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Sorbonne Université Ecole doctorale des Sciences de l’Environnement d’Ile-de-Fr

Sorbonne Université Ecole doctorale des Sciences de l’Environnement d’Ile-de-France ED 129 Laboratoire d’Océanographie Microbienne UMR 7621 Ecotoxicologie microbienne des plastiques en mer : Colonisation et biodégradation par la plastisphère Par Justine JACQUIN Thèse de doctorat en Microbiologie Marine Présentée et soutenue publiquement le 16 Octobre 2020 Devant un jury composé de : Régis GRIMAUD HDR, IPREM, Pau Rapporteur Gaëtan BURGAUD HDR, LUBEM, Brest Rapporteur Pierre GALAND DR, LECOB, Banyuls-sur-Mer Président Stéphane BRUZAUD Professeur, IRDL, Lorient Examinateur Jean-François BRIAND MCF, MAPIEM, Toulon Examinateur Valérie BARBE CR, CEA, Paris Co-directrice de thèse Jean-François GHIGLIONE HDR, LOMIC, Banyuls-sur-Mer Directeur de thèse Rapporteur Rapporteur Président Examinateur Examinateur Co-directrice de thèse Directeur de thèse Remerciements Une thèse ça marque une vie et ces remerciements sonnent la fin de ces trois années passées au laboratoire de Banyuls. Ce travail n’aurait pu s’achever sans l’aide de toutes les personnes qui suivent : En premier lieu j’aimerai remercier le jury de thèse qui a accepté d’évaluer mon travail en y consacrant une partie de leur temps : Pierre Galand, Stéphane Bruzaud, Jean-François Briand. Je remercie en particulier les personnes qui ont accepté d’être rapporteurs de cette thèse : Regis Grimmaud et Gaëtan Burgaud. Je tiens également à remercier mon directeur de thèse Jean-François Ghiglione et ma co-directrice Valérie Barbe, m’ayant permis de réaliser cette thèse sur un sujet si passionnant. Jeff merci de m’avoir laissé en autonomie tout au long de cette thèse et d’avoir eu une relecture attentive de chacun des chapitres de ce manuscrit. Merci à toi Valérie, d’avoir été là pendant ces deux années, ton aide a été précieuse, tant au laboratoire que dans l’analyse des résultats et l’écriture de cette thèse. Merci pour ces moments de détentes et ses discussions si précieuses pour moi qui m’ont permis d’égayer mes journées au laboratoire. Mes prochains remerciements sont dédiés à toutes ces personnes m’ayant accompagnées, guidées et aidées pendant cette thèse. En premier lieu j’aimerai remercier Nolwenn Callac, qui m’a tant appris malgré son passage éphémère au laboratoire. Merci Nono pour tout ce que tu as pu m’apporter tant scientifiquement que personnellement. Merci pour ce soutien sans faille même à des milliers de km, pour ces réunions nocturnes et ces quelques mois de colocation inoubliables. J’ai conscience que sans toi cette thèse ne serait pas ce qu’elle est aujourd’hui. J’aimerai également remercier Charlène Odobel, pour son implication et son aide indispensable pour l’expérience « DNA-SIP ». Merci pour tous ces bons moments partagés, pour tes conseils et ton expertise scientifique qui ont été d’un grand support pendant ces trois années. J’aimerai également remercier toutes ces personnes au laboratoire qui m’ont permis de d’avancer dans mes travaux de recherches dans de bonnes conditions. Merci à Valérie Bayot, Laurent Intertaglia, Nyree West, Philippe Catala, Christophe Salmeron, David Pecqueur, et Olivier Crispi, d’avoir toujours répondu à mes demandes avec gentillesse et rapidité. J’aimerai également remercier Pascal Conan et Mireille Pujo-Pay, pour leur disponibilité, leurs nombreux conseils et leur aide dans les expériences. Un merci tout particulier à Valérie Vergé pour m’avoir toujours sortie de situation de crises avec bonne humeur et enthousiasme, tu as été d’un réel soutien technique et psychologique tout au long de cette thèse. Je remercie également Frédérique, Nathalie, Margaux, Carolanne et Clélia, qui m’ont apporté leur soutien ainsi que de bons moments au laboratoire. Mes travaux scientifiques ont pu être réalisés aussi grâce à des collaborations. Je remercie Stéphane Bruzaud, pour nous avoir toujours fourni avec réactivité les plastiques demandés. Merci également à Yonko Goarant pour avoir passé des journées entières avec moi au microscope électronique à scruter la surface des polymères. Je tiens ensuite à remercier mes collègues de travail devenus des amis avec le temps, qui ont apporté tant de bonne humeur et de joie de vivre au sein de ce laboratoire. First, Bouchnini merci à toi pour ce soutien de tous les instants, je ne compte plus le nombre de fois ou ma session R n’a pas aborté grâce à toi ! Merci également à toi Angel, pour tous ces précieux conseils sur R et pour ta constante bonne humeur qui aura illuminé mes journées. J’ai conscience d’avoir été dans le bureau des meilleurs ! Je remercie également Pavla, Yann, Ying and Fernanda, ça a été un bonheur de partager tous ces moments avec vous. Un immense merci à Jana, pour ce second souffle que tu auras apporté à ma thèse et à ma motivation, tes conseils et ta bonne humeur communicative m’auront été d’un soutien essentiel ! Merci pour tout! Last but not the least important, Jingguang thank you to you, for these three years of shared PhD, you were a real support on a daily basis. Thank you also for this amazing roommate, for all these good times, for these improvised aperitifs and for your good humor. Puis j’aimerai remercier également ces amis qui m’accompagnent dans chaque étape de ma vie, qui auront été d’un grand soutien et une véritable bouffée d’oxygène à chacune de mes remontées en Bretagne. P’tit âne toujours là après tant d’années, inutile de te dire à quel points nos appels (d’accord…souvent en voiture) ont été indispensables pour me faire relativiser et changer les idées. Juste un grand merci pour ce que tu m’apportes, les fous rires et ce soutien si important durant ces dernières semaines. Bien sûr je n’oublie pas Ashleigh, Léa, Soso (quel bonheur de t’avoir retrouvée !),Camille, Margaux et nos soirées si précieuses. Je pense également à Zoé, qui m’aura permis de trouver cet équilibre qui manquait à ma vie et enrichie mon quotidien de moments de bonheur intenses en cette période si particulière. Comment ne pas remercier Pizz’Best ! Sans qui ces études supérieures, ces nombreuses rando infinies, ces week-ends escapades et ce confinement n’auraient pas eu la même saveur ! Merci d’avoir été là pour moi et d’avoir partagés tant de bons moments les filles. Une pensée particulière pour Olivier, Laetitia, Armelle et ces rendez-vous immanquables du vendredi midi qui auront été une belle échappatoire à ma thèse, merci à vous de m’avoir nourrie et motivée pendant ces temps de rédaction bretons ! Je remercie également Mylène, Maryse, Annick, Dédé et Hervé pour ces courses à pieds du dimanche. Un immense merci également à Malou, d’avoir tenu à merveille ce rôle d’ambulancière en traversant la France et d’avoir continué à prendre soin de moi lors de cette rédaction. Enfin mes derniers mots de remerciements iront à ma famille. Merci à Jeremy, Alisson, Maëlys et Léna pour tous ces moments partagés, ces fous rires et ces discussions vidéo qui ont pris une place si importante durant ces trois années. Papa, Mama, un immense merci à vous qui m’avez toujours apporté votre soutien sans faille, toujours été présent, toujours encouragé et ça peu importe la situation et mes choix. Donc simplement merci du fond du cœur pour tous ce que vous avez pu faire pour moi. Résumé De nos jours, les déchets plastiques ont envahi l’ensemble des écosystèmes marins du monde en n’épargnant aucune zone. La demande mondiale de plastique ne cesse de croitre d’année en année, malgré l’impact dramatique qu’il provoque sur l’environnement lorsqu’il est laissé dans la nature. On estime que chaque année entre 4.8 et 12.7 millions de tonnes de plastiques finissent dans les océans. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans le cadre de cette urgence environnementale, en permettant de mieux identifier les biofilms bactériens attachés aux différents plastiques (« plastisphère) et de mieux caractériser le phénomène de biodégradation de certains polymères en milieu marin. Dans un premier temps, l’analyse d’échantillons prélevés pendant deux expéditions (l’expédition Tara-Méditerranée et Tara- Pacifique) ont permis de caractériser la biogéographie des biofilms bactériens spécifiques des plastiques. Cette comparaison a permis de mettre en évidence une niche écologique à la surface des plastiques distincte de l’eau environnante, nettement influencé par la géographie, expliqué principalement par la température. L’étude taxonomique a permis de mettre en évidence un « core microbiome », dominé par un genre de cyanobactérie (Rivularia sp.) et des familles connues (Rhodobacteraceae et Flavobacteraceae) comme étant colonisateurs de plastique en milieu marin. Dans un second temps, la colonisation bactérienne sur différents polymères a été étudiée grâce à des aquariums en circuit ouvert sur la baie de Banyuls. Le processus de biodégradation a été étudié en milieu artificiel sans source de carbone que le polymère, imitant l’environnement marin et en suivant plusieurs paramètres expérimentaux. Dans notre étude aucune spécificité des communautés microbiennes liées à la nature des polymères a été observée pendant la phase de croissance du biofilm. Le processus de biodégradation à pu être mis en évidence sur certains polymères tels que le PHBV, Bioplast, Mater-Bi et la cellulose grâce notamment à une activité bactérienne maintenue tout au long de l’incubation. Dans un troisième temps, une souche provenant du biofilm mature du PHBV a pu être isolée pour étudier spécifiquement son processus de biodégradation. L’analyse du génome d’Alteromonas sp., a révélé la présence de 4 dépolymérases dont 3 externes et 1 interne, expliquant sa capacité à dégrader le PHBV. L’étude du génome a uploads/Geographie/ jacquin-justine-2020.pdf