L’objectif principal de ce travail de thèse est d’évaluer l'impact des activités anthropiques sur le fonctionnement des systèmes aquatiques. L’impact des rejets urbains de Fès sur le Sebou, l'une des plus grandes rivières du Maroc, a été choisi pour cette étude. Les eaux usées domestiques et industrielles de la ville de Fès (~1M hab), véhiculées par son affluent l’oued Fès, sont rejetées dans le Sebou quasiment sans traitement. Deux sites du Sebou, en amont et en aval des rejets de la ville de Fès, et un site situé sur l’oued Fès ont été étudiés. Une campagne de prélèvement de carottes de sédiments et onze campagnes mensuelles de prélèvement d’eau et de matières en suspension (MES) ont été effectuées dans le but de quantifier les apports en nutriments, éléments traces métalliques (ETM) et carbone organique afin d’étudier la dynamique de ces polluants. Les résultats obtenus ont mis en évidence une augmentation des concentrations de presque tous les éléments étudiés en aval de la ville de Fès aussi bien dans la colonne d’eau que dans les sédiments. L’étude des carottes sédimentaires a révélé une contamination modérée par les butylétains totaux (ΣBT) avec la prédominance du monobutyétain dans les trois sites d’étude et sur toutes les profondeurs. Les sédiments du Sebou, en amont de la ville de Fès se caractérisent par les teneurs les plus faibles en métaux alors que ceux de l’oued Fès présentent une forte pollution polymétallique, accentuée dans les sédiments de surface, ce qui reflète clairement la signature d'apports anthropiques récents résultant des rejets non traités de la ville de Fès. L’augmentation consécutive des teneurs des métaux dans les sédiments du Sebou en aval de la confluence Fès-Sebou traduit l'influence significative des particules polluées de l’oued Fès. Dans la colonne d’eau, les concentrations mesurées dans le Sebou en amont de la confluence Fès-Sebou sont proches des rivières naturelles, à l’exception de Cl-, Cr, Na+ et NO3- dont les concentrations traduisent des pollutions agricoles et/ou domestiques. En revanche, la signature anthropique des rejets de la ville de Fès apparait évidente dans les eaux de l’oued Fès qui montrent des concentrations très élevées en ETM dissous et particulaires. La majorité des ETM provenant des apports anthropiques subissent des changements importants de leur coefficient de distribution Kd et présentent un comportement non conservatif dans le mélange entre les eaux du Sebou et celles de l’oued Fès. Ces résultats ont été confirmés par le modèle WHAM qui permet de prédire correctement le fractionnement dissous/particulaire, du Cu, Pb et Zn. La spéciation chimique de ces éléments ainsi que leur répartition dissous/particulaire apparaissent significativement influencées par les conditions particulières (anoxie, forte contamination, teneurs importantes en matière organique) des eaux de l’oued Fès. Ces conditions sont aussi à l’origine du comportement non conservatif de la majorité des éléments lors d'un mélange Sebou/Fès, observé aussi bien dans la colonne d’eau que dans les sédiments. / The main goal of this PhD was to evaluate the impact of the anthropogenic activities (urban, industrial or agricultural activities) on aquatic systems. The Fez metropolitan area and its impacts on the Sebou River, the main Moroccan river, were chosen as a case study. The Fez agglomeration (~1M hab), is surrounded by the Fez River, receiving the wastewaters of this developing city and then flowing into the Sebou. This work was performed on two sites along the Sebou River (upstream and downstream from the confluence with Fez River), and one site in the Fez River, downstream from the Fez city. One sampling campaigns of sediment cores and eleven sampling campaigns were performed during low flow conditions to quantify nutrients, organic carbon and trace metals and to study the dynamic and the transport of trace elements in the Sebou and Fez rivers. The obtained results revealed a global increase of studied elements in the Sebou River from upstream to downstream sampling site, in both sediments and water column. A moderate level of contamination by butyltins was observed, with monobutyltin being the dominant species across all sites and depths. The lowest level of metal pollution was identified in the Sebou's sediments upstream Fez city. Whilst the Fez' sediments were heavily polluted and exhibited bottom-up accumulation trends, which clearly evidence recent inputs from the untreated wastewaters of Fez city. The increase of metal levels in Sebou downstream sediments reflects a significant contribution of polluted particles from the Fez River. Dissolved and particulate concentrations of most of the analyzed elements in the Sebou, upstream from Fez city, are close to the natural rivers, except Cl-, Cr, Na+ et NO3- probably due to untreated urban inputs from several small/medium-size towns located upstream Fez. In the opposite On the contrary, high dissolved and particulate trace metals concentrations in the Fez River clearly indicated strong anthropogenic inputs from Fez city. Most of the studied trace metals originated from anthropogenic sources, underwent significant changes of Kd and behaved non-conservatively in the Sebou/Fez waters mixing due to drastic changes of the waters quality (anoxic condition, high concentration, high organic matter content). Dissolved/particulate partitioning were correctly assessed by WHAM-VII modeling for Cu, Pb and Zn, depicting significant differences in chemical speciation in Fez River when compared to Sebou one.

L’étude du comportement des éléments métalliques est primordiale compte tenu leur effet souvent toxique dansde nombreux écosystèmes. Ces derniers lorsqu’ils interagissent avec la Matiere Organique (MO), peuvent formerdes complexes plus ou moins stables. Ainsi, la MO joue un rôle important dans leur spéciation chimique et leurtransport. Dans ce travail, l’analyse de cette complexation est réalisée par Quenching de Fluorescence (QF).Cette technique permet de modéliser la fixation des sites de complexation à l’aide d’une constante thermodynamiquedéterminée à partir d’un modèle 1 : 1. Le quenching de fluorescence a été mesuré par spectroscopie defluorescence en mode stationnaire et en mode résolue en temps. Les mesures de fluorescence en mode stationnairefournissent des Matrices d’Excitation et d’Émission de Fluorescence (MEEFs). L’extraction des différents composantsde ces MEEFs est effectué par séparation de sources : la décomposition multilinéaire CP/PARAFAC,qui permet de caractériser spectralement les composants. Les mesures par Spectroscopie Laser Résolue en Temps(SLRT) permettent une caractérisation spectrale et temporelle des composants fluorescents. L’étude des lois dedécroissance de la fluorescence induite par impulsion laser nanoseconde en l’occurrence a permis de déterminerle type d’interaction entre la MO et les quencheurs. Pour se faire, un algorithme de déconvolution temporellea été appliqué à chaque décroissance de fluorescence mesurée. L’interprétation des données temporelles a étéaccomplie en utilisant le graphique de Stern–Volmer. Les résultats des interactions du cuivre, de l’europiumet de l’uranium avec les Acides Humiques (AH) et les Acides Fulviques (AF) montrent des décroissances defluorescences importantes et des constantes de stabilité entre 2,04 et 4,52. Le cuivre a permis de valider notremodèle d’étude et l’interaction de l’europium et l’uranium avec les AH et AF étudiés a révélé des constantesde stabilité en général en bonne corrélation avec la littérature. Les résultats de la SLRT ont souvent révélé desdécroissances bi–exponentielles et des temps de vie entre 0,40 et 14 ns et montrent que les interactions étudiéesont principalement engendrer un quenching statique et donc la formation d’un complexe moléculaire à l’étatfondamental. Cette étude a donc permis par caractérisation spectrale et temporelle, de déterminer l’interactionde la matière organique avec les métaux plus ou moins toxiques. / The study of metal elements behavior, considering their impact in various ecosystems, is of paramount importance.The latter, upon contact with Organic Matter (OM) can form weak or strong stable complexes. Therefore,OM plays an important role in their chemical speciation and transport. The analysis of these properties is carriedout by Fluorescence Quenching (QF). This technique allows introspecting ligands–metal interactions andthe 1 : 1 modeling (one ligand site, one metal) gives information about the conditional thermodynamic constant.Fluorescence quenching was measured using steady–state and time–resolved fluorescence spectroscopy.The steady–state measurements provides Excitation and Emission Matrices of fluorescence (EEMs). The extractionof the different components from these matrices is carried out by a multi–mode factor analysis such asCP/PARAFAC, which allows a spectral composition of the samples. Time-Resolved Laser Spectroscopy (TRLS)measurements allow temporal and spectral characterization of the fluorescent components. Indeed, the study ofthe fluorescence decays induced by a nanosecond pulsed laser in this case allowed to measure the interaction betweenthe OM and the quencher. For those purposes, a fluorescence lifetime deconvolution algorithm was appliedto each fluorescence decay. Analysis of the fluorescence lifetime data was accomplished using the Stern–Volmerplot which gave reliable information on the quenching process that takes place. Copper, europium and uraniuminteractions with Humic Acids (HA) and Fulvic Acids (FA) shows significant fluorescence decays and stabilityconstants between 2.04 and 4.52. Copper allowed to calibrate our model study and the interactions of europiumand uranium with the HA and FA studied reported stability constants in agreement with the literature. TRLSresults have often revealed a bi–exponential decays and fluorescence lifetimes between 0.40 and 14 ns and showsthat the studied interactions mainly lead to static quenching and thus the formation of a molecular complex inthe ground state. This study has allowed spectral and temporal characterization to determine organic matterinteraction with toxic metals.

Cette étude vise à déterminer le transfert et la mobilité d'éléments traces métalliques (ETM), dans des sols de la Réunion destinés à l'épandage de déchets urbains. En plus des fortes teneurs naturelles en ETM, ces sols ont la particularité d'avoir une minéralogie très spécifique avec la présence en abondance de nanoparticules naturelles, communément appelés "imogolites" (nanotubes) et "allophanes" (nanosphères, ovoïdes, amorphe ?). Ces aluminosilicates structurés à courte distance sont susceptibles de piéger les ETM pouvant ainsi limiter leur mobilité et leur biodisponibilité. <br /><br />Dans un premier temps, une étude sur des composés synthétiques analogues aux aluminosilicates a permis d'approfondir nos connaissances sur la structure et les mécanismes de formation des imogolites et allophanes. La synthèse de nanotubes de type imogolite (Si-imogolite et Ge-imogolite) a pu être optimisée ouvrant ainsi les portes à de potentielles applications industrielles. Enfin, notre étude a permis de mettre en avant le rôle important des nanoparticules naturelles sur la dynamique du Ni dans un andosol de la Réunion. Ainsi, près de 80% du Ni est lié aux aluminosilicates structurés à courte distance.

En période hivernale, des fondants routiers sont épandus sur les chaussées afin de préserver la sécurité des usagers. Sous l'influence de divers paramètres, ces produits se retrouvent en partie dans l'environnement, le reste étant collecté par des systèmes de rétention des eaux de ruissellement routières. Or, les bassins de rétention ne sont pas conçus pour traiter ces fondants, et jouent uniquement un rôle de régulation des flux rejetés dans l’environnement. L’effet du NaCl sur l’environnement est néfaste, en raison de sa toxicité directe envers certains organismes et, indirectement parce qu’il contribue à augmenter la mobilité des ETM (Éléments Traces Métalliques), eux-mêmes toxiques. Ceci démontre un besoin d'assainissement particulier pour ces produits. L'objectif de cette thèse est d'étudier les transferts de NaCl par un bassin de rétention, mais également d'investiguer la possibilité d'utiliser la phytoremédiation comme base d'une solution d'assainissement des eaux de ruissellement routières. Le bassin de rétention choisi comme modèle est un bassin récent situé à Chenevières (Lorraine, France), en bordure d’une route nationale. La première partie du travail a porté sur la mesure et la caractérisation des transferts de NaCl dans ce bassin. L’eau a été collectée en entrée/sortie chaque semaine pendant 3 ans, et les concentrations en NaCl et ETM mesurées. Les conditions météorologiques et les données d’épandage de sel ont été suivies pour évaluer la proportion de sel effectivement transférée vers le réseau de collecte des eaux de ruissellement routières. Les résultats montrent que 25 à 50 % du sel épandu est effectivement collecté. De plus, les résultats sur la dynamique du NaCl prouvent que le bassin joue uniquement un rôle de rétention temporaire et de dilution avant rejet vers l’environnement. Ensuite, des mesures et analyses des sédiments du bassin et des sols de bord de route ont été conduites pour caractériser la spéciation et la mobilité des ETM dans ce contexte routier particulier. Dans ce cas précis, le NaCl n’a pas eu d’effet significatif sur la mobilisation des ETM, hormis le zinc (Zn). En revanche, il a provoqué la mobilisation d’autres ions majeurs. Concernant le traitement, les procédés conventionnels de dessalement d’eau sont trop coûteux et inadaptés. C’est pourquoi les potentialités d’une solution d’assainissement par phytoremédiation ont été explorées. Trois plantes halophytes ont été sélectionnées selon des critères permettant leur utilisation en contexte routier, Armeria maritima, Atriplex halimus et Atriplex hortensis L. Des expériences de germination/croissance ont été effectuées dans différentes conditions de salinité et de concentration en Zn pour évaluer leur tolérance à la salinité, à la présence de Zn et leurs capacités d’accumulation. Ces plantes ont montré une tolérance au NaCl dans des conditions de salinité représentatives de celles mesurées dans les réseaux d’assainissement routiers à Chenevières. De plus, les trois espèces accumulent dans leurs parties aériennes des quantités significatives de NaCl, ainsi que du zinc. L'utilisation des halophytes pour la phytodésalinisation en domaine routier s'avère être une technologie prometteuse pour répondre à la problématique de l'impact environnemental des fondants routiers. / During winter, deicing salts are spread on roads in order to preserve road safety for users. Under the influence of different parameters, these compounds are partly transferred to the environment, the rest of it being collected by the road runoff retention systems. However, road runoff retention ponds have not been designed for deicing salt treatment; they only play a role in the regulation of fluxes before their rejection into the environment. Furthermore, NaCl has a harmful impact on the environment, because of its toxicity to certain aquatic organisms and because it contributes to the increase of trace metal (TM) mobility, which are toxic as well. This shows the need for a specific treatment for these compounds. The objective of this research is to bring better understanding of deicing salt dynamics in a retention pond, but also to investigate the potential use of phytoremediation as a treatment solution for road runoff. A model retention pond was selected; it is located along a highway in Chenevières (Lorraine region, France). The first part of the work focused on the monitoring and the characterization of NaCl transfers in this pond. Water was weekly sampled for 3 years at the pond input and output and NaCl and TM concentrations were measured. Meteorological conditions and salt spreading data were monitored to appraise the salt fraction actually collected by the pond. Results showed that only 25 to 50 % of the spread salt is effectively collected. Moreover, results on NaCl dynamics proved that the pond only plays a role on transient storage and salt dilution before rejection into the environment. Moreover, measurements and analyses of sampled basin sediments and roadside soils were performed to assess speciation and TM mobility in this particular context. In this case, no significant effect of NaCl was recorded except for zinc (Zn); but major ions were mobilized. When it comes to treatments, conventional desalination technologies are too expensive and inappropriate in this context. Then, potentialities of phytodesalination were explored. Three halophyte plants were selected on the basis of specific criteria, allowing their use in road runoff context: Armeria maritima, Atriplex halimus and Atriplex hortensis L. Germination and growth experiments were run in various salinity conditions and in the presence/absence of Zn, in order to assess their tolerance to salt and Zn, as well as their accumulation abilities. These plants showed a high tolerance for NaCl in salinities in the range of those encountered in road runoff existing treatment systems at Chenevières. The three species accumulated significant amounts of NaCl and zinc in their aerial parts. The use of halophytes for phytodesalination of road runoff is a promising technique to address the issue of environmental impact of deicing salts.

Contexte et objectifs : Au Bénin, le « secteur informel » représente près de 80 % des travailleurs avec une prédominance d’acteurs dans l’artisanat, suivi par le secteur privé moderne (11 %) et la fonction publique (9 %). La situation socio-professionnelle des artisans est caractérisée par l’absence d’équipements de protection, par l’exposition à des nuisances physiques et chimiques et par l’absence de sécurité sociale. L’objectif principal de ce travail de thèse était d’étudier l’impact des conditions de travail sur la santé des forgerons-ferblantiers exerçant dans le cadre de l’économie informelle, à Cotonou au Bénin. Ce travail a permis également d’évaluer l’imprégnation sanguine en éléments traces métalliques chez les ferblantiers par comparaison avec les concentrations observées dans la population masculine de Cotonou, non exposée professionnellement. Cette partie de l’étude a nécessité la mise en place d’une première enquête en population générale, chez 70 donneurs de sang à Cotonou afin de proposer des valeurs de référence pour 29 éléments traces métalliques.Méthode : Une étude transversale a été réalisée à Midombô sur le site des artisans ferblantiers dans le 3ème arrondissement de Cotonou au Bénin. Au total, 84 responsables d’atelier sur 102 ont donné leur accord de participation pour l’étude des postes et conditions de travail, soit un taux de participation de 82,4 %. Parmi les 251 personnes travaillant dans les 102 ateliers investigués, 135 ferblantiers ont accepté de venir au centre de santé Erasme (53,8 %) pour bénéficier d’un entretien médical gratuit. Dans cette population, 31 personnes étaient des apprentis (23,0 %) et 104 étaient des artisans ou maitres-artisans (77,0 %). Résultats : Il a été observé des niveaux de bruit supérieurs à 85 décibels dans 58,3 % des ateliers, avec une durée du travail en moyenne de 10 h par jour pouvant être à l’origine des déficits auditifs (légers à sévères) observés dans 99,3% des cas. L’exposition directe aux fumées et poussières métalliques (38,52 %) et la consommation d’aliments au poste de travail seraient à l’origine d’une imprégnation métallique. Pour 6 éléments traces, plus de 20 % des ferblantiers présentaient des concentrations sanguines supérieures aux valeurs de référence de la population générale. Par ordre croissant de niveau d’imprégnation, il s’agissait du molybdène, du cuivre, du strontium, de l’étain, de l’antimoine, et du plomb. Environ 71 % des ferblantiers présentaient des plombémies supérieures au 95ème percentile des concentrations retrouvées en population non exposée à Cotonou. Pour les moins de 18 ans, la prévalence des travailleurs ayant une plombémie ≥ 100 μg/L était de 83 %. Une baisse de l’acuité visuelle non corrigée (> 20 %) et une hypertension artérielle non traitée (27,4 %) ont été dépistées chez les ferblantiers participants. Conclusion : Les travailleurs informels sont dans une situation de grande vulnérabilité du fait d’une faible couverture en matière de protection sociale et d’un niveau élevé d’exposition aux risques professionnels. Compte tenu du grand nombre de travailleurs dans l’économie informelle, l’amélioration de la santé et de la sécurité au travail des acteurs de ce secteur, devrait permettre un renforcement du capital humain et la réduction des maladies professionnelles encore mal documentées. / Context and objectives: In Benin, the "informal sector" represents almost 80% of workers with a predominance of craftsmen, followed by the modern private sector (11%) and the civil service (9%). The socio-professional situation of craftsmen is characterized by the lack of personal or collective protective equipment, exposure to physical and harmful chemical substances and a lack of social security. The main objective of this thesis was to study the impact of working conditions on the health of tinsmiths in the informal economy in Cotonou, Benin. This research also allowed us to evaluate the blood impregnation of trace elements in tinsmiths compared to the background levels of the non-occupationally exposed male population of Cotonou. This part of the study required a first survey of 70 blood donors in Cotonou, in order to propose reference values for 29 trace elements. Method: A cross-sectional study was carried out in Midombô on the site of the tinsmiths in the 3rd district of Cotonou in Benin. Study population: A total of 84 workshop managers out of 102 gave their agreement to participate in the study of work places and conditions (participation rate of 82.4 %). Among the 251 tinsmiths working in the 102 workshops investigated, 135 agreed to go to the “Erasmus” health center (53.8%) for free medical care. In this population, there were 31 apprentices (23.0 %) and 104 craftsmen or master craftsmen (77.0 %). Results: Noise levels greater than 85 decibels were observed in 58.3% of the workshops, with an average working time of 10 hours per day. This exposure can be the cause of hearing impairment (mild to severe) observed in 99, 3% of the cases. Direct exposure to metal fumes and dust (38.52 %) and the consumption of food at the workplace are the cause of metallic impregnation. For 6 trace elements, more than 20 % of the tinsmiths had blood concentrations above the reference values of the general population. These elements, classified from the lowest to the highest level of impregnation were molybdenum, copper, strontium, tin, antimony, and lead, respectively. Approximately 71% of the tinsmiths had lead levels above the 95th percentile of concentrations found in unexposed populations in Cotonou. 83% of the workers who were under 18 years of age had blood lead levels ≥ 100 μg / L. Uncorrected visual acuity (> 20%) and untreated arterial hypertension (27.4 %) were detected in the participating tinsmiths. Conclusion: Informal workers are in a very vulnerable situation due to poor social protection and a high level of exposure to occupational risks. Given the large number of employees in the informal sector, improving the occupational health and safety of these workers should help to strengthen human capital and reduce the incidence of occupational diseases that are still poorly documented.

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.

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 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.

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.

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.