Les activités industrielles intensives du siècle dernier ont laissé derrière elles des sols de friches multi-contaminés. Cette multi-pollution a dû conduire à une adaptation des communautés microbiennes, impactant potentiellement leurs diversités et in fine le fonctionnement du sol. Dans ce contexte, les objectifs de mes travaux de thèse étaient : i) d'étudier la diversité taxonomique des communautés microbiennes mais aussi leur diversité fonctionnelle en lien avec le cycle du carbone, ii) d'identifier les éventuels liens qui unissent ces deux diversités et iii) de comprendre comment les caractéristiques des sols et leur pollution pouvaient modifier ces liens. Pour cela, une collection de sols présentant un gradient de pollution par des hydrocarbures aromatiques polycycliques (i.e. HAPs) et des éléments traces métalliques (i.e. ETMs) a été étudiée. La diversité taxonomique des communautés bactériennes et fongiques a été obtenue par séquençage Illumina MiSeq, tandis que la diversité fonctionnelle métabolique a été estimée à l'aide de microplaques Biolog® et MicroResq". La dégradation de deux substrats carbonés modèles marqués au ¹³C, l'un d'origine anthropique (i.e. un HAP, le phénanthrène), l'autre d'origine naturelle (i.e. cellulose) a également été analysée par la technique de Stable Isotope Probing, qui, en identifiant les microorganismes impliqués dans la dégradation de ces composés, permet de lier la diversité taxonomique et la fonction. Globalement, en sélectionnant les microorganismes, le niveau de contamination a diminué, ou au contraire augmenté, l'abondance relative de différents taxons bactériens et fongiques. La composition des communautés bactériennes était également influencée par la texture et la teneur en azote des sols. De plus, contrairement aux HAPs, les ETMs ont induit une diminution de la diversité fonctionnelle métabolique, mais aussi une tolérance accrue au zinc. Les taux de dégradation du phénanthrène et de la cellulose étaient d'autant plus élevés que l'abondance et la richesse spécifique microbienne des sols étaient grandes, mais ne dépendaient pas du niveau de pollution des sols. Bien que les sols fortement pollués par des HAP présentaient un fort potentiel fonctionnel (i.e. gènes codant des HAP-dioxygénases) la fonction de dégradation du phénanthrène était présente à des niveaux significatifs dans tous les sols, y compris dans les contrôles non pollués. En revanche la fonction de dégradation de la cellulose était présente à des niveaux variables, parfois très faibles dans certains sols. En outre, le taux de dégradation du phénanthrène était expliqué par les abondances relatives des genres Massilia et Mycobacterium identifiés parmi les bactéries dégradantes. Différents taxons bactériens et fongiques impliqués dans la dégradation de la cellulose ont été identifiés. Dans ces populations, les bactéries étaient plus diversifiées que les champignons, suggérant que différents mécanismes, probablement complémentaires, seraient en jeu dans la dégradation de la cellulose. En conclusion, nous avons observé une diminution de l'intensité de dégradation de plusieurs composés carbonés, voire la disparition totale de la fonction, pouvant témoigner d'un dysfonctionnement du cycle du carbone dans certains des sols les plus pollués.
Mots-clés : microorganismes, sols, HAP, ETM, diversité taxonomique, fonctions, cycle du carbone

Abstract
The intensive industrial activities of the last century have left behind multi-contaminated brownfields. Multi-pollution must have led to an adaptation of microbial communities, potentially impacting their diversity and ultimately the soil functioning. In this context, the objectives of my PhD thesis were to: i) study the taxonomic diversity of microbial communities but also their functional diversity in relation to the carbon cycle, ii) identify the possible links between these two diversities and iii) understand the impact of soil characteristics and pollution on communities. For this, a collection of soils with a pollution gradient of polycyclic aromatic hydrocarbons (i.e. PAHs) and metallic trace elements (i.e. MTEs) was studied. The taxonomic diversity of bacterial and fungal communities was obtained using Illumina MiSeq sequencing, while metabolic functional diversity was estimated using Biolog® and MicroResq" microplates. The degradation of two model ¹³C-labeled carbon substrates, one anthropogenic (i.e. phenanthrene) and the other natural (i.e. cellulose), was also analysed by the Stable Isotope Probing technique, which, by identifying the microorganisms involved, allows to link diversity and function. Overall, by selecting microorganisms, the level of contamination has decreased or increased the relative abundance of different bacterial and fungal taxa. The composition of bacterial communities was also influenced by soil texture and nitrogen content. In addition, unlike PAHs, the MTEs induced a decrease in metabolic functional diversity, but also a greater zinc tolerance. The phenanthrene and cellulose degradation rates were not linked to the pollution level but were higher when microbial abundance and richness were high. Although PAH-polluted soils had high functional potential (i.e. genes encoding PAH-dioxygenases), the phenanthrene degradation function was present at significant levels in all soils, including in the unpolluted controls. On the contrary, the cellulose degradation function was present at varying and sometimes very low levels in some soils. In addition, the phenanthrene degradation rate was explained by the relative abundances of the genera Massilia and Mycobacterium identified as degrading bacteria. Different bacterial and fungal cellulose-responsive taxa have been identified. In these populations, bacteria were more diverse than fungi, suggesting that different, possibly complementary, mechanisms would be involved in the degradation of cellulose. In conclusion, we observed a decrease in the degradation intensity of several carbon compounds, or even the total disappearance of the function suggesting a dysfunction of the carbon cycle in some of the most polluted soils.
Keywords: microorganisms, soils, PAH, MTE, taxonomic diversity, functions, carbon cycle