L'évaluation des risques environnementaux et sanitaires liés à la présence de résidus de médicaments dans l'environnement, représente un enjeu majeur en particulier au regard de la gestion du cycle des usages de l'eau. Les effluents des établissements de soins représentent une source non négligeable de pollution et justifient le développement de techniques spécifiques de mesures des émissions de résidus de médicaments dans leurs eaux usées. Dans le cadre de ces développements de méthode, l'échantillonnage représente une des difficultés majeures car la matrice brute des eaux en sortie des hôpitaux est très chargée en matières organiques, les débits sont extrêmement variables, les sites de prélèvement sont difficiles d'accès et il existe une forte variabilité des dispensations des traitements jour/nuit et semaine/week-ends. Les échantillonneurs intégratifs apparus récemment, offrent une alternative intéressante aux stratégies d'échantillonnage existantes, permettant d'effectuer un suivi moyenné sur de longues périodes d'observation associé à une simplicité d'usage et une réduction des coûts. Ce travail porte sur l'étude de l'applicabilité des échantillonneurs intégratifs POCIS (Polar Organic Chemical Integrative Sampler) au dosage des résidus de médicaments dans les effluents hospitaliers. Ce dispositif a principalement été utilisé dans les eaux de surface et les effluents de STEP et son application dans les eaux usées reste rare. 6 molécules déjà identifiées comme représentatives des grandes familles de médicaments utilisés à l'hôpital (Aténolol, Prednisolone, Méthylprednisolone, Sulfaméthoxazole, Ofloxacine, Kétoprofène) ont été retenues.Les cinétiques d'adsorption des molécules sur les POCIS ont été suivies en laboratoire en condition de maitrise des paramètres les plus influents : température, vitesse de l'eau, charge en matière organique, colmatage...Ce calibrage a pour but de déterminer le coefficient d'échantillonnage Rs (L/j) spécifique à chaque molécule et nécessaire au calcul de la concentration dans le milieu d'exposition du POCIS. Nous avons observé une augmentation des Rs quand la vitesse de l'eau augmente ou quand la température augmente. Dans les eaux usées, la valeur de Rs est plus faible et la durée de la phase linéaire est réduite comparée à l'eau du robinet. Pour ce type d'application, la période d'exposition ne devra pas dépasser 4 à 5 jours en raison du colmatage des membranes et d'une teneur élevée en particules organiques dissoutes. Après calibrage dans l'eau du robinet et dans l'eau usée, les POCIS ont été exposés in situ dans un effluent hospitalier pour mesurer les concentrations en 6 molécules ciblées. Cinq ont pu être quantifiées et les concentrations calculées à partir des extraits des POCIS sont concordantes avec celles obtenues par prélèvement direct d'un échantillon moyenné d'eaux usées. Le facteur limitant réside dans les difficultés d'accès au site et la présence de solides dans le collecteur d'eaux usées. Ce travail ouvre des perspectives quant à l'application des POCIS pour les effluents hospitaliers et pourra à terme contribuer à l'acquisition de données pour une meilleure surveillance des rejets.

Le travail de recherche exposé dans ce mémoire s'intéresse à la problématique de l'eau, de ses usages et de sa dépollution, dans le domaine des traitements de surface par voie aqueuse. Il résulte de ce travail le développement d'un outil intégré de simulation (RESPECTS), à double vocation : l'aide à la décision et la formation. Il est destiné aux professionnels et aux futurs professionnels du secteur des traitements de surface. Conçu sous la forme d'un Système Interactif d'Aide à la Décision (SIAD), le logiciel RESPECTS est constitué d'un ensemble structuré de modèles de connaissance et de représentation permettant la simulation en temps accéléré de l'évolution de certaines variables chimiques caractéristiques (par exemple le pH) des effluents au cours de la détoxication. Ces modèles ont été définis et validés sur des données industrielles réelles, des expériences sur site et des connaissances de professionnels du traitement de surface. Le volet "Aide à la Décision" du logiciel RESPECTS comporte un module de diagnostic de défaillance. Il utilise une méthodologie basée sur l'analyse de l'évolution dans le temps de la moyenne des écarts entre une variable chimique et sa consigne pour la détection. La simulation en parallèle de divers scénarios de panne est utilisée pour la localisation des défauts. En ce qui concerne le volet "Formation" du logiciel RESPECTS, l'utilisateur peut interagir avec le système simulé grâce à une interface entièrement graphique, par exemple en modifiant les caractéristiques des effluents ou les paramètres de contrôle, acquérant diverses connaissances sur les aspects sécuritaires et environnementaux au fil de son expérimentation virtuelle. Des bases de données industrielles réelles présentant des aléas de fonctionnement sont disponibles dans le logiciel pour un entraînement à la conduite d'opérations.

The feasibility of using solid phase micro-extraction (SPME) as an in vivo sampling tool for analysis of trace environmental contaminants in fish exposed to municipal wastewater effluents (MWWEs) was validated using controlled laboratory and field experiments. SPME was compared with traditional extraction techniques， including solid phase extraction (SPE) in water and solid-liquid extraction (SLE) in fish tissues to assess relative efficiencies. All three techniques were used to quantify the presence of eight compounds of interest in fish exposed to MWWEs in the laboratory, as well as in wild and field caged fish upstream and downstream of three wastewater treatment plants in the Grand River watershed. Atrazine, carbamazepine, naproxen, diclofenac, gemfibrozil, bisphenol A, fluoxetine and ibuprofen were selected as target compounds due to their diverse chemical characteristics and frequent detection in surface waters and sediments around the world. The distribution coefficients between various sample matrices (water, fish) and extraction phases (SPME fibers) were compared, as were extraction profiles and bioconcentration factors of target analytes in muscle of fish exposed to MWWEs under laboratory conditions, during field caging studies, or collected (wild) from the Grand River. Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) medical grade tubing was utilized as the SPME extraction phase, which when kinetically calibrated, were effective at extracting and quantifying the target analytes from both water and fish tissue relative to traditional techniques. Caged and in wild fish exposed to MWWEs from all three municipal treatment plants bio-accumulated detectable levels of several of the target chemicals. All target analytes (except for fluoxetine) were identified in the MWWEs and exposed fish by SPME at low concentrations (ng/L). The presence and concentration of the targeted analytes in both water and wild fish living in the Grand River watershed varied with season and proximity to the wastewater outfalls. Results demonstrate that properly applied SPME can detect and quantify selected contaminants in fish tissues, surface water, and wastewater effluents. In vivo SPME allows for non-lethal sampling of fish, which creates the opportunity for monitoring contaminant exposure in receiving environments influenced by MWWEs or non-point-source runoff while minimizing the impact on the organisms.

The presence of human pharmaceuticals in the aquatic environment is now becoming a well-established fact. The identified problems associated with their presence include the fact that these compounds are biologically active, some of them are toxic in nature, and a number of compounds have potential to foster and maintain drug resistant microorganisms. They are discharged into the aquatic environment from a variety of sources, but mainly by the excretion of incompletely metabolized pharmaceuticals by individuals into the wastewater. This situation makes finding a source-control strategy difficult. However, healthcare facility (hospitals and long-term-care homes) effluents are suspected to have relatively higher concentrations of these compounds, as such facilities use pharmaceuticals in large amounts for diagnostic, cure and research purposes. It is expected that controlling discharges from these facilities may provide a cost-effective solution to reduce the pharmaceutical loads entering the aquatic environment.

No description available.

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Les Escherichia coli entérohémorragiques (EHEC) sont considérés comme l'un des plus importants groupes de pathogènes émergents responsables de toxi-infections alimentaires. Depuis ces dix dernières années, l'environnement est de plus en plus incriminé dans les épidémies à EHEC. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la prévalence des E. coli producteurs de Shiga-toxines (STEC) dans les exploitations laitières ainsi qu'à leur survie dans les effluents d'élevages et le sol.<br />Au sein des exploitations laitières, une grande diversité de souches STEC, capables de persister sur de nombreux supports (abreuvoirs, murs et sol des enclos, etc), a été observée. Dans les effluents d'élevages (fumier et lisier bovins non traités), la survie des STEC non-O157 a été évaluée à plus de 90 jours. Lorsque les tas de fumier sont retournés (pratique d'assainissement menée par les exploitants) la survie est de seulement 45 jours ; la température élevée au cœur des andains (≥ 65°C) est associée au déclin important des STEC. <br />En ce qui concerne la survie dans les sols, nous avons montré qu'in vitro les souches STEC O26:H11 persistaient pendant plus d'une année dans différents types de sols mélangés à du fumier, même en présence de taux d'humidité faibles (< 0,08 g H2O g-1 sol sec). La température ambiante (i.e. 20°C versus 4°C) est significativement associée (P<0,001) à une inhibition marquée des STEC. In situ, la survie et le transfert des STEC dans le sol à partir de bouses naturellement contaminées ont également été évalués dans différentes stations d'un bassin versant d'altitude situé dans les Alpes du Nord. Les STEC sont capables de persister dans la matière fécale et sont détectés dans le sol rhizosphérique sous-jacent (jusqu'à 20 cm de profondeur) pendant environ 2 mois, jusqu'à la disparition complète des bouses.<br />Dans la rhizosphère, la survie des STEC peut être affectée par des populations microbiennes productrices de métabolites antibactériens. En prenant comme modèle de populations telluriques antagonistes, une souche de Pseudomonas productrice d'un antibiotique, le 2,4-diacétylphloroglucinol (Phl), aucun effet négatif de la production de cet antibiotique sur la survie d'E. coli O157:H7 dans la rhizosphère du blé n'a pu être cependant mis en évidence. <br />L'ensemble de ces résultats suggère que l'environnement constituerait un réservoir important en STEC dont le contrôle passe notamment par le respect de mesures d'hygiène rigoureuses en exploitations.

Le suivi des procédés à boues activées est délicat du fait de leur dynamique lente, de la complexité de leur comportement mais surtout du manque d'information sur leur état. Ce constat est d'autant plus vrai pour les procédés de traitement des effluents papetiers étant donné le peu de moyens disponibles pour leur instrumentation alors que la variabilité des effluents est beaucoup moins prévisible que sur les eaux urbaines. Les opérateurs humains sont en attente d'outils efficaces les aidant dans leur prise de décision afin d'améliorer la qualité du traitement. Nous avons donc défini une démarche en quatre étapes pour le développement d'un outil d'aide à la décision : modélisation, estimation, anticipation dynamique, proposition d'action. Les bases de cet outil ont été développées dans ce travail : un modèle papetier a été validé sur des données expérimentales papetières. Afin de s'affranchir des spécificités et des contraintes liées aux procédés industriels, un pilote modulable, semi-industriel et supervisé a été mis en place pour mener à bien différentes études expérimentales. La modélisation a été effectuée par réduction du modèle biologique ASM1 grâce au choix du schéma réactionnel. Il a été montré qu'il est nécessaire de développer un modèle spécifique aux effluents papetiers. La validation du modèle papetier a été menée à bien sur les données obtenues sur le pilote, celui-ci étant alimenté par un effluent papetier réel. Ces résultats étant tout à fait satisfaisant, le modèle peut donc être intégré aux autres étapes de l'outil d'aide à la décision, permettant alors une réelle maîtrise de la qualité des eaux issues du traitement biologique par boues activées d'effluents papetiers.

The feasibility of using solid phase micro-extraction (SPME) as an in vivo sampling tool for analysis of trace environmental contaminants in fish exposed to municipal wastewater effluents (MWWEs) was validated using controlled laboratory and field experiments. SPME was compared with traditional extraction techniques， including solid phase extraction (SPE) in water and solid-liquid extraction (SLE) in fish tissues to assess relative efficiencies. All three techniques were used to quantify the presence of eight compounds of interest in fish exposed to MWWEs in the laboratory, as well as in wild and field caged fish upstream and downstream of three wastewater treatment plants in the Grand River watershed. Atrazine, carbamazepine, naproxen, diclofenac, gemfibrozil, bisphenol A, fluoxetine and ibuprofen were selected as target compounds due to their diverse chemical characteristics and frequent detection in surface waters and sediments around the world. The distribution coefficients between various sample matrices (water, fish) and extraction phases (SPME fibers) were compared, as were extraction profiles and bioconcentration factors of target analytes in muscle of fish exposed to MWWEs under laboratory conditions, during field caging studies, or collected (wild) from the Grand River. Poly(dimethylsiloxane) (PDMS) medical grade tubing was utilized as the SPME extraction phase, which when kinetically calibrated, were effective at extracting and quantifying the target analytes from both water and fish tissue relative to traditional techniques. Caged and in wild fish exposed to MWWEs from all three municipal treatment plants bio-accumulated detectable levels of several of the target chemicals. All target analytes (except for fluoxetine) were identified in the MWWEs and exposed fish by SPME at low concentrations (ng/L). The presence and concentration of the targeted analytes in both water and wild fish living in the Grand River watershed varied with season and proximity to the wastewater outfalls. Results demonstrate that properly applied SPME can detect and quantify selected contaminants in fish tissues, surface water, and wastewater effluents. In vivo SPME allows for non-lethal sampling of fish, which creates the opportunity for monitoring contaminant exposure in receiving environments influenced by MWWEs or non-point-source runoff while minimizing the impact on the organisms.

The presence of human pharmaceuticals in the aquatic environment is now becoming a well-established fact. The identified problems associated with their presence include the fact that these compounds are biologically active, some of them are toxic in nature, and a number of compounds have potential to foster and maintain drug resistant microorganisms. They are discharged into the aquatic environment from a variety of sources, but mainly by the excretion of incompletely metabolized pharmaceuticals by individuals into the wastewater. This situation makes finding a source-control strategy difficult. However, healthcare facility (hospitals and long-term-care homes) effluents are suspected to have relatively higher concentrations of these compounds, as such facilities use pharmaceuticals in large amounts for diagnostic, cure and research purposes. It is expected that controlling discharges from these facilities may provide a cost-effective solution to reduce the pharmaceutical loads entering the aquatic environment.