Cette étude a été dédiée au développement d’une nouvelle approche de modélisation de la phytodisponibilité des éléments traces. Cette approche a été employée pour prédire l’adsorption du cuivre (Cu) sur des racines de blé et de tomate. Plusieurs techniques analytiques (titrages acido-basiques, résonance magnétique nucléaire, spectroscopie d’absorption X) ont été employées et croisées avec des résultats de modélisation. Dans un premier temps, la réactivité des racines a été caractérisée. Les racines étant constituées de parois apoplasmiques et de membranes plasmiques, la contribution respective de ces deux compartiments végétaux aux propriétés de complexation des racines a été évaluée. L’étude a ensuite été focalisée sur la complexation du Cu au sein des racines et sur l’évolution de cette complexation en fonction des conditions physico-chimiques du milieu. Grâce aux résultats obtenus sur la caractérisation des racines et à l’acquisition d’un jeu varié de données expérimentales sur la complexation du Cu, le modèle a pu être paramétré. Il a été montré que les propriétés de complexation des racines de blé et de tomate proviennent conjointement des membranes plasmiques et des parois apoplasmiques. La spéciation du Cu au sein des racines était partagée entre les composés pectiques des parois apoplasmiques et les protéines enchâssées à la fois dans les parois apoplasmiques et les membranes plasmiques. Un modèle propre aux racines a pu être développé sur la base d’un modèle existant dédié à la réactivité des substances humiques. Le modèle WHAM-THP, présenté dans cette étude, est un premier pas vers un nouvel outil d’évaluation de la phytodisponibilité des éléments traces. / This study has been dedicated to the development of a new modeling approach of trace element phytoavailability, focusing on binding reactions between trace element and plant roots. This approach was used to predict copper (Cu) adsorption on wheat and tomato roots. Several analytical techniques (acid-base titrations, nuclear magnetic resonance of carbon 13, X-ray absorption spectroscopy) were used and crossed with modeling results. At first, plant root reactivity was characterized. Because plant roots are consist of cell walls and plasma membranes, the relative contribution of these two compartments in root binding properties was evaluated. The study was then focused on Cu binding reactions on roots and the effects of physico-chemical conditions (pH, ionic strength, presence of cations) on copper binding. The model has been set thanks to results on root characterization obtained and the acquisition of a set of experimental data on Cu binding. It has been shown that binding properties of wheat and tomato roots came from both cell walls and plasma membranes. Copper speciation in roots was shared, almost evenly, between cell wall pectic compounds and proteins embedded in cell walls and plasma membranes. A model, specific to plant roots, has been developed on the basis of a current model dedicated to the humic substances reactivity. The WHAM-Terrestrial Higher Plants model presented in this study is a first step towards a new tool for assessing the availability of trace elements for plants.

Les antibiotiques (ATB) consommés en médecine humaine et vétérinaire sont en grande partie excrétés et peuvent entrer dans les sols agricoles via l’épandage des produits résiduaires organiques (PRO), avec des risques encore mal connus sur la santé humaine et l’environnement. De plus, ces ATB sont le plus souvent apportés en mélange avec d'autres contaminants organiques et/ou minéraux. Or très peu d’études ont abordé le devenir et les effets des ATB en interaction avec d'autres contaminants dans les sols.L’objectif de la thèse était donc de mieux comprendre le devenir des ATB, apportés seuls, ou en mélange et leurs impacts sur les microorganismes du sol et leurs activités.Les antibiotiques sélectionnés ont été le sulfaméthoxazole (SMX) et la ciprofloxacine (CIP), pour leur comportement dans le sol et leur mode d’action contrastés, ainsi que le N-ac-SMX, métabolite principal du SMX. Les métaux choisis ont été le cuivre et le zinc car leur accumulation dans le sol est connue pour être favorisée via certains PRO. Ils ont été apportés en mélange, à une dose environnementale, et à une dose 5 fois plus élevée. Les sols sont un sol témoin qui n'a jamais reçu de PRO et deux sols amendés depuis 1998, par du fumier ou un compost de déchets verts et boues de station d’épuration, afin de tester l'impact d'apports répétés de PRO et la nature du PRO.Des microcosmes ont été incubés en conditions contrôlées pendant 156 jours. Pour l'étude du devenir des ATB, les sols ont été traités avec des ATB marqués au 14C et la distribution du 14C a été suivie dans les fractions minéralisées, facilement et difficilement extractibles et non extractibles. L'étude de l'impact des ATB seuls ou en mélange sur les microorganismes et leurs activités a été réalisée à partir d'ATB non marqués.Le devenir des ATB est contrôlé par :i) La nature et les propriétés des ATB : la CIP s'adsorbe rapidement et fortement dans les sols et n'est pas minéralisée. Les sulfonamides sont rapidement dégradés et minéralisés jusqu'à 10% après 156 jours.Les devenirs du SMX et du N-ac-SMX, sont quasiment similaires lorsqu'ils sont apportés seuls, le N-ac-SMX étant transformé en SMX. Quelles que soient les molécules, les résidus non extractibles sont majoritaires en fin d'incubation (> 50%).ii) L'apport répété de PRO qui favorise l'adsorption des ATB et diminuent leur minéralisation.iii) La nature des PRO suivant leur stabilité : le compost, plus stable, favorise la production de résidus difficilement extractibles, le fumier, plus dégradable, stimule la minéralisation des sulfonamides et la production de résidus non extractibles.iv) La présence d'autres contaminants, leur nature et leur concentration : si l'apport de CIP à dose environnementale n'a pas impacté le devenir du SMX et du N-ac-SMX dans les sols, les métaux ont exercé des effets d'autant plus importants que leur dose était élevée. A dose faible, les métaux diminuent la minéralisation du SMX et du N-ac-SMX d'un facteur 2 en favorisant l'adsorption des ATB par complexation en particulier avec le cuivre. A forte dose, les métaux inhibent la minéralisation des sulfonamides avec des effets d'origine physico-chimique (augmentation de l'adsorption des ATB via le cuivre) et certainement biologique (effets toxiques en particulier du zinc).Les sulfonamides n'ont pas eu d'effet sur les microorganismes du sol et la minéralisation du carbone et de l'azote lorsqu'ils sont apportés seuls ou en mélange avec de la ciprofloxacine ou avec des métaux à dose environnementale. En revanche, les mélanges avec la forte dose de métaux exercent des effets toxiques sur la biomasse microbienne et sur la minéralisation du carbone. Ces effets toxiques semblent essentiellement dus aux métaux et non au pH ou à la force ionique.Dans ces conditions expérimentales, les risques environnementaux liés aux ATB semblent donc limités à court terme. Mais il serait nécessaire d’étudier les effets à plus long terme, et les effets d'apports cumulatifs. / The antibiotics (ATB) used in human and veterinary medicine are largely excreted and can enter agricultural soils through the spreading of organic waste products (OWP), with unassessed risks on human health and the environment. In addition, these ATBs are most often combined with other organic and / or mineral contaminants. However, very few studies have addressed the fate and effects of ATBs interacting with other contaminants in soils.The objective of the thesis was to better understand the fate of ATB applied to soils alone or in combination with other contaminants, and their impacts on soil microorganisms and their activities.The antibiotics selected were sulfamethoxazole (SMX) and ciprofloxacin (CIP), for their contrasting mode of action and behavior, and N-ac-SMX, the main metabolite of SMX. The chosen metals were copper and zinc, which are known to increase in soils with regular applications of certain OWPs. They were brought together, at an environmental dose, and at a dose 5 times higher. The soils are a control soil that has never received OWP and two soils amended since 1998, by manure or compost green waste and sewage sludge, to test the impact of repeated applications of OWP and of the nature of OWP.Microcosms were incubated under controlled conditions for 156 days. For the study of ATB fate, the soils were treated with 14C-labeled ATBs and the 14C distribution was followed in the mineralized, easily and hardly extractable and non-extractable fractions. The impact of ATBs alone or in combinations on microorganisms and their activities was studied using unlabelled ATBs.The fate of ATBs is controlled by :i) The nature and properties of ATBs: CIP is rapidly and strongly adsorbed in soils and is not mineralized. Sulfonamides are rapidly degraded and mineralized up to 10% after 156 days.The fates of the SMX and N-ac-SMX are almost similar when they are brought alone, the N-ac-SMX being transformed into SMX. Whatever the molecules, the non-extractable residues are major at the end of incubation (> 50%).ii) Previous repeated applications of OWP that enhance adsorption of ATBs and reduce their mineralization.iii) The nature of the OWP : the more stable compost promotes the production of hardly extractable residues, the manure, more degradable, stimulates the mineralization of the sulfonamides and the production of non-extractable residues.iv) The presence of other contaminants, their nature and concentration : although the CIP at environmental doses did not affect the fate of SMX and N-ac-SMX in soils, the influence of metals was measurable and increased with their dose. At low doses, metals decrease the mineralization of SMX and N-ac-SMX by a factor of 2, by promoting the adsorption of ATBs through complexation, in particular with copper. At high doses, metals inhibit the mineralization of sulfonamides, through physicochemical reactions (increased adsorption of ATBs via copper) and certainly biological effects (toxic effects especially of zinc).The sulfonamides had no effect on soil microorganisms and mineralization of carbon and nitrogen when applied alone or as a mixture with ciprofloxacin or metals at environmental doses. But mixtures with the high dose of metals induce toxic effects on microbial biomass and mineralization of carbon. These toxic effects seem mainly due to metals and not to pH or ionic strength indirect effects.Therefore under these experimental conditions, the environmental risks associated with ATBs seem limited in the short term. But it would be necessary to study the effects in the longer term and of cumulative applications.

D’après le répertoire des terrains contaminés du MELCC, le Grand Montréal compte plus de 11 000 sites pollués. Une approche pour l’assainissement de ces terrains est la phytoremédiation, une stratégie qui utilise la faculté de certaines plantes pour réduire les concentrations des contaminants in situ. Une contrainte associée à la végétalisation des sites contaminés est le risque de bioaccumulation dans la chaîne alimentaire. Une solution serait l’utilisation de polycultures tirant profit de la combinaison d’espèces végétales aux caractéristiques différentes. L’objectif principal de cette étude était de comparer l’accumulation d’éléments traces d’une plante alimentaire (Solanum lycopersicum—tomate cerise) et de plantes « phytoremédiatrices » (Salix discolor—Saule discolor, Achillea millefolium—achillée millefeuille, Trifolium repens—trèfle blanc) lorsque cultivées en compagnonnage sur des sols contaminés. Quinze traitements ont été examinés : cinq assemblages de plantes et trois sols (technosol à 110 mg Cu kg-1, technosol dopé jusqu’à 2500 mg Cu kg-1 et un sol de jardin non contaminé). Les résultats ont montré (1) que les polycultures incluant T. repens étaient les plus performantes à produire de la biomasse et à phytoextraire le cuivre, (2) que les stress (c.-à-d. compétition et ressource en eau) ont clairement amoindri les performances de S. discolor et (3) la résilience d’A. millefolium d’où l’importance de favoriser sa présence dans les friches industrielles, où celle-ci pousse déjà naturellement. / According to the MELCC’s contaminated land directory, Greater Montréal has more than 11,000 polluted sites. One approach to remediating these lands is phytoremediation, a strategy that uses plants to reduce contaminant concentrations in situ. A restraint associated with the revegetation of contaminated sites is the risk of bioaccumulation in the food chain. A solution would be using polycultures to take advantage of the combination of plant species with different functions. The main objective of this study was to compare the accumulation of trace elements of a food plant (Solanum lycopersicum—cherry tomato) and “phytoremediator” plants (Salix discolor—American pussy willow, Achillea millefolium—yarrow, Trifolium repens—white clover) when grown as companions on contaminated soils. Fifteen treatments were examined: five plant associations (cherry tomato alone, cherry tomato/yarrow, cherry tomato/white clover/yarrow, cherry tomato/discolor willow, and cherry tomato/discolor willow/white clover), as well as three soils (technosoil 110 mg Cu kg-1, technosoil spiked up to 2500 mg Cu kg-1 and uncontaminated garden soil). The results showed (1) that polycultures including T. repens were the most efficient at producing biomass and phytoextrating copper, (2) that stresses (i.e. competition and water resources) reduced the performance of S. discolor and (3) the resilience of A. millefolium and the importance of promoting its presence in brownfield sites, where it already grows naturally.

Cette étude repose sur une analyse comparative des distributions d’éléments traces (ET) dans les podzols de deux forêts adjacentes qui se distinguent principalement par leur régime de perturbation. La forêt du site de l’Île a été protégée des perturbations majeures pendant plusieurs siècles, tandis que le site du Versant a subi un feu majeur il y a 100 ans. Bien qu’ils aient évolué à partir du même matériel parental et sous les mêmes conditions climatiques et topographiques, les sols de ces deux sites présentent des différences marquées au niveau de leur morphologie et de leurs propriétés chimiques. Notamment, le sol de l’Île, qui est dominée par des conifères, a un pH significativement plus faible dans l’entièreté du profil, un horizon B podzolique qui contient significativement plus d’oxydes de fer cristallin et des horizons organiques quatre fois plus épais en comparaison au sol du Versant, un peuplement de feuillus. L’objectif de ce projet de recherche était alors de démontrer comment les différentes conditions biogéochimiques affectent la rétention et la mobilisation des ET et plus spécifiquement, comment l’âge des forêts affecte le cycle des ET à travers son influence sur la pédogénèse. Dans chacun des deux sites, quatre pédons ont été creusés puis tous leurs horizons de sol ont été échantillonnés (total de 79 échantillons) afin de mesurer leurs concentrations extraites à l’acides et solubles dans l’eau en As, Cd, Cu, Pb, V et Zn. Les différences majeures entre les deux sites se trouvaient surtout dans les horizons organiques, où les concentrations totales de tous les ET étaient significativement plus élevées sur le Versant. Un cyclage biologique accru sur le Versant, par la présence de feuillus, dont Betula alleghaniensis, explique en partie les concentrations élevées dans la couche d’humus, particulièrement pour le Cd, le Cu et le Zn, dont les concentrations étaient jusqu’à 5 fois plus élevées dans l’horizon F du Versant. Cependant, le pourcentage d’ET en solution était significativement plus élevé sur l’Île pour tous les ET, à l’exception de l’As. Le très faible pH de l’Île a contribué à la mobilisation de ces ET. La rétention de Cd et de Zn était plus sensible à la variation de pH que les autres ET. Une quantité significative de Zn a été lessivée en dehors du profil de la forêt non-perturbée, car le stock total du profil de sol en Zn (mg/m2 par cm d’épaisseur) y est 4.5 fois plus faible que sur le Versant. Cette étude soulève l’impact direct et indirect de la dynamique de la végétation sur la pédogénèse et sur le cycle des ET dans les podzols. / This study is based on a comparative analysis of the distribution of trace elements (ET) in the podzolic soils of two adjacent forested sites that distinguish themselves based on their disturbance regime. The Island site was sheltered from major disturbances for several centuries, whereas a stand-replacing wildfire burned the area 100 years ago on the Hillslope site. Even though the soils of both sites developed from the same parent material and under the same climatic and topographic conditions, they display major morphological and chemical differences. The Island is a coniferous stand that has a significantly lower soil pH through the entire profile, a podzolic B horizon that contains significantly more crystalline iron oxide and organic horizons that are four times thicker than at the Hillslope, a deciduous stand. The objective of this research is to demonstrate how different biogeochemical conditions affect the retention and mobilisation of TE and more specifically how stand age influences the cycling of TE in soils through its impact on pedogenesis. In each site, four soil profiles were dug and all their horizons were sampled (total of 79 samples) in order to measure their acid-extracted and water-soluble concentrations of As, Cd, Cu, Pb, V and Zn. Major differences between the two sites are mainly found in organic horizons, where acid-extracted TE concentrations were significantly greater on the Hillslope. The enhanced biocycling caused by deciduous trees including Betula alleghaniensis contributed to the high concentrations in the humus layer of the Hillslope, especially of Cd, Cu and Zn, which were 5 times higher in the F horizon compared to the Island. Also, a higher percentage of TE was soluble on the Island for all TE, except for As. The solubilisation of TE was associated to the low soil pH of the older stand. Cd and Zn retention were more sensible to pH variation than other TE. A significant quantity of Zn was leached outside of the soil profile on the Island since the summed Zn content of the entire profile (mg Zn /m2 surface /cm thickness) was 4.5 times lower than on the Hillslope. This study highlights the direct and indirect impacts of vegetation on soil genesis and TE cycling in podzols.

Au Canada, en 2006, plus de 27 millions de tonnes de déchets solides non-dangereux (DS) ont dû être éliminées. Au Québec, la principale méthode utilisée pour ce faire est l'enfouissement. Par exemple, en 2000, plus de 75% des 7 millions de tonnes de DS étant éliminées l'ont été par enfouissement. Cette méthode a pour inconvénient majeur la génération de lixiviat résultant de la percolation des eaux de précipitations au travers des masses de déchets. Ce lixiviat est généralement capté et doit être traité avant d'être rejeté vers un milieu récepteur. Les systèmes de traitement présentement utilisés peuvent s'avérer coûteux en plus de devoir être opérés par du personnel spécialisé. De plus, avec l'arrivée en 2009 au Québec d'une nouvelle réglementation sur les lieux d'enfouissement de DS, plusieurs de ces systèmes risquent de ne plus répondre aux normes quant aux concentrations en polluants dans les eaux traitées, particulièrement en ce qui a trait au zinc et à l'azote ammoniacal. Dans cette optique, des essais ont été effectués au Centre de recherche industrielle du Québec (CRIQ), en collaboration avec l'Université Laval, afin d'évaluer la performance de la biofiltration sur support organique pour le traitement du lixiviat de lieux d'enfouissement de DS. Deux biofiltres ayant chacun un diamètre de 200 mm et une hauteur de garnissage de 1500 mm ont été alimentés avec un lixiviat prélevé sur un site d'enfouissement existant. Un suivi bimensuel des paramètres normes par le règlement sur l'enfouissement et l'incinération des matières résiduelles (REIMR) a été effectué sur le lixiviat en entrée et en sortie de ces biofiltres, et ce pour une période d'opération de plus de 300 jours. D'autre part, cinq colonnes ayant chacune un diamètre de 76 mm et une hauteur de garnissage de 300 mm ont été construites et différents médias ont été mis à l'essai pour évaluer leur capacité à capter les métaux résiduels à la sortie d'un des biofiltres. Les résultats obtenus laissent entrevoir que la technologie de biofiltration sur support organique combinée à une couche de média spécifique pour le captage des métaux permet de traiter le lixiviat d'un lieu d'enfouissement de DS de manière à ce que leur rejets respectent l'ensemble des normes stipulées par le REIMR.

Située dans le Nord-Est de la Colombie-Britannique, la formation de Montney est une zone d’exploitation gazière par fracturation hydraulique capable de rejeter des contaminants comme les éléments-traces, dont certains peuvent affecter la santé des femmes enceintes et leur enfant. Notre étude visait 1) l’évaluation de l’exposition de femmes enceintes de cette région à plusieurs éléments-traces à partir d’échantillons urinaires répétés, 2) la comparaison des concentrations à celles de populations de référence et 3) l’évaluation de la variabilité intra- et inter-individuelle dans les concentrations urinaires. 85 femmes enceintes participant à notre étude Exposures in the Peace River Valley (EXPERIVA) ont fourni 1 échantillon urinaire quotidien pendant 7 jours consécutifs. 20 éléments-traces y ont été analysés. Des statistiques descriptives ont été effectuées et la variabilité a été évaluée à l’aide du coefficient de corrélation intraclasse (CCI). Les concentrations urinaires médianes étaient supérieures à celles des populations de référence pour le baryum (2 fois), le cobalt (3 fois) et le strontium (2 fois). Durant la semaine, le 95e centile de référence était dépassé au moins 1 fois par de nombreuses participantes pour le baryum (58%), le cobalt (73%), le cuivre (29%), le manganèse (28%), le sélénium (38%), le strontium (60%) et le vanadium (100%). Les CCI variaient de 0.288 à 0.722 selon l’élément-trace. Nos résultats laissent supposer que les femmes enceintes de cette région peuvent être particulièrement exposées à certains éléments-traces (baryum, cobalt, cuivre, manganèse, sélénium, strontium et vanadium) et qu’un seul échantillon urinaire peut être insuffisant pour estimer adéquatement l’exposition à certains éléments-traces. / Located in Northeastern British-Columbia, the Montney formation is an important area of gas exploitation by hydraulic fracturing which can release contaminants like trace elements. Gestational exposure to these contaminants may lead to deleterious developmental effects. Our study aimed to assess gestational exposure to trace-elements in women living in this region through repeated urinary measurements, to compare these values to those from reference populations, and to evaluate inter- and intra-individual variability. 85 pregnant women participating in the Exposures in the Peace River Valley (EXPERIVA)study provided daily spot urine samples over 7 consecutive days. Samples were analyzed for 20 trace elements. Descriptive statistics were performed, and variability was evaluated through intraclass correlation coefficient (ICC) calculation for each trace element. When compared with those from North American populations, median urinary levels were higher in our population for barium (2 times), cobalt (3 times) and strontium (2 times). The 95th percentile of reference populations was exceeded at least 1 time by many participants during the week for barium (58%), cobalt (73%), copper (29%), manganese (28%), selenium (38%), strontium (60%) and vanadium (100%). ICCs varied from 0.288 to 0.722 depending on the trace element. Our results suggest that pregnant women living in this region may be more exposed to certain trace elements (barium, cobalt, copper, manganese, selenium, strontium, and vanadium), and that one urine spot sample could be insufficient to adequately estimate exposure to certain trace elements.

L’exploitation minière détériore les écosystèmes par la génération de contaminants qui affectent la diversité fonctionnelle des processus bactériens. Le mémoire suivant avait pour but de caractériser l’impact d’un gradient polymétallique sur la diversité et la structure taxonomique de communautés bactériennes lacustres d’un système de lacs dans la région de Rouyn-Noranda. Deux méthodes furent utilisées pour décrire la dynamique de la diversité et de la structure taxonomique des communautés bactériennes à partir du gène codant l’ARNr 16S : l’électrophorèse sur gel en gradient dénaturant et le séquençage de nouvelle génération 454. Les résultats ont démontré i) que l’exposition à des métaux lourds induit des changements dans la diversité et la structure taxonomique des communautés bactériennes et ii) qu’une pression de sélection similaire provoque un phénomène d’évolution parallèle chez des communautés bactériennes indépendantes. Cette étude aura ainsi permis d’apporter de nouvelles connaissances en ce qui a trait aux changements profonds que subissent les communautés bactériennes sous l’influence des métaux lourds et ce, autant d’un point de vue écologique qu’évolutif. / There are growing concerns about ecosystems being disturbed by mining activities which release heavy metals consequently exerting a strong selective pressure on the functional diversity of bacterial processes. Therefore, this thesis aimed to characterize the impact of diffuse polymetallic pollution over the taxonomic diversity and structure of lacustrine bacterial communities from sites located in the surroundings of Rouyn-Noranda. To this end, denaturing gradient gel electrophoresis and pyrosequencing of 16S rRNA sequences were used. The results showed that i) communities’ equilibrium was disturbed at both the diversity and structure levels and that ii) a similar selective pressure induced parallel evolution within independent bacterial communities. Our study therefore sheds light on the importance of analyzing bacterial communities at the taxonomic diversity and structure level to generate insights about the community changes taking places under polymetallic contaminants at both an ecological and evolutionary point of view.

Les sols forestiers constituent un réservoir considérable d’éléments nutritifs disponibles pour soutenir la productivité forestière. Ces sols contiennent aussi une quantité, encore inconnue à ce jour, d’éléments traces biodisponibles provenant de sources anthropiques ou naturelles. Or, plusieurs de ces éléments recèlent un potentiel toxique pour les organismes vivants. Ainsi, la quantification de la concentration et du contenu total en éléments traces des sols forestiers s’avère nécessaire afin d’évaluer les impacts des perturbations sur la qualité des sols. Les objectifs de ce projet de recherche sont: 1) de mesurer le contenu total en éléments traces en phase solide (Ag, As, Ba, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Tl, V, Y, Zn) des divers horizons de sols d’écosystèmes forestiers du Québec méridional; 2) d’établir des liens significatifs entre la fraction soluble dans l’eau des éléments traces et les propriétés des horizons de sols et; 3) d’évaluer le rôle de la proximité d’un centre urbain sur les contenus en éléments traces. Pour répondre à ces objectifs, quatre profils de sols situés dans la région de St-Hippolyte et deux situés dans la région de Montréal furent échantillonnés jusqu'à l'atteinte du matériel parental. Les résultats de ce projet de recherche ont révélé que le contenu total en éléments traces présents dans les profils de sols se retrouve en grande partie dans les fragments grossiers du sol. Il a été démontré que la teneur en carbone organique, les complexes organométalliques et les oxydes de fer et d’aluminium dictent la distribution en profil de la majorité des éléments traces étudiés. Finalement, il fut prouvé que la région de Montréal présente des niveaux de contamination en éléments traces (Ag, As, Ba, Cu, Mn, Pb, Rb, Se, Sr, Tl et Zn) supérieurs à ceux rencontrés dans les Laurentides. / Forest soils represent an important stock of nutrients available to sustain forest productivity. They also contain an amount, still unknown, of trace elements inherited from natural or anthropogical sources. Many of these trace elements can be toxic to living organisms. Thereby, quantification of the concentration and the total content of trace elements in forest soils is necessary to asses the impact of these elements on soil quality. The specific objectives of this research project are: 1) to measure the total content of trace elements in solid phase (Ag, As, Ba, Cd, Ce, Co, Cr, Cu, Mn, Ni, Pb, Rb, Se, Sr, Tl, V, Y, Zn) of various soil horizons in two forest ecosystems of southern Quebec, 2) to establish significant correlations between the bioavailable fraction (water-soluble) of trace elements and soil horizons properties and 3) to compare the trace element stock of two Canadian Shield’s forest soil with those of similar soils situated in the Montreal area. To achieve these goals four soil profiles situated in the pristine region of St-Hippolyte and two in the urban area of Montréal, were excavated down to the parent material. The results of this research have established that the trace element’s total stock is mainly concentrated in coarse fragments of the soil. Multivariate statistical analyses revealed significant links between organic carbon, organometallic complexes as well as Fe-Al oxides and the distribution of trace element in soil profiles. Finally, it was proved that Montreal’s soil contained more trace element (Ag, As, Ba, Cu, Mn, Pb, Rb, Se, Sr, Tl et Zn) than Canadian Shield’s soils.

Dans un bassin versant, la connectivité hydrologique constitue un état hydrologique qui lie le versant à la zone riveraine. Ses impacts sur la production du débit et le transfert des éléments dissous vers le cours d’eau sont présumés substantiels. L’étude vise à 1) détecter les hydrotopes et les connexions hydrologiques à l’aide d’un réseau de puits qui permet la mesure des fluctuations de la nappe phréatique (NP); 2) identifier la variabilité spatio-temporelle et la signature géochimique des sources potentielles en eau à l’aide des éléments majeurs et traces et 3) examiner la contribution spatio-temporelle respective des sources en eau du bassin lors d’un événement de précipitation. L’étude s’effectue dans un bassin versant forestier du Bouclier canadien (l’Hermine). Nous démontrons l’existence de quatre hydrotopes représentant un gradient de convergence de l’eau, soulignant la diversité de comportement de NP. Les connexions hydrologiques se caractérisent par des coefficients de Spearman élevés des relations entre la profondeur de la NP et le débit, dans leur partie en aval, et s’enclenchent par le fill and spill. Le comportement de NP est influencé par la distance aux limites du bassin, l’horizonation du sol et la topographie souterraine. En somme, trois sources en eau se connectent à partir du versant vers la zone riveraine durant l’événement pluvial de manière chronologique: 1) les horizons B et la NP de l’ensemble du bassin (Sr); 2) les horizons LFH des zones de convergence (Ba et Zn) et 3) une dépression de sol humide sur le versant nord (Co et Mn). / In watersheds, hydrologic connectivity consists of a hydrologic state that links the upper part of a hillslope to the riparian zone. Its impacts on streamflow generation and transfer of dissolved elements towards the stream are considered substantial. This study aims to 1) detect hydrotops and hydrologic connections with a network of wells that allow measurements of water table (WT) fluctuations; 2) identify spatial and temporal variability and the geochemical signature of potential sources of water with major and trace elements and 3) examine the spatial and temporal contribution of sources of water within the watershed during a storm event. The study takes place in a small forested watershed of the Canadian Shield (the Hermine). We demonstrate the existence of four hydrotops representing a water convergence gradient, highlighting diversity of behavior of the WT. Hydrological connections are characterized by high Spearman coefficients of the relationship between WT depth and streamflow in their downstream portion. Some hydrological connections are engaged by the fill and spill mechanism. WT behavior is influenced by the distance limits of the basin, soil horizonation and subsurface topography. In sum, three water sources connect the hillslope to the riparian zone during the storm event in chronological order: 1) WT and B horizons of the entire basin (Sr), 2) LFH horizons of convergence zones (Ba and Zn) and 3) a depression of wet soil on north hillslope (Co and Mn).

L’industrialisation de l’étang de Berre au cours du 20ème siècle s’est accompagnée d’importants rejets en éléments traces métalliques (ETM) qui ont été en partie accumulés dans les sédiments et sont aujourd’hui susceptibles d’être remobilisés vers la colonne d’eau ou d’être intégrés dans le réseau trophique et d’entrainer un risque écotoxicologique.La reconstitution de l’évolution temporelle et spatiale de la contamination des sédiments montre que les niveaux de contaminations actuels des sédiments de surface sont les plus bas depuis plusieurs décennies en lien avec l’efficacité des réglementations sur les rejets industriels mises en place dans les années 1970. Ces niveaux sont faibles à modérés en surface mais de très fortes contaminations existent quelques centimètres sous la surface des sédiments.Le rôle des oxy-hydroxydes de Fe ou de Mn et des sulfures dans le contrôle de la mobilité des ETM dans le sédiment et leurs flux à l’interface eau/sédiment a pu être démontré grâce à la modélisation du transport et des réactions des composés chimiques et des ETM dans les eaux interstitielles, de leurs profils de concentrations dans la fraction réactive de la phase particulaire et d’expérimentations en conditions contrôlées au laboratoire. L’oxygénation de la colonne d’eau constitue le principal paramètre influençant cette mobilité et ces flux, et l’influence d’une réoxygénation des fonds dans le Grand Etang est discutée.Enfin, la biodisponibilité des ETM et le stress (géno)toxicologique qu’ils peuvent constituer pour un organisme benthique cible, le polychète Nereis succinea, ont été évalués par l’estimation des fractions potentiellement biodisponibles dans les sédiments (extractions chimiques et Diffusive Gradient in Thin-films), par la mesure des concentrations bioaccumulées et par l’utilisation de biomarqueurs de défense (métallothionéines) et de dommages (tests de génotoxicité). Certains ETM qui sont fortement bioaccumulés représentent un risque potentiel et pourraient être impliqués dans la dégradation de la macrofaune benthique. / The industrialization of the Berre lagoon in the 20th century was accompanied by large releases trace metals, which were partially accumulated in sediments and are now likely to be remobilized to the water column or be integrated into the food chain and cause an ecotoxicological risk.The reconstruction of the temporal and spatial trends of sediment contamination shows that current levels of contamination of surface sediments have been the lowest for decades in agreement with the effectiveness of regulations on industrial releases set up in the years 1970. These levels are low to moderate in surface but very high contamination exist a few centimeters below the sediment surface.The role of Fe and Mn oxy-hydroxides and sulfides in controlling the mobility of ETM in the sediment and fluxes at the water/sediment interface has been demonstrated through the modeling of transport and reactions of chemical compounds and trace metals in the pore waters, their concentration profiles in the reactive fraction of the particulate phase and experiments under controlled laboratory conditions. The oxygenation of the water column is the main parameter influencing the mobility and fluxes and the influence of reoxygenation of bottom water column in the Grand Etang is discussed.Finally, the bioavailability of trace metals and adverse effects they may constitute for a target benthic organism, the polychaete Nereis succinea, were evaluated by estimating the potentially bioavailable fraction in sediments (chemical extractions and Diffusive Gradient in Thin-films), by measuring bioaccumulated concentrations and by the use of biomarkers (metallothioneins and genotoxicity assays). Some highly bioaccumulated trace metals pose a potential risk and might be involved in the degradation of the benthic macrofauna.