Ce travail de thèse s'est intéressé aux effets de l'uranium appauvri (U) sur le poisson zèbre, Danio rerio. L'hypothèse de travail majeure est que les effets de l'U peuvent se traduire par des modifications du métabolisme. Par conséquent nous avons caractérisé la performance physiologique par le biais de la théorie des bilans d'énergie dynamique (DEB) car c'est la seule théorie qui quantifie simultanément l'ingestion, l'assimilation, la croissance, la reproduction, la maturation, la maintenance et le vieillisse¬ment au cours du cycle de vie entier à des niveaux de nourriture variable. Un modèle DEB a ainsi été construit et a permis de quantifier et de prédire la manière dont la performance physiologique du poisson zèbre dépend de son niveau de nutrition (et de la température). Nous avons montré que le développement s'accélère après la naissance jusqu'à la métamorphose où l'accélération cesse. De plus les coûts de maintenance somatique sont très élevés.Un module spécifiant la toxico-cinétique de l'U, chez un individu qui se nourrit, croit et se reproduit, a été incorporé dans le modèle DEB. Le modèle a été appliqué aux données de toxicité (publiés et acquis pendant la thèse) afin de découvrir quel processus est affecté par l'U. Les résultats montrent qu'à partir de 0 nM, l'U augmenterait les coûts de croissance et diminuerait l'assimilation et/ou augmenterait le coût de la maintenance somatique. Nous n'avons pas pu détecter d'effets notables sur la maturation. Une étude histologique révèle que l'U altère l'intégrité de la paroi intestinale et pourrait perturber l'homéostasie des interactions hôte-bactéries. / The aim of this dissertation is to characterize the toxicity of depleted uranium (U) on the metabolism of zebrafish, Danio rerio. The underlying hypothesis of this work is that effects of U show up as effects on the metabolism of the individual. Consequently, we characterized physiological performance using Dynamic Energy Budget (DEB) theory since it is the only theory which simultaneously specifies ingestion, assimilation, growth, reproduction, maturation, maintenance and ageing over the whole life-cycle at varying food availability. Thus a DEB model was built which quantifies and predicts how the physiological performance of zebrafish relates to food level (and temperature). We showed that development accelerates after birth until metamorphosis after which acceleration ceases. Furthermore, somatic maintenance costs are very high.A module specifying toxico-kinetics of U in a feeding, growing and reproducing individual was incorporated into the DEB model. The model was then applied to toxicity data (from the literature or acquired during this thesis) in order to determine which processes are affected by U. Our results show that, from 0 nM onwards, U increases costs for growth and either increases somatic maintenance or decreases assimilation. We were unable to detect effects on maturation. A histological study showed that U alters histology of the gut wall and may perturb host-microbe homeostasis. By accounting for differences in initial conditions between individuals we were able to explain a number of seemingly contradictory results. The take home message is: observations on individuals should not be averaged for groups of individuals.

Les estuaires sont des écosystèmes aquatiques particulièrement soumis au changement global et notamment à la pollution par de nombreux xénobiotiques pouvant présenter un risque écotoxicologique et sanitaire. En toxicologie environnementale et en évaluation des risques la bioaccumulation est un processus fondamental car elle contrôle les doses internes de toxiques potentiels. Or les flux de contamination et de décontamination des organismes dépendent de processus internes (e.g. nutrition, croissance) eux-mêmes dépendant des conditions environnementales (e.g. température, nourriture) qui peuvent être affectées par le changement global.Dans ce contexte, cette thèse se propose de décrire, dans un cadre de modélisation mécaniste, les processus de bioaccumulation de deux familles de polluants organiques persistants (POP) halogénés potentiellement toxiques et bioaccumulables, aux propriétés physico-chimiques contrastées : les polychlorobiphényles (PCB, composés historiques fortement lipophiles) et les substances perfluorées (PFAS, composés émergents amphiphiles). Ce travail se focalise sur l’estuaire de la Gironde dont la fonction de nourricerie est fondamentale pour de nombreuses espèces de poissons marins dont la sole commune (Solea solea), souvent utilisée comme indicatrice de la qualité des nourriceries côtières et estuariennes.Pour permettre de tenir compte des fluctuations des conditions environnementales sur la bioaccumulation, dans la première partie de ce travail, j’ai développé un modèle de toxicocinétique(TK) couplé avec un modèle mécaniste bioénergétique basé sur la théorie DEB (Dynamic Energy Budget). Ce modèle DEB a été paramétré pour la sole commune et calibré pour chaque sexe (package DEB tool). Il permet de prédire les principales évolutions des fonctions physiologiques d’intérêt en bioaccumulation (ingestion, croissance, reproduction...), tout au long du cycle de vie d’un individu, en fonction de conditions environnementales dynamiques. Le modèle TK développé a été complexifié par l’ajout d’un flux d’élimination de contaminants, non considéré dans les précédents modèles DEB-TK.La calibration des paramètres toxicocinétiques (TK) du modèle, pour 4 congénères de PCB, est basée sur une méthode innovante de prise en compte de la variabilité individuelle d’ingestion, appliquée à une expérimentation de contamination de juvéniles de sole via leur nourriture. Ce travail a montré que même en tenant compte de l’ingestion de chaque poisson, l’assimilation efficace de contaminant était très variable et corrélée aux taux de lipides des individus. Dans une seconde partie, ce modèle a été appliqué aux conditions in situ de l’estuaire de la Gironde. Il a permis de mettre en évidence la forte influence de la composition du régime alimentaire sur la variabilité de l’âge à la maturité sexuelle et de la contamination des soles pour les deux familles de contaminant étudiées. La confrontation des prédictions du modèle aux mesures de contaminants dans les juvéniles de sole de l’estuaire a permis de calibrer les paramètres TK du composé majeur de chaque famille dans l’environnement (CB153 et PFOS). Cette calibration a conduit à deux constats dans le cadre de l’évaluation du risque : (1) un manque de connaissances pour extrapoler les calibrations de paramètres TK en conditions contrôlées vers les conditions naturelles ; (2) la différence d’erreur d’évaluation du risque liée à l’utilisation des mêmes paramètres TK «les plus pessimistes » quels que soient les composés. Enfin, des scenarios prospectifs simples ont été développés pour illustrer ces résultats et les possibles applications du modèle développé.In fine, ces prédictions de la contamination, de la croissance et du développement des soles pourront être reliées, lors de travaux ultérieurs, à des effets potentiels sur les fonctions physiologiques de la sole (modèles DEBtox), et aux conséquences sur la dynamique des populations de soles (e.g.modèles matriciels de population). / Estuarine ecosystems are particularly impacted by global change and, specifically, bychemical pollution from numerous xenobiotics that may be associated to ecotoxicological and health risks. In environmental toxicology and risk assessment, bioaccumulation is a fundamental process as it controls the internal doses of potential toxicants in organisms. However, the contamination and decontamination flows depend on internal processes thatare themselves dependent on environmental conditions (e.g. temperature, food) and thus on the other variables of global change.In this context, this manuscript aims at describing, within a mechanistic modelling framework, the bioaccumulation processes of two families of potentially toxic and bioaccumulable halogenated persistent organic pollutants (POPs) with contrasting physicochemical properties: the polychlorinated biphenyls (PCBs, highly lipophilic historical compounds) and the perfluorinated substances (PFAS, amphiphilic emerging compounds).This work focuses on the Gironde estuary whose nursery function is fundamental for many species of marine fish including the common sole (Solea solea), often used as an indicator of the quality of coastal and estuarine bursary grounds. In order to account for the influence of environmental conditions on bioaccumulation, the first part of this work consisted in developing a toxicokinetic model (TK) coupled with a mechanistic bioenergetic model based on the theory DEB (Dynamic Energy Budget). This DEBmodel has been parameterized for common sole and calibrated for each sex (packageDEBtool). It allows predicting the main evolution of the physiological functions of interest forbioaccumulation (ingestion, growth, reproduction...) throughout the life cycle of an individualaccounting for dynamic environmental conditions. The developed TK model was first calibrated for some PCBs, under controlled conditions, using an innovative method to take into account individual ingestion variability. This work showed that even if the individual ingestion of each fish is accounted for, the effective assimilation of contaminant is very variable and correlated with the lipid levels of the individuals. The application of the model tothe in situ conditions of the Gironde estuary led to identify that, whatever the contaminant family, the composition of the soles diet had a strong influence on the variability of soles contamination and age at sexual maturity. The comparison of model predictions with measurements made in juveniles of the estuary allowed calibrating the TK parameters values for the major compound of each family in the environment (CB153 and PFOS). This calibration led to two observations in the context of a risk assessment: (1) a lack of knowledge to extrapolate calibrations of TK parameters under controlled conditions to natural conditions;(2) the difference in risk assessment error related to the use of the same "worst case" TK parameters regardless of the compounds. Lastly, simple prospective scenarios have beendeveloped to illustrate these results and the possible applications of the model developed.Ultimately, these predictions of soles contamination, growth and development may be related in future work to potential effects on the physiological functions of sole (DEBtox models), and to consequences on soles population dynamics (e.g. matrix population models).