Les canidés et félidés peuvent être hôtes définitifs d’Echinococcus multilocularis, Toxoplasma gondii ou Toxocara spp., parasites responsables de zoonoses transmissibles par l’alimentation. La consommation crue de fruits et légumes porteurs de leurs œufs ou oocystes peut être source de contamination humaine. Cette étude visait à évaluer et caractériser le risque d’exposition humaine lié au dépôt de fèces de chats, chiens et renards dans les terrains potagers localisés en régions d’endémie. Ce dépôt s’est avéré important dans certains potagers des Ardennes. De plus, l’ADN d’E. multilocularis et Toxocara spp. a été détecté dans 1/3 des fèces collectées et 23 % des rongeurs piégés autours des potagers ont été trouvés infectés par au moins un des parasites d’intérêt, confirmant le risque d’exposition des hôtes intermédiaires. Parallèlement, l’identification précise des facteurs responsables du dépôt de fèces de carnivores a été conduite sur 192 potagers familiaux ou professionnels des Ardennes et de la Moselle. Au total, 1016 fèces de carnivores (59% de chats, 31% de renards et 10% de chiens) ont été collectées au cours de huit sessions de prospection. Par modélisation, nous avons montré que la présence d’une clôture limite très efficacement le dépôt de fèces de renard, tandis que la présence de rongeurs ou d’arbres fruitiers à proximité le favorise. Enfin, la mise au point d’une méthode sensible a permis la détection de l’ADN d’E. multilocularis et Toxocara spp dans 42 % et 12 % des terrains potagers. Au final, l’exposition humaine aux parasites étudiés semble élevée dans certains potagers. Des mesures de prévention basées sur les résultats de l’étude sont proposées. / Canids and Felids can be definitive hosts of Echinococcus multilocularis, Toxoplasma gondii and Toxocara spp., which are food-borne parasites responsible of zoonoses. The consumption of raw fruit or vegetables carrying their eggs or oocysts can be source of human contamination. This study aimed to assess and characterize the risk of human exposure linked to the faecal deposition by cats, red foxes and dogs in kitchen gardens located in endemic areas. This deposit was found to be important in some kitchen gardens located in the Ardennes region. Furthermore, DNA of E. multilocularis and Toxocara spp were detected in 1/3 of the collected faeces and 23% of the rodents trapped in kitchen gardens proximity were found infected with at least one of the canids or felids parasites, confirming the risk of intermediate host exposure. Concurrently, the accurate identification of factors responsible for carnivore faeces deposit was conducted from eight prospection sessions of 192 kitchen gardens, family or professional ones, located in the Ardennes and Moselle regions. A total of 1016 carnivore faeces (59% from cats, 31% from foxes and 10% from dogs) were collected. By using models to test the effect of various variables on faeces deposit, we showed that fencing efficiently limits fox faeces deposit whereas presence of rodents or fruit trees in the vicinity increases it. Finally, thanks to the development of a sensitive method, E. multilocularis and Toxocara spp. DNA was detected in 42% and 12% of the kitchen gardens. In conclusion, the human exposure to canids and felids foodborne parasites seems high in certain kitchen gardens. Prevention methods are proposed based on our results.

Toxoplasma gondii est le parasite responsable de la toxoplasmose, une zoonose infectant l'Homme et les autres espèces endothermes. Les fermes d'élevage sont connues pour présenter de forts risques de transmission pour les hôtes et constituent des réservoirs de la contamination environnementale en milieu rural. Cette étude visait à identifier les facteurs modulant la circulation du parasite dans les fermes dans deux compartiments du cycle: les hôtes définitifs et le sol. Pour cela, la dynamique d'infection par T. gondii dans cinq populations de chats a été suivie et modélisée par des modèles de capture-marquage-recapture « multi-événements ». Ceux-ci ont montré que les taux d'expositions des chats à T. gondii varient entre fermes et que les taux d'infection sont plus élevés en automne-hiver que durant le reste de l'année. La distribution spatiale de la contamination environnementale par T. gondii a ensuite été évaluée dans six fermes par recherche d'ADN dans des prélèvements de sols, puis mise en relation avec le patron de dépôt des fèces par les chats. Malgré une large distribution de T. gondii dans les fermes, les sites de défécation des chats constituent des zones à fort risque de transmission. Le niveau de contamination dans ces sites est dépendant de leur localisation et des caractéristiques des chats qui les utilisent, tout deux influencés par la localisation du site d'alimentation des chats dans les fermes. Cette étude montre que les fermes peuvent présenter des disparités en termes d'exposition au parasite. A l'intérieur des fermes, le patron spatio-temporel de dépôt des fèces par les chats modulent les risques d'infection pour les hommes et les animaux. / Toxoplasma gondii is the protozoan parasite responsible for toxoplasmosis, a zoonosis infecting humans and other endothermic animals. Livestock farms are considered high-risk sites for T. gondii transmission to hosts and they represent reservoirs of environmental contamination in rural areas. The aim of this study was to investigate the infection dynamics of T. gondii in cat populations by surveying five dairy farms using multi-event capture–mark–recapture models. The results showed that the rates of T. gondii infection in cats varied between farms. Infection rates were higher in autumn and winter compared to the rest of the year. The spatial distribution of soil contaminated by T. gondii on six farms was assessed using quantitative PCR on soil samples and analyzed in relation to the spatio-temporal pattern of faeces deposition by cats. Although there was wide spatial distribution of T. gondii in the soil of the farms, cat defecation sites were revealed to be high-risk areas for T. gondii transmission. The level of contamination in these sites depended on their location and characteristics of cats that use them, which were both influenced by the location of the main cats feeding site in the farms. This study demonstrated that T. gondii exposure varies from one farm to another. Infection risk is also heterogeneous within a farm and is driven by the spatio-temporal pattern of deposition of cat faeces.

Ces travaux de thèse portent sur l’influence de l’état métallurgique sur les propriétés mécaniques et physico-chimiques des alliages électrodéposés nanostructurés de Ni-W pour lesquels la gamme de taille de grains peut être élargie à l’échelle nanométrique grâce à l’ajout de tungstène. Les alliages sont obtenus par électrodéposition en régime continu ou pulsé, à partir d’un bain citrate/ammonium. Une approche multi-échelle associant différentes techniques d’analyse (MEB, EBSD, MET, DRX, EDS, µFluo-X, SIMS et extraction à chaud) permet la caractérisation fine des paramètres métallurgiques. Nos résultats montrent que l’augmentation de la teneur en tungstène engendre un affinement de la taille de grains qui s’accompagne d’une évolution de la morphologie, de la texture cristallographique et de la contamination par les éléments légers (O, H, N, C). Afin de séparer l’influence des différents paramètres métallurgiques sur les propriétés, une démarche originale a été proposée, notamment en utilisant des recuits thermiques sous atmosphère contrôlée comme un moyen de faire varier la microstructure sans modifier la teneur en W et en prenant en compte l’influence de l’état de surface. En plus de l’effet classique de la taille de grains sur l’augmentation de la microdureté, la loi de Hall et Petch dépend fortement des solutés interstitiels et substitutionnels. En milieux acides et alcalins désaérés, le tungstène joue un rôle majeur aussi bien dans le domaine cathodique que dans le domaine anodique. Les autres paramètres métallurgiques comme la taille de grains interviennent plutôt au deuxième ordre. / The aim of this study is to understand the influence of the metallurgical state on the mechanical and anti-corrosion properties of electrodeposited nanostructured Ni-W alloys, in which the grain size can be extended towards nanometric scale by the tungsten addition. Citrate-ammonium baths were used to obtain the alloys by applying direct and pulse currents. A combination of several microstructural techniques at different scales (SEM, EBSD, TEM and XRD) has permitted the characterization of the morphology, the grain size, the crystallographic texture and the nature of grain boundaries. Concentrations of alloying element and contaminants were determined using several techniques such as EDX, GDOES, SIMS, µ-XRF and hot extraction analysis. The obtained results show that tungsten incorporation leads to grain refinement but also to other microstructural changes (morphology or crystallographic texture) and to different levels of contamination. In order to separate the influence of the different metallurgical parameters on the mechanical and corrosion properties, an innovative process was proposed using annealing treatments under controlled atmosphere to vary the microstructure without modifying the tungsten concentration. In addition to the influence of the grain size on the hardness evolution in alloys, the Hall-Petch relationship is also strongly dependent on the incorporation of light elements and tungsten. The study of the polarization curves in acidic and alkaline deaerated solutions revealed that the tungsten addition plays an important role on the electrochemical reactivity in both anodic and cathodic domains and that the other metallurgical parameters such as grain size intervene only at second order.

Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les composants du circuit primaire des réacteurs nucléaires à eau sous pression (REP) subissent une corrosion généralisée entraînant le relâchement d'espèces solubles dans le fluide primaire (principalement Fe, Ni, Cr, Mn, Co). Sous l'effet de la convection du fluide, ces espèces sont entraînées dans le circuit primaire. Une partie de ces espèces peut précipiter sur les surfaces du combustible et être activée sous l'effet du flux neutronique régnant dans cette région. Ce dépôt de produits de corrosion peut, sous l'effet des forces hydrodynamiques du fluide primaire, être érodé (ou bien dissous si les conditions thermo-chimiques le permettent). Ces espèces activées (principalement du 58Co, 60Co, 51Cr et 54Mn), sous l'effet de la convection vont se retrouver disséminées dans l'ensemble du circuit primaire où elles pourront se redéposer (ou bien précipiter) sur les différents composants et ainsi contaminer l'ensemble du circuit primaire. Au cours d'un cycle de fonctionnement normal dans un REP EDF, l'activité du fluide dans le circuit primaire est relativement constante (généralement de l'ordre de 10-20 MBq.m-3 en 58Co). Cependant, lors de certains cycles de fonctionnement (en fonction de la gestion de combustible), notamment on observe des montées d'activités volumiques importantes en 58Co et en 51Cr pouvant atteindre une centaine de fois celles observées habituellement. Ces montées d'activités volumiques sont dues à l'établissement dans les régions les plus "chaudes" des assemblages de combustible d'un régime d'ébullition nucléée. L'ébullition peut dans certains cas multiplier par un facteur 10 à 100 l'épaisseur de dépôt formé sur le combustible conduisant ainsi à un transfert de masse plus important sous forme particulaire entre le dépôt et le fluide primaire du fait de l'érosion. Une modélisation des mécanismes de transfert de masse entre le fluide primaire et le dépôt sur ces régions "chaudes" du combustible en régime d'ébullition nucléée et les impacts sur la contamination du circuit primaire sont décrits dans ce mémoire. L'ébullition à la surface du dépôt ou bien dans le dépôt lui-même provoque un enrichissement à la paroi en espèces ioniques pouvant entraîner une précipitation plus importante ou bien modifier le comportement d'une espèce d'un régime de dissolution à un régime de précipitation ; le dépôt de particules turbulent et inertiel est lui aussi favorisé. La vaporisation du fluide à la paroi ainsi que la formation des bulles elles-mêmes entraînent aussi un dépôt et une précipitation plus importants. La prise en compte de ces mécanismes de transfert de masse dans le code OSCAR (Outil de Simulation de la ContAmination en Réacteur), développé au sein du Laboratoire de Modélisation des interactions et Transferts en Réacteur au CEA, conduit à une bonne reproduction des résultats expérimentaux issus du retour d'expérience des centrales françaises tant au niveau des dépôts formés dans les régions avec ébullition que des activités volumiques. / The Pressurized Water Reactors (PWRs) primary circuit materials are subject to general corrosion leading to soluble metallic element (mainly Fe, Ni, Cr, Mn, Co) transfer and subsequent ion precipitation processes on the primary circuit surfaces. When deposited on fuel rods, these species are activated by neutron flux. Thus, crud erosion and dissolution processes induce to primary coolant activity. During a normal operating cycle in a EDF PWR, the volume activity in the coolant is relativly stable (usually about 10-20 MBq.m−3 in 58Co). In some cycles (depending on fuel management), significant increases in 58Co and 51Cr volume activities are observed (10 to 100 times the ordinary volume activities). These increases of volume activities are due to local sub-cooled nucleate boiling on the "hot" parts of fuel assemblies. As presented in this thesis, boiling at the top of some fuel assemblies may lead to much higher amount of metallic elements than usual (some micrometers). Indeed, boiling that can locally occurs under PWR conditions concentrates species and to increase significantly the quantity of deposited and precipitated material. Erosion flux is higher in these regions due to thicker crud thickness, involving a greater mass transfer of activated isotopes to the primary coolant. The OSCAR calculation code, developed by the "Laboratoire de Modélisation des interactions et Transferts en Réacteur" in CEA, with these new mass transfer models can now well estimate the amount of deposit and the volume activities in the primary coolant in case of boiling in accordance with french PWR measurements.

Les métaux nobles (Au, Ag, Pt, Ir, Pd et Ru) sont utilisés en salle blanche pour la réalisation de dispositifs électroniques ou peuvent être apportés par les équipements de fabrication (composants d’alliage par exemple). Il a été montré qu’ils pouvaient impacter fortement les dispositifs. Il est alors nécessaire de procéder au contrôle des équipements pour diagnostiquer au plus tôt une contamination. Or, il n’existe pas de technique industrielle pour leur suivi et ce à des niveaux d’au moins 5.109 at.cm-2 - recommandation ITRS. Il se pose la question de la pertinence de ces recommandations en fonction des types de dispositifs (SPAD notamment). Dans un premier temps, les travaux ont consisté à développer une technique physico-chimique pour l’analyse des métaux nobles sur silicium par VPD-DC-ICPMS. Enfin, leur dangerosité vis-à-vis des équipements et des dispositifs a été évaluée d’après leur comportement en température et le DCR généré sur SPAD. / Noble metals (Au, Ag, Pt, Ir, Pd and Ru) are used for the fabrication of microelectronics devices or can be brought by manufacturing tools (alloy components for example). It is well known that these impurities are detrimental to the efficiency of the devices. This implies a real and present need for control of their introduction in clean rooms to diagnose as soon as possible a contamination. Yet, there are no industrial technique for their follow-up at levels about 5.109 at.cm-2 - ITRS recommendations. The relevance of these recommendations according to the electronic device (SPAD in particular) could be questioned. At first, this study consisted in developing a physicochemical technique for the analysis of noble metals on Si wafers by VPD-DC-ICPMS. Then, their dangerousness towards tools and devices was established according to their behavior in temperature and the DCR generated on SPAD devices.

[...] L’objectif decette thèse est l’étude des mécanismes modulant la biodisponibilité des métaux pour l’escargotCantareus aspersus (syn. Helix aspersa), invertébré vivant à l’interface sol‐plante‐air (maillonintermédiaire, saprophage, phytophage, de chaînes alimentaires). La biodisponibilité est principalementévaluée ici en mesurant l’accumulation (concentrations internes en métaux après 28 jours d’exposition) etles flux d’assimilation. L’influence de paramètres édaphiques sur la disponibilité et la biodisponibilité desmétaux des sols et la contribution des sources de contamination (sols/plantes) des escargots constituentles variables étudiées dans deux conditions d'exposition :[...] L’ensemble des résultats souligne la nécessité de prendre en compte les facteurs et lesmécanismes qui modulent la biodisponibilité des métaux pour modéliser au mieux leur accumulation etleur assimilation par les escargots. Aucune méthode chimique unique d’estimation de la biodisponibilitédes métaux n’ayant pu être déterminée, nous préconisons l’utilisation de mesures biologiques quireflètent mieux la réelle biodisponibilité. / [...] The aim of this thesis is to study the mechanisms that modulate metal bioavailabilityfor the garden snail Cantareus aspersus (= Helix aspersa) a soil invertebrate living at the interfacesoil‐plant‐air (saprophagous and phytophagous intermediate link in the food chain).[...] These data underline the necessity to take into account the factors and mechanisms that modulate themetal bioavailability for snails to better model accumulation and assimilation of metal by snails. As nounique chemical method to assess metal bioavailability was determined, we recommend the use ofbiological measures that identify the real metal bioavailability rather than the use of chemical measures.

Nous étudions la dynamique de nage de bactéries Escherichia coli dans différents environnements. Leur mouvement 3D est déterminé au moyen d'un système de suivi Lagrangien 3D automatisé pour suivre des objets fluorescents que nous avons développé. Les bactéries étudiées avec ce système présentent une dispersion du coefficient de diffusion rotationnel particulièrement large, ce qui contredit la vision communément admise de la dynamique "run-and-tumble" qui a été établie pour une bactérie qui nage. Ce résultat est interprété comme une conséquence de la distribution en loi de puissance des temps de "run" expérimentaux d'un flagelle individuel, qui jusqu'alors restait indépendant de la description cinématique. Dans des écoulements confinés, la migration vers l'amont d'E. coli sur les bords reste possible pour des taux de cisaillement bien plus grands que ceux de la surface plane. La vitesse des bactéries sur les bords n'est pas influencée par l'écoulement advectif. Le mouvement vers l'amont a lieu près des parois dans une "couche limite" dont la taille varie avec le taux de cisaillement imposé. La migration vers l'amont sous écoulement et persistance de direction se combinent lors du processus de contamination. Nous montrons que les bactéries peuvent contaminer des régions propres par nage vers l'amont dans des environnements confinés.Un modèle simple, qui prend en compte la statistique de rotation du moteur, décrit de manière satisfaisante les principales caractéristiques du processus de contamination, en faisant l'hypothèse d'une distribution en loi de puissance des temps de “run”. Le modèle échoue à reproduire la dynamique quanlitative lorsque l'on prend en compte la distribution classique de run-and-tumble. Nous en concluons que le transport macroscopique de bactéries est déterminé pour la statistique de rotation du moteur. / We present a study of the swimming dynamics of Escherichia coli bacteria in different physical conditions. Their 3D motion is assessed by means of a device for automated 3D Lagrangian tracking of fluorescent objects, that we developed for that purpose. Bacteria studied in that way display consistently large dispersion of the rotational diffusion coefficient, contradicting the standard vision of run-and-tumble dynamics established for an adapted bacterium. The result is interpreted as a consequence of the power law distribution of run times experimentally found for individual flagella, that up to now remained uncoupled with the motility description.We also study the bacterial swimming in polymeric suspensions, as well as in more concentrated active suspensions.In confined flows, upstream migration of E. coli at the edges remains possible at much larger flow rates compared to the motion at the flat surfaces. The bacteria speed at the edges is not influenced by the advective flow. Upstream motion takes place close to the edges in an “edge boundary layer” whose size varies with the applied flow rate. Upstream migration under flow and direction persistence combine during contamination processes. We show that bacteria can contaminate clean regions by upstream swimming in confined environments. A simple model considering the motor rotation statistics describes well the main features of the contamination process, assuming a power law distribution of run times. The model fails to reproduce the qualitative dynamics when the classical run-and-tumble distribution is determined by the motor rotation statistics.

L’extraction de l’uranium a eu pour conséquence une remobilisation de cet actinide au niveau des écosystèmes avoisinants les mines. L’utilisation de sels métalliques lors de la réhabilitation des sites miniers et la présence naturelle de métaux ont accentué les niveaux de la contamination métallique dans les hydrosystèmes soumis aux rejets miniers uranifères.Des expériences in situ ont été conduites au niveau de deux anciens sites miniers uranifères français. L’encagement de l’épinoche à trois épines a été employé pour connaître les effets sublétaux de ce mélange métallique, ainsi que sur la susceptibilité de ce poisson envers un stress biologique.Cette pollution, caractérisée par de plus importantes concentrations métalliques (notamment en uranium), a entraîné un stress oxydant chez l’épinoche visible sur plusieurs biomarqueurs, ainsi que d’autres effets dépendants du site d’exposition.La contamination polymétallique a occasionné une augmentation de la susceptibilité des épinoches au stress biologique, en empêchant leurs réponses phagocytaire antioxydante à ce stress. Ces travaux ont permis de renforcer l’intérêt de la technique d’encagement lors d’une étude environnementale, et celui des immunomarqueurs au sein d’une approche multi-biomarqueurs. / Uranium extraction has resulted in a remobilisation of this actinide into mine surrounding ecosystems. Uses of metal salts during mining site rehabilitation, and the natural presence of metals have increased the metal contamination in hydrosystems submitted to mine tailings.In situ experiments were conducted in two former French uranium mining sites. Three-spined stickleback caging was used to determine the sublethal effects of this metal mixture on this freshwater fish, as well as its effects on fish susceptibility to a sudden biological stress.This pollution, characterised by higher metal concentrations (especially for uranium), has led to an oxidative stress in sticklebacks visible through several biomarkers, and other effects dependent on the study site. The polymetallic contamination has modified the stickleback responses to the biological stress, by preventing their phagocytic and antioxidant responses. This work has reinforced the interest of the caging technique during environmental studies and that of immunomarkers in a multi-biomarker approach.

Les activités anthropiques liées à l'industrie nucléaire contribuent à des rejets continus de radionucléides dans les écosystèmes terrestres et aquatiques. Les travaux réalisés au cours de ce doctorat visent à apporter de nouvelles connaissances relatives aux effets des radiations ionisantes au cours d’une exposition multigénérationnelle de l’invertébré aquatique, Daphnia magna. Une irradiation gamma externe à des débits de doses pertinents du point de vue environnemental a été réalisée sur D. magna pendant trois générations successives. Les résultats mettent en évidence une accumulation et une transmission d’altérations de l’ADN au fil des générations, en parallèle d’une augmentation de la sensibilité des daphnies. Les données d’irradiation gamma et celles d’une étude antérieure de contamination alpha ont été analysées à l’aide du modèle mathématique DEBtox. Le modèle montre que les deux types de rayonnements agissent différemment sur les daphnies au cours des générations. Ce projet de recherche indique clairement qu’à l’avenir il est important d’étudier et de comprendre les effets transgénérationnels des radiations ionisantes à faibles doses. / Anthropogenic activities related to the nuclear industry contribute to continuous discharges of radionuclides into terrestrial and aquatic ecosystems. The aim of this PhD was to bring new knowledge on the effects of ionizing radiation during a multigenerational expose of the aquatic invertebrate, Daphnia magna. An external gamma radiation at environmentally relevant dose rates was performed on D. magna over three successive generations. Results show an accumulation and a transmission of DNA alterations over generations, in parallel of an increase in sensitivity of organisms. Gamma radiation data and those of a previous study of alpha contamination were analyzed using the mathematical model DEBtox. The model shows that the two types of radiation act differently on daphnia over generations. This research clearly indicates the importance of further studying and understanding transgenerational effects induced by low doses radiation in the future.