Interfacial photochemistry of biogenic surfactants: a major source of abiotic volatile organic compounds

International audience15 Films of biogenic compounds exposed to the atmosphere are ubiquitously found on surfaces of cloud droplets, aerosol particles, buildings, plants, soils, and the ocean. These air/water interfaces host countless amphiphilic compounds concentrated there with respect to bulk water, leading to a unique chemical environment. Here, photochemical processes at the air/water interface of biofilm-containing solutions were studied, demonstrating abiotic VOC production from authentic biogenic 20 surfactants under ambient conditions. Using a combination of online-APCI-HRMS and PTR-ToF-MS, unsaturated and functionalized VOCs were identified and quantified, giving emission fluxes comparable to previous field and laboratory observations. Interestingly, VOC fluxes increased with the decay of microbial cells in the samples, indicating that cell lysis due to cell death was the main source for surfactants, and VOC production. In particular, irradiation of samples containing solely 25 biofilm cells without matrix components exhibited the strongest VOC production upon irradiation. In agreement with previous studies, LC-MS measurements of the liquid phase suggested the presence of fatty acids and known photosensitizers, possibly inducing the observed VOC production via peroxy-radical chemistry. Up to now such VOC emissions were directly accounted to high biological activity in surface waters. However, the obtained results suggest that abiotic photochemistry can 30 lead to similar emissions into the atmosphere, especially in less biologically-active regions. Furthermore, chamber experiments suggested that oxidation (O 3 /OH-radicals) of the photochemically-produced VOCs leads to aerosol formation and growth, possibly affectin

Environmental Concentrations of Copper, Alone or in Mixture With Arsenic, Can Impact River Sediment Microbial Community Structure and Functions

In many aquatic ecosystems, sediments are an essential compartment, which supports high levels of specific and functional biodiversity thus contributing to ecological functioning. Sediments are exposed to inputs from ground or surface waters and from surrounding watershed that can lead to the accumulation of toxic and persistent contaminants potentially harmful for benthic sediment-living communities, including microbial assemblages. As benthic microbial communities play crucial roles in ecological processes such as organic matter recycling and biomass production, we performed a 21-day laboratory channel experiment to assess the structural and functional impact of metals on natural microbial communities chronically exposed to sediments spiked with copper (Cu) and/or arsenic (As) alone or mixed at environmentally relevant concentrations (40 mg kg-1 for each metal). Heterotrophic microbial community responses to metals were evaluated both in terms of genetic structure (using ARISA analysis) and functional potential (using exoenzymatic, metabolic and functional genes analyses). Exposure to Cu had rapid marked effects on the structure and most of the functions of the exposed communities. Exposure to As had almost undetectable effects, possibly due to both lack of As bioavailability or toxicity toward the exposed communities. However, when the two metals were combined, certain functional responses suggested a possible interaction between Cu and As toxicity on heterotrophic communities. We also observed temporal dynamics in the functional response of sediment communities to chronic Cu exposure, alone or in mixture, with some functions being resilient and others being impacted throughout the experiment or only after several weeks of exposure. Taken together, these findings reveal that metal contamination of sediment could impact both the genetic structure and the functional potential of chronically exposed microbial communities. Given their functional role in aquatic ecosystems, it poses an ecological risk as it may impact ecosystem functioning

Méthodes de codage et de post-traitement par apprentissage pour la reconstruction de signaux vidéo 8K

8K video resolution has attracted a lot of interest from the industry as a media format for immersive video applications enhancing the end users’ quality of experience. However, delivering such a format on DTT, where backward compatibility is essential, is impossible due to the high bandwidth requirements of this format. This thesis aims to propose innovative compression and post-processing methods to perform the reconstruction of this format on the receiver side. The recent advances in AI-based technologies have demonstrated outstanding performances for the compression or post-processing (e.g., super-resolution) of video data. First, a study has been performed to assess the performance of compression methods and upcsaling algorithms on 8K video. Then, two multitask superresolution models dedicated to upscaling compressed videos have been developed. Finally, a learned compression system has been designed to guide a super-resolution model with metadata containing the high frequencies lost during downscaling. The results show that the proposed solution offers better performance than the state-of-the-art regarding the usecase of this thesis.La résolution d’image 8K a récemment connu un fort engouement dans la communauté de la vidéo. Du point de vue de la télévision numérique terrestre (TNT), l’introduction de ce nouveau format multimédia n’est envisageable qu’en assurant la compatibilité avec le parc d’équipement existant. Cependant, dû aux fortes contraintes de débit imposées par ce format, une diffusion 8K rétrocompatible sur la TNT n’est pas concevable avec les méthodes de compression actuelles. Cette thèse a pour objectif de proposer des méthodes innovantes permettant la reconstruction du signal 8K du côté des futurs récepteurs. Les dernières avancées proposées dans le domaine des technologies par apprentissage ont démontré des performances prometteuses pour la compression et le posttraitement (e.g., super-résolution) de données vidéos. Dans un premier temps, une étude évaluant les performances de différentes méthodes de compression et de super-resolution appliquées à des contenus 8K a permis de définir deux axes de recherche. Dans un premier axe, deux modèles de super-résolution multitâche dédiés au suréchantillonnage de vidéos compressées ont été développés. Le deuxième axe de la thèse a été dirigé vers le développement d’un algorithme de compression par apprentissage guidant le suréchantillonnage avec un flux de métadonnées. Les résultats ont montré que l’approche proposée offre de meilleures performances que l’état de l’art pour le cas d’usage défini

Contribution of antioxidant enzymes to toxicity assessment in fluvial biofilms

Per tal d’avaluar l’impacte de la contaminació en els ecosistemes aquàtics, aquesta tesi es centra en una aproximació multi-biomarcador en els biofilms. En complement dels biomarcadors clàssics, es va demostrar que les activitats dels enzims antioxidants (AEA): catalasa, ascorbat peroxidasa i glutatió reductasa eren biomarcardors d'estrès oxidatiu en els biofilms. Tot i que les AEA poden veure's influenciades amb la mateixa mesura per factors naturals (edat del biofilm, llum de colonització o d'exposició) i contaminants (herbicides i farmacèutics), aquestes AEA permeten entendre millor l'efecte dels contaminants. Cal remarcar que assajos de toxicitat aguda es poden utilitzar per comparar la capacitat antioxidant entre comunitats i conèixer la seva pre-exposició a l'estrès oxidatiu. Aquesta aproximació multi-biomarcador a nivell de comunitat és especialment interessant per avaluar la toxicitat dels contaminants emergents (β-blockers) sobre espècies no-diana. Per tal de millorar-la, també es va verificar la possibilitat de mesurar l'expressió gènica en biofilms.To evaluate the impact of contamination on aquatic ecosystem, this thesis focused on a multi-biomarker approach, including molecular biomarkers, in biofilms. To complete the traditional tool-box of biofilm biomarkers, antioxidant enzymes activities (AEA) of catalase, ascorbate peroxidase and glutathione reductase were shown to be biomarkers of oxidative stress in biofilms. Though AEA can be influenced in the same extent by natural factors (biofilm age, colonization or exposure light) and toxicants (herbicides and pharmaceuticals), they provided valuable information to understand the chemicals effects. In particular, short-term toxicity tests are of interest to compare communities capacity to cope with oxidative stress and to know their exposure history to such stress. This multi-biomarker approach at community-level was found to be especially interesting to assess toxicity of emerging pollutants (β-blockers) on non-target communities. To improve this approach, the feasibility of measuring gene expression in biofilms using a functional gene array was also shown

: Résultats clés de projets de recherche récents et perspectives en écotoxicologie microbienne

International audienc

Défis méthodologiques et conceptuels autour des mesures de tolérance microbienne aux polluants pour mieux diagnostiquer l'impact de la contamination

National audienceLa biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes sont régulièrement menacés par la présence d'une grande variété de polluants à des concentrations variables. Cette diversité des contaminants ainsi que leurs faibles concentrations peut compliquer l'identification des contaminants néfastes pour l'écosystème. Dans ce contexte, l'étude des communautés microbiennes peut fournir des outils et concepts intéressants afin d'identifier les contaminants altérant la structure ou le fonctionnement des communautés et ainsi estimer leur impact potentiel sur l'écosystème. En effet, la pollution chronique des écosystèmes agit comme une pression de sélection sur les communautés microbiennes, entraînant la disparition des espèces sensibles et favorisant les espèces résistantes. In fine, cette selection naturelle entraîne une augmentation de la tolérance de toute la communauté au contaminant auquel elle a été exposée, suivant le principe de l'acquisition de tolérance induite par la contamination (PICT : "Pollution induced community tolerance") popularisé par Blanck et al. (1988). En écotoxicologie des communautés microbiennes (notamment aquatiques), ce phénomène est utilisé comme une méthode a priori de détection des contaminants. Ainsi, plusieurs études ont mis en évidence le lien entre augmentation de la tolérance microbienne à un pesticide (e.g. diuron, Pesce et al., 2016) ou à un métal et la présence de ce contaminant dans l'environnement, en concentration et/ou fréquence suffisante pour induire des changements dans la communauté microbienne. Néanmoins, le développement de cette approche fait face à plusieurs défis méthodologiques et conceptuels. Tout d'abord, l'établissement de niveaux de tolérance de référence semble essentiel pour appliquer l'approche PICT en s'affranchissant de la comparaison avec un site de référence. Cela ne peut se faire sans une campagne à large échelle, incluant de nombreux sites de référence bien caractérisés et basée sur des tests de toxicité aiguë standardisés et adaptés aux communautés étudiées (périphyton, communauté microbienne attachée aux sédiments). Ensuite, les conséquences d'une acquisition de tolérance à un polluant pour le fonctionnement de la communauté microbienne ou de l'écosystème sont inconnues. En effet, l'approche PICT n'apporte aucune information sur l'état des communautés microbiennes ou leur vulnérabilité. D'une part, l'acquisition de tolérance à un contaminant peut protéger la communauté microbienne d'une contamination similaire suivant le principe de co-tolérance. D'autre part, le « coût » de l'adaptation permettant une augmentation de la tolérance de la communauté est généralement associée à une perte de biodiversité qui pourrait augmenter la vulnérabilité des communautés en cas de stress multiple (Loreau & de Mazancourt, 2013). Plusieurs études ont mis en avant le concept de co-tolérance microbienne entre différents stresseurs (Bonnineau et al., 2012; Tlili et al., 2010) mais des connaissances supplémentaires sont nécessaires pour évaluer plus largement la vulnérabilité à d'autres stresseurs d'une communauté microbienne résistantes à la contamination. Cette présentation a pour objectif de présenter le concept du PICT à travers quelques exemples pour ensuite proposer une discussion sur les liens entre adaptation, acquisition de tolérance, biodiversité et vulnérabilité des communautés microbiennes

De l'observation à l'expérimentation : la démarche scientifique

National audienceCe poster décrit de manière pédagogique comment la démarche scientifique est appliquées tant dans les sciences de la vie et de la terre que dans les sciences humaines

Dynamique d'acquisition de la tolérance au glyphosate chez les communautés microbiennes périphytiques : étude en microcosmes.

National audienceLe glyphosate est l’herbicide le plus fréquemment retrouvé dans les cours d’eau à des concentrations pouvant atteindre plusieurs μg.L-1 (Carles et al. 2019). Plusieurs études ont montré les effets délétères du glyphosate sur la faune et la flore aquatique. En particulier, la structure des communautés microbiennes du périphyton est altérée par des concentrations environnementales de glyphosate (~10 μg.L-1, Pesce et al. 2009). Ces changements structurels sont susceptibles de s’accompagner de changements fonctionnels, suivant le principe du PICT (Pollution induced community tolerance). En effet, l’exposition chronique des communautés microbiennes à un pesticide peut entraîner une sélection d’individus/espèces résistants au détriment des plus sensibles, engendrant ainsi une augmentation du niveau de tolérance globale de la communauté microbienne exposée à ce pesticide. L’étude de ces capacités adaptatives permet d’établir in situ des liens entre exposition et effets biologiques sur les communautés microbiennes. Ainsi, des études préliminaires ont montré une acquisition de tolérance au glyphosate corrélée aux concentrations en glyphosate mesurées in situ dans la rivière La Cleurie (Vosges). Néanmoins, la présence d’autres contaminants pourrait également influencer cette acquisition de tolérance. L’objectif de notre étude est de démontrer le lien de cause-à-effet entre exposition au glyphosate et acquisition de tolérance via une étude en conditions contrôlées en microcosmes. Pour cela, du périphyton issu d’une zone non-contaminée au glyphosate à l’amont de La Cleurie a été mis en culture au laboratoire puis exposé à un gradient de glyphosate (0,1 à 150 μg.L-1) dans des canaux permettant de reproduire le fonctionnement de la rivière. Après 2, 4 et 6 semaines d’exposition, la tolérance du périphyton au glyphosate et à l’AMPA a été déterminée via des tests de toxicité aigüe. Après 4 semaines d’exposition, l’effet du glyphosate sur les enzymes microbiennes extra-cellulaires impliquées dans les cycles biogéochimiques (β-glucosidase, leucine aminopeptidase, phosphatase) a également été évalué. De plus, la contamination au glyphosate a été supprimée pour la moitié des canaux contaminés après 4 semaines afin de pouvoir évaluer la résilience des communautés microbiennes 2 semaines après cet arrêt de la contamination. Les premiers résultats montrent une baisse de la tolérance microbienne au glyphosate aux faibles concentrations (0,1; 0.5 μg.L-1) dès 2 semaines d’exposition mais peu d’effet des concentrations plus élevées. L’analyse des résultats obtenus après 4 et 6 semaines d’exposition permettra de compléter ces premiers résultats pour mieux décrire la dynamique d’acquisition de la tolérance au glyphosate chez le périphyto

VERSATILE VIDEO CODING AND SUPER-RESOLUTION FOR EFFICIENT DELIVERY OF 8K VIDEO WITH 4K BACKWARD-COMPATIBILITY

International audienceIn this paper, we propose, through an objective study, to compare and evaluate the performance of different coding approaches allowing the delivery of an 8K video signal with 4K backward-compatibility on broadcast networks. Presented approaches include simulcast of 8K and 4K single-layer signals encoded using High-Efficiency Video Coding (HEVC) and Versatile Video Coding (VVC) standards, spatial scalability using SHVC with 4K base layer (BL) and 8K enhancement-layer (EL), and super-resolution applied on 4K VVC signal after decoding to reach 8K resolution. For up-scaling, we selected the deep-learning-based super-resolution method called Super-Resolution with Feedback Network (SRFBN) and the Lanczos interpolation filter. We show that the deep-learning-based approach achieves visual quality gain over simulcast, especially on bit-rates lower than 30Mb/s with average gain of 0.77dB, 0.015, and 7.97 for PSNR, SSIM, and VMAF, respectively and out-performs the Lanczos filter in average by 29% of BD-rate savings

Intérêt des communautés microbiennes pour mieux prendre en considération le continuum sol-eau dans les recherches en écologie et écotoxicologie

National audienceLa qualité et le fonctionnement des hydrosystèmes sont fortement conditionnés par les caractéristiques des bassins versants dont ils dépendent et des mécanismes qui régissent les interactions entre les compartiments aquatiques et terrestres qui les composent. Si de nombreuses recherches portent sur l'influence de ces interactions sur les caractéristiques physiques et chimiques des milieux aquatiques, force est de constater que la notion de connectivité biologique entre ces compartiments reste peu étudiée à ce jour. De par leur caractère ubiquiste, leur forte abondance et leur grande diversité taxonomique et fonctionnelle, les microorganismes (bactéries, algues, champignons...) jouent un rôle écologique majeur dans tous les types d'écosystèmes. Chaque évènement d'échange entre les compartiments terrestre et aquatique (ex. ruissellement, érosion, crue...) est susceptible d'entrainer a minima le transfert de plusieurs milliards de microorganismes et de leur matériel génétique dans le milieu récepteur, engendrant ainsi potentiellement des conséquences en terme de biodiversité et de potentiel fonctionnel. Ainsi, une première expérience réalisée en 2008 nous a permis de démontrer que des phénomènes d'érosion pouvaient favoriser le transfert des capacités de biodégradation de pesticides de communautés microbiennes d'un bassin versant viticole à celles du sédiment d'un cours d'eau adjacent via l'implantation et le développement des populations terrestres 'biodégradantes' dans le sédiment et/ou le transfert de leur potentiel génétique aux communautés benthiques autochtones (Pesce et al. 20101, 20132). Dans le cadre d'un projet ANR en démarrage (ANTIBIOTOX3), nous ambitionnons à présent de mieux comprendre comment laconnectivité entre le milieu terrestre et le milieu aquatique favorise l'adaptation des communautés microbiennes sédimentaires aux antibiotiques d'origine vétérinaire dans des agrosystèmes contaminés par ces substances (i.e. développement de capacités de résistance et/ou de biodégradation de ces substances). Il s'agira notamment d'appréhender finement la part des mécanismes associés (i.e. implantation de populations d'origine terrestre et/ou transferts horizontaux de gènes). Cela permettra en particulier de mieux identifier les différents processus qui contribuent à la dispersion des antibiorésistances dans les agrosystèmes. Sur la base de ces exemples, nous pourrons ainsi initier une réflexion autour de l'intérêt (et des limites) des communautés microbiennes pour mieux prendre en considération le continuum sol-eau dans les recherches en écologie et écotoxicologie