Les méthodes actuellement disponibles pour la surveillance de la qualité du milieu se réfèrent au suivi de composés définis par les réglementations et ne permettent pas d’appréhender l’(éco)toxicité réelle de tous les composés présents dans l’environnement (e.g. composés inconnus, produits de transformation, effets de mélange…). Dans ce contexte, une méthode d’analyse pluridisciplinaire intégrative, l’analyse dirigée par l’effet (EDA), a été développée. Cette approche bio-analytique vise à établir un lien de causalité entre une exposition aux contaminants et l’effet biologique observé. La démarche est basée sur la simplification séquentielle d’un échantillon guidée par les bio-essais afin d’individualiser puis identifier, par des techniques analytiques chimiques performantes, les composés biologiquement actifs. Les objectifs de cette thèse ont porté sur (1) le développement et la validation d’une méthodologie, allant du pré-traitement jusqu’au fractionnement, adaptée à différentes matrices environnementales ; (2) la mise en place d’une stratégie d’identification moléculaire par spectrométrie de masse haute résolution ; (3) l’application de la démarche EDA à plusieurs échantillons afin d’illustrer l’adaptabilité et l’apport d’une telle méthode à des problématiques environnementales. Ces travaux de thèse permettent de disposer aujourd’hui d’une démarche bio-analytique complète de la préparation d’échantillon à l’identification de molécules, et adaptée à tous types d’échantillons. Les différentes études environnementales réalisées au cours de ces travaux ont permis, entre autre, d’établir une liste de composés diverses non recherchés pouvant représenter un risque pour l’environnement. / To date, environmental risk assessment is based on targeted chemical analyses. These analyses allow the detection of known active compounds and this preselected set does not often explain the observed toxic effects in complex environmental samples (e.g. unknown compounds, transformation product, cocktail effect...). For an integrative contamination assessment, a multidisciplinary approach, Effect-Directed Analysis (EDA) was developed. This approach combining biological tools and chemical analyses allows determining active compounds and identitying them in such environmental complex mixtures. EDA aims at the establishment of cause-effect relationships by sequential reduction of the complexity of environmental mixtures, eventually to individual toxicants. The aims of this thesis were (1) to develop and to validate the EDA-based strategy on various environmental complex samples; (2) to set up an identification strategy for identifying non targeted or unknown molecules using high resolution mass spectrometry; (3) to prove the usefulness of EDA approach for the identification of active compounds in environnemental complex samples. This thesis work provides to a complet bio-analytical approach from the preparation step of samples to the identification of molecules. The potential of this tool was fully confirmed on various environmental studies. These investigations allowed establishing a list of non-target compounds which can represent a risk for the environment.

De nos jours, l’évaluation de la qualité d’un milieu naturel repose traditionnellement sur des analyses ciblant des molécules déjà connues pour être biologiquement actives. Cependant ces molécules ne reflètent que partiellement les effets biologiques observés et la complexité des matrices environnementales. Par ailleurs, les contaminants dans l’environnement subissent des phénomènes de dégradation (hydrolyse, biodégradation, photodégradation). Ces processus peuvent conduire à la génération de produits de transformation qui sont encore trop peu pris en compte dans l’évaluation du risque, alors qu’ils sont susceptibles d’occasionner des effets toxiques plus importants que les molécules mères. L’impact écotoxicologique de ces mélanges nécessite préalablement l’obtention d’une vision globale quant à la présence et au devenir de ces molécules.Dans ce contexte, ces travaux appliquent une méthodologie pluridisciplinaire afin d’identifier des molécules préoccupantes et pertinentes à surveiller. Pour cela, ce travail s’appuie sur des analyses ciblées ultra-traces, des outils bioanalytiques, et des analyses non ciblées, qui ont été appliqués sur des échantillons environnementaux ou issus d’études en laboratoire mimant l’évolution des matrices environnementales. Au final, cette étude a permis : (1) d’identifier des molécules préoccupantes en estuaire de Seine sur la base de leur occurrence et de leur persistance, (2) d’identifier de nouveaux produits de transformation et (3) d’identifier les molécules responsables d’activités biologiques dans des matrices très complexes. / To date, environmental risk assessment is based on a restricted number of molecules assessed by targeted chemical analyses. However, this approach give a partial picture of co-occurrence of known and unknown compounds. Moreover, in the aquatic environment, chemicals are not completely mineralized and are subject to abiotic and biotic processes. Transformation products (TPs) can be more toxic and more persistent than the parent compound. However, TPs are not typically included in classical monitoring and risk assessment. Because of complexity and variability of these matrices and the restricted number of molecules focused in targeted chemical analyses, selection of relevant molecules for environmental monitoring is often laborious.In this context, an integrative approach was used in order to identify chemicals of concern for a classical monitoring. This work has been realized on environmental complex samples and on laboratory-generated samples. A combination of targeted, non-targeted analyses and in vitro bioassays was performed and allowed to: (1) identify polar chemical of concern in the Seine estuary on the basis of occurrence and persistence, (2) identify new transformation products and (3) identify compounds responsible of biological activity observed in complexes matrices.