Le but de ce travail était de modéliser le comportement de micropolluants en plus des polluants traditionnels dans une station d'épuration. Deux études de cas ont ainsi été réalisées. La première concerne une usine pilote de la station d'épuration de Lynetten à Copenhague, au Danemark. Un modèle tenant compte à la fois de la dégradation aérobie par une bactérie spécifique et de la sorption sur les matières en suspension a été développé afin d'y décrire le comportement de composés organiques xénobiotiques. Les expériences ont été effectuées avec un perturbateur endocrinien, le Bisphénol A. Les résultats démontrent que le modèle parvient à représenter adéquatement la dynamique d'enlèvement du Bisphénol A. Le processus utilisé pour évaluer l'adaptation de la biomasse afin de valider le modèle n'épouse pas parfaitement les données mesurées, mais il permet toutefois de prédire la structure générale du comportement du Bisphénol A. La seconde étude concerne la station de Norwich, au Royaume-Uni. Dans ce cas-ci, le modèle, qui considère la sorption des métaux lourds sur les matières en suspension comme processus réactionnel, a été évalué à partir de données recueillies à même la station. Les résultats démontrent la grande sensibilité du modèle face aux variations instantanées des concentrations de métaux lourds dans l'affluent. Il est néanmoins capable de prévoir l'évolution des concentrations des métaux lourds à l'intérieur de la station ainsi qu'à l'effluent.

Le milieu aquatique est le réceptacle ultime de la pollution environnementale. De nombreux micropolluants y sont présents et montrent des effets toxiques envers les systèmes aquatiques. La Directive Cadre Eau (DCE) a comme objectif la restauration du bon état écologique et chimique des milieux aquatiques d’ici 2015. Pour cela, elle impose des Normes de Qualités Environnementales (NQE) faibles et une surveillance accrue des masses d’eau. Au-delà des micropolluants réglementés, certains dits « émergents » ont été détectés à de faibles concentrations (ng.L-1) dans les systèmes aquatiques. Sous ce terme, sont regroupés les composés pharmaceutiques, certains pesticides, les hormones, etc. L’ensemble de ces micropolluants sont introduits dans l’environnement par plusieurs sources : dépôts atmosphériques, lessivage des sols, lixiviation et rejets industriels et/ou domestiques. Ces travaux de thèse ont porté plus précisément sur les alkylphénols, présents sur la liste des contaminants prioritaires dangereux de la DCE, leurs dérivés éthoxylés, le bisphénol A et les composés pharmaceutiques. Dans un premier temps, une attention particulière a été portée à l’analyse de ces composés. Les méthodes analytiques de chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse simple (LC-MS) et en tandem (LC-MS/MS) pour les alkylphénols ont été optimisées en améliorant les contrôles qualités et en portant une attention particulière à l’extraction des composés sensibles aux contaminations extérieures (manipulateur, ambiance, etc.). Pour pallier aux problèmes liés à la contamination des échantillons par ces composés lors de l’extraction, la microextraction sur phase solide (SPME) et une méthode d’analyse par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse simple (GC-MS) ont été dévelopées. Dans un second temps, le devenir et le comportement des alkylphénols, de leurs dérivés éthoxylés et des composés pharmaceutiques dans les stations d’épuration (STEP), sources d’introduction dans les systèmes aquatiques avérées, ont été étudiés. Cette étude a permis de mettre en évidence que les concentrations diminuent au cours des traitements dans les STEP pour tous les composés étudiés sauf pour l’acide alkylphénoxy acétique (NP1EC) qui est formé au cours des traitements secondaires ; la carbamazépine et dans une moindre mesure le diclofénac restent stables. Seuls les traitements tertiaires permettent une élimination significative de ces composés. La présence à plus de 50% des alkylphénols et de leurs dérivés éthoxylés dans la phase particulaire entraînent une adsorption non négligeable de ces composés dans les boues. Dans le but d’améliorer le suivi environnemental, les POCISTM standard (« Polar Organic chemical Integrative SamplersTM ») de configuration « pharmaceutiques » ont été développés lors d’expérimentations menées en laboratoire pour l’échantillonnage des alkylphénols, de leurs dérivés éthoxylés, du bisphénol A et des composés pharmaceutiques. Les alkylphénols et leurs dérivés éthoxylés sont accumulés avec un temps de latence dans les POCISTM standard montrant l’influence de la membrane sur le transfert de masse de ces composés. Les POCISTM standards ont été optimisés en changeant la nature des membranes pour l’échantillonnage des alkylphénols et de leurs dérivés éthoxylés. Ces nouveaux outils sont nommés POCISTM-like. Les POCISTM-Nylon 0,1 µm et 30 µm sont les POCISTM-like montrant un fort pouvoir concentrateur des alkylphénols, de leurs dérivés éthoxylés et du Bisphénol A tout en éliminant le temps de latence observé dans leur accumulation dans les POCISTM standards. Ces POCISTM-like ont par la suite été validés en mésocosmes puis dans le milieu naturel afin de mettre en évidence leur caractère intégratif, permettant ainsi de s’affranchir de l’effet matriciel et de détecter certains composés à des concentrations inférieures aux limites de quantification. / The aquatic environment is the ultimate receptacle of environmental pollution. Many micro-pollutants are present and show toxic effects to aquatic systems (bioaccumulation in tissues, inhibition of growth, endocrine dysfunction, etc.). The Water Framework Directive (WFD) aims to restore the good ecological and chemical quality of aquatic environments by 2015. For this, it imposes low Environmental quality standards (EQS) and increased monitoring of water bodies. Beyond regulated micro-pollutants, some "emerging" have been detected at low concentrations (ng L-1) in aquatic systems. Under this term are grouped pharmaceutical compounds, some pesticides, hormones, etc. All of these micro-pollutants are introduced into the environment through several sources: atmospheric deposition, soil leaching and industrial or domestic discharges.This work is specifically focused on alkylphenols, present on the list of priority hazardous compounds in the WFD, their ethoxylated derivatives, bisphenol A and pharmaceutical compounds. As a first step, particular attention was paid to the analysis of these compounds. Analytical methods of liquid chromatography coupled to mass spectrometry (LC / MS) and tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) for alkylphenols were optimized by improving quality controls and paying attention to the extraction of sensitive compounds toward contamination (manipulator, atmosphere, etc.). To overcome the problems associated with sample contamination by these compounds during the extraction, solid phase microextraction (SPME) and a method of analysis by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS) was developed. In a second step, the fate and behavior of alkylphenols, their ethoxylated derivatives and pharmaceutical compounds in sewage treatment plants (WWTPs), sources of introduction into aquatic systems proved, were studied. This study has allowed showing the decrease of concentrations during treatment in WWTPs for all compounds studied except for alkylphenoxy acetic acid (NP1EC) which is formed during secondary treatment, carbamazepine, and to a lesser extent diclofenac remain stable. Only tertiary treatments allow significant removal of these compounds. The presence of more than 50% of alkylphenols and ethoxylated derivatives in the particulate phase lead to significant adsorption of these compounds into sludges. In order to improve environmental monitoring, during experiments conducted in the laboratory POCISTM standard (Polar Organic Chemical Integrative Samplers), "pharmaceuticals" configuration, have been developed for sampling alkylphenols, their ethoxylated derivates, bisphenol A and pharmaceutical compounds. Alkylphenols and their ethoxylated derivatives are accumulated with a lag phase in standard POCISTM showing the influence of the membrane on the mass transfer of these compounds. The standard POCISTM were optimized by changing the nature of the membranes for sampling alkylphenols and their ethoxylated derivatives. These new tools are named POCISTM-like. The POCISTM-Nylon 0.1 µm and 30 µm are POCISTM-like showing a strong power concentrator for alkylphénols, their ethoxylated derivatives and BPA while eliminating the lag phase observed in standard POCISTM. These POCISTM-like were subsequently validated in mesocosms and in the environment in order to highlight their integrative nature, allowing to overcome the matrix effect and to detect some compounds at concentrations below the limits of quantification.

L'exposition aux mélanges de contaminants (environnementaux, alimentaires ou thérapeutiques) soulève de nombreuses interrogations et inquiétudes vis-à-vis des probabilités d'interactions toxicocinétiques et toxicodynamiques. Une telle coexposition peut influencer le mode d’action des composants du cocktail et donc de leur toxicité, suite à un accroissement de leurs concentrations internes. Le bisphénol A (4 dihydroxy-2,2-diphenylpropane) est un contaminant chimique répandu de manière ubiquitaire dans notre environnement, largement utilisé dans la fabrication des plastiques avec l’un des plus grands volumes de production à l’échelle mondiale. Il est un perturbateur endocrinien par excellence de type œstrogèno-mimétique. Cette molécule est biotransformée en métabolites non toxiques par un processus de glucuronidation. L'exposition concomitante à plusieurs xénobiotiques peut induire à la baisse le taux de glucuronidation du polluant chimique d'intérêt, entre autres la co-exposition avec des médicaments. Puisque la consommation de produits thérapeutiques est un phénomène grandissant dans la population, la possibilité d’une exposition simultanée est d’autant plus grande et forte. Sachant que l'inhibition métabolique est le mécanisme d'interaction le plus plausible pouvant aboutir à une hausse des niveaux internes ainsi qu’à une modulation de la toxicité prévue, la présente étude visait d'abord à confirmer et caractériser ce type d'interactions métaboliques entre le bisphénol A et le naproxène, qui est un anti-inflammatoire non stéroïdiennes (AINS), sur l'ensemble d'un organe intact en utilisant le système de foie de rat isolé et perfusé (IPRL). Elle visait ensuite à déterminer la cinétique enzymatique de chacune de ces deux substances, seule puis en mélange binaire. Dans un second temps, nous avons évalué aussi l’influence de la présence d'albumine sur la cinétique métabolique et le comportement de ces deux substances étudiées en suivant le même modèle de perfusion in vivo au niveau du foie de rat. Les constantes métaboliques ont été déterminées par régression non linéaire. Les métabolismes du BPA et du NAP seuls ont montré une cinétique saturable avec une vélocité maximale (Vmax) de 8.9 nmol/min/ mg prot de foie et une constante d'affinité de l'enzyme pour le substrat (Km) de 51.6 μM pour le BPA et de 3 nmol/min/mg prot de foie et 149.2 μM pour le NAP. L'analyse des expositions combinées suggère une inhibition compétitive partielle du métabolisme du BPA par le NAP avec une valeur de Ki estimée à 0.3542 μM. Les résultats obtenus montrent que l’analyse de risque pour les polluants environnementaux doit donc prendre en considération la consommation des produits pharmaceutiques comme facteur pouvant accroitre le niveau interne lors d’une exposition donnée. Ces données in vivo sur les interactions métaboliques pourraient être intégrées dans un modèle pharmacocinétique à base physiologique (PBPK) pour prédire les conséquences toxicococinétique (TK) de l'exposition d'un individu à ces mélanges chimiques. / Exposure to mixtures of contaminants (environmental, alimentary or therapeutic) poses many questions and concerns about the probability of toxicokinetic and toxicodynamic interactions. Such co-exposure may influence the mode of action of the cocktail of components and therefore their toxicity, as a result of an increase of their internal concentrations. Bisphenol A (2,2-dihydroxy-4 diphenylpropane) is a ubiquitous chemical contaminant in our environment, widely used in the manufacture of plastics, with one of the largest production volumes globally. It is an endocrine disruptor of oestrogen-mimetic type. This molecule is metabolized into non-toxic metabolites by glucuronidation process. Several factors including the co-exposure to other xenobiotics may reduce the glucuronidation rate of the chemical pollutant of interest, such as a co-exposure with drugs. Given that the consumption of therapeutic products is a growing phenomenon in the population, simultaneous exposures of pollutants with medicinal drugs are becoming a concern for health risk assessment. Knowing that metabolic inhibition is the most plausible mechanism of interaction that could result in an increase of the internal levels and a modulation of the expected toxicity, the present study aimed at confirming and characterizing this type of metabolic interactions between bisphenol A and naproxen, which is a non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID), on the set of an intact organ using isolated and perfused rat liver system (IPRL). The study also served to determine the enzyme kinetics metabolism of each substance alone and in binary mixture. In a second step, we also evaluated the influence of the presence of albumin on the metabolic kinetics and behavior of the two substances studied using the same in vivo perfusion model of rat liver. Metabolic constants were determined by nonlinear regression. The metabolism of BPA and NAP alone demonstrated saturable kinetics with maximal velocity (Vmax) and affinity constant (Km) equal to 8.9 nmol/min/mg prot liver and 51.6 μM for BPA, and 3 nmol/min/mg prot liver and 149.2 μM for NAP. The analysis of combined exposures suggests a partial competitive inhibition of BPA metabolism by NAP with a Ki value estimated at 0.3542 µM. From these results, it appears that the risk assessment of environmental pollutants must therefore consider the consumption of pharmaceutical products as an important agent that can increase the internal levels for a given exposure. Accordingly, these in vivo data on metabolic interactions can be incorporated into a physiologically based pharmacokinetic models (PBPK) to predict the toxicokinetic consequences (TK) of the exposure by an individual to these chemical mixtures.

L’industrialisation et l’utilisation dans la vie courante d’un nombre croissant de produits chimiques et médicamenteux sont responsables de la dissémination dans l’environnement de substances variées nommées« polluants émergents ». Les traitements des eaux usées existants ne sont pas conçus pour éliminer cette catégorie de pollution et les polluants émergents sont alors rejetés dans le milieu récepteur. Une possible solution pour limiter le rejet de ces composés par les effluents de station d’épuration serait l’utilisation de procédés de traitement additionnels tels que les procédés d’oxydation avancés. C’est dans ce contexte qu’a démarré le projet Européen Clean Water en 2009 associant 7 entités dont le GEPEA-Ecole des Mines de Nantes. Le concept du projet est de développer des procédés photocatalytiques mettant en œuvre des nanomatériaux actifs sous la lumière solaire. Ces procédés visent à éliminer les polluants émergents tels que les perturbateurs endocriniens ou les produits pharmaceutiques. Dans ce programme, le laboratoire GEPEA est concerné par l’évaluation de l’efficacité des matériaux vis-à-vis de l’élimination des polluants émergents sous irradiations UV et visibles. Pour cela, une méthodologie expérimentale a été établie de façon à exprimer les performances des catalyseurs testés en termes de constantes cinétiques de dégradation, de taux de conversion et de minéralisation des molécules étudiées mais aussi en fonction de la formation de produits intermédiaires. Ces performances sont également évaluées en termes de biodégradabilité, d’effet de toxicité et de perturbation endocrinienne des produits intermédiaires. Dans un premier temps, la méthodologie expérimentale établie a été testée sur la dégradation de la tétracycline en utilisant un catalyseur de référence puis, elle a été appliquée sur la dégradation respective du bisphénol A et de la 17β-oestradiol en utilisant un catalyseur de référence et les catalyseurs élaborés dans le cadre du projet Clean Water. Les résultats sur la dégradation de la tétracycline ont montré que i) les intermédiaires réactionnels sont moins toxiques que la tétracycline, ii) la structure des intermédiaires réactionnelles est semblable à celle de la tétracycline ce qui explique la faible biodégradabilité de ces intermédiaires. Concernant la dégradation du bisphénol A et de la 17β-oestradiol, les résultats ont montré que i) les catalyseurs sont efficaces sous irradiation solaire simulée. Cependant, l’efficacité photocatalytique du catalyseur dépend du composé à dégrader, ii) la nature des intermédiaires réactionnels identifiés du bisphénol A dépend du catalyseur utilisé, iii) l’effet œstrogénique de la solution d’oestradiol persiste au cours du traitement photocatalytique. / Industrialisation, the use of numerous chemical products in domestic activities and the use of medicine drugs have led to the release in the environment of various substances named "emerging pollutants”. The existing wastewater treatments are not designed to eliminate this kind of pollution and then these pollutants are released into the natural aquatic media. To limit the release of these compounds by waste water treatment plant effluent, a solution could be the use of additional treatment processes such as advanced oxidation processes. In this context, the European project Clean Water has started in 2009. Clean Water involves 7 entities including the GEPEA laboratory-Ecole des Mines de Nantes. The aim of the Clean Water project is to develop sustainable and cost effective water treatment and detoxification processes using TiO2 nanomaterials with UV-visible light response under solar light. These processes act to remove emerging contaminants such as endocrine disruptors and pharmaceuticals. In this program, theGEPEA laboratory is concerned with the evaluation of the efficiency of novel photocatalysts under UV and visible irradiations for the elimination of emerging pollutants. For this purpose, an experimental methodology was established to express the efficiency of the tested catalysts in terms of degradation kinetic constants, pollutants conversion and mineralisation and also in terms of the intermediate products formed. The efficiency of photocatalysts is also evaluated in terms of intermediates biodegradability, toxicity and endocrine disruption effects. First, the experimental methodology was tested on the degradation of tetracycline with a reference catalyst. Then, it was applied to the degradation of bisphenol A and estradiol respectively with the reference catalyst and the catalysts developed within the Clean Water Project. The results obtained on the tetracycline degradation have showed that: i) tetracycline intermediate products are less toxic than tetracycline ii) the intermediates structure is similar to that of tetracycline, this can explain the low biodegradability observed for these intermediates. For the degradation of bisphenol A and estradiol, the results showed that: i) the photocatalysts are efficient under simulated solar irradiation. However, the catalyst photocatalytic efficiency depends on the compound to be degraded ii) the nature of the bisphenol A reaction intermediates identified depends on the catalyst used iii)the estrogenic effect of the estradiol treated solution persists during the photocatalytic treatment.

La grande majorité des résines époxy utilisées aujourd’hui sont issues ou dérivées du bisphénol-A (BPA). Cependant, le BPA est soumis à de très fortes régulations, notamment vis-à-vis de sa récente classification comme substance chimique extrêmement préoccupante par l’agence européenne des produits chimiques (ECHA). Dans un but d’anticiper les évolutions de régulation, ArianeGroup a décidé de remplacer cette substance chimique de ces formulations. Ces travaux de thèse portent donc sur l’élaboration de nouvelles résines époxy biosourcées ayant des propriétés similaires voire supérieures aux références dérivées du bisphénol-A. Pour cela, une bioplatforme de monomères polyépoxydés issus de la vanilline, du méthyl vanillate, du 2,6-diméthoxyphénol et de l’eugénol a été développée. Ces précurseurs biosourcés ont ensuite été utilisés comme précurseurs de réseaux époxyde par réticulation avec des amines. Les réseaux réticulés biosourcés ainsi obtenus ont démontré des propriétés thermomécaniques remarquables bien supérieures à la référence de type DGEBA, notamment en termes de température de transition vitreuse (>300 °C) et taux de coke (>50%). En parallèle de ces travaux, la synthèse de diamines biosourcées, dérivées de la divanilline, et pouvant être utilisées comme agents de réticulation de résines époxy, a été réalisée. Des réseaux époxyde entièrement biosourcés ont ainsi été synthétisés et présentent des propriétés thermomécaniques prometteuses. / Today, most of the epoxy resins produced are derived from bisphenol-A (BPA). However, BPA is subject to strong regulations, particularly because of its recent classification as chemical of very high concern by the European Chemicals Agency (ECHA). In order to anticipate new regulations, ArianeGroup has decided to replace this substance in its applications. The aim of this thesis is to develop new bio-based epoxy thermosets with comparable thermomechanical properties as the ones issued from bisphenol-A-based materials. For this purpose, a bio-platform of epoxy monomers from vanillin, methyl vanillate, 2,6-dimethoxyphenol and eugenol was developed. These precursors were cross-linked with amines used as curing agent to obtain bio-based epoxy networks. The latter demonstrated thermomechanical properties well above the DGEBA-type reference, especially in terms of glass transition temperature (> 300 °C) and char content (> 50%). Finally, the synthesis of bio-based diamines derived from divanillin was developed and enabled the synthesis of fully bio-based epoxy networks with promising thermomechanical properties.

Le Bisphénol A (BPA) est un perturbateur endocrinien dont les effets développementaux observés chez les rongeurs soulèvent la question du risque pour la santé humaine relatif à une exposition fœtale au BPA. L’objectif de cette thèse est de déterminer les mécanismes toxicocinétiques impliqués dans l’exposition fœtale au BPA. La caractérisation in vivo dans un modèle intégratif ovin des expositions maternelles et fœtales au BPA et à ses métabolites ont permis d’identifier le transfert placentaire et le métabolisme fœto-placentaire comme les déterminants majeurs de l’exposition fœtale au BPA. Le transfert bidirectionnel du BPA à travers le placenta humain se fait par diffusion passive conduisant à un rapport maximal des concentrations plasmatiques de BPA libre entre le fœtus et sa mère de 1. En revanche, la perméabilité placentaire du BPA-G est très limitée, en particulier dans le sens materno-fœtal. Les activités de conjugaison hépatique du BPA ont été faibles chez le fœtus ovin à un stade précoce de gestation et ont augmenté au cours du développement. Par ailleurs la réactivation des conjugués du BPA mise en évidence ex vivo dans les gonades fœtales ovines pourrait conduire à une exposition locale au BPA actif. L’ensemble de ces données suggère que le début de la gestation pourrait représenter une fenêtre critique d’exposition au BPA / Bisphenol A (BPA) an endocrine disruptor interfering with developmental processes in rodents, raises the question of risk for human health related to fetal exposure to BPA. The goal of this work was to determine the toxicokinetic mechanisms involved in fetal exposure to BPA. The disposition of BPA and its metabolites in the maternal-placental-fetal unit in an in vivo ovine model enabled us to identify the placental transfer and the fetal-placental metabolism as the major determining factors of fetal exposure to BPA. Bidirectional placental transfer of BPA occurs by passive diffusion leading to a ratio of free BPA between the fetal and maternal plasma concentrations of about 1. By contrast, the permeability of BPA-G is very limited, particularly in materno-to-fetal direction. The hepatic conjugation activities were very low in ovine fetus at an early stage of development and increased throughout pregnancy. Hydrolysis of BPA conjugates observed ex vivo into fetal ovine gonads could lead to local exposure to native BPA. Altogether, these results suggest that the early stage of pregnancy is a critical window of exposure for the developing fetus

Au quotidien, nous sommes exposés à une multitude de xénobiotiques, des molécules exogènes à un organisme vivant et qui sont considérées toxiques pour ce dernier. Parmi tous ces xénobiotiques, le Bisphénol-A (BPA), un xénoestrogène, est l'un de ceux attirants le plus l'attention de la communauté scientifique. Des travaux effectués antérieurement par notre laboratoire ont mis en évidence des effets cytotoxiques sur les cellules placentaires (Benachour et Aris, 2009). À de très faibles concentrations, le BPA induit une augmentation significative de l'apoptose et de la nécrose des cytotrophoblastes. De plus, à ces mêmes concentrations, le BPA provoque une augmentation de l'expression et de la sécrétion de facteur de nécrose tumorale alpha (TNF-alpha), une cytokine clef dans les phénomènes d'inflammation. À un niveau cellulaire, la nécrose, l'apoptose ainsi que l'augmentation de la sécrétion de TNF-alpha sont des observations décrites dans les cas de prééclampsie (PE), de diabète gestationnel (DG) et de retard de croissance intra-utérin (RCIU). Ces travaux laissent croire à une plus grande accumulation du BPA chez les femmes ayant développé l'une de ces complications, ainsi qu'un rôle du BPA dans le développement physiopathologique de ces complications. Pour vérifier cette hypothèse, quatre groupes ont été formés, un groupe témoin où aucune pathologie n'est connue, un groupe de femmes ayant développé la prééclampsie, un groupe de femmes ayant développé un diabète gestationnel et finalement un groupe de femmes ayant eu une grossesse compliquée par un retard de croissance intra-utérin. Chacun de ces groupes était formé de 23 candidates sélectionnées dans une cohorte préexistante, la cohorte PÉRICARD. Pour chaque candidate, le Bisphénol A a été quantifié dans le sérum maternel, dans l'homogénat placentaire ainsi que dans le sérum foetal. Les dosages ont été effectués par chromatographie gazeuse couplée à un spectromètre de masse, l'une des méthodes les plus sensibles existantes pour la quantification du Bisphénol A. Nos résultats ont permis de mettre en évidence une accumulation différentielle du BPA dans le placenta de femmes ayant une grossesse avec prééclampsie et ayant mené à un retard de croissance intra-utérin. Le placenta de ces femmes a accumulé une plus forte quantité BPA que les femmes du groupe témoins. Ces résultats entérinent donc l'hypothèse d'une implication du BPA dans la prééclampsie et dans le retard de croissance intra-utérin.

Le bisphénol A (BPA) présente des propriétés perturbatrices thyroïdiennes. Compte-tenu du rôle essentiel du système thyroïdien sur le développement du système nerveux central, l'exposition de la femme enceinte au bisphénol A est très préoccupante. Ainsi, cette thèse visait à déterminer les conséquences d'une exposition gestationnelle au BPA sur le développement du SNC conjointement aux effets sur la fonction thyroïdienne dans un contexte d'exposition interne parfaitement documenté et évalué par rapport aux expositions décrites chez l'être humain. L'exposition de brebis gestantes au BPA perturbait l'homéostasie thyroïdienne maternelle et modulait chez le fœtus, le métabolome de différentes structures cérébrales. Les modulations observées suggéraient que le BPA pouvait altérer la neurogenèse, la plasticité neuronale, la structure membranaire et le métabolisme énergétique au niveau central. La dose induisant les perturbations de la fonction thyroïdienne maternelle et du système nerveux central fœtal conduisait à des concentrations sériques en BPA similaires à celles décrites chez l'homme. / Bisphenol A (BPA) is able to disturb the thyroid function. Given the key role of thyroid function in the development of the central nervous system (CNS), gestational exposure to BPA is a matter of particular concern. Our goal was to evaluate the consequences of a BPA gestational exposure on the developing CNS jointly to its effects on the thyroid function within a context of a well-documented internal exposure compared to BPA human exposure. BPA exposure of pregnant ewes disrupted the maternal thyroid homeostasis and modulated the metabolome of specific fetal brain regions. The different modulations we observed suggested that BPA might alter neurogenesis, neuronal plasticity, membrane structure and energy metabolism. Interestingly, the BPA dose inducing maternal thyroid disruption and fetal CNS modulations led to BPA serum concentrations similar to those described in human biomonitoring studies.

Depuis le début des années 1990, de nombreuses équipes de recherche ont consacré leurs travaux à étudier les effets des perturbateurs endocriniens (PEs) sur l'homme et les espèces animales. Plusieurs polluants libérés dans l’environnement tels que les pesticides, les herbicides, les plastifiants industriels ou les résidus de médicaments ont ainsi le potentiel de perturber les équilibres hormonaux des organismes, induisant ainsi de graves conséquences sur leur développement et leur reproduction. Pour lutter contre ces dommages, diverses réglementations spécifiques et des systèmes de criblages se mettent en place pour détecter ces molécules. Ces systèmes doivent être rapides et fiables et les poissons téléostéens comme le medaka ou le poisson zèbre constituent d'excellents modèles pour détecter la présence de ces molécules et étudier leurs effets in vivo. Durant cette thèse nous avons étudié l’impact de certains PEs sur le développement embryonnaire en utilisant le poisson zèbre et le médaka comme modèle. Nous avons pu caractériser l'action du Bisphenol A sur la formation des otholites de l’oreille interne du poisson zèbre. En alliant des approches pharmacologiques et génétiques, nous avons identifié le récepteur nucléaire orphelin ERR comme une nouvelle cible in vivo de cette molécule. En parallèle, nous avons développé des lignées transgéniques rapportrices de médaka permettant de détecter la présence de polluants à activités androgénique ou anti-androgénique ce qui accroît ainsi la gamme des outils disponibles pour évaluer la présence des PEs dans les effluents liquides. / Since the early 1990s, many research teams have devoted their work to study the effects of endocrine disruptors (EDCs) in humans and animal species. Many pollutants released into the environment such as pesticides, herbicides, industrial plasticizers or drug residues have the potential to disrupt bodies’ hormonal balances, thus inducing a severe impact on their development and reproduction. To fight against these damages, various specific regulations and screening systems are setting up to detect these molecules. These systems must be fast, reliable. Teleost fish such as medaka and zebrafish are excellent models to detect the presence of these molecules and study their effects in vivo. In this thesis, we studied the impact of certain EDCs on the embryonic development using zebrafish and medaka as models. We characterized the action of Bisphenol A on the otoliths formation in the inner ear of zebrafish. By combining genetic and pharmacological approaches, we identified the orphan nuclear receptor ERRγas a new target of this molecule in vivo. In parallel, we have developed reporter transgenic lines of medaka to detect the presence of pollutants containing androgenic or anti-androgenic activities and thereby increasing the range of tools available to assess the presence of EDCs in liquid effluents.

Le bisphénol A (BPA) est une molécule dérivée du plastique, considéré comme un perturbateur endocrinien (PE) pour sa capacité de liaison aux récepteurs nucléaires (RNs). Il est associé à des troubles neurodéveloppementaux, probablement en raison de la présence de certains RNs dans le cerveau des vertébrés. Les PEs peuvent également affecter les invertébrés marins, dont les ascidies, mais leur mode d'action reste inconnu. Mon projet de thèse a pour but d’étudier la toxicité du BPA sur le développement embryonnaire de l'ascidie Phallusia mammillata. Tout d’abord, j’ai évalué l’expression des RNs de P. mammillata et j’ai trouvé que 5 d’entre eux (COUP, ERR, PPAR, PXR/VDR) sont exprimés dans le cerveau de l’ascidie (= vésicule sensorielle) ou à proximité (TR). Ils correspondent majoritairement aux orthologues humains connus pour lier le BPA. Puis, j’ai évalué la toxicité du BPA au cours du développement et constaté qu’il est toxique de façon dose-dépendante. En effet, j’ai montré que de faibles doses de BPA induisent une toxicité neurodéveloppementale en affectant la différenciation de l'organe sensoriel pigmenté de l’ascidie. Ce phénotype est spécifique aux bisphénols. Enfin, l’étude d’agonistes et d’antagonistes de l’estrogen-related receptor (ERR) a montré des phénotypes correspondant à ceux obtenus avec le BPA. J’ai trouvé que Pm-ERR est exprimé dans la vésicule sensorielle de la larve, autour de l'organe sensoriel pigmenté. Il semble donc que Pm-ERR est impliqué dans ce phénotype. Toutefois, la présence des autres RNs que j’ai identifiés soulève la possibilité de leur implication dans le développement de l’ascidie et/ou de la toxicité de PEs. Ils ne doivent donc pas être négligés. / Bisphenol A (BPA) is a plastic-derived molecule that is now considered an endocrine disruptor (ED). BPA impair hormonal systems via binding to nuclear receptors (NRs) and it has been linked to neurodevelopmental disorders, possibly due to the presence of some NRs in the vertebrate brain. BPA has been reported to affect marine invertebrates such as ascidians, but how is BPA acting is not known. My PhD project is aimed at deciphering the toxicity of BPA on embryonic development of the marine invertebrate chordate Phallusia mammillata (Tunicata). Firstly, I assessed the embryonic expression of P. mammillata NRs and found that 5 are expressed within the ascidian brain (also called sensory vesicle, SV) (COUP, ERR, PPAR, PXR/VDR) or nearby (TR). Interestingly, the human orthologues of most of these NRs are known to bind BPA. Secondly, I assessed BPA toxicity during P. mammillata embryonic development and found that BPA is toxic in a dose-dependent manner. I also show that at micromolar doses BPA induces neurodevelopmental toxicity by impairing differentiation of the ascidian pigmented sensory organ (PSO). I further show that this phenotype is specific to bisphenols. Finally, estrogen-related receptor (ERR) agonists and antagonists partially phenocopied BPA phenotype. Interestingly, I found that Pm-ERR is expressed in the larval SV close to the ascidian PSO, thus suggesting an involvement of Pm-ERR in the BPA phenotype. Furthermore, the complex pleiotropic action of BPA together with the presence of other NRs in the ascidian larval brain raises the possibility that these NRs are involved both in ascidian brain development and EDs toxicity, thus they should not be overlooked.