Les sédiments sont des sites importants d’élimination d’azote (N) puisqu’ils possèdent des gradients d’oxydoréduction leur conférant les conditions idéales pour les réactions microbiennes de transformation de N. L’eutrophisation des régions côtières peut altérer ces gradients, par des changements dans la concentration d’oxygène (O2) de l’eau interstitielle, et modifier l’importance relative des processus transformant le N. Afin de mieux comprendre comment l’O2 pourrait influencer les transformations de N, nous avons mesuré les flux diffusifs de diazote (N2), nitrate (NO3-), oxygène et ammonium (NH4+) dans les sédiments de l’Estuaire Maritime du St-Laurent (EMSL), et nous avons estimé les taux de dénitrification. L’importance du couple nitrification-dénitrification en fonction d’un gradient de concentrations d’O2 dans la zone d’hypoxie de l’EMSL fut aussi évaluée. La concentration des gaz dissous fut mesurée en utilisant une nouvelle approche développée dans cette étude. Les flux diffusifs de N2, O2, NO3- et NH4+ variaient de 5.5 à 8.8, de -37.1 à -84.8, de -4.0 à -5.8 et de 0.6 à 0.8 μmol N m-2 h-1 respectivement. Les concentrations de N2 et NO3- dans l’eau porale et les flux de NO3- et de N2 des sédiments, suggèrent que la diffusion de NO3- provenant de l’eau à la surface des sédiments ne peut pas expliquer par elle-même la production de N2 observée. En utilisant une approche stoichiométrique, les taux de nitrification potentielle estimés comptent pour 0.01 à 52% du flux total de NO3 nécessaire pour aboutir aux flux de N2 observés et diminuent avec l’augmentation de l’hypoxie. / Sediments display strong redox gradients and represent important sites of various microbially mediated nitrogen (N) transformation pathways resulting in the loss of fixed N. Increased eutrophication of coastal systems will likely impact the overall function of these sediments via changes in the oxygen (O2) concentration in the overlying water, thus influencing the redox gradient and the relative importance of different N processes. To have a better understanding of how O2 could influence N transformations, we measured dinitrogen (N2), nitrate (NO3-), oxygen and ammonium (NH4+) diffusive fluxes in the sediments of the Lower St. Lawrence Estuary (LSLE) and estimated denitrification rates. The importance of the nitrification-denitrification couple as a function of a gradient of hypoxic O2 concentrations was also evaluated. Dissolved gas concentrations were measured using a new approach developed in this study. N2, O2, NO3- and NH4+ diffusive fluxes varied respectively from 5.5 to 8.8, from -37.1 to -84.8, from -4 to -5.8 and from 0.6 to 0.8 μmol N m-2 h-1 among the five stations sampled. N2 and NO3- concentrations in sediment pore water and measured fluxes of NO3- in and N2 out of the sediments suggested that NO3- diffusion from the overlying water alone could not support N2 production. Using a stoichiometric approach, estimated potential nitrification rates varied among sites, from 0.01 to 52% of the total NO3 supply rate. The relative importance of nitrification decreased with increasing hypoxia.

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La rade de Brest constitue un cadre idéal pour étudier et restituer les transferts sédimentaires terre-mer dans un contexte de bassin côtier semi-fermé macrotidal. Dans cette perspective, deux axes majeurs, d’échelle temporelle différente, ont été développés avec pour objectifs (a) de caractériser le modèle sédimentaire et sa dynamique par charriage à l’actuelle, (b) de déterminer la mise en place des dépôts sédimentaires au cours de la dernière transgression marine.(a) L’analyse combinant une approche sédimentaire et analogique a permis de montrer le contrôle majeur des courants de marée sur la dynamique sédimentaire actuelle. La morphologie du littoral et des fonds marins renforcent l’intensité des courants tidaux qui facilite les échanges en sables coquilliers entre la rade interne et la mer d’Iroise. Le système est néanmoins en érosion et enregistre un déséquilibre en apports sédimentaires. Les sédiments fins sont remobilisés par les courants de flot et les actions anthropiques colmatant les secteurs peu profonds.(b) L’étude litho- et chronostratigraphique de la séquence sédimentaire, a mis en évidence le recul successif des processus estuariens lors de la dernière remontée du niveau marin (holocène). La morphologie héritée du substratum, combinée à la transgression marine, a fortement influencé l’architecture des dépôts, leur préservation et leurs variations lithologiques latérales et longitudinales. Après la stabilisation du niveau marin (3 000 BP), les variations climatiques (optimum climatique médiéval, et petit âge glaciaire) et les activités anthropiques impactent d’avantage la dynamique des particules en suspension.La rade a donc eu un impact différent sur le transfert des sédiments au cours de la remontée du niveau marin. Actuellement, elle acte comme un « piège à sédiment fin » et enregistre dans le même temps un déficit de stock sédimentaire grossier potentiellement remobilisable. Cette configuration favorise une érosion des parties les plus profondes du système. / The bay of Brest is a tide-dominated, semi-enclosed coastal basin, which is connected with two rivers (Aulne and Elorn). Its jagged shoreline and seabed morphology constitute an ideal setting to understand sedimentary transfer at the land-sea interface. In this aim, this study is divided in two different time scale. The first (a) focuses on the present-day sedimentary bedload dynamic and the second (b) on the reconstruction of the Holocene infilling, during the last marine transgression. (a) A analyse combining a sedimentology approach and numerical has highlighted the major control of the tidal currents. Swells and rivers have a minor impact, because the inherited morphology accentuates and promotes tidal currents. There are responsible of a shelly sandy exchange between the oceanic domain (Iroise Sea) and confined (bay of Brest). At present, the bay of Brest suffers from an imbalance of shelly sand. Fine sediments are eroded and redistributed in the shallow parts of the bay. In ideal conditions (strong tidal current) they can be exported.(b) From the stratigraphic and chronostratigraphic analyses, the successive landward retreat of estuarine processes, during the last marine transgression, has been observed. The sea level acts as the major factor control of the sedimentary geometry deposits. However, the morphological particularity of the bay of Brest influenced their preservation and it is possible to determinate the longitudinal and transversal asymmetry. After the sea level stabilisation (3 000 BP), the Holocene climatic variations and anthropic activities have disturbed the suspension dynamic.The bay of Brest had a different impact on the sedimentary transfer during the last marine transgression. At present, it acts as a « sediment trap » for the fine particles and has not enough sandy sediment. This configuration tends to an erosion of the system.

La population de la crevette blanche Palaemon longirostris, espèce résidente des estuaires faisant l’objet d’une pêche traditionnelle, est soumise à des forçages environnementaux (fluctuations naturelles du milieu, modifications du régime hydro-climatique de l’estuaire en lien avec le changement climatique) et anthropiques importants (aspiration dans les circuits du CNPE -Centre Nucléaire de production d’Electricité du Blayais-, pêche ciblée, pollutions etc.). Dans ce contexte et sur la base d’un suivi mensuel, réalisé depuis 1979, complété par des échantillonnages en 2007, cette thèse montre que cette population répond fortement aux changements environnementaux abiotiques et anthropiques. Ainsi, d’importantes fluctuations spatio-temporelles des abondances sont mises en évidence à diverses échelles temporelles, spatiales et biologiques. L’analyse de la série à long terme montre des fortes oscillations interannuelles régulières (période 5/10 ans) en partie liées aux facteurs environnementaux et aux variations du recrutement. Une diminution de l’abondance globale, ainsi qu’un déplacement vers l’amont de cette population, sont également constatés. Ce déclin est attribué aux fortes variations et nombreuses modifications des traits de vie de l’espèce –reproduction, -croissance, -mortalité, démontrées au cours de l’étude. La présence de déformations de l’exosquelette, étudiée aussi via un élevage de plusieurs mois, révèle par ailleurs, de forts impacts négatifs à l’échelle individuelle (mortalité). De plus, des simulations réalisées à partir d’un modèle matriciel de dynamique de population élaboré durant l’étude, montrent la synergie des pressions anthropiques par prélèvements (CNPE, pêche) et des forçages environnementaux, ainsi que l’importance des processus de déplacement dans le fonctionnement de cette population. Cette étude démontre finalement l’intérêt que revêt cette population et plus largement les populations de crevettes estuariennes, pour l’étude du fonctionnement et du diagnostic de l’état des écosystèmes estuariens. De nouvelles métriques originales sont proposées, lesquelles ouvrent vers la voie vers de nouveaux indicateurs. / The white shrimp, Palaemon longirostris, is an estuarine species and an important fishing resource. This species therefore encounters an important environmental forcing (natural fluctuations of the environment, modifications of the hydro-climatic regime of the estuary associated with the climate change) and an anthropological forcing (drawing up by the circuits of the CNPE - Nuclear center of electricity production of Blayais-, targeted fishing, pollutions etc.). In this context and on the basis of a monthly survey in place since 1979 and completed in 2007, this study shows that this population is strongly influenced by environmental and anthropological changes. Important spatio-temporal variations in the shrimp abundance are highlighted at different temporal, spatial and biological scales. A long-term analysis underlines strong regular interannual oscillations (5/10-year period) partially linked with environmental factors and recruitment variations. A decrease in the global abundance and a movement of this population towards the upstream part of the estuary are also displayed. In this study, the decline is attributed to strong variations and numerous modifications in the life history traits of the species - reproduction, - growth, - mortality. The presence of exoskeletal deformities, alternatively studied via a rearing of several months, reveals strong negative impacts at the individual scale (mortality). Furthermore, simulations based on a population-matrix model, developed during the study, show the synergy of the anthropological pressure by capture (CNPE, fishing) and the environmental forcing, as well as the importance of movement processes in the population dynamics. This study finally demonstrates the interest of this population, and more widely of the estuarine shrimp populations, in the understanding of the functioning and the diagnosis of the estuarine ecosystem state. New original metrics are proposed, opening the way towards new indicators.

Les contaminants d’intérêt émergent (CIEs) ont fait l’objet d’un nombre croissant d’études ces dernières années, notamment dans les milieux aquatiques. Il existe cependant certains manques de connaissances concernant leur occurrence et leur distribution dans les systèmes hydrologiques complexes, notamment la distribution verticale à travers différentes masses d’eau. Les variations saisonnières entre conditions estivales et hivernales restent difficiles à établir en raison des conditions météorologiques hivernales rigoureuses au Canada, limitant l’accessibilité des échantillons. Ainsi, ce projet de maîtrise a porté sur l’étude de 90 CIEs, comprenant des pesticides, des produits pharmaceutiques et marqueurs anthropiques, des hormones et des substances perfluorées dans un environnement océanographique, soit l’Estuaire et le Golfe du Saint-Laurent (EGSL). Deux expéditions ont été menées en conditions hivernales (hivers 2019 et 2020) et une en conditions estivales (été 2019). Ces missions ont permis d’évaluer, dans un premier temps, la distribution spatiale des CIEs dans l’eau de surface le long de l’EGSL, puis, dans un second temps, la variation des concentrations de surface associées aux différentes températures, salinités, couvertures de glace, processus de dégradation ou débit du fleuve des saisons. Par ailleurs, un échantillonnage à plusieurs profondeurs durant l’hiver 2020 a permis de dresser un profil vertical des concentrations le long de l’Estuaire et du Golfe du Saint-Laurent. Finalement, la filtration de larges volumes d’eau de surface durant l’hiver 2020 a permis d’évaluer la concentration des CIEs adsorbés sur la matière en suspension (phase particulaire) et conséquemment, le partitionnement entre la phase dissoute et particulaire, influencé par la variation de la salinité et de la quantité de matière en suspension. Les analyses ont été effectuées grâce au développement et à la validation d’une nouvelle méthode multi-résidus impliquant la chromatographie liquide à ultra-haute performance (UHPLC) couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS). À notre connaissance, il s’agit de la première étude à caractériser divers contaminants émergents dans les eaux de l’Estuaire et du Golfe du Saint-Laurent, particulièrement pendant la période hivernale et à travers la colonne d’eau. / Contaminants of Emerging Concern (CECs) have been increasingly studied since recent years, for instance in aquatic ecosystems. However, there exist significant knowledge gaps regarding their occurrence and distribution in complex hydrological systems, including their vertical distribution in different water bodies. Seasonal variations between summer and winter conditions are also difficult to establish because of the rigorous winter weather conditions in Canada, restricting the accessibility of samples. Thus, this project focused on the study of 90 CECs, including pesticides, pharmaceuticals and anthropogenic markers, hormones, and perfluorinated substances in an oceanographic environment, namely the St. Lawrence Estuary and Gulf (SLEG). Two expeditions were conducted under winter conditions (winters 2019 and 2020) and one under summer conditions (summer 2019). These expeditions first assessed the spatial distribution of CECs along the SLEG and, secondly, the seasonal and annual variations of the concentrations associated with the different temperatures, salinities, ice cover, degradation processes or seasonal river flow. In addition, sampling at multiple depths during the winter of 2020 allowed for documenting the vertical profiles of CECs throughout the SLEG. Finally, the filtration of large volumes of surface water during the winter of 2020 allowed for the evaluation of the CECs adsorbed onto suspended particle matter (SPM) and consequently, the partitioning between dissolved and particulate phases, influenced by salinity and SPM variations. Analyses were performed following the development and validation of a new multi-residue method involving ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) coupled with high-resolution mass spectrometry (HRMS). To the best of our knowledge, this is the first study to report the occurrence of emerging contaminants in the SLEG, especially during the winter season and across the water column.

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L’estuaire de Seine est un géosystème macrotidal présentant un hydrodynamisme fort lié à la combinaison des courants fluviatiles et tidaux. Ces phénomènes entrainent l’érosion et le dépôt des sédiments au niveau des vasières intertidales. Au sein des vasières, l’interface eau-sédiment est une zone importante car c’est à cet endroit que se réalise les échanges en nutriment (C, N, P) entre le sédiment et la colonne d’eau. L’objectif de cette thèse est d’évaluer l’impact des forçages hydrodynamiques, physiques et thermiques sur les flux de nutriment à cette interface en utilisant une double approche expérimentale de terrain et de modélisation. Dans ce but, une vasière d’embouchure et une vasière amont de l’estuaire sont échantillonnées au cours des mois de mars-avril 2017. Des échantillonneurs passifs ainsi que des instruments de mesure en continu sont implantés dans le sédiment. Les données obtenues sont ensuite intégrées en entrée dans des modèles de diffusion et d’advection afin d’estimer la contribution relative de la diffusion et des mouvements d’eau dans les flux de nutriment. Les résultats expérimentaux obtenus montrent les différences de fonctionnement hydrodynamiques des deux vasières du fait de leur localisation différente dans l’estuaire. Ils mettent aussi en avant l’hétérogénéité des sédiments des deux vasières d’un point de vue hydrodynamique, physique et biogéochimique. Enfin ils permettent de comprendre la dynamique de la température du sédiment en lien avec le cycle diurne et la marée. La partie modélisation de cette étude est divisée en deux parties distinctes : l’étude de la diffusion et de l’advection à l’interface eau-sédiment. La diffusion est étudiée de façon horizontale et verticale. Le facteur prépondérant de la dynamique de diffusion est la température, celle-ci est modulée par plusieurs paramètres. Les flux potentiels de diffusion sont aussi calculés pour les deux vasières. L’étude de l’advection au sein du sédiment est réalisée à l’aide de deux modèles : le modèle VFLUX et le modèle 1DTempPro. Les vitesses d’écoulement de l’eau interstitielle sont fonction du phasage-déphasage du cycle diurne avec celui de la marée. Ces résultats mettent en avant le rôle prédominant de l’advection par rapport à la diffusion dans la dynamique des flux de nutriment et permettent de proposer un modèle conceptuel des échanges thermiques et de l’advection-diffusion au sein des vasières intertidales / The Seine estuary is a macrotidal geosystem with a strong hydrodynamism linked to the combination of fluvial and tidal currents. These phenomena cause erosion and sediment deposition on the intertidal mudflats. Within the mudflats, the water-sediment interface is an important area because it is there that nutrient exchanges (C, N, P) take place between the sediment and the water column. The objective of this thesis is to evaluate the impact of hydrodynamic, physical and thermal forcing on nutrient fluxes at this interface using a dual experimental field and modelling approach. For this purpose, a mudflat situated at the mouth of the river and an upstream mudflat of the estuary are sampled during the months of March-April 2017. Passive samplers and continuous measuring instruments are implanted in the sediment. The resulting data are then integrated into diffusion and advection models to estimate the relative contribution of water diffusion and movement in nutrient fluxes.The experimental results show differences in the hydrodynamic functioning of the two mudflats due to their different location in the estuary. They also highlight the heterogeneity of the sediments of the two mudflats from the hydrodynamic, physical and biogeochemical points of view. Finally, they allow us to understand the dynamics of sediment temperature in relation to the diurnal cycle and the tide. The modelling part of this study is divided into two distinct parts: the study of diffusion and advection at the water-sediment interface. The diffusion is studied in a horizontal and vertical direction. The main factor of diffusion dynamics is temperature, which is modulated by several parameters. The potential diffusion fluxes are also calculated for the two mudflats. The study of advection within the sediment is performed using two models: the VFLUX model and the 1DTempPro model. Interstitial water flow velocities are a function of the phase-diphase shift of the diurnal cycle with that of the tide. These results highlight the predominant role of advection compared to diffusion in the dynamics of nutrient flows and allow to propose a conceptual model of heat exchange and advection-diffusion within intertidal mudflats.

Les estuaires sont des zones à l’interface terre-mer au coeur de la question du devenir des apports continentaux drainés par les grands bassins versants. L’objet de cette étude est focalisé sur l’estuaire de la Loire et ses zones adjacentes (i.e. baie de Bourgneuf et le Mor-Bras) situés dans le nord-est du Golfe de Gascogne. C’est un environnement soumis à l’influence significative de la marée qui se propage en amont de l’embouchure à plus de 100 km, de forçages météorologiques de moyennes latitudes donc hautement variables qui induisent en particulier des débits fluviaux pouvant varier d’un facteur dix. Cette variabilité est étudiée à l’aide d’un modèle numérique et des outils de description de la circulation qui permettent de mieux cerner les temps de séjours et de transits des eaux continentales dans l’estuaire et vers les baies riveraines. L’approche s’appuie sur un modèle en grille structurée mais dont la malléabilité pour décrire la complexité du domaine à simuler est donnée par le caractère non orthogonal des mailles employées pour la discrétisation. Le choix d’un système de coordonnées optimale (covariantes ou contravariantes) est discuté puis implémenté dans le code MARS-3D. Ce nouvel outil est qualifié et validé sur des cas-test puis implémenté en conditions réelles sur un domaine à la géométrie particulièrement accidentée. Les simulations reproduisent très finement la dynamique du grand panache de la Loire et confirment sa très grande variabilité spatiale et temporelle que décrivent partiellement des observations à haute fréquence et ponctuelles ; elles permettent de décrire les chemins privilégiés des masses d’eau à travers les sections de références choisies. / Estuaries are key areas in between land and ocean which play a major role in the spreading ofcontinental runoff drained by large watershed. This study focused on the Loire Estuary and its adjacentbays (i.e. Bourgneuf bay and Mor-Braz sea) all located in the north-east side of the bay of Biscay. It isinfluenced by the large tidal wave that propagates upstream the mouth on more than a 100 km, by highlymid-latitude meteorological forcing that may not only induced High variability in the circulation driversbut also on the river runoffs that may vary from 1 to 10 from early spring to late summer. This Highvariability is studied thanks to numerical simulation and tools dedicated to describe the circulation withsynthetic index such as transit time and mean age of water. The approach lies on a numerical modeldiscretized on a structure grid which constraints have been relaxed to better fit the fractal coastal lineusing non orthogonal grid cells. The optimal coordinate framework (co or contra-variant) have beendiscussed, and implemented within a pre-existing code (i.e. MARS-3D). This tools was validated withtest cases and implemented on a domain with a particular complex geometry. The numerical simulationscatch very accurately the dynamic of this large plume at least as it is described by available in situobservations. This numerical solution allowed to exhibit the main path of water masses through the areaand from place to place and their variability according to the main forcings.

Les métaux et les métalloïdes sont naturellement présents dans l’ensemble de la biosphère et les premières formes de vie ont su bénéficier des plus abondants comme macronutriments. Catégorisés dans le tableau périodique des éléments selon leurs caractéristiques chimiques, les métaux sont également divisés en deux grandes catégories : les métaux essentiels et non essentiels. Se retrouvent parmi les métaux essentiels, le sélénium, le calcium et le zinc, nécessaires aux fonctionnements cellulaires tandis que le cadmium, le plomb et le mercure sont des exemples de métaux dits non essentiels puisqu’ils ne sont pas requis pour les fonctions biologiques. Cependant, peu importe leur essentialité, les métaux peuvent engendrer des effets délétères lorsque leur concentration intracellulaire dépasse un certain seuil, propre à la nature chimique, ou spéciation, de chaque métal et de la tolérance de chaque organisme. Si la toxicité d’un métal dépend de sa spéciation, sa spéciation est également dépendante des conditions du milieu, qu’il soit aquatique ou cellulaire. De plus, la spéciation d’un métal est déterminante de sa biodisponibilité, et donc, de sa bioaccumulation. Considérant que les activités anthropiques et les points de sources naturelles ponctuels contribuent à la remobilisation et à l’augmentation des concentrations de métaux dans les écosystèmes, notamment les milieux aquatiques, déterminer la spéciation des métaux afin de mieux prédire leur biodisponibilité et leur bioaccumulation par les organismes est essentiel. L‘objectif général de cette thèse est d’étudier, par l’entremise de trois modèles d’organismes aquatiques, la bioaccumulation des métaux à l’interface rivière-estuaire, leur gestion intracellulaire et, plus particulièrement pour le mercure, son effet toxicologique suivant sa distribution subcellulaire. Dans un premier temps, nous avons mené une étude sur les facteurs biogéochimiques influençant la distribution et la bioaccumulation du mercure et des éléments de terres rares par la mye commune (Mya arenaria) à l’embouchure de la rivière Romaine et Mingan dans la région de la Côte-Nord au Québec. Nous avons également mesuré les concentrations d’éléments traces essentiels et d’autres métaux non essentiels dans une perspective d’évaluation du risque et des bénéfices à la consommation de cette espèce pour quatre groupes de population. Par la signature isotopique de soufre des myes, nos résultats ont démontré que les myes influencées par les eaux marines accumulaient des concentrations plus faibles de mercure total, de méthylmercure et de terres rares. Nous avons observé que la matière organique des sédiments joue un rôle dans la rétention du mercure total et du méthylmercure dans ce compartiment tandis que les éléments de terres étaient davantage liés à la concentration de fer. Nous avons également identifié les sédiments comme un compartiment de transfert de ces métaux vers les myes. En ce qui a trait à l’évaluation du risque à la consommation, à la suite de la comparaison des concentrations de métaux non essentiels à des valeurs de référence, la consommation des myes de tous les secteurs à l’étude ne pose pas de risque pour la santé des consommateurs.trices. En contrepartie, l’évaluation de l’apport nutritionnel a indiqué que les myes présentent une source élevée en fer et en sélénium et que leur consommation est recommandée. Dans un second temps, nous avons évalué la gestion intracellulaire de métaux selon leurs caractéristiques chimiques dans le foie de la perchaude (Perca flavescens) du lac Saint-Pierre, une espèce de poisson exposée chroniquement à de faibles concentrations polymétalliques. Par l’entremise de résultats suivant l’approche de fractionnement subcellulaire, nous avons démontré des profils de distribution subcellulaire distincts entre les métaux selon leur classification chimique. Les métaux de classe A et intermédiaires étaient préférentiellement associés aux fractions sensibles. Nos résultats ont démontré une distribution subcellulaire divergente entre le méthylmercure, le cadmium et le cuivre. Contrairement au cadmium et au cuivre qui sont associés à la fraction protéines thermosensibles du cystosol (HSP), le méthylmercure est davantage lié aux fractions sensibles. Finalement, une comparaison des proportions de méthylmercure, de cuivre et de cadmium entre la perchaude et d’autres espèces de poissons a permis de confirmer que les métaux se distribuent dans le milieu intracellulaire en raison de leur affinité et sans égard à la bioaccumulation, réfutant ainsi le principe de débordement subcellulaire. Finalement, nous avons lié la distribution subcellulaire du méthylmercure dans le foie du grand brochet (Esox lucius) d’une sous-section de la rivière Saint-Maurice à un marqueur de stress oxydant. Considérant le foie total, nos résultats ont permis de corréler les concentrations de méthylmercure et de sélénium à une augmentation de la peroxydation des lipides dans le foie. Cette relation soulève un intérêt afin d’approfondir les connaissances sur les mécanismes cellulaires pouvant exacerber les effets conjoints potentiels entre le méthylmercure et le sélénium. De plus, nous avons observé une corrélation positive entre la concentration de méthylmercure associée à la fraction mitochondriale et l’augmentation de la peroxydation des lipides dans le foie, jusqu'alors indéterminée. Les résultats de cette thèse mettent en lumière la pertinence et la nécessité de considérer la spéciation des métaux, leur bioaccumulation et leur distribution subcellulaire dans l’évaluation de leurs effets indésirables, puisque ces processus sont intrinsèquement liés. / Metals and metalloids are naturally present throughout the biosphere and the first forms of life were able to benefit from the most abundant as macronutrients. Categorized in the periodic table of elements according to their chemical characteristics, metals are also divided into two main categories: essential and non-essential metals. Among the essential metals are selenium, calcium, and zinc, necessary for cellular functions, while cadmium, lead and mercury are examples of so-called non-essential metals since they are not required for biological functions. However, regardless of their essentiality, metals can cause deleterious effects when their intracellular concentration exceeds a certain threshold, specific to the chemical nature, or speciation, of each metal and the tolerance of each organism. If the toxicity of a metal depends on its speciation, its speciation is also dependent on the conditions of the environment, whether aquatic or cellular. Moreover, the speciation of a metal determines its bioavailability, and therefore, its bioaccumulation. Considering that anthropogenic activities and point natural sources contribute to the remobilization and increase of metal concentrations in ecosystems, especially aquatic environments, assessing the speciation of metals to better predict their bioavailability and their bioaccumulation by organisms is essential. The general objective of this thesis is to study, through three models of aquatic organisms, the bioaccumulation of metals at the river-estuary interface, their intracellular handling and, in particular for mercury, its toxicological effect according to its subcellular distribution. First, we conducted a study on the biogeochemical factors influencing the distribution and bioaccumulation of mercury and rare earth elements by the soft-shell clam (Mya arenaria) at the mouth of the Romaine and Mingan rivers in the Côte-Nord region of Quebec. We also measured the concentrations of essential trace elements and other non-essential metals to assess health concerns and nutritional benefits for four population subgroups. Through the isotopic sulfur signature of clams, our results demonstrated that clams influenced by marine waters accumulated lower concentrations of total mercury, methylmercury, and rare earth elements. We observed that organic matter plays a role in the retention of total mercury and methylmercury in sediments whilst the retention of rare earth elements was more related to the iron concentration in sediments. We have also identified sediments as a transfer compartment of these metals to clams. Considering the health risk and benefits following the consumption of soft-shell clams, the comparison of the concentrations of non-essential metals with reference values for food safety, showed that their consumption should not pose a health risk to the consumer. On the other hand, the evaluation of the nutritional intake indicated that clams are a high source of iron and selenium. Second, we evaluated the intracellular management of metals according to their chemical characteristics in the liver of yellow perch (Perca flavescens) from Lake Saint-Pierre, a species of fish chronically exposed to low polymetallic concentrations. Through results following the subcellular partitioning approach, we demonstrated distinct subcellular distribution patterns between metals according to their chemical classification. Class A and intermediate metals were preferentially associated with metal-sensitive fractions. Our results showed a divergent subcellular distribution between methylmercury, cadmium, and copper. Unlike cadmium and copper which are associated with the heat-stable protein (HSP) fraction, methylmercury was bound to the metal-sensitive fractions. Finally, a comparison of the proportions of methylmercury, copper, and cadmium between yellow perch and other species of fish confirmed that metals distribute in the intracellular environment due to their chemical affinity and regardless of the bioaccumulation level, thus refuting the principle of the spillover effect. Finally, we linked the subcellular distribution of methylmercury in the liver of northern pike (Esox lucius) from a subsection of the Saint-Maurice River to an oxidative stress biomarker. Considering the total liver, our results correlated methylmercury and selenium concentrations with an increase in lipid peroxidation in the whole liver. This relationship raises the interest to deepen our knowledge on the cellular mechanisms that can exacerbate the potential joint effects of methylmercury and selenium. Moreover, among the subcellular fractions, we observed a positive correlation between the concentration of methylmercury associated with the mitochondrial fraction and the increase of lipid peroxidation in the whole liver, which was hitherto undetermined. The results of this thesis highlight the relevance and the need to consider the speciation of metals, their bioaccumulation, and their subcellular distribution in the assessment of their adverse effects, since these processes are intrinsically linked.

Ce travail a pour but d'améliorer la connaissance des transferts de métaux entre les phases dissoute et particulaire en milieux estuariens afin d'évaluer et de mieux comprendre les variations de la répartition des métaux et de leur spéciation en fonction des conditions physico-chimiques des systèmes étudiés. Les estuaires sont caractérisés par des gradients importants de nombreux paramètres physico-chimiques tels que la salinité, le pH, la teneur en ligands organiques, la turbidité etc... Cinq estuaires ont été sélectionnés en raison de leurs caractéristiques hydrologiques, morphologiques physico-chimiques et biologiques différentes. Deux de ces estuaires sont microtidaux et débouchent sur la Méditerranée (le Rhône et l'Ebre), le troisième est un exemple type d'estuaire macrotidal pollué (l'Escaut) et les deux derniers ont des débits liquides et solides qui les situent parmi les dix plus grands fleuves du monde (le Changjiang et la Lena). Nous avons sélectionné cinq métaux (Cs, Cd, Zn, Mn et Co) dont le devenir est tributaire de la plupart des processus recensés en estuaire. Ces métaux ont par ailleurs des isotopes émetteurs gamma ayant des périodes de demi vie assez grandes, ce qui nous a permis d'utiliser une méthode de mesure des coefficients de distribution qui caractérisent les seules fractions labiles. L'application du modèle de complexation de surface pour l'interprétation des mesures de coefficients de distribution des cinq métaux dans les différents estuaires pour différentes conditions de débit et de saison a permis d'identifier les processus qui jouent un rôle dans la spéciation de ces métaux dans de tels milieux. Ces résultats peuvent s'appliquer à la compréhension des mécanismes de transfert entre phases dissoute et particulaire dans le cas d'autres métaux et d'autres systèmes aquatiques. Un intérêt particulier a été porté au rôle des colloïdes et des ligands organiques dissous dans la spéciation des métaux dans les milieux estuariens étudiés. D'une part nous avons montré que les composés organiques dissous qui s'adsorbent à la surface des particules en suspension modifient leurs propriétés de surface et contrôlent leur réactivité de surface vis-à-vis des métaux. D'autre part les colloïdes et ligands organiques dissous contribuent à la complexation des métaux dans la phase dissoute. Une méthode simple basée sur l'ajout d'un ligand ayant un fort pouvoir complexant, 1'EDTA (éthylène-diamine-tétra-acétate) a permis d'évaluer le pouvoir complexant des colloïdes et des ligands organiques dissous pour Zn et Cd dans l'estuaire du Rhône. Cependant la nature et la concentration de ces composés dissous restent inconnues.