Le mercure (Hg) est un polluant global et ses effets écotoxicologiques sont fortement dépendants de sa forme chimique principalement sous forme de méthylmercure (MeHg). En raison de la forte bioaccumulation et bioamplification du MeHg dans les réseaux trophiques, l'exposition humaine est associée à la consommation de poissons, mais aussi du riz produit à proximité des régions minières riches en Hg (Chine). La composition isotopique du Hg est un outil potentiellement puissant qui a été récemment utilisé pour le traçage de la contamination par mercure et les processus biogéochimiques dans l'environnement et les organismes vivants. Dans ce travail, la spéciation et la composition isotopique du mercure d'échantillons bio-environnementaux ont été étudiées afin d'élucider les voies de contamination par Hg entre les milieux contaminés et certains organismes vivants cibles, tels que le système sol-riz dans une région minière (Hg) et le biote aquatique dans une rivière polluée par une usine de production chlore/soude. Une étude écotoxicologique a également démontré que la composition isotopique de Hg dans les différents organes des poissons permet de mieux comprendre les voies métaboliques du Hg et la réponse toxicologique induite. / Mercury (Hg) is a global pollutant and its ecotoxicological effects are strongly dependent on its chemical form mainly as methylmercury (MeHg). Due to the high bioaccumulation and biomagnification of MeHg in food webs, human exposure occurs through the consumption of fish, but also rice nearby Hg mining area (China). Hg isotopes composition is a potentials powerful tool and has been recently used to trace Hg contamination and biogeochemical processes in environment and living organisms. In this work, Hg speciation and isotopic composition of bio-environmental samples has been investigated in order to elucidate Hg contamination pathways between contaminated sites and target living organisms such as soil-rice plant system in a Hg mining region and aquatic biota in a river impacted by a chlor-alkali plant. An ecotoxicological study has also demonstrated how Hg isotopic composition in different fish organs allows to better understand Hg metabolic pathways and induced toxicological response.

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.