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Thèse de doctorat Présentée Par Fida Ben Salem Pour obtenir le grade de Docteur A L’Université de Pau et des Pays de l’Adour Institut Pluridisciplinaire de Recherche sur l'Environnement et les Matériaux Equipe Environnement et Microbiologie & L’Université de Cathage Faculté des Sciences de Bizerte Laboratoire de Biosurveillance de l’Environnement Spécialité Biologie Impacts écologiques de la présence de quelques substances prioritaires (pesticides agricoles, hydrocarbures aromatiques polycycliques, polychlorobiphényles, organo-métaux) dans un écosystème littoral anthropisé, le complexe lac Ichkeul- lagune de Bizerte Soutenue le : 22/07/2015 Devant la commission d'examen formée de : Robert Duran : Professeur à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, Directeur de thèse Ezzeddine Mahmoudi : Professeur à la Faculté des Sciences de Bizerte, Directeur de thèse Mathilde Monperrus : Maître de conférences à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, Co-directrice Olfa Ben Said : Docteur à la Faculté des Sciences de Bizerte, Co-directrice Olivier Pringault : Directeur de Recherche à l’Institut de Recherche et Développement, Rapporteur Sami Sayadi : Professeur au Centre de Biotechnologie de Sfax, Rapporteur Catherine Gonzalez : Professeur à l’Ecole des mines d’Alès, Examinatrice Imed Massoudi : Maître de conférences à l’Institut Supérieur de Biotechnologie de Monastir, Examinateur A mes parents et mes frères Merci pour votre soutien Encouragement…… et compréhension… AVANT – PROPOS Le présent travail, a été mené au sein de l’Equipe Environnement et Microbiologie, dirigé par Monsieur le Professeur Robert DURAN, et qui fait partie de l’Institut Pluridisciplinaire de Recherche sur l'Environnement et les Matériaux dirigé par Monsieur Olivier DONARD à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour. Il est en cotutelle avec le Laboratoire de Biosurveillance de l’Environnement, Unité d’Ecologie Côtière et Ecotoxicologie Marine à la Faculté des Sciences de Bizerte. Une partie de chimie analytique a été réalisée au Laboratoire de Chimie Analytique Bio-inorganique et Environnement (Anglet), qui fait partie aussi de l’Institut Pluridisciplinaire de Recherche sur l'Environnement et les Matériaux. Ce projet a été effectué en partenariat socio-économique avec l’Agence Nationale de Protection de l’Environnement de la Tunisie et le Commissariat Régional de Développement Agricole de Bizerte. Remerciements Ce travail est le fruit de nombreuses rencontres dans les équipes de recherches en France et en Tunisie que je souhaite remercier ici pour toute l’aide, le soutien, les conseils qu’elles m’ont apportés ou tout simplement pour leur bonne humeur et leur joie de vivre qui ont fait de ces quatre années, une aventure incroyable. Je tiens à remercier Monsieur Olivier PRINGAULT et Monsieur Sami SAYADI d’avoir accepté d’évaluer mon travail en tant que rapporteurs. Un grand merci à Madame Catherine GONZALEZ et Monsieur Imed MASSOUDI d’avoir accepté d’assisster à ma soutenance en tant que examinateurs. Ma gratitude va en premier lieu à Monsieur Robert DURAN, Professeur à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour qui fut pour moi un directeur de thèse attentif et disponible malgré ses nombreuses charges. Il a assuré la direction de cette thèse avec beaucoup de patience, il m’a suivie durant toutes les étapes de mon travail, il n’a épargné ni son temps, ni ses compétences scientifiques. Je suis très heureuse de pouvoir lui exprimer ici l’expression de ma profonde reconnaissance aussi pour ses qualités humaines au laboratoire. Je suis particulièrement reconnaissante à Madame Mathilde MONPERRUS, Maître de conférences à l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, pour son co-encadrement et d’avoir bien voulu m’aider à réaliser la partie chimie de ma thèse qui a donné un plus à mon travail. J'adresse mes plus sincères remerciements à Madame Patricia AISSA pour m’avoir accueillie au sein du laboratoire de Biosurveillance de l’Environnement et pour ses grandes qualités humaines. Je tiens à remercier Monsieur Ezzeddine MAHMOUDI, Professeur à la Faculté des Sciences de Bizerte pour son encadrement, ses conseils ont contribué au bon déroulement de cette thèse. Mes remerciements les plus chaleureux iront à Madame Olfa BEN SAID, postdoctorale à la faculté des Sciences de Bizerte, pour son co-encadrement, Sa disponibilité, ses conseils et son aide scientifique ont grandement contribué à la réalisation de ces travaux, et à la collaboration entre les différents laboratoires de recherches. Un grand merci à Mr Olivier DONARD, ainsi que tous les membres de l’Institut Pluridisciplinaire de Recherche sur l'Environnement et les Matériaux et à Madame Jacqueline PETITBON, ainsi que tous les membres de l’Ecole Doctorale Sciences Exactes et leurs Applications de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour. Il me tient à cœur de remercier mes chers parents Abed Esslem et Naima, mes frères Fedi et Med Dhia et mon fiancé Adel ainsi que mes grands parents et toute ma grande famille pour l’aide et le soutien qu’ils m’ont toujours témoignés. Mes remerciements vont également à mes enseignants de la Faculté des Sciences de Bizerte, et tous les membres de l’Unité d’Ecologie et Ecotoxicologie Côtière du Laboratoire de Biosurveillance de l’Environnement, qu’il m’a été donné de rencontrer durant les années de ma thèse : Hamouda, Mohamed, Naceur, Fehmi, Amor, Rahma, Soumaya, Amel, Ibtihel, Héla, Tkoua, Meriem, Ahmed, Badreddine, Jalila, Abdelhafidh et mes amis Jihed et Marouen. J’adresse mes remerciements aux membres de l’Equipe Environnement et Microbiologie (Pau) et ceux du Laboratoire de Chimie Analytique Bio-inorganique et Environnement (Anglet) de l’Université de Pau et des Pays de l’Adour : Habiba, Joana, Jean-Christophe, Christine, Claire, Anne, Hervé, Vanessa, Arantxa, Mathilde, Fanny, Johanne, Fabien pour leurs encouragements. Je remercie Mr Olivier GRUMBERGER et Mme Noëlle BRU pour leur aide. Je tiens aussi à remercier Madame Nabiha MBAREK de l’Agence Nationale de Protection de l’Environnement et Monsieur Taher KAABI du Commissariat Régional de Développement Agricole de Bizerte pour leur aide. Sommaire INTRODUCTION GENERALE………………………………………………………………………… 1 CHAPITRE I : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE……………….…………………………………… 10 I. CONTAMINATION DES ECOSYSTEMES AQUATIQUES PAR LES POLLUANTS ORGANIQUES………………………………………………………………………………….................. 11 I.1. Polluants d’origine agricole : les pesticides……………………………………………………….……. 11 a. Ecosystème aquatique : Réceptacle des polluants agricoles………………………………….…….…….. 13 b. Propriétés physico-chimique des pesticides………………………………………………….….……….. 15 I.2. Polluant d’origine industrielle : HAP et PCB…………………………………………………………... 16 a. Contamination des écosystèmes par les HAP…………………………………………………………...... 16 b. Contamination des écosystèmes par les PC…………………………………………………………......... 18 I.3. Réglementation et normes………………………………………………………………………………. 19 II. BIOSURVEILLANCE DES ECOSYSTEMES AQUATIQUES………………………………………… 22 II.1. Importance du Benthos dans la biosurveillance des écosystèmes aquatiques……………………......... 22 a. Sédiment………………………………………………………………………………………………….. 22 b. Benthos………………………………………………………………………………………………........ 22 c. Inter-relation : bactérie-nématode libres marins et chaine trophique dans le milieu marin…………........ 25 II.2. Impacts des polluants sur les communautés benthiques………………………………………………. 26 II.3. La biodiversité bactérienne…………………………………………………………………………….. 27 a. Techniques moléculaires en écologie microbienne………………………………………………………. 28 III. METHODE D’ANALYSE CHIMIQUE……………………………………………………………….. 31 IV. PRESENTATION DE L’ECOSYSTEME ETUDIE : COMPLEXE LAC ICHKEUL-LAGUNE DE BIZERTE……………………………………………………………………………………………………. 32 Références bibliographiques………………………………………………………………………………… 38 CHAPITRE II : MATERIELS ET METHODES…………………………..……………………………...... 52 I. STRATEGIE D’ECHANTILLONNAGE.................................................................................................... 53 II. PARAMETRES DESCRIPTEURS DES SITES D’ECHANTILLONNAGES…………………………. 58 II.1. La salinité…………………………………………………………………………………………......... 58 II.2. Le pH…………………………………………………………………………………………………… 58 II.3. L’oxygène…………………………………………………………………………………………......... 58 II.4. Les éléments nutritifs…………………………………………………………………………………… 58 III. ANALYSES CHIMIQUES………………………………………………………………………...... 59 III.1. Adaptation et validation de la méthode QuEChERS………………………………………………….. 59 III.1.1. Optimisation de l’extraction des HAP, PCB et OCP………………………………………............ 59 III.1.2. Extraction et purification des HAP, PCB et OCP……………………………………………………. 59 III.1.3. Dosage des HAP, PCB et OCP………………………………………………………………………. 60 IV. ANALYSES MOLECULAIRES ………………………………………………………………........... 60 IV.1. Extraction de l’ADN génomique………………………………………………………………………. 60 IV.2. Amplification des gènes de l’ARNr 16S………………………………………………………………. 60 IV.3. Analyse TRFLP……………………………………………………………………………………....... 61 IV.4. Pyroséquençage………………………………………………………………………………….......... 61 V. ETUDE DE LA MEIOFAUNE…………………………………………………………….………....... 61 VI. TRAITEMENT STATISTIQUE DES DONNEES……………………………………………........... 62 VI.1. Analyses univariées……………………………………………………………………………………. 62 VI.2. Analyses multivariées…………………………………………………………………………………. 62 Références Bibliographiques………………………………………………………………………………… 63 CHAPITRE III : STRATEGIE DE HIERARCHISATION DES POLLUANTS CHIMIQUES D’INTERET A RECHERCHER DANS LE COMPLEXE LAC ICHKEUL-LAGUNE DE BIZERTE…………………………………………………………………………………………………. 65 Partie A : Premier recensement des pesticides agricoles utilisés en Tunisie : cas du bassin agricole