Etude de l'impact écologique de faibles bruits de fond radioactifs renforcés naturellement (NORM) ou par une activité humaine (TE-NORM) : Les diatomées, modèle pertinent pour explorer l'effet chronique de la radioactivité parmi d'autres facteurs stressants dans les biotopes aquatiques.

Study of the ecological impact of low-level radioactive backgrounds enhanced naturally (NORM) or by human activity (TE-NORM) : Diatoms as a relevant model to explore chronic effect of radioactivity among other stressors in aquatic biotopes

• Auteur / Autrice : Lory-Anne Baker
• Direction : Pradeep Ram Angia Sriram, Aude Beauger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Microbiologie
• Date : Soutenance le 04/04/2023
• Etablissement(s) : Université Clermont Auvergne (2021-...)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences de la vie, santé, agronomie, environnement (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Microorganismes : Génome et environnement - Laboratoire de Géographie Physique et Environnementale
• Jury : Président / Présidente : Bart Van de Vijver
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Soizic Morin, Virginie Chapon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radioécologie

Diatomées

Mots clés libres

Diatomées

Radioactivité naturelle

Communautés naturelles

Sources minérales

Mines d'uranium

Faible dose

Diatoms

Natural radioactivity

Natural community

Mineral spring

Uranium mining

Low dose

Résumé

La vie a évolué sur Terre pendant des millions d'années en présence de bruit de fond naturellement radioactifs. Ces rayons ionisants ont probablement contribué à façonner les formes de vie actuelles. Cependant, il existe peu d'études sur les effets de ces bruits de fond radioactifs sur les organismes. Ainsi, l'objectif principal de la thèse était de comprendre l'influence de bruits de fond radioactifs naturels ou renforcés par une activité humaine sur les paramètres écologiques (richesse, composition taxonomique et structure) des communautés de diatomées benthiques. Dans le premier volet de la thèse, nous nous sommes focalisés sur l'impact de la radioactivité, dans vingt-six sources minérales du Massif central (France), sur les diatomées benthiques via des approches morphologiques et génétiques (metabarcoding). Toutefois, dans un premier temps, comme les sources possèdent différents substrats à proximité de leur émergence, nous avons testé si l'échantillonnage de ces différents substrats avait un impact sur les paramètres écologiques des diatomées. De fait, nous avons pu prouver que l'influence du substrat sur la structure des communautés est négligeable par rapport à la localisation géographique des sources (cf. conditions environnementales). Puis, nous avons démontré que la radioactivité (notamment l'uranium 238 et le radon 222) est un facteur qui influence encore la structuration des communautés de diatomées benthiques dans les sources minérales. Nous avons également démontré que l'espèce Planothidum frequentissimum est particulièrement associée aux sources avec les niveaux les plus élevés en uranium 238 ou en radon 222. Cette observation fait de cette espèce, un potentiellement bio-indicateur de concentrations élevées en ces deux radioéléments. De plus, parmi les sources étudiées, il se trouvait la source bitumineuse de la Poix qui est une particularité géologique avec une eau extrêmement minéralisée. Les paramètres singuliers qui la caractérisent n'ont pas permis de l'inclure dans nos analyses statistiques mais ont conduit à l'étude de sa diversité inédite. Le cortège d'espèces retrouvés à la Poix est principalement composé de taxons marins et d'eau saumâtre. L'étude de cette source souligne le caractère insulaire des sources. Ensuite, nous avons eu l'opportunité de nous intéresser à l'influence de la radioactivité dans les sources minérales sur l'abondance d'autres acteurs des communautés microbiennes: les virus et les procaryotes. A travers ces travaux, nous avons mis en évidence que si la radioactivité a une influence sur l'abondance des phages, elle n'a aucun effet sur celle des procaryotes.Dans le deuxième et dernier volet de la thèse, nous nous sommes intéressés à l'influence de radioactivité renforcée par une activité humaine telle que l'exploitation minière d'uranium. Pour cela, nous avons étudié les diatomées fossiles de la zone humide sur le site de l'ancienne mine de Rophin (France) via une approche paléoenvironnementale. Cette étude a révélé que l'exploitation de la mine d'uranium n'a pas eu d'impact important sur les communautés de diatomées. Mis tous ensemble, les résultats obtenus par les différentes méthodes utilisées apportent des informations supplémentaires sur l'influence de faible bruit de fond radioactif sur des populations de micro-organismes aquatiques, un domaine encore peu exploré.

Life on Earth has evolved over millions of years in the presence of natural background ionising radiation. Exposure to these ionising radiation may have helped to shape present-day life forms. However, little research has been conducted to examine the influence of the radiation on natural populations. The main objective of my thesis was to understand the influence of natural or anthropized radioactive backgrounds on the ecological parameters (richness, taxonomic composition and structure) of benthic diatom communities. In the first part of the thesis, my work was focused on the impact of radioactivity on benthic diatoms in twenty-six mineral springs of the Massif Central (France) has been studied using morphological and genetic (metabarcoding) approaches. Since the springs have different substrates near their emergence, we first tested whether sampling different substrates had an impact on the ecological parameters of the diatoms. Results showed that the influence of the substrate on the structure of the communities is negligible compared to the geographical location of the sources (cf. environmental conditions). Then, radioactivity (in particular uranium 238 and radon 222) has been shown to still influences the structuring of benthic diatom communities in mineral springs. Additionally, the species Planothidum frequentissimum is particularly associated with and springs with the highest levels of uranium-238 or radon-222. This species can be considered as a potential bioindicator of high uranium-238 or radon-222 concentrations. Among the springs studied, the bituminous Poix spring is a geological feature with extremely mineralised water. These parameters do not allow us to include this spring in our statistical analyses but have led to the study of its unusual diversity. The range of species found at the Poix is mainly composed of marine and brackish water taxa. The study of this spring underlines the insular character of the springs. In the second part of the thesis, we had the opportunity to study the influence of radioactivity in mineral springs on other microbial communities (viruses and prokaryotes) has been studied. Through this work, it has been noted that radioactivity has an influence on the abundance of viruses but has no effect on the prokaryotes population. Finally, the last part of the thesis focused on the influence of radioactivity reinforced by human activities such as uranium mining. Using the paleoenvironmental approach, we studied the fossil diatoms of the wetland on the site of the former Rophin mine (France). This study revealed that the uranium mine operation did not have a significant impact on diatom communities. This thesis provides additional information on the influence of low radioactive background noise on natural aquatic populations.