Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie-Physique : Metz : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre. Notes bibliographiques.

Thèse doctorat : Géosciences : Nancy 1 : 2004. / Titre provenant de l'écran-titre.

L’objectif du travail de recherche était de mettre en relation dans des sols de cokeries anciennement contaminés, la biodisponibilité de polluants (HAP et/ou métaux lourds), leur génotoxicité et leurs effets populationnels chez le ver de terre Eisenia fetida. Cette étude a montré que les sols étudiés, malgré une contamination similaire, présentaient une toxicité vis-à-vis des vers de terre et d’autres organismes terrestres (plantes, collemboles) totalement différente. Ces différences d’écotoxicité seraient imputables à la biodisponibilité des polluants, différente entre les sols. Cette étude a également montré que le traitement de thermodésorption, appliqué à l’un des sols contaminés, augmentait la biodisponibilité des métaux lourds. Le traitement de thermodésorption modifierait à la fois 1) la nature et la composition de la matière organique du sol, 2) la spéciation des métaux lourds, 3) les liens entre la matière organique et les métaux, les rendant plus biodisponibles et génotoxiques vis-à-vis des vers de terre. L’approche biologique-écotoxicologique, qui prend en considération la biodisponibilité des polluants, se révèle donc essentielle en complément de l’approche physico-chimique dans l’évaluation 1) des risques et 2) de l’efficacité de remédiation des sols contaminés. Cette étude a également montré que la mesure des dommages à l’ADN des coelomocytes de vers de terre est un biomarqueur pertinent dans l’évaluation de la génotoxicité des polluants des sols. Ce biomarqueur de génotoxicité peut être utilisé en tant qu’indicateur de biodisponibilité des polluants. Il s’est révélé plus sensible que la survie et au moins aussi sensible que la reproduction, qui sont deux paramètres étudiés classiquement chez les vers de terre. Ce biomarqueur de génotoxicité pourrait être utilisé en tant qu’indicateur précoce de perturbations physiologiques, même si le lien mécanistique entre les dommages à l’ADN et les répercussions sur la reproduction des vers de terre nécessite des recherches ultérieures / The aim of this work research was to show in formerly-contaminated coking plant soils a relationship between the bioavailability of soil pollutants (PAH and/or heavy metals), their genotoxicity and their populational effects in the Eisenia fetida earthworm. This study showed that despite a similar contamination studied soils exhibited a great difference in ecotoxicity to earthworms and other terrestrial organisms (plants, springtails). Differences in ecotoxicity of soils would be attributable to bioavailability of soil pollutants which is different between soils. This study also showed that thermal desorption applied on one of the contaminated soils increased bioavailability of heavy metals. Thermal desorption would modify 1) the nature and composition of soil organic matter, 2) the speciation of heavy metals, 3) links between soil organic matter and heavy metals, rendering them more bioavailable and genotoxic to earthworms. The biological-ecotoxicological approach, which takes into consideration the bioavailability of soil pollutants, reveals to be necessary in addition of the physico-chemical approach in the evaluation of 1) risks and 2) remediation efficiency of contaminated soils. This study also showed that the measure of DNA damage in coelomocytes of earthworms is a relevant biomarker in the evaluation of genotoxicity of soil pollutants. This biomarker of genotoxicity can be used as indicator of bioavailability of soil pollutants. It revealed more sensitive than survival and as sensitive as reproduction, which are classical endpoints measured in earthworms. This biomarker of genotoxicity could be used as early indicator of physiological disturbances, even if the mechanistic link between DNA damage and effects on reproduction require further studies

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / En raison de leur grande réactivité, il est ardu de synthétiser des composés à caractère biradicalaire, ce qui limite grandement leur utilisation dans plusieurs applications comme l’optique non linéaire et l’électronique organique. Les intéressantes propriétés de ces molécules proviennent de l’équilibre entre leur forme couche fermée, où les électrons de l’orbitale de valence sont appariés, et leur forme couche ouverte, où ces électrons sont situés dans des orbitales différentes. La principale méthode afin d’obtenir ce type de composés s’appuie sur la stabilisation par génération de sextets de Clar, c’est-à-dire par l’augmentation de l’aromaticité de leur système lors du passage en couche ouverte. Cette méthode, bien qu’efficace, donne des molécules très rigides, dont le caractère biradicalaire n’apparait qu’à une température donnée. Notre stratégie est d’utiliser l’encombrement stérique pour forcer notre composé à adopter une structure biradicalaire, plutôt que d’utiliser le gain d’énergie fourni par l’aromatisation d’une molécule. En brisant les liaisons π de liaisons doubles, on rend à ces liens un caractère de liaison simple permettant un plus grand degré de liberté. Ce faisant, la molécule peut adopter une conformation moins encombrée. L’objectif de ce projet est d’augmenter la conjugaison du système π du 4,10-dibromoanthanthrone afin de modifier ses propriétés optiques et électroniques dans le but de générer des composés à caractère biradicalaire. En plus de sa structure déjà très conjuguée, il s’agit d’une molécule très étendue permettant ainsi d’atteindre un encombrement stérique important. Cette approche rend possible l’obtention de molécules dont le caractère biradicalaire peut être atteint par deux méthodes différentes, soit par augmentation de la température en solution, soit par application de pression en phase solide. / Due to their inherent reactivity, biradical compounds synthesis is hard, limiting their uses in many applications such as non-linear optics and organic electronics. Their interesting properties arise from the equilibrium between their close-shell electronic structure, where valence orbital electrons are paired, and their open-shell state, where those electrons are located in two different orbitals. The main strategy used to obtain those compounds is based on Clar’s sextets generation, which increases the system’s aromaticity when adopting the close shell conformation. While effective, this method usually produces rigid molecules whose biradical character only appears at a given temperature. Our strategy is to force our compound to adopt a biradical structure by using steric hindrance as the driving force rather than the aromatic stabilization. By breaking the π component of a double bond, it gains a simple bond character, making it easier for the molecule to rearrange itself in a sterically less energetic conformation. The main goal of this project is to expand the 4,10-dibromoanthanthrone π-system conjugation in order to modify its optic and electronic properties, and generate biradical compounds. In addition to its fully conjugated structure, this molecule is very large, generating an important steric hindrance. This strategy is discussed in this manuscript and biradical character is observed on multiple compounds, revealed by temperature augmentation in solution and pressure application in solid phase.

La présence d’hydrocarbures dans l’environnement que ce soit suite à un déversement accidentel de pétrole en mer ou suite à des apports chroniques, est une préoccupation majeure en raison de leur écotoxicité et de leur potentiel à être bioaccumulés, et ainsi, pénétrer la chaîne alimentaire. Par conséquent, ces molécules sont sous haute surveillance et il est nécessaire de disposer de méthodes analytiques permettant de les identifier et de les quantifier, et ceci, pour des concentrations allant du mg/L au ng/L. Cependant et dans la plupart des cas, les analyses en laboratoire des hydrocarbures, notamment aromatiques, se limitent à la quantification des 16 hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) identifiés par l’Agence américaine de Protection Environnementale (US-EPA) comme étant dangereux pour l’environnement du fait de leur caractère cancérigène. Or, les hydrocarbures aromatiques polycycliques soufrés (HAPS) ainsi que leurs homologues substitués sont, sur le plan chimique, structurellement proches des HAP, et peuvent donc présenter des risques environnementaux similaires, à savoir être cancérigènes ou mutagènes. Le travail de recherche réalisé s’inscrit dans ce contexte avec pour objectif des développements méthodologiques permettant l’extraction et l’analyse d’une gamme plus large de HAP, des HAPS et leurs dérivés alkylés directement dans les produits pétroliers ou dissous en phase aqueuse. Des protocoles d’extraction par "stir bar sorptive extraction" (SBSE) et par microextraction sur phase solide (SPME), et des méthodes d’analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse simple (GC-MS) et en tandem (GC-MS-MS) ont été développés. Les résultats obtenus plaident en faveur de ces méthodologies aussi bien en termes de linéarité de la réponse qu’en termes de sensibilité, méthodologies qui ont été appliquées avec succès pour la détermination des analytes d’intérêt dans des fractions solubles préparées au laboratoire (WAF et WSF). Pour la CG-MS-MS, si elle se révèle particulièrement adaptée car elle apporte un degré de certitude élevé, elle n’en reste pas moins une technique délicate à mettre en oeuvre, notamment dans le cas des composés alkylés pour lesquels des solutions étalons ne sont pas disponibles. Pour pallier cette difficulté, un produit de référence contenant l’ensemble des analytes d’intérêt a été caractérisé. Pour les composés alkylés non disponibles commercialement, des appro-ximations ont été effectuées par MS simple en se basant sur une analyse comparée des coefficients de réponse en mode MRM et SIM. La méthodologie ainsi mise au point a permis de caractériser le fioul de l’Erika avec une faible variabilité des résultats. Ce produit peut servir de référence pour l’analyse quantitative de l’ensemble des familles de composés identifiés dans cette étude. / The presence of hydrocarbons in the environment either as a result of oil spills at sea or due to chronic discharge is a major concern because of their ecotoxicity and their potential to bioaccumulate and thus enter the food chain. Therefore, these molecules are closely monitored and reliable analytical methods are required to identify and quantify them, for concentrations ranging from mg/L to ng/L. However, in most cases, laboratory analyses of hydrocarbons, especially aromatic hydrocarbons, are limited to the quantification of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) identified by the U.S. Environmental Protection Agency (U.S. EPA) as hazardous to the environment due to their carcinogenic nature. However, polycyclic aromatic sulphur heterocycles (PASHs) and their substituted homologs are, in chemical terms, structurally similar to PAHs, and therefore can pose similar environmental risks, i.e. they can be carcinogenic or mutagenic. In this context, the research work carried out aims to develop methodologies for the extraction and analysis of a wider range of PAHs, PASHs and their alkyl derivatives directly in oil or dissolved in the aqueous phase. Extraction protocols by stir bar sorptive extraction (SBSE) and solid phase microextraction (SPME), and methods of analysis by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) and with tandem mass spectrometry (GC-MS-MS) have been developed. The results argue in favor of these methodologies both in terms of linearity of the response and in terms of sensitivity. These methodologies that have been successfully applied for the determination of analytes of interest in the water accommodated fraction and water soluble fraction prepared in the laboratory (WAF and WSF). For GC-MS-MS, while it is particularly suitable because it provides an additional level of selectivity, it is a difficult technique to implement, in particular in the case of molecules for which no calibration solutions are available. To overcome this difficulty, a reference oil containing all the target molecules was characterized. For alkylated compounds that are not commercially available, approximations were made by simple MS, based on comparative analysis of response coefficients in MRM (Multiple Reaction Monitoring) and SIM (Single Ion Monitoring) modes. The finalized method was used to characterize the Erika fuel oil, with low variability in the results. This product can be used as a reference for the quantitative analysis of all the families of molecules identified in this study.

Ce travail est une étude expérimentale de la spectroscopie électronique des cations hydrocarbures aromatiques polycycliques (PAH) et de leurs agrégats dans des conditions simulant celles régnant dans le milieu interstellaire, froids et totalement isolés. L’objectif principal est d’obtenir des spectres au laboratoire qui puissent être comparés aux spetres des Bandes Diffuses Interstellaires et d’explorer les propriétés des agrégats de PAH. / This work is mainly an experimental study of the electronic spectroscopy of the polycyclic aromatic hydrocarbon cations and their clusters in conditions close to those of the interstellar medium. The aim of this study is to obtain data that can be compared with the spectrum of the diffuse interstellar bands and to explore the properties of PAH clusters.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont des polluants organiques persistants (POP) émis essentiellement par les activités humaines suite à la combustion incomplète de la matière organique (industrie, chauffage, trafic routier...). En raison de leur faible taux de dégradation, de leur toxicité et de leur bioaccumulation, les HAPs font l'objet de plusieurs études d'écotoxicologie. La présente thèse, entreprise dans ce contexte par le biais d'une étude microcosmique se propose d'évaluer l'impact des HAPs sur la microflore et la méiofaune et d'appliquer différentes techniques de bioremédiation (biostimulation, bioaugmentation et combinaison des deux techniques) dans le but de dégrader les HAPs. Nos résultats ont montré que les HAPs sont toxiques aussi bien pour la microflore que pour la méiofaune de la lagune de Bizerte. Sur la microflore, l'effet toxique de ces contaminants s'est manifesté par l'inhibition de l'activité bactérienne à l'interface eau–sédiment et par la modification profonde de la structure des communautés bactériennes. En ce qui concerne la méiofaune, les HAPs ont entrainé une altération de la structure des communautés nématologiques. En effet, nous avons pu caractériser des espèces indicatrices de pollution par les HAPs. Ainsi, l'espèce Spirinia parasitifera dont la densité s'accroît dans tous les microcosmes contaminés par les HAPs paraît être une espèce “opportuniste” à la pollution par les HAPs. Cependant, Oncholaimus campylocercoïdes, fortement dominante dans tous les microcosmes témoins, a diminué de densité dans tous les microcosmes contaminés et a été considérée comme HAP-sensible. En analysant la structure des communautés microbiennes et méiofaunistiques, nous avons observé que la méiofaune joue un rôle structurant dans le maintien d'une communauté microbienne peu sensible aux effets des HAPs. Ce rôle structurant a été moins prononcé dans le cas d'ajout des sels nutritifs par la technique de biostimulation ; technique qui a présenté des effets non significatifs vis-à-vis des communautés nématologiques et a semblé plus efficace dans la minéralisation des HAPs et par conséquent à la réduction de leur effet toxique sur les organismes benthiques. Ces résultats suggèrent que la bioremédiation serait une alternative prometteuse à la dégradation des HAPs. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants (POP) emitted mainly by human activities due to the incomplete combustion of organic matter (industry, heating, traffic ...). Because of their low rate of degradation, their toxicity and their bioaccumulation, PAHs are main of concern in ecological studies. In this context, the objectives of this thesis were to assess the impact of PAHs on the benthic microflora and meiofauna and apply different techniques of bioremediation (biostimulation, bioaugmentation and combination of both treatments) in order to degrade PAHs, using experimental approach with microcosms.Our results showed that PAHs are toxic for microflora but also for meiofauna of Bizerta lagoon. The toxic effects of these contaminants were demonstrated by the inhibition of bacterial activity in the sediment/water interface and by profound changes in the structure of bacterial communities. PAHs provoked significant changes on meiofaunal community with the selection of nematode species that could be proposed as bioindicators of PAH pollution. Thus, Spirinia parasitifera which significantly (p<0.05) increased in PAH contaminated microcosms, suggesting that it is an "opportunistic» species to PAH pollution. In contrast, Oncholaimus campylocercoïdes, strongly dominant in control microcosms, decreased in PAH contaminated microcosms and seemed to be a ‘‘PAH-sensitive'' species.By analyzing the structure of microbial and meiofaunal community, we observed that the structural role of meiofauna on bacteria community structure was still evident even under PAH contamination despite the toxic effects on meiofauna. However, this structural role of meiofauna disappeared when nutrients were added to the sediment resulting in an almost complete removal of PAHs. Biostimulation seemed to be the most effective bioremediation strategy in the reduction of PAH toxic effects on benthic organisms. Overall, these results suggest that bioremediation using nutrient addition is a promising alternative technique for the degradation of PAHs in coastal polluted environments.

La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude du réarrangement [2,3] sigmatropique des nitrés allyliques en alcools allyliques. Une méthodologie simple et flexible pour la synthèse d'alcools allyliques complexes est présentée. Dans la 2e partie, une nouvelle méthodologie de synthèse d'allènes et de structures polycycliques à partir de radicaux propargyliques est décrite. Le dernier chapitre est consacré à la synthèse de systèmes polycycliques à partir de dérivés nitrés allyliques.

Une des découvertes majeures faites par l'astronomie infrarouge est la présence de molécules polycycliques aromatiques hydrogénées (PAH) dans les milieux interstellaires et circumstellaires. Ces macromolécules jouent un rôle essentiel dans la physique et chimie du milieu interstellaire (MIS). Cependant aucune espèce individuelle n'a pu être identifiée jusqu'à présent malgré de nombreuses études observationnelles, des travaux de modélisation et des expériences dédiées en laboratoire. Progresser dans cette identification nécessite de caractériser la nature de ces PAH qui est conditionnée par les processus de formation et d'évolution par photodissociation UV et réactivité chimique. Il s'agit ensuite d'obtenir des signatures spectroscopiques spécifiques. Ces sujets sont abordés expérimentalement dans ce travail en utilisant l'expérience PIRENEA dédiée à l'étude de la physico-chimie interstellaire. Dans la première partie de cette thèse, j'ai mesuré la photodissociation de ces espèces isolées dans le piège à ions de PIRENEA. L'objectif scientifique de cette étude est d'apporter des informations sur le processus de destruction des PAH par irradiation UV-visible et d'évaluer leur contribution à la formation de petits hydrocarbures et d'agrégats carbonés dans le MIS. Un inventaire des espèces produites par photodissociation a été fait pour chacune des molécules considérées et les principales voies de dissociation ont été identifiées. Dans la deuxième partie du travail, je présenterai une étude sur la spectroscopie visible de différents cations PAH et dérivés déshydrogénés réalisée par dissociation multiphotonique. Les résultats expérimentaux ont été comparés à des spectres théoriques obtenus avec un modèle de la théorie de la fonctionnelle de la densité et à des données spectroscopiques mesurées en matrices de gaz rare. Un modèle décrivant la photophysique des ions a été utilisé pour déterminer les sections efficaces d'absorption de certaines espèces étudiées. Ces données peuvent être utiles pour la pré-sélection de candidats aux bandes diffuses interstellaires, bandes qui sont observées en absorption dans le MIS depuis près d'un siècle et qui restent non identifiées.

La pollution des sols par les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) se présente habituellement sous forme de goudrons hydrophobes. Le lavage des sols s'effectue souvent avec des détergents ou des solvants organiques qui présentent des impacts environnementaux non négligeables. Ce travail propose une méthode alternative basée sur l'emploi de molécules cages d'origine naturelle, non toxiques et facilement biodégradables, les β-cyclodextrines qui solubilisent en milieu aqueux des polluants hydrophobes comme les HAP. Une méthode de recyclage des cyclodextrines a été mise au point (baisse des coûts en produits). Des essais ont été menés sur un panel de sols d'anciens sites industriels à l'échelle laboratoire et semi-pilote, avec deux tests concluants du procédé complet en fonctionnement continu. L'utilisation des cyclodextrines sera dans la plupart des cas une meilleure méthode que celles employant les surfactants ou les solvants organiques au regard de la directive IPPC de 1996.