Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les produits pharmaceutiques (PPs), largement consommés par la population et continuellement rejetés dans l'environnement via les stations d'épuration des eaux usées (STEP) constituent une source de contamination du milieu aquatique. L'évaluation du risque environnemental de ces composés implique la quantification précise de leurs concentrations et l'estimation de leur toxicité vis-à-vis des espèces exposées. Notre étude portant sur une douzaine de composés pharmaceutiques représentatifs a été réalisée dans le Sud Est de la France. Après la mise au point d'une méthode de détection par LC-MS/MS, une campagne d'échantillonnage ciblée sur 7 stations d'épuration urbaines et les eaux naturelles dans lesquelles leurs effluents se déversent (rivières gardoises et lagune) a été effectuée afin d'évaluer le niveau de contamination par les PPs. La toxicité des PPs a été évaluée à l'aide de tests de bioluminescence et d'inhibition de croissance (Microtox, ToxScreen et Protoxkit). En parallèle, des expériences ont été effectuées afin d'évaluer le potentiel de la photolyse UV et de l'adsorption sur charbon actif pour éliminer ces composés. La campagne de mesure met en évidence la présence de PPs dans les effluents de STEP de la région Sud-Est à des concentrations comprises entre 10 et 1000 ng L-1 et atteignant quelques centaines de ng L-1 dans le milieu récepteur situé en aval. La comparaison des niveaux d'exposition aux valeurs de toxicité obtenues expérimentalement et complétées des données de la littérature suggère que seuls 3 composés pharmaceutiques (propranolol, ibuprofène et diclofénac) sont susceptibles d'induire un risque faible à l'échelle locale (rivières gardoises). Le traitement complémentaire des effluents de STEP par photolyse UV et adsorption sur charbon actif s'avère être efficace pour éliminer la majorité des 12 composés étudiés et peuvent être envisagé pour limiter la présence et l'impact des produits pharmaceutiques dans l'environnement.

Cette étude a été réalisée sur le mont Covey Hill (Québec, Canada) afin de quantifier les échanges entre l'eau souterraine et trois cours d'eau (Outardes, bassin versant : 23 km2 ; Allen, bassin versant : 26 km2 ; Schulman, bassin versant : 9,5 km2) et d'estimer la recharge vers l'aquifère régional. L'analyse des séries temporelles de débits, de précipitations et de niveaux de la nappe phréatique a été utilisée afin de déterminer la dynamique hydrologique de la zone d'étude. Un bilan hydrique a été calculé et un modèle d'infiltration verticale a été construit afin de calculer les différents flux d'eau sur les bassins versant des rivières Allen et Outardes. Les résultats montrent que le débit de base représente 32, 40 et 4% du débit total des rivières Allen, Outardes et Schulman respectivement. Les analyses corrélatoires et spectrales montrent que les cours d'eau ont un effet mémoire de moins de 10 jours i.e. que le système hydrologique est très dynamique et peu influencé par l'aquifère. Les niveaux piézométriques montrent quant à eux un cycle annuel. Des liens précipitations-débits très clairs, mais de courte durée ont été mis en évidence, de même que des liens précipitations-niveaux piézométriques plus diffus. Ces analyses n'ont pas permis de confirmer la présence d'un lien aquifère-cours d'eau. Un échantillonnage hebdomadaire d'eau de surface a permis l'analyse géochimique de l'eau pendant les saisons estivales de 2007 et 2008. Cette analyse montre que durant l'étiage, la rivière Outardes et le ruisseau Schulman sont alimentés par l'eau provenant du roc fracturé des grès du Potsdam tandis que la rivière Allen est alimentée par l'eau contenue dans les sédiments. Par ailleurs, l'utilisation du 222Rn a montré que la contribution de l'aquifère est faible et très localisée sur les trois bassins. Le calcul du bilan hydrique indique que la rivière Allen est caractérisée par une prépondérance de l'infiltration tandis que la rivière Outardes est surtout alimentée par le ruissellement de surface. Les milieux humides présents sur le bassin de la rivière Allen jouent un rôle important pour ralentir les écoulements et favoriser ainsi la recharge tandis que la présence de grès peu perméable verticalement (Flat Rock) semble favoriser le ruissellement sur le bassin Outardes. La recharge modélisée au moyen du Modèle d'infiltration verticale (MIV) est de 227 ± 73 mm pour la rivière Allen et de 240 ± 79 mm pour la rivière Outardes, mais cette dernière valeur est probablement surestimée en raison du manque de précision du MIV pour simuler le ruissellement. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : échanges nappe-rivière, recharge, séries temporelles, Covey-Hill.

Les pesticides sont aujourd'hui reconnus comme ayant des effets néfastes sur l'environnement et sur la santé humaine. La surveillance du niveau de pollution par les pesticides dans les écosystèmes aquatiques implique la mise en place d'une stratégie d'échantillonnage basée sur des prélèvements ponctuels, suivi d'une étape de traitement et d'analyse des échantillons. Par ailleurs, la concentration de ces polluants est sujette à de nombreuses fluctuations et par conséquent une faible fréquence d'échantillonnage ne donne pas une image représentative du réel niveau de pollution et de l'évolution de la qualité des masses d'eau.Ainsi, ce travail de recherche porte sur une méthode alternative d'échantillonnage basée sur l'utilisation d'échantillonneurs passifs, afin de suivre le niveau de contamination des eaux de surface et souterraines par les pesticides. Deux types d'échantillonneurs passifs, les Chemcatchers (version polaire) et les POCIS (Polar Organic Chemical Intégrative Sampler), ont été étudiés afin de comparer leurs efficacités comme outils de diagnostic et de surveillance de la pollution des milieux aquatiques par les pesticides polaires. La première phase de l'étude concerne la validation de ces outils, basée sur la calibration en laboratoire et in-situ des POCIS et des Chemcatchers, afin de permettre leurs utilisations en tant qu'outils d'analyse quantitative pour l'évaluation de la concentration moyenne des pesticides dans les masses d'eau. La deuxième partie du travail est plus orientée sur l'applicabilité de ces échantillonneurs passifs pour l'étude de la distribution spatiale des pesticides, de l'identification des sources de pollution et du transfert des polluants (eau de surface/eau souterraine).

Le risque environnemental lié à la présence de plastiques dans les milieux aquatiques a été suggéré, pour le milieu marin, dès les années 1970. Même s’il reste incomplètement cerné (d’un point de vue écotoxicologique essentiellement), il ressort de la littérature qu’il est significatif. Même si certains travaux suggèrent qu’une grande partie de ces plastiques provient des eaux continentales, il n’existe aujourd’hui peu d’étude sur les niveaux d’imprégnation des milieux aquatiques en milieu continental et aucune à l’échelle des bassins versants urbains pour préciser l’importance des différentes sources urbaines.Dans cette étude, les macroplastiques (> 5 mm) ainsi que les microplastiques (<5 mm) sont considérés. Les flux de macroplastiques dans la Seine ont été estimés à l’aide d’une étude de terrain mais aussi à l’aide d’une approche théorique. En ce qui concerne les microplastics, les fibres (synthétiques et artificielles) ainsi que les fragments ont été étudiés dans différent compartiments du système urbain. L’air intérieur, les retombées atmosphériques, les eaux de ruissellement, les effluents et affluents de stations d’épuration ainsi que les rejets urbains en temps de pluie ont été étudiés.Les concentrations en microplastiques dans le milieu récepteur ont aussi été estimées. Le suivi de la contamination des eaux de surface a été abordé selon deux méthodes d’échantillonnage distinctes : échantillonnage par un filet avec une maille de 80 μm et par un filet de 330 µm. L’homogénéité des fibres le long de la section a aussi été estimée, tout comme la variabilité temporelle à court terme. Pour finir, un suivi mensuel sur 19 mois a été effectué en amont et en aval de Paris.Cette étude a permis de montrer que les flux de microplastiques dans la Seine représentent une masse négligeable par rapport aux flux de macroplastiques. Elle confirme aussi l’ubiquité des fibres dans tous les compartiments. Les fragments sont quant à eux particulièrement concentrés dans les rejets urbains en temps de pluie. Pour la première fois, il a été montré que le compartiment atmosphérique jouait un rôle potentiellement important, autant que source de microplastiques / Plastic pollution has been widely studied in marine environment since 1972 and mostly since 2004. Investigations on plastic pollution in freshwater and especially in urban catchments just started at the beginning of the decade, and urban plastic pollution sources and its related fluxes in rivers remains mainly unknown. Thus a specific attention should be paid to the plastic contamination in catchments exposed to severe anthropogenic pressure, especially within the urban areas. This PhD thesis focuses on the case of the Paris agglomeration and its impact on the Seine River. A double approach was carried out as both macro- (>5mm) and micro- (<5mm) plastics were considered.The amount of macroplastics conveyed by the Seine River was estimated with a field study and with a theoretical approach.Regarding microplastics, fibers (made with synthetic but also man-made polymers) and fragments were both investigated in different compartments of the urban system. The study focused on the air compartment (indoor and outdoor air as well as atmospheric fallout), the sewer system (from the washing machine disposals to the WWTP influents and effluents), and the inputs during wet weathers periods, i.e, runoff and combined sewer overflows. Fibers and fragments were also examined on the Seine River.This work aimed at providing relevant methodological keys to address sampling of microplastic in rivers. Two mesh size nets were tested (80 µm vs. 300 µm). The homogeneity of fibers distribution in rivers was also verified as the short term temporal and spatial variabilities were evaluated. In order to highlight the potential impact of the Paris agglomeration, a monthly monitoring on 5 sites upstream and downstream Paris was carried out as well.This thesis mainly highlighted the ubiquity of fibers in all compartments. Fibers were predominant in comparison to fragments in all compartments. Combined sewer overflows exhibited particularly high amounts of fragments. On the other hand, the flux of microplastics in the Seine River was proved be negligible in terms of mass in comparison to macroplastics. This study is also the first one showing that the atmospheric compartment needs to be considered as a potential significant source of microplastics

En dépit de l'importance des flux de carbone transitant depuis les continents jusqu'aux océans, le cycle de la matière organique à l'échelle continentale reste encore en partie méconnu. Ainsi, par exemple, le carbone organique dissous des eaux naturelles (COD) a-t-il surtout été étudié sous un aspect chimique indifférencié. Des études isotopiques ainsi que l'utilisation de biomarqueurs, dans les sols et dans différents écosystèmes aquatiques, ont cependant permis d'élucider certains aspects de son cycle. La présente étude s'inscrit dans cette perspective. Deux types de milieux distincts, l'un iIlustratif des eaux de surface (fleuve Saint-Laurent, Canada), l'autre, d'eaux souterraines (aquifère de l'Astien, France), ont été examinés. Bien que ces deux sites illustrent des processus biogéochimiques contrastés, leur étude s'est appuyée sur une méthodologie commune basée sur l'utilisation des isotopes du carbone et des biomarqueurs ligneux. Dans le volet "Saint-Laurent", nous nous sommes intéressés au cycle du carbone organique terrigène à partir de mesures ¹³C et ¹⁴C du COD total et d'une composante réfractaire du COD afin de mieux comprendre l'origine et l'évolution du carbone organique terrigène lors de son exportation vers l'océan. Dans le volet concernant l'aquifère des sables de l'Astien, l'utilisation des mêmes approches ont été retenues dans le but de déterminer la nature, les sources, l'état de dégradation et l'évolution temporelle du COD dans une nappe d'eau souterraine, à des fins éventuelles d'estimation de son temps de séjour. Nous retenons, de l'étude, une origine majoritairement terrigène, tout au long de l'année, en ce qui a trait au COD du système hydrologique du Saint-Laurent, ainsi que son âge globalement très récent (quelques années). Cependant, une fraction de ce COD, représentant de 8 à 28% de la totalité, est apparue beaucoup plus ancienne (quelques centaines d'années). Cette fraction réfractaire correspond principalement à des composés organiques issus de la décomposition de végétaux terrigènes (cellulose, lignine), bien que la contribution de noir de carbone ne soit pas exclue. L'activité ¹⁴C du COD total est majoritairement héritée de celle du COD labile plus ou moins proche des teneurs ¹⁴C du CO₂ atmosphérique actuelles, mais les écarts observés par rapport à celle-ci sont dus aux variations des teneurs en ¹⁴C de la fraction réfractaire. La présente étude indique que le COD total du système hydrologique du fleuve SaintLaurent est en majorité constitué de composés organiques facilement biominéralisables et donc potentiellement grands consommateurs d'oxygène dissous. De ce fait le carbone organique terrigène pourrait jouer un rôle plus important qu'estimé aujourd'hui dans l'apparition de conditions hypoxiques dans les estuaires et zones côtières du globe. Dans le système de l'aquifère de l'Astien, les évolutions similaires des familles de phénols issues de la macromolécule ligneuse suggèrent que l'absorption de composés ligneux se fait sur la macromolécule et non sur composés individuels. La présente étude laisse croire que les signatures ligneuses sont susceptibles d'être modifiées par le biais des processus pédogénétiques, mais aussi que les cinétiques relatives de dégradation des composés organiques issus de la macromolécule ligneuse pourraient donner lieu à des applications géochronométriques. En effet, l'acétovanillone, l'acide 3,5-dihydroxybenzoïque et l'acide p-coumarique présentent des variations en concentrations relatives liées aux variations des activités ¹⁴C mesurées.

Les milieux aquatiques sont les réceptacles finaux des pesticides organiques et inorganiques. Ainsi, des textes réglementaires fixant des objectifs afin de préserver et restaurer l’état des milieux aquatiques ont été établis (ex. Directive Cadre sur l’Eau). Ces textes réglementaires ou les programmes d'actions s'accompagnent de la mise en place de réseaux de suivi de la qualité des eaux. Ces suivis sont effectués via la réalisation de prélèvements ponctuels d'eau, fournissant une donnée souvent sujette à un manque de représentativité temporelle. Pour estimer de façon plus robuste une concentration moyenne dans le temps, des techniques d’échantillonnage passif ont été développées. Celles-ci permettent la pré-concentration in situ des contaminants et disposent d’une capacité intégrative sur plusieurs semaines. Ces travaux de thèse sont axés sur le Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS), largement utilisé pour l’échantillonnage des pesticides moyennement polaires et non ionisables (0<log Kow<4).Le premier volet de ces travaux de thèse avait pour objectif de tester la capacité du POCIS à intégrer de brèves variations de concentration en pesticides. Pour ce faire, une expérimentation simulant des pics de contamination d’intensités et de durées variables a été menée dans des conditions contrôlées de laboratoire. Cette expérimentation a démontré que la réactivité du POCIS face à de tels événements était dépendante des propriétés physico-chimiques des pesticides ciblés (notamment du log Kow) et de la durée d’exposition. Des profils d’accumulation différents ont été observés, avec deux phénomènes opposés survenus en début d’exposition, soit le « burst effect » ou le « lag effect ». Malgré ces deux phénomènes, le domaine d’applicabilité du POCIS a été mieux défini puisqu’il a été démontré que pour des pesticides caractérisés par un log Kow entre 2 et 4, les pics de contamination étaient bien pris en compte dans la concentration moyennée obtenue.Le second volet de ces travaux devait définir à large échelle l’apport du POCIS en complément des réseaux de suivi basés sur les prélèvements ponctuels. Dans ce contexte, 51 sites du réseau de contrôle DCE localisés sur les cours d’eau du bassin Adour-Garonne ont été échantillonnés 6 fois en 2016 via ces deux techniques. L’exploitation des données acquises pendant cette année de terrain s’est découpée en deux axes. Le premier avait pour objectif de comparer les informations fournis via les deux techniques. L’apport des caractéristiques intégratives du POCIS y a été démontré. En effet, le POCIS permet d’améliorer significativement le nombre de pesticides quantifiés ainsi que leur fréquence de quantification. De plus, il fournit une meilleure représentativité temporelle des niveaux de contamination mesurés, puisqu’il permet d’avoir une image plus réaliste des variations annuelles des concentrations en lien avec les usages des pesticides ciblés (saisonnalité). Ainsi, la combinaison de ces deux techniques a permis une meilleure caractérisation de la pression « pesticides » subie par le bassin Adour-Garonne.Le second axe visait à proposer une méthodologie d’exploitation automatisée permettant une interprétation visuelle et simple d’un jeu de données conséquent (> 10 000 données). Les données acquises avec les POCIS ont été utilisées pour réaliser des analyses multivariées, type « principal component analysis » et « hierarchical cluster analysis » afin de démontrer des liens entre occupation du sol et pesticides quantifiés. De plus, l’empreinte « pesticides » de chaque site a été établie. Ainsi, ce dernier axe a permis une meilleure caractérisation des zones les plus à risques ainsi qu’une identification rapide des sources potentielles.Ces travaux de thèse ont donc démontré des aspects fondamentaux et appliqués qui confirment l’intérêt du POCIS pour évaluer la qualité des eaux superficielles vis-à-vis des pesticides. / The aquatic environments are considered as the final receptacles of organic or inorganic pesticides. Thus, regulatory texts were established in order to preserve and restore the good status for the aquatic environments (e.g. Water Framework Directive). Currently, the conventional method for freshwater analysis is grab sampling several times per year with a lack of temporal representativeness. To overcome this issue, and in the aim of estimating a robust average concentration over time, passive sampling strategies have been developed. These samplers allow an in situ pre-concentration of contaminants and offer an integrative capacity of several weeks. This thesis focuses on the Polar Organic Chemical Integrative Sampler (POCIS), which is widely used for the sampling of moderately polar or no-ionizable pesticides (0<log Kow<4).The first part of this thesis aimed to test the POCIS capacity to integrate short pesticides contamination peaks. In this way, a laboratory controlled-conditions experiment which included pesticides contamination peaks of variable intensity and duration was performed over 14 days. This experiment proved that POCIS response depends on physico-chemical properties of the studied pesticides and also on the exposure duration. During the first part of the exposure period two different phenomena were observed, which were a “burst effect” or a “lag effect”. Despite these, short contamination peaks were well integrated in the time weighted average concentration, for pesticides with log Kow between 2 and 4.The second part of this thesis was to define, at a large scale, the contribution of POCIS as a complement to the monitoring networks based on grab samples. In this context, 51 monitoring stations located in the Adour-Garonne basin were sampled with these two techniques during 6 periods in 2016. The analysis of the large amount of data collected during this 1-year monitoring was divided into two axes. Firstly, information provided with POCIS and grab samples was compared. The contribution of the integrative capacity of POCIS was demonstrated; this capacity allowed us to obtain additional and complementary information to those of the monitoring networks. Indeed, POCIS improved significantly the number of quantified pesticides as well as their quantification frequency. Moreover, POCIS brought a better temporal representativeness of contamination levels, since it provided a more realistic picture of the annual variations in concentration levels related to the seasonality in the use of some pesticides. Thus, the combination of grab samples and POCIS provided a better assessment of pesticide contamination levels in the Adour-Garonne basin.The second axis aimed to propose an automated methodology allowing a visual and simple interpretation of a large dataset (> 10,000 data). Data acquired with POCIS were used to demonstrate correlations between land use and quantified pesticides. In this context, multivariate analyses, such as hierarchical clustering and principal component analyses, confirmed the relationship between land use in the watershed and the major pesticides quantified. Then, the "pesticide" fingerprint of each site was established. Finally, this last axis has made it possible to better characterize the sites most at risk and to quickly identify potential sources.This thesis work demonstrated fundamental and applied aspects, which confirm the interest of the POCIS in assessing the freshwater quality for pesticides.

Les pesticides sont aujourd’hui reconnus comme ayant des effets néfastes sur l’environnement et sur la santé humaine. La surveillance du niveau de pollution par les pesticides dans les écosystèmes aquatiques implique la mise en place d’une stratégie d’échantillonnage basée sur des prélèvements ponctuels, suivi d’une étape de traitement et d’analyse des échantillons. Par ailleurs, la concentration de ces polluants est sujette à de nombreuses fluctuations et par conséquent une faible fréquence d’échantillonnage ne donne pas une image représentative du réel niveau de pollution et de l’évolution de la qualité des masses d’eau.Ainsi, ce travail de recherche porte sur une méthode alternative d’échantillonnage basée sur l’utilisation d’échantillonneurs passifs, afin de suivre le niveau de contamination des eaux de surface et souterraines par les pesticides. Deux types d’échantillonneurs passifs, les Chemcatchers (version polaire) et les POCIS (Polar Organic Chemical Intégrative Sampler), ont été étudiés afin de comparer leurs efficacités comme outils de diagnostic et de surveillance de la pollution des milieux aquatiques par les pesticides polaires. La première phase de l’étude concerne la validation de ces outils, basée sur la calibration en laboratoire et in-situ des POCIS et des Chemcatchers, afin de permettre leurs utilisations en tant qu’outils d’analyse quantitative pour l’évaluation de la concentration moyenne des pesticides dans les masses d’eau. La deuxième partie du travail est plus orientée sur l’applicabilité de ces échantillonneurs passifs pour l’étude de la distribution spatiale des pesticides, de l’identification des sources de pollution et du transfert des polluants (eau de surface/eau souterraine). / Nowadays, pesticides are recognized as having adverse effects on the environment and human health. Monitoring the level of pesticides pollution in aquatic ecosystems involves the establishment of a sampling strategy based on a water spot sampling, followed by a stage of processing and analysis of samples. Furthermore, the concentration of these pollutants can fluctuate over time and therefore a low sampling frequency does not give a representative picture of the real level of pollution and cannot describe faithfully the changing of the quality of the water bodies.Thus, this work focuses on an alternative sampling method based on the use of passive samplers to monitor the level of contamination of surface and groundwater by pesticides. Two types of passive samplers, the polar Chemcatcher and the POCIS (Polar Organic Chemical Intégrative Sampler) were studied in order to compare the effectiveness of these tools for the diagnosis and the monitoring of aquatic pollution by polar pesticides.The first step of the study consists the validation of these two passive samplers, which is based on the laboratory and in-situ calibration of POCIS and polar Chemcatcher, to allow their use as tools for quantitative analysis for the assessment of the average concentration of pesticides in water bodies. The second part of the work is more focused on the applicability of these passive samplers for the study of the spatial distribution of pesticides, the identification of pollution sources and the assessment of pollutants transfer (surface water/groundwater).

Introduits dans l’environnement par l’intermédiaire de sources ponctuelles et diffuses, les virus et les bactériophages entériques peuvent se propager dans les cours d’eau par l’intermédiaire de différentes voies de dissémination. Détectées à la fois dans les eaux de surface et les sédiments des rivières, ces particules virales demeurent inertes dans le milieu hydrique. Leur propagation dépend donc uniquement des nombreuses interactions qu’elles partagent avec leur environnement. Qui plus est, la contamination virale des ressources en eau semble étroitement liée aux variations hydro-climatologiques. Mais malgré les connaissances déjà acquises à ce sujet, de multiples zones d’ombre subsistent concernant les variables et facteurs contrôlant le comportement in situ des particules virales dans le milieu hydrique. L’objectif de ce travail a donc été de définir le transport et le devenir des bactériophages ARN F-spécifiques dans une rivière en fonction de leurs caractéristiques propres et des conditions hydro-climatologiques. L’application de stratégies et méthodologies originales, tirées du domaine de l’hydrologie comme l’utilisation du temps de résidence de la masse d’eau ou l’échantillonnage automatique à haute fréquence, a permis d’étudier les comportements des bactériophages ARN F-spécifiques in situ. L’influence des facteurs environnementaux et plus particulièrement de la température de l’eau et du débit de la rivière sur la propagation et la survie in situ de ces particules infectieuses dans la colonne d’eau a été démontrée. Dans les sédiments, une distribution spatiale des bactériophages ARN F-spécifiques infectieux a été mise à jour. Cette particularité a pu être comprise et déchiffrée grâce à la combinaison de la caractérisation du sédiment et de l’étude du comportement d’attachement des quatre génogroupes. Les transferts de particules virales entre la colonne d’eau et les sédiments ont également pu être mis en exergue et s’avèrent être fortement dépendants des conditions hydro-climatologiques. Ainsi, la dynamique des bactériophages ARN F-spécifiques a pu être mieux appréhendée, et de même, les origines et la nature de la pollution virale ont été mieux discernées lors d’événements de crues. L’ensemble de ces résultats permet de compléter le puzzle de la dynamique des bactériophages ARN F-spécifiques dans la rivière. Les nouvelles approches expérimentales et méthodes d’analyse mises en place devraient permettre d’aboutir à une meilleure évaluation des risques viraux pour la santé humaine liés à l’utilisation des ressources en eau / Introduced into the environment through point and diffuse sources, enteric viruses and bacteriophages can be spread in watercourses via various dissemination routes. Detected in both surface water and river sediment, these viral particles remain inert in environmental water. Their spread is governed by many interactions that they have with their direct environment. Moreover, viral contamination of water resources is closely related to hydro-climatological variations. Despite the important knowledge already reported on this subject, many grey areas remain about the variables and factors controlling the in situ behavior of viral particles in environmental water. The aim of this study was therefore to define the transport and fate of F-specific RNA bacteriophages in a river according to their intrinsic characteristics and hydro-climatological conditions. The application of innovative strategies and methodologies from the hydrological science domain, such as the use of the residence time of the river water mass or high frequency automatic sampling, allowed studying the in situ behavior of F-specific RNA bacteriophages. The influence of environmental factors, especially water temperature and flow rate, has been demonstrated to have an impact on the in situ propagation and survival of infectious viral particles in the water column. Furthermore, the spatial distribution of infectious F-specific RNA bacteriophages was underlined in sediments. The accurate characterization of sediment and the study of the attachment capacity of the four genogroups explained this specific distribution. Finally, transfers of viral particles between the water column and sediment was highlighted and appeared to be highly dependent on hydro-climatological conditions. Besides the gained knowledge of the dynamics of F-specific RNA bacteriophages, the sources and origins of viral pollution of streams during rain and flood events were elucidated. This work helps completing the jigsaw puzzle on presence and transmission of F-specific RNA bacteriophages in river systems. The novel experimental approach further enhances human health-dependent viral risk evaluation linked to water resource utilization and management

La consommation des composés pharmaceutiques est en constante croissance à travers le monde et leur utilisation peut entraîner une accumulation dans l’environnement d’où leur désignation à titre de contaminants émergents. De nombreux groupes de recherche se penchent donc sur les questions de leurs effets sur des organismes vivants, sur la santé de certains écosystèmes ou encore sur l’efficacité de différents types de traitement des eaux usées. Or, peu de données sont disponibles quant aux concentrations présentes dans différentes matrices telles que les eaux usées ou l’eau de surface dans lesquelles elles sont déversées ou encore l’impact que peuvent avoir les hôpitaux sur l’occurrence des composés pharmaceutiques. La recherche dans ce domaine peut s’avérer un outil clé dans l’établissement de normes et de limites pour différents contaminants puisque celles-ci sont encore marginales dans la plupart des pays du monde, surtout au niveau des médicaments. Dans le cadre de cette thèse, différentes méthodes analytiques ont été développées pour faire l’analyse de classes ciblées de médicaments par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse afin de quantifier ceux-ci dans diverses matrices environnementales. Un des objectifs du présent ouvrage est donc de détailler les travaux de développement et de validation de méthodes analytiques robustes. Une première méthode d’extraction en phase solide en ligne avec la chromatographie liquide ultra-haute performance couplée à la spectrométrie de masse en tandem (SPE en ligne UPLC-MS/MS) a été développée afin de faire l’analyse de huit différentes classes de composés pharmaceutiques susceptibles d’être retrouvés dans les eaux usées. Afin de déterminer la distribution et l’adsorption des composés ciblés sur la phase solide de différentes matrices, une méthode d’extraction et de purification a également été optimisée de telle sorte que les extraits de matière particulaire et de sédiments soient compatibles avec cette méthode analytique. Ces méthodes ont été appliquées sur de nombreuses eaux usées d’hôpitaux et d’usine de traitement des eaux au Québec (Canada). Les produits de chimiothérapies présentent un défi analytique supplémentaire puisqu’ils sont polaires comparativement à la plupart des autres classes de composés pharmaceutiques. Il y a donc peu d’études sur la présence et le comportement de ces contaminants bien que ceux-ci présentent un risque écotoxicologique potentiellement important. Un deuxième objectif de cette thèse a donc été de comparer différentes alternatives pour la préconcentration et la séparation chromatographique, notamment la chromatographie à interaction hydrophile (HILIC). Celle-ci a mené à la validation de deux méthodes analytiques dont la sensibilité est de l’ordre des ng/L pour ces composés dans des eaux usées brutes. Ces méthodes de SPE en ligne UPLC-MS/MS ont été appliquées à de nombreux échantillons d’effluents d’hôpitaux ainsi qu’à des usines de traitement des eaux usées au Québec (Canada). D’autre part, la méthode SPE en ligne UPLC-MS/MS pour l’analyse des multiples classes de composés pharmaceutiques a été validée pour l’eau de surface enfin d’atteindre un dernier objectif de cet ouvrage qui consiste à évaluer différentes sources de contamination de cette matrice à proximité de zones densément peuplées. Durant de larges campagnes d’échantillonnage sur le fleuve Saint-Laurent, échelonnées sur une période de cinq ans et ayant couvert une zone géographique de près de 700 km entre le Lac Ontario et l’estuaire, plus de 400 échantillons ont été prélevés et analysés. Parmi ceux-ci figurent des échantillons provenant de 56 rivières tributaires au fleuve prélevés afin de déterminer l’impact de celles-ci en termes de pollution en composés pharmaceutiques et de les comparer avec des points de rejet d’eau usée de villes telles que Montréal ou Québec. Enfin, ces mêmes méthodes ont été appliquées lors de projets en collaboration avec des chercheurs se penchant sur les effets écotoxicologiques des composés pharmaceutiques sur des organismes aquatiques dans des matrices d’eau de surface ainsi que pour de développement de technologies alternatives pour le traitement des eaux usées. / A constant increase in pharmaceutical compounds worldwide can accentuate problems related to these pollutants of emerging concern in environmental matrices. Therefore, many researchers are studying their effects on living organisms, the health of impacted ecosystems, and the efficiency of different types of wastewater treatment systems. However, there is a lack of available data on the occurrence and concentrations of pharmaceuticals in different matrices, such as wastewaters or receiving surface waters, and the relative importance of hospital effluents on the load of these contaminants. Research in this field can be a key tool on different drugs since only a few countries have implemented norms and guidance, especially for medications. As part of this thesis, different analytical methods have been developed for the analysis of selected drugs, and liquid chromatography coupled with mass spectrometry was used to quantify multi-class pharmaceuticals occurring in various environmental matrices. One objective of this manuscript is to develop and validate robust analytical methods. A first extraction method on-line with liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (on-line SPE UPLC-MS/MS) was developed to analyze eight different pharmaceutical classes susceptible to be found in wastewaters. With the aim of evaluating the partitioning and adsorption of target compounds onto a solid phase, an extraction and purification method was optimized to ensure that particulate matter and sediment extracts were compatible with the analytical method. These optimized methods were then applied to several hospital effluents and wastewater treatment plants samples in the province of Quebec (Canada). Chemotherapy agents present an additional analytical challenge since these drugs are relatively polar compared with most of other pharmaceutical classes. This explains the low number of publications relating to their occurrence and behaviour even though they present a high ecotoxicological hazard. A second objective of this thesis was to compare different potential alternatives for enrichment and chromatographic separation of these pollutants, notably the use of hydrophilic interaction chromatography (HILIC). This work led to the validation of two analytical methods for which the sensitivity reached ng/L levels for these compounds in raw sewage. These methods were successfully applied to samples from numerous hospital effluents and wastewater treatment plants from the province of Quebec (Canada). Also, a multi-class pharmaceutical method was validated for surface water in order to achieve the last objective of this thesis which consisted in the determination of the different contamination sources of this matrix near densely populated areas. During major sampling campaigns on the Saint-Lawrence River, spanning over five years and covering a geographical area of approx. 700 km between Lake Ontario and the estuary, a total of more than 400 samples were collected and analyzed. Among those, 56 different rivers tributary to the Saint-Lawrence were sampled to establish the impact they may have on pharmaceutical pollution. Data were compared with wastewater rejection points from cities, such as Montreal and Quebec. Finally, these methods were applied in the context of collaboration projects with researchers focusing on measuring ecotoxicological effects of pharmaceutical compounds on living organisms in surface water matrices and on the development of alternative wastewater treatment technologies.