La cigarette électronique est installée sur le marché depuis plusieurs années et jouit aujourd’hui d’une forte notoriété. Les données scientifiques existantes tendent à considérer l’e-cigarette comme moins toxique que son homologue principal, la cigarette conventionnelle. Cependant, l’impact intrinsèque du vapotage sur la santé humaine, à court et long terme, n’est pas précisément connu et est actuellement au coeur de nombreux débats de Santé Publique.Depuis 2014, nous menons un projet dont l’objectif principal est d’étudier l’impact sanitaire de la cigarette électronique au moyen d’une approche pluridisciplinaire combinant entre autres l’analyse physicochimique et la toxicologie expérimentale. Dans le cadre de ce projet, mes travaux ont porté sur la caractérisation physicochimique des e-liquides, d’une marque commerciale, et de leurs e-vapeurs, basée en particulier sur l’identification et la quantification de composés potentiellement toxiques pour l’Homme. En l’absence de méthodes de référence, cette analyse requiert un niveau élevé de maîtrise et de robustesse de l’ensemble de la chaîne de mesure, allant de la génération à l’analyse, notamment pour les e-vapeurs.Les éléments traces métalliques (ETM) étant des composés à impact sanitaire potentiel, nos travaux ont débuté par le développement et la validation d’une méthode de dosage simultané de 15 ETM dans les e-liquides par ICP-MS. Il s’avère que l’e-liquide, matrice organique visqueuse, est source d’effets de matrice non négligeables qu’il est nécessaire de corriger par l’ajout de matrice dans le calibrant, en proportion adaptée. La méthode a été entièrement validée selon les recommandations du Comité français d’accréditation et de l’US Environmental Protection Agency et a démontré des paramètres de robustesse satisfaisants.Six e-liquides et leurs e-vapeurs respectives, générées par une machine à fumer/vapoter, ont été ensuite analysés pour la recherche et la quantification de leurs ingrédients principaux (propylène glycol, glycérol et nicotine) et de différents polluants potentiellement toxiques (15 ETM, 50 pesticides, 16 hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) et 3 composés carbonylés). Les e-liquides avaient une composition conforme à celle annoncée par le fabricant et contenaient quelques rares polluants, à l’état de traces. Dans les e-vapeurs, 3 composés carbonylés, 2 HAP et 4 ETM (Sb, Cd, Cr et Pb) ont été retrouvés à des concentrations 7 à 6126 fois inférieures à celles mesurées dans la fumée de la cigarette de référence 3R4F, analysée dans des conditions comparables (à l’exception du Cr et du Sb non présents dans la fumée de la 3RF4).Le profil de vapotage, qui repose essentiellement sur le volume, la durée et la fréquence des bouffées, semble contribuer à la large variabilité de la composition chimique des e-vapeurs observée entre les différentes données de la littérature. En se focalisant sur l’analyse d’une seule famille de composés à impact sanitaire probable, nous avons montré, d’une part, que le profil de vapotage a une influence certaine sur la composition de l’e-vapeur en composés carbonylés et, d’autre part, que les profils de vapotage ne sont pas adaptés à tous les modèles d’e-cigarette.Les travaux de cette thèse ont participé à améliorer les connaissances actuelles sur la caractérisation physicochimique des émissions de cigarette électronique. Globalement, les e-cigarettes et e-liquides testés émettent et/ou génèrent quelques rares composés potentiellement toxiques, à des concentrations inférieures à celles observées dans la fumée de cigarette conventionnelle. Les résultats de nos travaux répondent en partie à l’urgente nécessité d’optimiser et d’harmoniser les pratiques analytiques dans le domaine de l’e-cigarette et de ses émissions. Ils devraient ainsi contribuer à l’établissement de méthodes de référence qui faciliteront et autoriseront l’interprétation et la comparaison des données, actuellement très disparates dans la littérature. / The electronic cigarette has been on the market for several years and enjoys a strong reputation. Existing scientific data tend to consider the e-cigarette as less toxic than its main counterpart, the conventional cigarette. However, the intrinsic impact of vaping on human health, in the short and long term, is not precisely known and is currently part of many Public Health debates.Since 2014, we have undertaken a project whose main objective is to study the health impact of the electronic cigarette using a multidisciplinary approach comprising physicochemical analysis and experimental toxicology. As part of this project, my work focused on the physicochemical characterization of e-liquids, from a unique commercial source, and their e-vapors, mainly based on the identification and quantification of potentially-toxic compounds. Regarding the current lack of reference methods, this analysis requires a high level of control and robustness of the entire measurement chain, from generation to analysis methods, especially for e-vapor study.Considering the potential health impact of metallic trace elements (MTEs), we first developed and validated a method allowing the simultaneous dosage of 15 MTEs in e-liquids by ICP-MS. The e-liquid, a viscous organic matrix, is a source of significant matrix effects which must be corrected by the addition of matrix in the calibration step, in a suitable proportion. The method was fully validated according to the recommendations of the French Accreditation Committee and the US Environmental Protection Agency and demonstrated satisfactory robustness parameters.Six e-liquids and their respective e-vapors, generated via a smoking/vaping machine, were then analysed to detect and quantify their main ingredients (propylene glycol, glycerol and nicotine) and various potentially-toxic pollutants (15 MTEs, 50 pesticides, 16 polycyclic aromatic hydrocarbons and 3 carbonyl compounds). Each e-liquid composition was in accordance with that announced by the manufacturer and contained few pollutants, at trace levels. In the e-vapors, 3 carbonyl compounds, 2 polycyclic aromatic hydrocarbons and 4 MTEs (Sb, Cd, Cr and Pb) were found at concentrations 7 to 6126-fold lower than those measured in the mainstream smoke of the reference cigarette 3R4F, analysed under comparable conditions (except for chromium and antimony which were not detectable in the 3R4F smoke).The vaping regimen, that is mainly based on the volume, the duration and the frequency of puffs, is strongly suspected to participate to the large observed variability of the e-vapor chemical composition between different published data. Through focusing on the analysis of a unique family of compounds with health impact, we demonstrated, on the one hand, that the vaping regimen has some influence on the carbonyl composition of e-vapors and, on the other hand, that vaping regimens are not all suitable for any type of e-cigarette models.This work has contributed to improve the current knowledge on the physicochemical characterization of e-cigarette emissions. Globally, the e-cigarettes and e-liquids tested emit and/or generate few potentially-toxic compounds, at concentrations lower than those observed in conventional cigarette smoke. Our findings satisfy partly the urgent need of optimization and harmonization of the analytical practices used to study e-cigarettes and their emissions. They should thus contribute to the establishment of reference methods that will allow and facilitate the interpretation and comparison of data, which vary significantly across the literature.

La problématique de la contamination des sols urbains et agricoles par les éléments traces métalliques (ETM) est un enjeu majeur en termes de santé publique et de protection de l’environnement. Dans le contexte de l’expansion de l’agriculture urbaine et des jardins communautaires souvent localisés sur des sites contaminés, il existe un intérêt fort pour le développement de méthodes de décontamination moins coûteuses que les méthodes de remédiation conventionnelles et qui préservent l’intégrité et la fertilité du sol. La phytoextraction est une technique écologique de remédiation des sols contaminés en ETM qui repose sur l’utilisation de plantes accumulatrices de métaux pour diminuer les concentrations en ETM dans le sol. La crucifère européenne Noccaea caerulescens (tabouret calaminaire), hyperaccumulatrice de zinc (Zn), cadmium (Cd) et nickel (Ni), s’est imposée comme plante phytoextractrice modèle vu ses étonnantes capacités d’accumulation in natura. Cependant, les conditions de culture optimales de N. caerulescens sont largement méconnues.L’optimisation de la phytoextraction du Cd et du Zn avec N. caerulescens a donc constitué l’objectif principal de ce travail. Nous avons mené des essais de terrain à Bruxelles sur des sites dont les sols sont modérément contaminés en ETM. Le premier objectif était de comparer l’efficacité d’extraction des populations calaminaires du Sud de la France (CAL-SF) et des populations non-métallicoles luxembourgeoises (NMET) de N. caerulescens. En parallèle, un deuxième objectif était de tester l’effet de plusieurs pratiques de culture sur la croissance et l’accumulation afin de développer un itinéraire technique performant. Un dernier objectif était d’étudier l’influence des paramètres édaphiques sur l’efficacité de la phytoextraction. Nous avons mis en évidence pour la première fois sur le terrain que les populations NMET sont nettement plus efficaces pour l’extraction du Zn que les populations CAL-SF et qu’elles combinent à la fois une meilleure production de biomasse et une plus grande résistance aux herbivores et aux pathogènes. Ce travail de thèse souligne que le cycle de vie – annuel ou bisannuel – est un déterminant important de la vitesse de croissance, du rendement d’extraction et du cycle de culture à privilégier. Nos résultats montrent que l’itinéraire technique le plus performant est celui d’un repiquage à l’automne de plantules à cycle bisannuel à densité élevée (100-120 plantes m-²), suivi d’une longue saison de culture (12 mois), tandis que pour des plantes annuelles il faut favoriser une installation au printemps. Enfin, la croissance de N. caerulescens est essentiellement stimulée par des hautes teneurs en matière organique, une faible densité apparente, une texture limoneuse et un bon apport en azote. Ce dernier élément entraîne cependant une baisse des concentrations en ETM dans les plantes quand sa teneur augmente dans le sol. La fertilisation azotée ne devrait donc être utilisée qu’en cas de forte carence azotée.Ce travail a permis de démontrer qu’une culture de N. caerulescens pouvait extraire jusqu’à 18 % du Cd total (CAL-SF) et 10 % du Zn total (NMET) dans les 20 premiers cm de sols modérément contaminés (jusqu’à 10 mg Cd kg-1 et 1000 mg Zn kg-1). À condition d’augmenter et de stabiliser les rendements de biomasse aérienne, la phytoextraction du Cd avec N. caerulescens pourrait donc être une technique pour décontaminer des sols modérément contaminés en Cd tels que les sols agricoles ou les sols urbains. / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La prise de conscience grandissante de la contamination des cours d'eau a entraîné l'établissement de réglementations de plus en plus strictes concernant les rejets urbains et la fixation d'objectifs de qualité à atteindre pour les milieux aquatiques. Cependant, l'échantillonnage ponctuel reste une limite importante dans l'estimation des flux de contaminants, et le besoin de suivis en continu est présent dans le milieu naturel et dans les réseaux d'assainissement urbains. Cette étude porte sur la quantification de la part des rejets urbains de l'agglomération grenobloise dans les flux totaux de matières en suspension (MES), nutriments (azote, phosphore), carbone organique et éléments traces métalliques (ETM) du milieu récepteur Isère (une rivière alpine). Ce travail s'est appuyé sur un réseau de mesures en continu de débits (Q) et de MES (par turbidimétrie) à l'amont et à l'aval de l'agglomération et sur une sonde spectrométrique à l'amont, associé à des campagnes de prélèvements réguliers et renforcés pendant les épisodes de crues. Des campagnes de mesures détaillées sur les principaux sous bassins du réseau d'assainissement ont été réalisées durant la période d'étude dans le cadre du schéma directeur d'assainissement de l'agglomération grenobloise. Le croisement de ces deux approches a permis de confronter les variations spatio-temporelles des MES, nutriments, carbone organique et ETM du réseau et du milieu récepteur en 2011 et 2012. Les flux sur ces deux années ont été établis afin de déterminer la contribution des rejets urbains dans les flux du milieu récepteur. La contamination en mercure a fait l'objet d'un suivi particulier du fait de la présence d'une source significative de mercure dans la région. Enfin, une réflexion sur l'amélioration des calculs de flux par l'utilisation de relations entre les ETM/carbone organique particulaire (COP) et un paramètre mesurable en continu (MES, Q) a été menée en parallèle de l'exploitation de ces résultats. Mots-clés : Matières en suspension ; Dynamique des flux ; Nutriments ; Eléments traces métalliques ; Mercure ; Rejets urbains (par temps de pluie et temps sec), sondes de turbidité et spectrométrique. / The growing awareness of the contamination of rivers has led to the establishment of more rigorous regulations related to urban waste, and to the setting of water quality objectives to be achieved for aquatic environment. However, grab sampling remains an important limitation for the estimation of contaminant flux, and the need for constant monitoring is present in both natural environment and urban sanitation. This study focuses on the quantification of the proportion of urban waste in the Grenoble area to the total flux of 1) suspended solids (TSS), 2) nutrients (nitrogen and phosphorus), 3) organic carbon and 4) metals trace element (MTE) of the receiving environment; the Isère (an alpine river). This work was supported by a network of continuous discharge measurements (Q) and TSS (turbidimetry), both upstream and downstream of Grenoble associated with regular sampling campaigns, with a higher measurement frequency during flood events. A spectrometric probe upstream was also placed upstream. Detailed measurement campaigns on major sub-basins of the sewerage network were performed during the study period as part of the sanitation master plan of Grenoble. The combination of these two approaches allowes to relate the spatio-temporal variations of TSS, nutrients, organic carbon and MTE in the urban water network of Grenoble and in the receiving environment (the Isère) for the years 2011 and 2012. Flows of the traced parameters have been established to determine the contribution of urban waste flows in the receiving environment, over these two years. Finally, a study on how to improve the flow calculations by the use of relations between MTE / particulate organic carbon (POC ) and a continuous measurable parameter (MES, Q ) was conducted in parallel with these results. Key words: suspended solids, Nutrients, metals trace element; Mercury; urban waste; turbidimetry and spectrometric probe

Ce projet de recherche porte sur l’étude de la contamination de la côte libanaise par les composés organiques (HAP, DDE) et par les éléments-trace métalliques (Hg, Pb principalement). Les travaux sur les compartiments sédimentaires et biologiques de la côte libanaise constituent deux parties aux problématiques et aux approches distinctes autour desquelles s’articule cette thèse. Dans la première partie, l’analyse d’une carotte sédimentaire datée prélevée sur le plateau continental du Sud du Liban a permis de reconstituer l’historique de contamination dans le bassin Levantin. Les analyses de contaminants dans les sédiments de la carotte C1 combinés à la datation aux 210Pb et 137Cs ont permis d’obtenir un enregistrement fiable des variations du dépôt de mercure, de plomb et de HAP sur le plateau continental libanais, dans le bassin Levantin. Bien que les concentrations et les flux soient relativement faibles, une augmentation en deux phases des concentrations est bien mise en évidence par le profil sédimentaire de C1. Le charbon est identifié comme source principale de Pb, de Hg et de HAP dans le bassin Levantin entre la moitié du 19ème siècle et la moitié du 20ème siècle. Les résultats des ratios isotopiques du Pb et des ratios diagnostiques de HAP appuient ce constat. Les archives sédimentaires dans la carotte C1 fournissent un signal du dépôt de contaminants à l’échelle globale probablement lié aux sources d’émissions atmosphériques en provenance d’Europe Centrale et de l’Est. Dans la seconde partie, une étude de la contamination par les HAP du littoral libanais est menée suite à la marée noire résultant du conflit armé israélo-libanais en 2006. Une approche de biomonitoring sur trois ans utilisant l’espèce de moules invasives Brachidontes variabilis a été développée. Les résultats indiquent une décroissance progressive des concentrations de HAP dans l’écosystème intertidal du littoral libanais. La contamination par les HAP du fioul en zone subtidale en 2007 est nettement plus faible. Cependant la signature des HAP dans les tissus de moules prélevées trois ans après la marée noire indique toujours la présence des composés du fioul de Jiyeh. La contamination est particulièrement persistante dans certaines zones fortement touchées par la nappe de fioul en 2006. Il apparaît que l’état initial pré-marée noire n’a pas été atteint, même trois ans après la marée noire de Jiyeh. L’examen détaillé de l’évolution spatiale et temporelle de la contamination par les HAP de l’environnement intertidal est présenté dans ce volet de notre étude. / This research project aims at the study of the contamination of the Lebanese coast by PAHs, DDE, Hg and Pb. The research work is divided into two distinct parts concerning two environmental compartments (sedimentary and biological) and it addresses different questions and approaches. In the first part, the study of a dated sediment core raised from the continental shelf in southern Lebanese coast allowed reconstructing the contamination history in the Levantine basin. The contaminants’ analysis as well as 210Pb and 137Cs datation allowed obtaining a reliable record of mercury, lead and PAHs sedimentary deposition in the Lebanese continental margin in the Levantine basin. Although concentrations and fluxes are relatively low, a two-phase increase of concentration is found using C1 core sedimentary profiles. Coal was identified as the main source of Pb, Hg and PAHs in the Levantine basin between the mid 19th and the mid 20th century. Ratios of Pb stable isotopes and PAH diagnostic ratios support this assumption. The studied sedimentary archives provide also information on the deposition of contaminants on a global scale possibly related to atmospheric emissions mainly from Central and Eastern Europe. In the second part of the thesis, the study of contamination by PAHs of the Lebanese coast was undertaken following an oil spill in the south of Lebanon, which occurred after the bombardment by the Israeli military of the electric power plant in Jiyeh in 2006. We have set-up a biomonitoring program with an invasive mussel specie Brachidontes variabilis over a three-year study. Results indicate a progressive decrease of PAH concentrations in the intertidal ecosystem of the Lebanese coast. Contamination of the subtidal zone in 2007 by Jiyeh fuel oil was significantly lower. However, Jiyeh fuel oil signature was still detectable in mussel tissues even three years after the oil spill. Contamination was found to be particularly persistent in some of the highly oiled sites. It appears that pre-spill state was still not reached even three years following the oil spill. Detailed investigation of spatio-temporal changes of intertidal mussels contamination by PAH is also presented in this part of the thesis.

En intégrant cette étude dans un contexte d'écologie du stress, l'objectif général de cette thèse est d'une part d'évaluer l'exposition et les effets des éléments traces métalliques (ETMs)et du parasitisme chez le mulot sylvestre (apodemus sylvaticus) et d'autre part de contribuer au développement de marqueurs d'exposition et d'effets toxiques non létaux. Au cours de trois sessions de capture, des individus ont été collectés dur 30 sites localisés autour de l'ancienne fonderie de Metaleurop (Nord-Pas-de-Calais) les concentrations en Cd et Pb ont été mesurées dans les organes cibles (foie et reins) et dans les poils des mulots. différents biomarqueurs d'effets toxiques létaux et non létaux ont également été mesurés. Le nombre important de mulots prélevé (n=886) a permis d'étudier l'influence des caractéristiques individuelles (âge et sexe) et des caractéristique paysagères sur les réponses des biomarqueurs. Les résultats indiquent que les concentrations en ETMs des animaux vivants sur les sites les plus contaminés s'avèrent significativement plus importantes que celles mesurées sur les autres sites. En outre, plus de 25% des mulots provenant des sites des plis pollués présente des concentrations supérieures aux seuils toxiques et ont donc un risque accru de développer des pathologies (œdème, cancers). Par ailleurs, cette étude révèle également que ETMs chez le mulot est influencée par les caractéristiques, individuelles (âge et sexe), par l'occupation des sols et qu'elle varie en fonction de la session de capture. De plus, les résultats montrent que les concentrations ETMs [...] et les caractéristiques paysagères modulent les prévalences de certains parasites. En effet, la richesse parasitaire augmente chez les individus les plus exposés aux ETMs. Ces concentrations influencent également les différents biomarqueurs d'effets létaux [...] et non létaux [...]évalués. Ces résultats illustrent donc l'intérêt du développement de biomarqueurs on létaux pour l'évaluation des effets toxiques des ETMs les plus élevées présentent des atteintes au niveau individuel [...] et au niveau cellulaire [...] Cependant, étant donnés les effets potentiels de parasitisme sur la santé de la faune sauvage, les liens de causalité entre la présence d' ETMs et les atteintes observées sont discutables. Ce travail de thèse souligne l'intérêt des approches multi-stress dans le cadre de l'évaluation de la santé de la faune sauvage. / By integrating this study in a stess-ecology Framework, the aim of this thesis is to assess exposure and effects of trace metals (TMs) and parasitism on wood mouse[…] and to contribute to the development of non-lethal exposure and toxicity makers […].This study also reveals that the accumulations of the TMs in wood mice is influenced by individual characteristics […] and landscape features and varies according to the trapping session. In addition, results show that the concentrations of TMs […] and landscape characteristics modulate the prevalence of some parasites. […].However, given the potential effects of parasitism on animals’ health, the causal links between the presence of TMs and observed alterations are questionable. This work emphasizes the importance of multi-stress approaches on wildlife’s health assessment.