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Effect of heavy metal toxicity on calanoid copepods : experimental approach

/ Kadiene Esther Uzoma / Université Lille1 - Sciences et Technologies, National Taiwan Ocean University (Keelung, Taiwan) / 08-07-2019
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En raison des préoccupations croissantes concernant le devenir de l'écologie des copépodes face à l'augmentation des polluants environnementaux, plusieurs études sont en cours. Cette thèse cible les facteurs biotiques qui influent sur la toxicité des métaux chez les copépodes calanoïdes. Tout d'abord, la toxicité du cadmium (Cd) entre deux copépodes de l'ordre; calanoida Eurytemora affinis (Poppe 1880) d'une région tempérée (estuaire de la Seine, France) et Pseudodiaptomus annandalei (Sewell 1919) d'une région subtropicale (estuaire de Danshuei, Taiwan), ont été déterminés sur la base de leur sexe et de leur état de reproduction. Les résultats de cette étude ont révélé que les deux copépodes avaient des niveaux de sensibilité différents à la toxicité du cadmium et que leur sensibilité au cadmium était également fortement dépendante de leur sexe et de leur état de reproduction. En outre, une étude de la toxicité du cadmium dans les traits de vie du copépode a été testée en utilisant P. annandalei comme espèce modèle. Les résultats ont révélé que la toxicité du cadmium était également dépendante du stade de développement des copépodes. De plus, le Cd a eu un effet négatif sur la croissance, la reproduction et la durée de vie du copépode. Afin de comprendre la raison de la sensibilité au cadmium spécifique au sexe, la bioaccumulation du cadmium chez les deux sexes a été réalisée. De plus, dans les environnements naturels, les copépodes peuvent bioaccumuler les métaux via une voie directe dans l’eau ou via les aliments consommés. Dans un premier temps, des essais préliminaires ont été effectués pour identifier la cinétique de bioaccumulation des métaux chez les micro-algues utlisées pour nourrir les copépodes. L'accumulation du Cd dans les microalgues a été testée en exposant Pavlova lutheri dans différentes conditions de salinité et température. À la fin, il a été observé que l’augmentation de la température et la faible salinité favorisent l’absorption de Cd par les micro-algues. P. annandalei a ensuite été exposé au cadmium dans l'eau et par le biais de son régime alimentaire, en utilisant les informations fournies par les résultats ci-dessus. Cette expérience a révélé que l'absorption de Cd par P. annandalei provenait nettement plus d'eau que de la nourriture. Une hypothèse a été développée sur les raisons pour lesquelles l'absorption de Cd par l'eau par les copépodes était plus élevée que par l'exposition par Cd via l’aliment. En d’autres termes, l’absorption de métaux par l’eau est une voie plus importante dans la bioaccumulation des métaux que par la voie alimentaire en raison de l’absorption orale. L'hypothèse a été démontrée en exposant les copépodes à un colorant alimentaire et, à l'aide d'un microscope, il a été constaté que le colorant était entré dans l'intestin du copépode par l'ouverture de la bouche. L'absorption orale d'eau par le copépode a été confirmée par un test de bioaccumulation. Une étude moléculaire sur le test transcriptomique et l'expression différentielle spécifique au sexe du copépode de P. annandalei exposé au Cd a été réalisée. Les résultats ont montré que les copépodes de P. annandalei répondaient à la toxicité du cadmium de manière spécifique au sexe, et expliquaient pourquoi la femelle était moins sensible au cadmium que les copépodes mâles. De plus, l'exposition multigénérationnelle de P. annandalei au cadmium a montré un développement possible de l'adaptation, en particulier chez les copépodes femelles. Bien que les copépodes puissent développer des mécanismes adaptatifs pour tolérer les produits chimiques toxiques, une concentration croissante de métaux dans le milieu aquatique ainsi que des transferts de métaux par la mère sur plusieurs générations pourraient augmenter la concentration de copépodes. Une exposition à long terme pourrait réduire leur forme, compromettant ainsi la structure de la population de copépodes. Cette étude a montré que la mortalité, les traits d'histoire de vie et les réponses moléculaires des espèces modèles peuvent fournir d'importants bioindicateurs pour l'évaluation des risques environnementaux.

Effects of environmental factors on the eco-physiology and life traits of a macro-crustacean (shrimp) and micro-crustacean (copepod)

/ Das Shagnika / Université Lille1 - Sciences et Technologies, National Taiwan Ocean University (Keelung, Taiwan) / 08-07-2019
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La présente thèse comprend deux grandes sections, la première traitant des macro-crustacés, la crevette de vase Austinogebia edulis et la seconde des micro-crustacés, le copépode Eurytemora affinis. Les objectifs étaient de 1. Explorer le rôle d’A. edulis en tant qu’ingénieur écologique, 2. Effets du Cd sur les enzymes oxydatives et la morphologie d’A. edulis, 3. Évaluer la variation spatiale et temporelle des polluants organiques persistants (POP) dans l’habitat naturel d’A. edulis, 4. Explorer l’effet d’un cocktail de 4 métaux lourds sur E. affinis et décrire l’effet des sédiments en suspension sur E. affinis en suivant une approche multigénérationnelle. Pour le premier objectif, nous soulignons les différences significatives entre les murs des terriers et les lumens. La paroi du terrier d’A. edulis présentait une faible perméabilité et augmentait la résistance. Statistiquement, on a remarqué une différence importante dans la comparaison entre la composition des sédiments de la paroi du terrier et le fond. La paroi du terrier se composait d’une teneur en matière organique 24 fois supérieure à celle d’un individu de crevette. Ainsi, ils transforment les caractéristiques des sédiments en tant qu’ingénieur écologique, ce qui devrait avoir un impact écologique important sur l’écosystème. De plus, lors de l’exposition au Cd, les activités des enzymes antioxydantes (SOD, CAT et GPx) diminuaient avec l’augmentation de la concentration de Cd et le temps d’exposition prolongé dans ces organes de la crevette A. edulis. Des dommages importants de l’hépatopancréas d’A. edulis ont été remarqués à des concentrations plus élevées de Cd, montrant des dommages comme la disparition des limites des cellules épithéliales, le détachement des cellules de la lamine basale, gonflement cellulaire, nécrose, etc. En conclusion, le Cd a causé des dommages oxydatifs en réduisant les activités des enzymes antioxydantes et en endommageant la structure tissulaire dans les principaux organes de la crevette A. edulis. Pour les POP mesurés, la distribution spatiale a montré que la proximité des sources pollution était le plus important facteur déterminant pour la distribution de ces contaminants, montrant des concentrations plus élevées dans les échantillons prélevés près des parcs industriels. Les rapports des HAP analysés ont permis de déterminer l’existence d’intrants pyrolytiques et pétrogéniques. Les PCB Aroclor 1016 et 1260 étaient les principales sources près de la zone industrielle, avec des entrées de DDT montrant un ajout récent à la zone. L’étude globale a révélé un risque limite pour les organismes benthiques. Dans le cas d’E. affinis, la toxicité aiguë de CL 50 % (96h) pour l’exposition au plomb (Pb) était de 431,99 µg/l chez les mâles présentant une sensibilité inférieure à celle des femelles avec 394,27 µg/l. Les plus faibles effectifs totaux de la population ont été observés durant la deuxième génération (F1) pour tous les traitements d’exposition et, par conséquent, la mortalité a augmenté dans cette génération. La plus forte bioaccumulation des métaux dans le copépode E. affinis était également plus élevée dans cette génération ; la fécondité et la survie semblaient donc liées à la bioaccumulation des métaux lourds et concluaient que la sensibilité ou la fitness d’E. affinis était directement liée à l’accumulation de métaux traces. Le pourcentage de mâles était moins élevé dans le traitement des sédiments que dans celui des métaux lourds et des témoins. Cette observation peut indiquer légèrement les différentes façons dont les copépodes sont sensibles aux métaux lourds et aux sédiments en suspension lorsqu’ils sont exposés pendant plusieurs générations.

Bassin de Dieppe-Hampshire (Manche orientale) : Évolution cénozoïque et enregistrement des évènements géodynamiques

/ Jollivet-Castelot Martin / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 10-12-2018
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L’Europe occidentale enregistre d’importants changements paléogéographiques entre la fin du Mésozoïque et le Paléogène, en réponse à des évènements géodynamiques en limites de plaques. Les déformations affectant le NW de la plaque européenne ont déjà bien été identifiées dans plusieurs bassins, mais elles sont en revanche mal contraintes en Manche. L’objectif de cette thèse est ainsi de reconstruire les évolutions sédimentaires et structurales de la Manche orientale au cours du Paléogène et de les replacer dans le contexte géodynamique du domaine Ouest-Européen à travers l’étude du Bassin de Dieppe-Hampshire, dont la stratigraphie et le calendrier des déformations ne sont pas précisément connus. Ces travaux s’appuient sur l’apport de nouvelles données de sismique réflexion très haute résolution et de nouveaux carottages. L’analyse du remplissage sédimentaire a permis d’établir le cadre stratigraphique, de proposer un découpage séquentiel avec l’identification de quatre cycles de 2ème ordre entre le Thanétien et le Bartonien, et de cartographier la partie méridionale du bassin. La corrélation de ces cycles avec les bassins cénozoïques proches a permis de mettre en évidence cinq phases de déformation ayant affecté le Bassin Anglo-Parisien. Grâce à une analyse structurale fine, nous avons également pu détailler le style et la cinématique de la déformation en Manche orientale, proposer un calendrier de cette déformation, et enfin établir le rôle joué par l’héritage structural régional sur l’évolution paléogène du domaine.

Micro et nanoanalyses des microfossiles du Protérozoïque et de tapis microbiens fossiles

/ Fadel Alexandre / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 29-06-2018
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L’étude de la matière organique des microfossiles et tapis microbiens préservés dans les roches précambriennes est cruciale pour comprendre l’évolution de la vie précambrienne. Des techniques de spectroscopie ont été utilisées pour contraindre la nature biologique de ces microstructures organiques. Mais elles n’offrent pas la possibilité d’accéder aux informations moléculaires complexes. La spectroscopie de masse à temps de vol (ToF SIMS), permet d’accéder à ce type d’information, mais elle n’a encore jamais été appliquée avec succès sur des (micro)fossiles précambriens. Un premier aspect de ce travail a été la mise au point d’une préparation de tranches épaisses de roches sans résine et contamination organique. Elle permet d’effectuer des observations optiques de microstructures organiques, des nettoyages avec solvants organiques, et surtout des analyses ToF SIMS. Les structures moléculaires préservés dans des tapis microbiens fossiles d’âge kimméridgien (Orbagnoux, France) et archéen (Strelley Pool formation, Australie) ont été caractérisées à l’échelle micrométrique. L’examen des données ToF SIMS a permis de mettre en évidence la présence des hétérogénéités et de renseigner les caractères aliphatiques et aromatiques des matières organiques. Un second aspect de ce travail était la caractérisation à micro- et nanoéchelle de deux assemblages de microfossiles du Précambrien. L’étude de l’assemblage de microfossiles de la formation de Draken (700-800 millions d’années) a permis de documenter des structures organiques encore jamais rapportées et provenant de cyanobactéries filamenteuses, coccoïdes, et d’eucaryotes. L’étude des roches de Turee Creek group (2,3 milliards d’années) a permis de caractériser des microfossiles qui porte une signature d’oxydation microbienne du fer.

Dépôts organiques en milieu marin : les facteurs clés des bassins hémipélagiques : le Mésozoïque du Bassin du Sud-Est de la France

/ Caillaud Alexis / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 11-06-2018
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L’objectif de ce travail est d’étudier la sédimentologie des dépôts organiques dans un bassin hémipélagique (séries mésozoïques du Bassin du S-E de la France) afin de comprendre les processus de transport et de préservation de la matière organique (MO), ainsi que sa distribution dans les différents cortèges sédimentaires. Les résultats démontrent qu’il n’y a pas de relation entre le cortège organique et la granulométrie de la fraction terrigène ou la minéralogie de la fraction argileuse. Des turbidites sont présentes dans un niveau organique particulier, mais elles n’ont pas acheminé de MO terrestre dans le bassin ; au contraire, elles ont eu un rôle négatif sur la préservation du contenu organique. De la MO terrestre est observée dans certains niveaux organiques, mais sans lien avec des dépôts gravitaires, signifiant donc que la MO terrestre peut être transportée vers le domaine marin distal sans nécessairement impliquer des processus gravitaires. Il n’y a pas de lien évident entre la nature de la MO et les cortèges de dépôts dans les séquences stratigraphiques de 3e ordre. L’apport majeur de ce travail concerne l’approche multi-facteurs de la sédimentologie de la MO en domaine marin. Pour une productivité primaire marine constamment faible à normale, il a été mis en avant le rôle de 3 facteurs clés pour la formation de dépôts organiques en bassin hémipélagique : le taux de sédimentation, la nature intrinsèque de la MO, et les conditions d’oxygénation du bassin. Les niveaux organiques les plus riches en MO sont les événements anoxiques globaux, démontrant que l’anoxie est le facteur permettant les plus fortes accumulations organiques dans ce type de bassin sédimentaire.

Solution de remédiation de terrains pollués aux "charrées de chrome" : élaboration d’une méthode d’électrocinétique couplée à la réduction chimique

/ Sanchez-Hachair Arnaud / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 28-05-2018
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Les charrées de chrome, résidus d’extraction du minerai de chrome (ou COPR), sont des matériaux de pH très basique (>10) composés de phases minérales cimentaires peu stables incorporant le chrome d’état d’oxydation +VI. La solution porale du matériau est chargée en Cr(VI) à des concentrations souvent supérieures à 100 mg/L. Les teneurs du matériau s’élèvent à 4-7 g Cr(VI)/kg. Le chrome VI est toxique. Par le passé, les charrées de chrome ont été utilisées en remblai d’infrastructures. C’est le cas d'une infrastructure dans le nord de la France. Notre étude a visé à développer une méthode de dépollution. Nous avons élaboré un couplage de la technique électrocinétique et d’une réduction chimique du Cr(VI). Nous apportons un réducteur qui migre à travers le matériau grâce à un champ électrique. Nous montrons que la réduction du chrome VI en chrome III précipité et moins toxique est possible avec une efficacité de 97 % et que les phases minérales ciment résistent à ce traitement. Nos travaux montrent que 60 à 70 % de la matière dans les charrées de chrome étudiées sont constitués de phases minérales amorphes. Elles sont sensibles aux variations de pH dans le milieu lors du traitement et réagissent en partie par dissolution, re-précipitation et transport. L’hydroxyde de Cr(III) formé lors du traitement est colloïdal et en partie mobiles. Des ajustements de la méthode sont possibles, en particulier le contrôle des variations de pH et la suppression de la mobilité indésirable du Cr(III). Les perspectives industrielles de cette méthode également adaptable à d’autres polluants rédox-sensibles, sont prometteuses.

The phytoplankton community response(s) to global changes and their effect(s) on ecosystem functioning with a special focus on Phaeocystis spp, a harmful algae

/ Karasiewicz Stéphane / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 22-12-2017
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Les écosystèmes côtiers, interface entre terre et mer, sont soumis au changement climatique ainsi qu’à de fortes pressions anthropiques. Par conséquent, les eaux côtières sont sujettes à eutrophisation. Le phytoplancton demande une attention particulière dû à son rôle de producteur primaire des écosystèmes marins. Récemment, l’efflorescence des algues nuisibles est devenue mondialement, une inquiétude croissante. Le but de la thèse a été de décrire et de mesurer les réponses temporelles et les causalités de la structure de communauté phytoplanctonique sous impact des changements globaux, en présence d’une algue nuisible. Pour ce faire, le concept de niche écologique et une méthode statistique, ont été adaptés. Les "Within Outlying Mean Indexes" ont été proposés pour affiner l’analyse "Outlying Mean Index" en combinant ses propriétés avec la décomposition de la marginalité de l’analyse "K-select". Les dynamiques des sous-niches de la communauté d’espèce ont été étudiées dans des conditions environnementales d’ abondances basses (L) ou fortes (H) de Phaeocystis spp. Le sous-ensemble H était caractérisé par une large niche de Phaeocystis spp. ainsi qu’une forte diversité de diatomées. Dans le sous-ensemble L, Phaeocystis spp. a subit une forte contrainte biologique probablement induite par la compétition des diatomées pour les ressources. La relation diversité-productivité du phytoplancton s’est avérée plus forte à l’échelle saisonnière que sur le long-terme. Le déséquilibre des ressources n’a pas eu de lien direct avec la productivité à long terme. Le succès à long terme de l’espèce invasive et de son impact sur la productivité, est favorisé par une suite d’années froides avec des ressources élevées et déséquilibrées, augmentant le nombre de petites espèces de diatomées et donc son efflorescence. Enfin, je discute des améliorations méthodologiques, du potentiel d’utilisation de l’approche par traits, et d’éventuelles montages expérimentaux pour supporter les résultats de la thèse.

Processus de mise en place et évolution des systèmes de volcans de boue

/ Dupuis Matthieu / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 27-06-2017
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Cette thèse porte sur les mécanismes responsables de la croissance de systèmes de volcans de boue ainsi que sur les processus qui gouvernent leur évolution de surface. L’étude s’appuie sur une analyse structurale sur données sismiques faite sur deux structures anticlinales localisées dans le NW du Bassin Sud Caspien ainsi que sur une analyse structurale de terrain approfondie couplée à une imagerie de la sub-surface des édifices par résistivité électrique ainsi que par études géochimiques d’édifices volcaniques localisés dans la continuité onshore du bassin de la Kura en Azerbaïdjan. Les volcans à morphologie de mud pie montrent une morphologie plate car leur croissance est régie par la présence d’une réserve de matériel argileux non induré en surface que l’on appelle chambre superficielle. L’arrivée de matériel depuis une source de boue peu profonde induit le gonflement de cette chambre qui, en se rééquilibrant, provoque des déformations de surface et un élargissement de l’objet selon un modèle de Pousse-Muraille. Les édifices à morphologie coniques sont liés à des zones de stockage de matériel argileux plus profondes (chambre secondaire) voire à la source de boue, la zone de fluidisation du sédiment (chambre primaire). La source de fluides (eau et gaz) et nettement démarquée de la source de boue. La sédimentation est un facteur clé dans l’évolution des systèmes de volcan de boue car elle permet de sceller les chemins de migration de fluides, relançant la formation de surpression de fluide, créant une évolution par épisodes successifs de systèmes de volcans de boue emboîtés : les complexes de systèmes de volcan de boue.

Spatio-temporal distribution of benthic foraminifera in intertidal areas of hauts-de-france: environmental applications and implications

/ Francescangeli Fabio / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 30-03-2017
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Les foraminifères sont des organismes unicellulaires ubiquistes des habitats marins. Les foraminifères benthiques modernes ont des caractéristiques spécifiques (comme par exemple une abondance et une diversité élevées, une excellente préservation) qui en font un excellent outil pour mettre en évidence des changements environnementaux globaux et locaux. Dans un proche passé, les estuaires de la région des Hauts-de-France ont subi des influences humaines. Les objectifs principaux de ce travail sont 1) décrire les distributions des foraminifères benthiques, et 2) investiguer leurs réponses aux variations à court-terme (à l’échelle des saisons) et à long-terme (centaines d’années) dans les zones naturelles contaminées et non contaminées de la région. L’analyse des microfaunes est associée aux analyses sédimentologiques et géochimiques, pour mieux comprendre le contrôle qu'ont les paramètres environnementaux sur les variations spatiales et temporales des foraminifères benthiques. Dans le milieu intertidal, différentes associations de foraminifères vivants sont distinguées en relation avec les principaux paramètres guides identifiés dans la région des Hauts-de-France. Les observations sur le long-terme ont permis de distinguer des transformations naturelles et anthropiques, à travers la surveillance des variations des foraminifères benthiques. L’étude démontre le potentiel des foraminifères comme bioindicateurs pour des applications dans la surveillance environnementale.

Modélisation analogique de la distribution et du style de déformation dans des chaînes d’avant-pays à niveaux de décollement multiples (évaporitiques et frictionnels) : interactions cinématiques et structurales

/ Borderie Sandra / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 16-12-2016
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Le style et la distribution de la déformation dans les chaînes d’avant-pays peuvent varier le long de la chaîne et entre l’avant- et l’arrière-pays en raison de facteurs tels que l’héritage tectonique, la stratigraphie du bassin ou l’intensité des processus de surface. Dans cette thèse, nous avons dans un premier temps étudié la dynamique structurale d’une chaîne se propageant vers un domaine sédimentaire présentant des séquences lithologiques contrastées. Nous avons notamment analysé l’évolution tectonique de deux séries de modèles analogiques où un niveau de décollement visqueux de largeur variable a été introduit en position de décollement basal ou interstratifié. Dans les deux cas, les résultats mettent en évidence des interactions structurales et cinématiques entre les provinces pourvues et dépourvues du niveau de décollement visqueux. Ces interactions concernent notamment la séquence de propagation de la déformation et le style structural de la chaine, tant en surface qu’en profondeur. Ces résultats sont comparés à des exemples naturels tels que les chaînes de Kuqa (Chine) ou les Salt Range (Pakistan). Nous avons dans un second temps étudié l’impact des processus de surface sur le partitionnement amont-aval de la déformation au travers de l’exemple du chevauchement de Chazuta dans le bassin de Huallaga (Pérou). Les résultats expérimentaux indiquent que le déplacement exceptionnel accommodé par ce chevauchement et la forte épaisseur d’évaporites allochtone qu’il transporte dépendent de 1) une sédimentation syntectonique en biseau, 2) la présence d’un synclinal à l’arrière du chevauchement poussant les évaporites vers l’avant et 3) l’érosion du front de déformation.

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