Les diatomées sont des microalgues unicellulaires omniprésentes sur Terre et utilisées comme bioindicateurs pour évaluer l'impact de contaminations sur les écosystèmes aquatiques. Elles font également l'objet d'une attention croissante en tant que matériel de décontamination de métaux lourds d’effluents contaminés ou à des fins de biorestauration in situ. Cependant, les interactions entre les diatomées et les radioéléments, notamment l'uranium (U) et le radium (Ra), restent peu documentées. Ce travail vise à étudier tant au niveau macroscopique que moléculaire, les interactions de U et du Ra avec une culture xénique de diatomées Achnanthidium minutissimum, dans laquelle une communauté bactérienne est naturellement associée de manière symbiotique. Des expériences de bio-association de U et du Ra sont faites en présence de diatomées afin d’évaluer les fractions en U/Ra adsorbées et incorporées. En parallèle, diverses techniques de microscopie et de spectroscopie sont appliquées pour étudier la localisation et la spéciation de U au niveau cellulaire. Les résultats démontrent une bio-association significative de U et du Ra avec les diatomées et soulignent le rôle important des groupes carboxyliques et phosphates dans l'interaction U-diatomées. Les deux mécanismes d’adsorption et d’incorporation ont pu être mis en évidence pour U et Ra, la répartition entre les fractions adsorbées et incorporées dépendant de la phase de croissance des diatomées et du temps de contact entre les micro-algues est les radioéléments. Ce travail met également en évidence la contribution significative des bactéries symbiotiquement associées aux diatomées aux interactions globales.