de dispersion (ex. transferts) et de sélection par des facteurs abiotiques (ex. disponibilité des ressources nutritives) sur les assemblages bactériens au sein des nappes phréatiques. Ces travaux ont été axés sur des expérimentations de terrain utilisant deux approches d'échantillonnage : une méthode active (prélèvements d'eau) et une méthode passive (incubation de substrats artificiels). La description des communautés a été effectuée par une méthode de séquençage de nouvelle génération (i.e. Illumina MiSeq) en se basant sur le gène rrs. Les résultats de ce travail mettent en avant une influence significative des pratiques d'infiltration sur les bactériomes d'un aquifère. En effet, le développement, les activités et la diversité des micro-organismes retrouvés dans la nappe ont été stimulés significativement par l'enrichissement en carbone organique dissous biodégradable engendré par ces pratiques. Néanmoins, cet impact est fortement réduit dans les systèmes étudiés où la zone non saturée est épaisse (> 10 m) et agit comme un filtre physique, chimique et biologique efficace entre le bassin d'infiltration et l'aquifère. Les faibles similarités entre les structures génétiques des bactériomes des eaux d'infiltration et dans la nappe indiquent que la zone non saturée joue un rôle efficace sur la rétention des bactéries dans les systèmes étudiés. En conclusion, cette thèse constitue la première étude d'envergure visant à quantifier la réponse du compartiment microbien des aquifères à des perturbations engendrées par l'infiltration des eaux pluviales en milieu urbain. Elle ouvre aussi de nouvelles perspectives sur les méthodes et outils d'évaluation de la qualité des nappes phréatiques.
Author: Arnaud Foulquier
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Les réseaux trophiques jouent un rôle primordial dans la régulation des flux de matière et d'énergie au sein des écosystèmes. Dans le cadre des pratiques de recharge artificielle des aquifères, les biocénoses souterraines sont pleinement sollicitées et leur capacité à dégrader les flux de matière organique de surface conditionne le maintien de la qualité des eaux souterraines. L'objectif de ce travail est de déterminer l'influence d'une augmentation des flux de carbone organique dissous sur l'intensité des interactions trophiques entre les communautés microbiennes et les assemblages d'invertébrés au toit des nappes phréatiques rechargées artificiellement avec des eaux de ruissellement pluvial. A travers une approche expérimentale de terrain et de laboratoire, ce travail permet d'évaluer l'intensité des relations existant entre les flux de carbone organique dissous, les conditions environnementales, l'activité et la diversité de communautés microbiennes et l'abondance des communautés d'invertébrés.
Author: Thibault Datry
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L'infiltration des eaux pluviales urbaines dans le sous-sol est une alternative intéressante pour palier au déficit de recharge des nappes phréatiques tout en utilisant le pouvoir épurateur du sol pour retenir les contaminants de ces effluents. L'objectif de ce travail est de comprendre les interactions entre les processus physiques et biologiques générés au toit d'une nappe phréatique peu profonde soumise à l'infiltration d'eau pluviale. Ce travail identifie clairement les gradients environnementaux produits lors de l'infiltration d'eau pluviale dans les eaux souterraines, les processus écologiques qui génèrent ces gradients, ainsi que les réponses tant métaboliques que comportementales développées par les invertébrés souterrains.
Author: Guillaume Jego
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Pages : 221
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Il est désormais bien reconnu que les activités agricoles sont à l'origine d'une grande part de la pollution des nappes souterraines par les ions nitrate. Le cas des plaines alluviales est particulièrement intéressant puisqu'elles associent la présence d'un sol riche et profond, très favorable à l'agriculture, et d'une nappe alluviale peu profonde. Dans ce travail nous nous sommes intéressés à deux types de plaine alluviale. La plaine alluviale de la rivière Alegria (Pays-Basque ; Espagne) représente le cas d'une nappe alluviale avec un cours d'eau de faible importance. La recharge de l'aquifère se fait alors principalement par l'infiltration et la percolation de l'eau à travers la zone non saturée du sol. Dans une telle situation les fuites de nitrate sous les parcelles agricoles influencent donc significativement les concentrations en nitrate de la nappe. La modélisation de deux situations culturales (une culture de pommes de terre en 1993 et une culture de betteraves à sucre en 2002) avec le modèle de culture STICS a permis d'une part de confirmer que les pratiques agricoles avaient un impact significatif sur l'évolution des concentrations en nitrate de la nappe, et d'autre part d'expliquer en partie la diminution des concentrations en nitrate de la nappe qui a été observé entre les études (1993 et 2002). La plaine alluviale de la Garonne correspond à une situation ou les concentrations en solutés de la nappe sont influencées par les échanges nappe-zone non saturée mais également par les échanges nappe-rivière. Le couplage des sorties du modèle STICS (drainage et concentration en nitrate) avec le modèle hydro-biogéochimique 2SWEM a permis de rendre compte de ces deux types d'interactions, et ainsi d'une part d'expliquer la répartition spatiale des concentrations en nitrate dans la nappe alluviale, et d'autre part d'évaluer l'impact de modifications des pratiques agricoles sur ces concentrations (notamment l'effet des Cultures Intermédiaires Piège À Nitrate)
Author: Noémie Pascault
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Pages : 358
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A l’échelle de l’agro-écosystème, la productivité primaire est sous la dépendance du recyclage des matières organiques du sol (MOS) par l’action des organismes indigènes décomposeurs, qui minéralisent les composés organiques libérant ainsi les nutriments nécessaires à la croissance végétale. A une échelle plus globale, le recyclage des MOS détermine les flux de carbone entre le sol et l’atmosphère, avec des conséquences majeures sur la qualité de l’environnement et les changements globaux. Malgré le rôle central des microorganismes indigènes dans ces processus, la composante microbienne est encore mal connue et souvent considérée comme une boîte noire en termes de diversité et de fonctionnalité. Par conséquent, pour mieux comprendre et prédire l’évolution des MOS et donc les flux de carbone (C) dans les agro-écosystèmes, il est nécessaire de mieux connaitre les populations et les mécanismes microbiens impliqués dans leur dégradation et transformation. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse était de progresser dans la connaissance de la réponse des communautés microbiennes telluriques à l’apport de résidus de culture. Cette réponse des communautés microbiennes a été abordée en termes de (i) succession des populations impliquées dans les processus de dégradation de ces MOF (matières organiques fraîches), (ii) lien avec leur fonction de dégradation et répercussion sur la dynamique des matières organiques, et (iii) rôle dans les processus de stockage/déstockage du carbone via les processus de « priming effect ». Différents paramètres pouvant moduler la dégradation des résidus et la dynamique des communautés ont été pris en compte : modalité d’apport des résidus (pratiques culturales), qualité biochimique des résidus (différentes espèces végétales), et température. La stratégie globale de recherche développée repose sur des expérimentations de terrain et au laboratoire impliquant différentes échelles spatiales (du microcosme de sol à la parcelle agronomique) et temporelles (du temps de génération microbien aux cycles culturaux). La réponse des communautés microbiennes à l’apport de résidus a été évaluée par l’utilisation de méthodes moléculaires permettant de caractériser sans a priori la diversité des microorganismes du sol (empreintes moléculaires, clonage/séquençage, séquençage haut débit). En parallèle, un suivi quantitatif et qualitatif de la matière organique du sol, par des méthodes de biochimie ou de spectroscopie, a été réalisé afin d’établir le lien entre la dynamique des communautés microbiennes et le devenir de la matière organique dans le sol. Les deux premiers chapitres du manuscrit portent sur des expérimentations réalisées au terrain (conditions naturelles) afin d’évaluer l’influence de la localisation des résidus (résidus de blé incorporés vs. laissés en surface ; site expérimentale INRA Mons) d’une part et d’autre part de la qualité biochimique des résidus (résidus de blé, colza et luzerne incorporés, site expérimentale INRA Epoisses) sur la dynamique des communautés microbiennes du sol. Les résultats obtenus mettent en évidence une forte influence de la localisation comme de la qualité biochimique des résidus sur les successions de populations microbiennes induites suite à l’apport. Des populations/groupes microbiens stimulés spécifiquement dans chaque modalité ont été identifiés. Les résultats de diversité ont été mis en regard des dynamiques de décomposition des résidus, afin de faire le lien entre les successions de populations et l’évolution des ressources trophiques. La troisième partie du travail correspond à une expérimentation en conditions contrôlées (microcosmes de sol) nous permettant de coupler des outils moléculaires et isotopiques (ADN-SIP) pour cibler spécifiquement les populations microbiennes activement impliquées dans la dégradation des résidus de culture et les mettre en relation avec les flux de carbone gazeux précisément qualifiés, et plus particulièrement avec la mesure du « priming effect » (fonction de stockage/déstockage des MOS). Le facteur de variation pris en compte a été à nouveau la qualité biochimique des résidus apportés (blé, luzerne). Les taux de minéralisation des résidus observés (luzerne > blé) ont été reliés à des dynamiques de populations spécifiques du résidu apporté. D’autre part, le déstockage du carbone du sol engendré par l’apport de résidus était aussi modulé par la qualité de l’apport et relié à des dynamiques de populations spécifiques du résidu apporté. La diversité de ces populations bactériennes a été caractérisée par pyroséquençage afin de mieux identifier les populations impliquées et leurs attributs écologiques. L’ensemble des travaux a permis d’identifier les successions populationnelles des microorganismes qui sont impliquées dans la dégradation des résidus de culture apportés dans les sols. La diversité de ces populations mais aussi la dynamique de leurs successions ont été démontrées comme étant fortement influencées par les pratiques agricoles mais aussi par la qualité biochimique des résidus. En parallèle, les mesures de flux de CO2 couplées à des techniques d’isotopie ont permis de relier ces modifications de diversité microbienne avec le turn-over des MOS mais aussi avec les potentialités de stockage/déstockage de C dans le sol.
Author: Geneviève Labrecque
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Languages : fr
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Book Description
L'eau souterraine est une ressource vers laquelle les gens se tournent de plus en plus pour différentes raisons, incluant sa facilité d'exploitation et sa qualité. Il est pourtant nécessaire de bien la quantifier en évaluant son taux de renouvellement pour en assurer une exploitation durable. L'objectif principal de cette étude est ainsi d'évaluer la recharge de l'aquifère de Saint-Honoré, localisé dans la région du Saguenay-Lac-Saint-Jean au Québec, Canada, par une approche cherchant à prendre en considération toutes les composantes du cycle de l'eau. Ainsi, deux méthodes ont été utilisées conjointement dans cette étude : (1) une analyse des fluctuations du niveau de la nappe et (2) une modélisation hydrologique du bassin versant. L'analyse des fluctuations du niveau de la nappe est une méthode répandue, mais critiquée pour son échelle spatiale de validité (1-100 m2 selon Delin, Healy, Lorenz et Nimmo (2007)) qui est plutôt restreinte, alors que certains cas d'étude nécessitent l'évaluation de la recharge à des échelles plus vastes. Une méthode optimisée, codée et automatisée de l'analyse des fluctuations du niveau de la nappe (OCA-WTF), prenant en compte un emmagasinement spécifique variable, a ainsi été développée dans le cadre de cette étude. Celle-ci a été appliquée aux données de six puits d'observation répartis sur l'aquifère de Saint-Honoré, résultant en une recharge moyenne de 350 mm/an. Cette méthode a été comparée à d'autres, soit des bilans hydriques, des séparations d'hydrogrammes, une analyse isotopique et une méthode analytique d'estimation basée sur les simplifications de Dupuit-Forchheimer. Ces comparaisons ont permis de constater que les résultats obtenus avec la méthode OCA-WTF sur le bassin versant de la rivière Caribou (120 km2) sont représentatifs de l'aquifère et comparables à des méthodes d'estimation à plus grande échelle spatiale. De plus, la comparaison avec l'analyse isotopique a mis en évidence le délai entre les périodes d'infiltration et de recharge qui peut parfois s'avérer très long (i.e. plus d'un an). Ce délai fait en sorte que mettre en relation des données de précipitation et de niveau de nappe phréatique ayant la même échelle temporelle dans les calculs de recharge n'est pas toujours approprié. Le modèle physique distribué WaSiM (Schulla, 2015) a été retenu pour évaluer la recharge par la modélisation hydrologique du bassin versant de la rivière Caribou (120 km2) sur lequel l'aquifère de Saint-Honoré est localisé. Cependant, étant donné que ce bassin versant n'est pas jaugé, il a fallu trouver une solution pour reconstituer les débits à l'exutoire avant de pouvoir mettre en place le modèle hydrologique. Une approche de transfert de débit a été retenue, nécessitant une étude de similarité du bassin versant à l'étude appuyée sur une base de données de 106 bassins versants Québécois. Celle-ci a permis d'identifier quatre bassins versants similaires pour lesquels les débits ont été transférés et ajustés à la rivière Caribou. La calibration du modèle WaSiM devra être complétée afin d'obtenir des résultats de recharge à comparer à ceux obtenus avec la méthode OCA-WTF.
Author: Florence Chevron
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ISBN: 9782715908413
Category : Dénitrification
Languages : fr
Pages : 215
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Book Description
LES EAUX SOUTERRAINES EXPLOITEES SONT SOUVENT PEU PROFONDES ET FACILEMENT ACCESSIBLES AUX POLLUTIONS, NOTAMMENT AUX NITRATES. IL EST DONC IMPORTANT D'ETUDIER LA FACILITE TECHNIQUE DE SYSTEMES SIMPLES ET PEU COUTEUX DE DENITRIFICATION BIOLOGIQUE IN SITU, DE NAPPES PHREATIQUES. DANS LE CAS PRESENT, L'AQUIFERE CRAYEUX A ETE POLLUE PAR DES INFILTRATIONS EN PROVENANCE D'UNE USINE D'ENGRAIS AZOTES. L'ACQUISITION DE PARAMETRES PHYSICO-CHIMIQUES ET BIOLOGIQUES DANS LA ZONE D'ETUDE, A MONTRE DE FORTES TENEURS EN NITRATES (PARFOIS SUPERIEURES A 1500 MG/L), UNE FAIBLE POPULATION BACTERIENNE ET L'ABSENCE DE SUBSTRAT CARBONE DISPONIBLE POUR CES MICRO-ORGANISMES. LORS D'ESSAIS DE REPRODUCTION DE L'ECOSYSTEME NATUREL, EN REACTEURS-PILOTES A BIOFILMS FIXES SUR DES SUPPORTS MINERAUX, UNE DENITRIFICATION BIOLOGIQUE RAPIDE S'EST MISE EN PLACE. L'APPORT OPTIMAL EN CARBONE ORGANIQUE EST DETERMINE EGAL A 0,8-1 G DCO/G NO3 A ELIMINER. L'ADDITION DE METAUX A REDUIT LA CONCENTRATION RESIDUELLE EN NITRITES DE 80 A 98% ET AUGMENTE LE RENDEMENT DE DENITRATATION DE 95 A 98%. PAR AILLEURS, L'ETUDE EN CULTURE PURE D'ALCALIGENES DENITRIFICANS ET UNE SOUCHE H A CONFIRME L'INCIDENCE, DANS LE PROCESSUS DE DENITRITATION, DES ELEMENTS METALLIQUES DES LES TRES FAIBLES CONCENTRATIONS (INFERIEURES A 0,1 MG/L). LA MISE EN PLACE D'UNE INSTALLATION PILOTE DE TERRAIN DEVRA INTEGRER LES RESULTATS DE LABORATOIRE, ET PARTICULIEREMENT LE CHOIX DU SYSTEME NUTRITIF POUR LES MICRO-ORGANISMES (CARBONE, PHOSPHORE ET METAUX)
Author: Perrine Cruaud
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
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.
Author: Anne-Laure Badin
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Category :
Languages : fr
Pages : 230
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Book Description
En ville, les eaux pluviales sont parfois collectées et infiltrées à travers des bassins d’infiltration (BI). Cette pratique pourrait conduire au transfert de pollution de la ville vers les nappes d’eaux souterraines. Cette étude a eu pour but d’apporter des éléments de réponse à la question suivante : les sédiments déposés à la surface des BI par l’infiltration des eaux pluviales constituent-ils une source de pollution ? Par la caractérisation biophysicochimique de différents prélèvements de sédiments, nous avons montré que l’état physicochimique et biologique de la couche sédimentaire évolue en fonction de l’état hydrique des BI. L’agrégation a été particulièrement étudiée. Les rôles agrégeant de la matière organique, de certains microorganismes et des faibles teneurs en eau ont été soulignés. Nous avons notamment observé la distribution préférentielle de molécules organiques de haut poids moléculaires et de Cyanobactéries dans les agrégats. Par l’étude de la fraction mobilisable lors du pas-sage de l’eau, nous avons montré que l’état physicochimique et biologique des sédiments influence leurs capacités de relargage de contaminants. La mobilisation de particules, de contaminants métalliques, organiques et de bactéries est plus importante à partir de sédiments humides. Plus que la seule teneur en eau, l’historique hydrologique récent des sédiments semble un paramètre déterminant leur capacité de relargage : récemment perturbés, ils relargueraient plus. Cette thèse invite à considérer les sédiments issus de l’infiltration des eaux pluviales non plus seulement comme des matériaux pollués et une source de transfert de contaminants, mais aussi comme des milieux de surface riches en nutriments et en diversité microbiennes, jeunes et aux conditions de vie extrêmes.
Author: Nolwenn Bougon
Publisher:
ISBN: 9782914375597
Category :
Languages : en
Pages : 323
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Book Description
The relationships between water-fluxes and ecosystem functioning were addressed by three axes: (1) influence of horizontal fluxes on the structure of nitrates’ reducers community (narG gene); (2) influence of vertical fluxes on the structure of taxonomic (16S rRNA gene) microbial community and nitrates’ reducers (narG gene) more specifically; and (3) influence of the modifications of ‘forcing’ parameters on proteins expressions. Diversity analyses were performed by a T-RFLP approach, and completed by phylogeny on the 16S rRNA gene. The importance of hydrological fluxes on microbial communities was confirmed by acting directly on the community structure or indirectly by resource distribution. The proteome of exposed bacterial cells to two carbons sources were shown as significantly different, suggesting a differential response face to the nature of pollution. Moreover, the carbon nature is a fundamental parameter to an efficiency nitrate removal.
