Les sédiments sont des compartiments du milieu aquatique qui accumulent des polluants via les dépôts de matières en suspension. La contamination des sédiments peut présenter potentiellement des effets négatifs sur les organismes aquatiques, et pour cette raison ils convient de les surveiller, évaluer et protéger afin de garantir l'intégrité de la structure et du fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Le projet ANR-PRECODD DIESE (Outils de Diagnostic de l'Ecotoxicité des Sédiments) a réuni différents partenaires pour le développement d'une stratégie d'évaluation graduée du risque environnemental des sédiments contaminés d'eau douce. C'est dans le cadre de ce projet que se situe notre travail de recherche qui concerne le développement et l'optimisation de microbiotests en phase solide pour évaluer l'écotoxicité des sédiments. Les microbiotests sélectionné dans la cadre de cette étude ont été les tests Microtox® en phase solide(MSPA), les tests algues en phase solide, le test Luminotox en phase solide Lum-SPA) et l'Ostracodtoxkit®. Ces biotests se caractérisent par différentes conditions d'essai et divers critères d'évaluation. Ils ont généré différentes réponses pour chaque sédiment testé, le test algues a été le seul test qui n'a pas présenté de sensibilités avec tous les échantillons testés. En outre, nous avons montré que les réponses des tests MSPA et Lum-SPA étaient corrélées à certaines caractéristiques géochimiques des sédiments. Finalement, nous avons synthétisé les réponses de trois microbiotests à l'aide d'un indice d'intégration permettant ainsi de discriminer l'écotoxicité observée des sédiments / The sediments are a compartment of the aquatic environment that tends to accumulate pollutants through the deposition of suspended solids. Sediment contamination can have potentially negative effects on aquatic organisms, so it is necessary to monitor, assess and protect the sediments to ensure the integrity of the structure and functioning of aquatic ecosystems. The ANR-PRECODD DIESE (diagnostic tools for assessing sediment ecotoxicity) has joined efforts of different partners to develop a strategy for tiered environmental risk assessment of contaminated freshwater sediments. In the framework of this project our research was focused on the development and optimization of solid phase microbiotests to assess the ecotoxicity of freshwater sediments. The microbiotests selected in this study were the tests Microtox® solid phase (MSPA), the algal solid phase test, the test LuminoTox solid phase (Lum-SPA) and Ostracodtoxkit®. These biotests are characterized by different test conditions and assessment criteria. We have obtained different responses for each tested sediment. The algal test was the only ones that have not reported sensitivities with all samples tested. Furthermore, we demonstrated that the response of the test Lum-SPA and MSPA were correlated with some geochemical characteristics of sediments. Finally, we synthesized the responses of three microbiotests using an index of integration allowing to discriminate between the observed sediment ecotoxicity

Les usines de traitement des eaux usées ne sont pas prévues pour traiter les polluants émergeants, substances organiques, tels des résidus de médicament, des produits phytosanitaires ou des hormones. Par conséquent, elles sont la source principale d’émission de micropolluants récalcitrants dans l’environnement. La Directive DCE 2000/60/CE demande un "bon statu chimique et biologique” de tous les plans d'eau d'ici 2015. L’objectif principal de cette thèse de doctorat a été d’adopter une méthode respectueuse de l’environnement pour traiter ces polluants. La méthode choisie est basée sur le processus d’oxydation avancée (POA). Elle se base sur la génération par voie solaire, et in situ, d’espèces radicalisées hautement réactives (HO● et/ou SO4-), en se focalisant sur la photocatalyse hétérogène et homogène. Les performances de l'POA ont été évaluées en comparant les taux de dégradation et/ou reminéralisassions des micropolluants. Ce critère a été complété par l'identification des sous-produits, de ses transformations associés et de mesures de toxicité. A cet effet, des tests standards d'écotoxicité ainsi que d'activité oestrogénique ont été réalisés, par la méthode toxicologique ISO ou par le test spécifique inhérent au contrôle de l’activité oestrogénique des eaux usées. Les technologies basées sur les processus d’oxydation avancée par voie solaire peuvent être des méthodes prometteuses de traitement des eaux usées. Toutes les molécules testées sont systématiquement dégradées, même celles présentes à de basses concentrations. La compatibilité environnementale a systématiquement été améliorée. L’irrigation des cultures en réutilisant des eaux usées devient possible. / Wastewater effluents are the major source of micropollutants in the environment. These recalcitrant compounds that can be escape from wastewater treatment plant (WWTP) are called emerging contaminants. It is necessary to improve the efficiency of wastewater treatment plants. In fact, Water Framework Directive required a “good chemical and biological status” of all water bodies until 2015. The major aim of the dissertation was to contribute to improve the evaluation of solar advanced oxidation processes, and more specifically heterogeneous and homogeneous photocatalysis, for removing emerging contaminants from wastewater effluents. In this objective, the efficiency of AOPS was not only evaluated with the degradation and/or mineralization rates of the micropollutants. This necessary criterion was completed with the identification of the by-products and the associated transformation pathways, but also with toxicity measurements. This last point was explored with standard ecotoxicity tests and also estrogenic activity that represent a specific test relevant to characterize an identified risk associated to the discharge of effluents into the environment.All the experimental results obtained during this dissertation tends to demonstrate that solar advanced oxidation processes has the potential to open new feasible remediation strategies for WWTPs effluent tertiary treatment before wastewater reuse in irrigation for instance. All the tested molecules have systematically been degraded, high number of micro-organic pollutants initially presented in a mixture were removed even at very low concentration, environmental compatibility is systematically improved.

Dans le contexte du développement exponentiel des nanotechnologies, les nanomatériaux sont susceptibles de se disséminer dans l'environnement. Les végétaux sont un élément sensible des écosystèmes car ils constituent une interface entre l'eau, le sol et l'air et se situent à la base de la chaine trophique. Cette étude avait pour but d'évaluer l'impact des nanoparticules de TiO2 et des nanotubes de carbone sur les végétaux, et plus particulièrement sur le blé et le colza. L'accent a également était mis sur la caractérisation des nanomatériaux employés. Nous avons mis en évidence l'accumulation racinaire et le transfert vers les feuilles des nanoparticules de TiO2 et des NTC dans le blé et le colza après une exposition en hydroponie. Les nanoparticules de TiO2 sont également accumulées dans les plantes lors d'une exposition racinaire sur sol ou encore lors d'une exposition par voie aérienne. Les nanoparticules de TiO2 s'accumulent dans les végétaux à hauteur de quelques dizaines voire centaines de mg Ti/kg MS, leur phase cristalline n'est pas modifiée et ces nanoparticules ne se dissolvent pas lors de leur transfert dans le végétal. Les NTC s'accumulent en plus faible quantité (centaines de µg NTC/kg MS) et il semble qu'ils soient altérés par le contact avec le végétal. Ces nanomatériaux affectent peu le développement des végétaux. Sur huit tests réalisés, seule l'élongation racinaire s'est révélée être un critère sensible, avec une induction de l'élongation pour les NPs et les NTC présentant le plus faible diamètre nominal. Enfin, une nette influence du diamètre nominal des nanomatériaux a pu être mise en évidence, contrôlant ainsi leur internalisation, leur transfert et leurs effets biologiques sur les végétaux. / The field of the nanotechnology exponentially increased during the last ten years. Intensive production of nanomaterials would lead to their release in the environment. Plants are one of the most sensitive organisms since they are at the interface between soil, water and air. Moreover, they represent a point of entry into the food chain. This study deals with the impact of TiO2 nanoparticle and carbon nanotube on plants, specifically on wheat and rapeseed. The physico-chemistry of nanomaterials has been deeply characterized.We prove that TiO2 nanoparticles and carbon nanotubes are internalized in roots and transferred to shoot of both wheat and rapeseed upon hydroponics exposure. TiO2 nanoparticles can also be internalized upon exposure in soil and even after an aerial contamination. TiO2 nanoparticles are accumulated in plants up to few hundred mg Ti/kg DM, their crystal phase is not modified and they do not dissolve during their transfer inside plants. CNT are less accumulated, up to few hundred µg NTC/kg DM, and seem to be altered by their transfer to and though plants.The nanomaterials we studied have very limited impact on plant development and physiology. One test out of eight has shown modulation after nanomaterial exposure: root elongation was induced when exposed to very small of both nanomaterials. Finally, we show that the nominal diameter of nanomaterials is negatively correlated with their internalization, transfer to shoot and induction of root elongation: the finest the nanomaterial, the highest their accumulation and impact on plant development.

Les assemblages d'espèces colonisatrices des déjections constituent des systèmes d'étude intéressants de par la nature de la ressource exploitée et de par le rôle qu'ils exercent dans les écosystèmes pâturés. Une grande diversité d'espèces d'insectes, principalement des diptères et des coléoptères, colonisent les bouses et contribuent à leur disparition, permettant un apport en nutriments au pâturage. Comprendre le lien entre ces différentes espèces et les fonctions écologiques réalisées représente donc un enjeu afin de préserver ce système et d'en assurer son bon fonctionnement. Certaines molécules administrées comme endectocides au bétail, comme l'ivermectine, impactent la structure de la communauté coprophile par leurs effets toxiques sur certains groupes comme les Sepsidae. Bien que leurs effets se soient montrés significatifs sur l'émergence des insectes coprophiles, la disparition des bouses ne s'en est pas trouvée affectée. Il convient alors de rester prudent sur les effets à long terme de ce type de molécules, même si à court terme les effets ne paraissent pas pertinents. La première semaine est essentielle à la bonne dégradation des bouses par l'action d'une première vague de colonisation par les insectes coprophages, tandis qu'en seconde semaine la colonisation par les prédateurs en réduit la vitesse. L'ensemble de la communauté coprophile ne permet donc pas d'accélérer le processus de recyclage des bouses. Une augmentation des effectifs de bousiers accélère la disparition des bouses et indirectement favorise la minéralisation de la litière dans le sol. Toutes les espèces ne contribuent pas équitablement au fonctionnement du système. Les plus gros fouisseurs enterrent des quantités plus importantes de matière fécale, facilitant ainsi les échanges de nutriments entre le sol et la déjection. D'importantes pistes restent à développer concernant les facteurs influençant la colonisation et les interactions entre les organismes afin de pouvoir utiliser les bousiers comme bioindicateurs pour en mesurer les services rendus. / Assemblages of species colonizing droppings constitute interesting systems for study due to the nature of the resource they exploit and the role they exert in the grazed ecosystems. A wide diversity of insects, mainly flies and beetles, colonize dung pats and contribute to their disappearance allowing a contribution in nutrients to the pasture. Understanding the relationship between these species and the ecological functions they perform represents therefore a stake to maintain this system and ensure its proper functioning. Some molecules administered as endectocides to livestock, such as ivermectin, impact the coprophile community structure by their toxic effects on certain taxonomic groups such as Sepsidae. Although their effects are significant on the emergence of coprophilous insects, dung disappearance was not affected. It is then advisable to remain careful on the long-term effects of this type of chemicals, even if the short-term effects are not relevant. The first week of colonization by the wave of coprophagous insects appear essential for complete dung degradation while the second week of colonization by predators reduced the speed of degradation. Therefore the whole coprophilous community does not accelerate the process of recycling dung. An increase of the numbers of dung beetles accelerates the disappearance of dung pats and the loss of litter in the soil. However, all species do not contribute in the same manner to the functioning of the system. The largest tunnelers bury larger amounts of fecal matter and thus they facilitate exchange of nutrients between soil and dung. Important trails remain to be developed concerning the factors influencing colonization and the interactions between organisms before to be able to use dung beetles as bioindicators and to measure their services.

Au Québec, plus d'une vingtaine de ravageurs prépondérants et occasionnels et plus d'une dizaine de maladies fongiques s'attaquent à la culture du pommier. Afin de lutter contre ces organismes nuisibles dans le but d'éviter des pertes trop importantes, les pomiculteurs ont recours à la lutte chimique. Les vergers de pommiers québécois reçoivent en moyenne de 11 à 15 traitements de pesticides annuellement. Or, tous ces produits ne sont pas sans conséquences pour les organismes non ciblés. Certains affectent grandement les populations de prédateurs et parasites présents qui autrement participeraient à la lutte biologique du verger et diminueraient ainsi l'utilisation subséquente de pesticides. Anystis baccarum (L.), un prédateur acarien peu connu, est un bon exemple. Des études biologiques exploratoires ont permis de déterminer que ce dernier a la capacité de s'attaquer à des ravageurs présents dans les vergers, et ce, tout au long de la saison. Il est cependant presque absent des vergers commerciaux où le recours aux pesticides est fréquent. Des études de toxicité résiduelle dont les résultats ont été publiés dans deux journaux scientifiques ont permis de démontrer la toxicité très élevée de certains pesticides utilisés dans les vergers de pommiers commerciaux sur ce prédateur. Ainsi, leur utilisation entraîne une éradication quasi totale de la population présente. L'extrême toxicité de certains des pesticides testés relativement à la concentration recommandée dans les vergers envers ce prédateur soulève une inquiétude quant à leur toxicité humaine et environnementale. L'évaluation de la toxicité des pesticides, première étape de l'évaluation du risque, effectuée par les fabricants et présentée aux agences de réglementation à des fins d'homologation, est un processus scientifique qui comporte un nombre important de failles. Les protocoles adoptés et les mesures de toxicité utilisées, les hypothèses non vérifiées, le manque de représentativité dans les études écotoxicologiques entre les espèces testées et les régions où sont utilisés les produits, le manque de connaissances scientifiques quant à la validité de l'extrapolation des résultats des tests effectués chez les animaux aux humains, les effets sous-létaux qui, loin d'être négligeables, ne sont pas évalués, etc. démontrent que l'évaluation du risque de ces pesticides ne peut adéquatement rendre compte des dangers de ces produits pour l'humain et pour l'environnement. De plus, l'analyse de l'état des connaissances des agences de réglementation canadienne et américaine permet de constater que des pesticides sont homologués sans que toutes les études exigées soient présentées. On utilise donc des pesticides dans les vergers de pommiers québécois qui sont hautement toxiques pour les insectes et acariens bénéfiques. On nuit ainsi grandement à la biodiversité et à l'équilibre de l'écosystème. Par ailleurs, les agences de réglementation ne détiennent pas toutes les informations quant à la toxicité humaine et environnementale de ces pesticides. De plus, la validité des résultats des études évaluant leur toxicité est très discutable. Bien que la science ait considérablement avancé depuis l'arrivée sur le marché des pesticides, les dispositifs actuels d'évaluation de la toxicité de ces produits demeurent parsemés d'incertitudes. N'est-ce pas un exemple concret où le principe de précaution qui stipule qu'en cas de risque de dommages graves ou irréversibles, l'absence de certitude scientifique absolue ne doit pas servir de prétexte pour remettre à plus tard l'adoption de mesures effectives visant à prévenir la dégradation de l'environnement? En ce sens, notre étude de certains pesticides interroge très sérieusement la rigueur avec laquelle le mandat de protection de la santé publique et environnementale est rempli par les instances gouvernementales concernées. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Anystis baccarum, Pomiculture, Pesticides, Toxicité humaine, Écotoxicité, Évaluation du risque.

Dans le contexte du développement exponentiel des nanotechnologies, les nanomatériaux sont susceptibles de se disséminer dans l'environnement. Les végétaux sont un élément sensible des écosystèmes car ils constituent une interface entre l'eau, le sol et l'air et se situent à la base de la chaine trophique. Cette étude avait pour but d'évaluer l'impact des nanoparticules de TiO2 et des nanotubes de carbone sur les végétaux, et plus particulièrement sur le blé et le colza. L'accent a également était mis sur la caractérisation des nanomatériaux employés. Nous avons mis en évidence l'accumulation racinaire et le transfert vers les feuilles des nanoparticules de TiO2 et des NTC dans le blé et le colza après une exposition en hydroponie. Les nanoparticules de TiO2 sont également accumulées dans les plantes lors d'une exposition racinaire sur sol ou encore lors d'une exposition par voie aérienne. Les nanoparticules de TiO2 s'accumulent dans les végétaux à hauteur de quelques dizaines voire centaines de mg Ti/kg MS, leur phase cristalline n'est pas modifiée et ces nanoparticules ne se dissolvent pas lors de leur transfert dans le végétal. Les NTC s'accumulent en plus faible quantité (centaines de µg NTC/kg MS) et il semble qu'ils soient altérés par le contact avec le végétal. Ces nanomatériaux affectent peu le développement des végétaux. Sur huit tests réalisés, seule l'élongation racinaire s'est révélée être un critère sensible, avec une induction de l'élongation pour les NPs et les NTC présentant le plus faible diamètre nominal. Enfin, une nette influence du diamètre nominal des nanomatériaux a pu être mise en évidence, contrôlant ainsi leur internalisation, leur transfert et leurs effets biologiques sur les végétaux.

L’écotoxicité des éléments traces vis-à-vis du vivant est contrôlée par leur bioaccessibilité, leur biodisponibilité et leurs interactions avec le(s) site(s) d’action à l’intérieur des organismes. Dans le cas des certains éléments, l’existence dans le milieu naturel de plusieurs formes redox ayant des propriétés différentes doit aussi être prise en considération. Dans le cas spécifique du Cr, le consensus général considère le Cr(III) comme moins écotoxique que le Cr(VI). Toutefois, plusieurs études récentes soulignent que ce consensus devrait être réexaminé. Plus particulièrement, une connaissance insuffisante de la spéciation du Cr(III) pendant les tests en laboratoire pourrait avoir conduit à une sous-estimation de sa biodisponibilité et écotoxicité. Ce travail de thèse s’intéresse donc aux relations entre spéciation, biodisponibilité et bioaccumulation du Cr(III) et Cr(VI) dans différents modèles biologiques pour mieux appréhender leur potentiel écotoxique ainsi que leurs mécanismes d’interaction avec le vivant. Des études ont été menées chez les algues Pseudokirchneriella subcapitata et Chlamydomonas reinhardtii, le bivalve Corbicula fluminea et des cultures de cellules d’ovaire d’hamster chinois (CHO). L’ensemble des résultats de ce travail suggère que la validité du paradigme ‘le Cr(VI) est plus écotoxique que le Cr(III)’ serait dépendante des conditions d’exposition et du modèle biologique utilisé. Ce paradigme, accepté tant par la communauté scientifique que par les gestionnaires environnementaux, nécessite donc un réexamen afin d’assurer une meilleure gestion des risques liés au Cr / The ecotoxicity of the trace elements to the living organisms is controlled by their bioaccessibility, their bioavailability and their interactions with the site(s) of action inside the organisms. In the case of certain elements, the existence in the natural environment of several redox forms having different properties must also be taken into consideration. In the specific case of Cr, general consensus considers Cr(III) to be less ecotoxic than Cr(VI). However, several recent studies highlight that this consensus should be re-examined. In particular, insufficient knowledge of Cr(III) speciation during laboratory tests may have led to an underestimation of its bioavailability and ecotoxicity. This work focuses on the relationship between speciation, bioavailability and bioaccumulation of Cr(III) and Cr(VI) in different biological models in order to better understand their ecotoxic potential as well as their mechanisms of interaction with living organisms. Studies have been conducted on the algae Pseudokirchneriella subcapitata and Chlamydomonas reinhardtii, the bivalve Corbicula fluminea and cultures of Chinese hamster ovary cells (CHO). The results of this work suggest that the validity of the paradigm ‘Cr(VI) is more ecotoxic than Cr(III)’ would be dependent on the exposure conditions and the used biological model. This paradigm, accepted by both the scientific community and the environmental managers, requires a reassessment to ensure a better management of Cr risks

Connaître le mécanisme d’action (MechoA) des substances est une première étape clé pour l’évaluation de risque (éco)toxicologique. Les MechoAs désignent les interactions moléculaires entre les xénobiotiques et le matériel biologique, entraînant des effets toxiques.Des informations de MechoA ont été collectées pour des centaines de molécules chez différentes espèces, principalement le rat et le poisson. Une première méthode pour prédire les MechoAs à partir de la structure a été développée à l’aide de calculs quantiques. Elle a résulté en 70% de classifications correctes.Par la suite, une deuxième méthode de prédiction utilisant des alertes structurales a été développée, et utilise 6 MechoAs généraux incluant 23 MechoAs détaillés. Cette méthode a obtenu 92% de classifications correctes, tout en étant simple et rapide à mettre en œuvre. Nous l’avons comparée avec d’autres méthodes disponibles et notre arbre de décision a obtenu les meilleures statistiques. Cette méthode est en cours d’implémentation dans un logiciel, et sera disponible gratuitement.Des expériences en laboratoire ont aussi été effectuées et ont permis de consolider les données pour des substances mal caractérisées, en mesurant le logP, la solubilité aqueuse et la toxicité aigüe pour les daphnies. / A knowledge of the mechanism of action (MechoA) of substances is a crucial first step in (eco)toxicological risk assessment approaches. MechoAs refer to molecular interactions between xenobiotics and biological material, leading to an adverse outcome. MechoA information has been gathered for hundreds of molecules in several species, mainly rats and fish. A first method to predict MechoAs from the structure has been developed using quantum calculations. This resulted in 70% correct classifications. A second method to predict MechoAs using structural alerts was developed, using a classification with 6 general MechoAs including 23 detailed MechoAs. This method achieved 92% correct classifications, while being simple and fast to use. We compared this method with other available methods and our decision tree showed the best statistics. This method is currently being implemented into a software, and it will be made freely available as we consider it as a useful support in risk assessment. Some laboratory studies have also been performed and have consolidated data for substances which were not well characterised, measuring logKOW, water solubility and acute toxicity to daphnids.

Jean M.F. Martins, CR1 CNRS, LTHE (UMR 5564), CNRS, INPG, IRD, Univ. J. Fourier, Grenoble I Résumé : L'ensemble de mes travaux est basé sur une approche pluri et interdisciplinaire développée dans le but d'améliorer nos connaissances et la compréhension du comportement biogéochimique (sorption, biotransformation et transfert) et l'impact des micropolluants dans l'environnement, afin de mieux prédire l'exposition et les impacts sur notre santé ou celle de nos écosystèmes. Au moment ou des polluants émergeants sont détectés dans les eaux et les sols dès qu'on se donne les moyens pour les détecter, et alors que la directive européenne REACH se met en place, les approches de recherche monodisciplinaires montrent de plus en plus clairement leurs limites et font ainsi ressortir le caractère indispensable de la pluridisciplinarité dans l'approche de la problématique de la biogéochimie des polluants. C'est dans ce contexte que j'ai essayé, à chaque fois que cela était nécessaire et possible, de développer une approche interdisciplinaire en rupture avec les approches classiques, en abordant notamment les phénomènes couplés ou cinétiques, dans le but d'évaluer simultanément et de modéliser le comportement biogéochimique (sorption, biotransformation et transferts) et l'impact des micropolluants dans les sols à plusieurs échelles et dans différents contextes biogéochimiques. Les approches ainsi développées ont permis de caractériser les mécanismes de sorption des polluants dans le sol et dans ses différents compartiments, minéral, organique et biotique et d'établir l'effet de ces processus sur le transfert réactifs de ces polluants en combinant des approches expérimentales et théoriques en conditions dynamiques et en faisant appel à des dispositifs technologiques spécifiquement développés. La première partie de ce mémoire concerne l'étude des processus de sorption des micropolluants organiques et métalliques dans les sols, et des divers facteurs qui les contrôlent, notamment la spéciation chimique. Cette spéciation contrôle directement l'ambiance chimique dans les sols, qui correspond à un équilibre de la chimie et de la distribution des micropolluants entre les différents compartiments du sol. Ainsi les interactions des micropolluants avec les constituants abiotiques (minéraux et matière organique) et biotiques (microorganismes) des sols et leur modélisation ont été étudiées par des approches combinées de dynamique des systèmes (colonnes), chimie de solution (batch) et spectroscopiques ou microscopiques (spectroscopie EXAFS, MEB- et MET-EDX). Le premier exemple abordé a concerné la réactivité de composés organiques (dinitrophénols) en mono- et multi-contaminations. Pour cette dernière condition, il a été montré de manière originale l'existence de processus complexes et prépondérants de compétition pour les sites de sorption dans les sols et de synergie pour la toxicité, processus largement négligés dans les études classiques mono-polluants, qui ne sont que rarement représentatives de la réalité du terrain. Ainsi, ces phénomènes induisent des modifications importantes du comportement global de ces composés en termes de mobilité (cinétiques de transfert de masse), d'impact et de dégradabilité, rendant également leur prédiction très délicate car nécessitant la prise en compte des phénomènes de synergie et de compétition précités. La réactivité des micropolluants avec une des fractions les plus réactives des sols, la biomasse vivante, a également été étudiée au travers de trois modèles bactériens contrastés (Cupriavidus metallidurans CH34, Escherichia coli, Pseudomonas putida) par une approche combinée de spectroscopie X et de chimie de solution. Ainsi nous avons contribué à la validation d'un modèle universel de réactivité de surface bactérienne aux micropolluants, notamment métalliques, basé sur la prise en compte de groupements réactifs déjà connus, phosphoesters, carboxyles, ou nouvellement identifiés, sulfhydriles, par une approche d'absorption X et de modélisation thermodynamique. Ce modèle reste toutefois peu satisfaisant pour les structures biologiques complexes telles que les biofilms, qui présentent une réactivité largement sous-estimée en raison de la mise en jeu de substances polymériques extracellulaires (EPS) complexes, particulièrement abondantes dans ces structures. Ce volet constitue une de mes principales perspectives de recherche. Dans la seconde partie de ce mémoire, des approches en conditions statiques et dynamiques et mono et multi-pollutions ont permis d'évaluer la biodégradabilité et la biotransformation de contaminants traces en sols naturels. Leur impact sur le compartiment microbien a été évalué par des méthodes d'écotoxicologie classique (bio-indicateurs, marqueurs microbiologiques globaux) et par des méthodes plus innovantes (biocapteurs, biodiversité) permettant la mise en évidence du contrôle de la toxicité des contaminants par leur biodisponibilité, elle-même largement contrôlée par leur spéciation chimique, leur réactivité et leur diffusion au contact des cellules bactériennes (accessibilité). Ces études ont contribué à montrer le rôle important (prépondérant sous certaines conditions) des microorganismes dans la rétention et dans le transport des micropolluants dans les sols, phénomènes qui ont longtemps été négligés et restent encore aujourd'hui difficiles à évaluer in situ. Cela a constitué la dernière partie de ce travail qui présente une approche de dynamique des systèmes en colonnes de sols, permettant d'identifier et modéliser les conditions biogéochimiques impliquées dans le transfert réactif des polluants dans la zone non saturée des sols. Nous avons ainsi caractérisé les principaux facteurs biotiques et abiotiques contrôlant la mobilité des polluants et des bactéries dans les sols et développé une modélisation intégrant ces facteurs dominants. En plus d'être rapidement mobilisées dans les sols, certaines cellules bactériennes peuvent, sous certaines conditions, accélérer fortement le transport de polluants, comme nous avons pu le montrer avec le pentachlorophénol ou avec le Zn, le Cd ou le Cu et le prédire par une modélisation couplée hydrodynamique et géochimique. L'approche pluridisciplinaire et multi-échelle (moléculaire à macroscopique) développée dans ces travaux, fournit des connaissances nouvelles (i) pour la compréhension des cycles biogéochimiques des micropolluants dans les sols, et (ii) pour l'évaluation des risques liés à ces pollutions (notamment les multi-pollutions) et le développement de techniques de bioremédiation de sols et d'eaux contaminés. Mots clefs : Micropolluants, biotransformations, spéciation, écotoxicité, biodisponibilité, accessibilité, réactivité de surface, transfert réactif, bioremédiation, couplages, modélisation.

Les zones humides naturelles méditerranéennes sont des écosystèmes rares et vulnérables souvent altérés par les pollutions des milieux adjacents. Le développement de zones humides artificielles (ZHA) servant au traitement secondaire des pollutions permettrait de limiter l’impact des activités industrielles sur les milieux naturels. Pour végétaliser ces ZHA et tolérer les contraintes du climat méditerranéen, l’utilisation d’espèces végétales locales éco-adaptées est recommandée. Toutefois ce type de ZHA, utilisant des plantes locales méditerranéennes, a fait l’objet d’un nombre restreint de travaux. Les objectifs de cette thèse sont donc : - de suivre la biocénose implantée et spontanée d’une ZHA pour évaluer la mise en place de ce nouvel écosystème (suivis floristique, faunistique et phytoplanctonique),- d’évaluer ses fonctionnalités et son efficacité épuratoire (suivis physico-chimique et biologique),- de questionner la pérennité de tels systèmes dans une contexte de changements globaux, notamment climatique. Les résultats montrent qu’un nombre restreint d’espèces végétales locales sélectionnées peut permettre la création d’un nouvel écosystème fonctionnel et durable qui soutient l’enjeu de biodiversité, tout en améliorant le traitement des effluents rejetés par le bassin industrialisé. Ces travaux valident l’intérêt des ZHA à hélophytes locales en méditerranée pour traiter les pollutions de bassins versants industrialisés mais un effort de recherche reste à faire pour adapter la conception aux spécificités des sites dans une véritable démarche d’ingénierie écologique. / Natural wetlands in Mediterranean areas are rare and vulnerable ecosystems, frequently impacted by various pollutants from nearby environments. In order to decrease industrial activities lethal effects on natural areas, constructed wetlands (CWs) are an interesting opportunity to remediate their pre-treated wastewaters. Such CWs would take advantage with using local plant species, well adapted to Mediterranean climate’s rigors. Nevertheless, CWs planted with Mediterranean plant species are still scarce and poorly studied. Aims of this thesis are thus:• to follow up on planted and adventive biocœnosis of a CW (flora, fauna and phytoplankton), in order to assess a novel ecosystem settlement,• to get better knowledge on its functions and remediation efficiency (physico-chemical and biological parameters),• to question durability of such techno-ecosystems in a context of global changes (with focus on climate).Main result let us know that it only takes a few local plant species, wisely chosen, to allow the settlement of a sustainable and fully functional ecosystem, supporting biodiversity stakes while increasing the remediation of pre-treated wastewaters collected from industrialized catchment. This work assess CWs planted with local helophytes as a powerful tool to treat industrialized catchment wastewaters in Mediterranean area, but researches are still needed to fit each design with each site characteristics, following a sustainable ecological engineering approach.