Largement utilisés par l’agriculture intensive, les pesticides sont aujourd’hui présents dans les différents compartiments environnementaux et ce à un niveau mondial. Les recherches de ces travaux de thèse se sont plus particulièrement portées sur deux grandes thématiques, l’une liée à l’écodynamique des pesticides en Garonne estuarienne par la caractérisation des sources, la présence et le devenir des molécules, et l’autre sur leur transfert dans les compartiments eau, air et sols d’un château viticole. Des méthodes d’analyse simples et rapides à mettre en oeuvre ont été optimisées, tout en étant sensibles afin d’être compatibles avec l’étude des milieux faiblement contaminés.Les pesticides les plus fortement quantifiés dans les stations d’épuration (STEP) bordelaises sont le diuron, l’imidaclopride et le fipronil (≈ 50-100 ng.L-1). N’étant pas éliminés par les différents traitements, ils sont présents dans les rejets (apports de l’ordre du g.j-1) qui peuvent alors être une source de contamination pour le milieu. Si les pesticides majoritairement présents dans la Garonne sont le métolachlore et ses métabolites (≈ 10-800 ng.L-1), qui présentent des pics printaniers en lien avec l’application de la molécule, les pesticides caractéristiques de STEP sont également quantifiés. Les concentrations sont plus faibles (0,5-20 ng.L-1) et moins variables mais ne peuvent cependant pas être négligées, certaines molécules étant fortement toxiques même à faible concentration, comme le fipronil (PNEC = 0,77 ng.L-1).Les sols du château viticoles sont caractérisés par des pics printaniers (50-1000 ng.g-1) en pesticides en lien avec les applications, comme le boscalid ou l’azoxystrobine. Des molécules non utilisées depuis plusieurs années, comme le diuron, ont également été mis en évidence à plus faibles niveaux de concentrations (ng.g-1) et moins variables ce qui témoigne de la persistance de certaines molécules. Le compartiment atmosphérique est également caractérisé par des pics saisonniers en lien avec l’application et la volatilité des molécules, comme le folpel ou le chlorpyrifos-methyl. Des pesticides non utilisés par le château mais potentiellement appliqués par des exploitations voisines comme le métolachlore ont également été détectés, ce qui démontre bien du transport des molécules. Des pesticides interdits (diuron), non utilisés (métolachlore) et utilisés (boscalid) par le château ont été mis en évidence dans la nappe phréatique. / Intensive use of pesticides led to a widespread contamination of water, air and soils compartments. The present study focused on two main subjects, one based the ecodynamic of pesticides in Garonne River by characterization of sources, presence and outcome of these molecules and one other based on their transfer to air, water and soil compartments of a vineyard. Easy and fast methods of extractions were optimized although they were sensitive in order to be applied for mildly contaminated samples.Most quantified pesticides in Bordeaux wastewater treatment plants (WWTP) were diuron, imidaclopride and fipronil (≈ 50-100 ng.L-1). As treatments were not efficient to remove pesticides, effluents are a significant source for the Garonne River (daily discharge around 5 g). Even if major pesticides in Garonne River were metolachlor and its metabolites (≈ 10-800 ng.L-1) which showed spring peaks, typical WWTP pesticides were also quantified. Concentrations were lower (0,5 - 20 ng.L-1) and variable but they cannot be neglected as they can be highly toxic. Fipronil was for instance detected at concentrations sometimes exceeding its PNEC (0.77 ng.L-1).Vineyard soils were characterized by spring peaks of pesticides (50-1000 ng.g-1) that can be related to applications, like boscalid or azoxystrobine. Pesticides forbidden for a long time have also been detected, like diuron but in lower concentrations levels (ng.g-1) and less variable, that highlighted persistence of such molecule. Atmospheric compartment was also characterized by spring peaks than can be related to applications and molecule volatility, with the presence of folpet and chlorpyrifos-methyl. Pesticides non used by the vineyard were also detected such as metolachlor, which highleted the transport of such molecules. Forbidden (diuron), non-used (metolachlor) and currently used (boscalid) pesticides were detected in the aquifer.

La compréhension des processus écologiques affectant la matière transitant ou produite dans les estuaires nécessite une bonne connaissance des facteurs qui contrôlent le développement des différents groupes biologiques et leurs relations trophiques dans le milieu.Les milieux estuariens macrotidaux sont le plus souvent caractérisés par des fortes turbidités qui limitent généralement la production primaire locale. Ils présentent cependant une forte productionsecondaire et des concentrations en chlorophylle non négligeables dans la colonne d’eau. L’une des problématiques demeure donc l’origine de cette production primaire dans les eaux turbides de ces milieux. Cette thèse s’inscrit dans cette logique ; dans la continuité des travaux réalisés précédemment. Elle vise à analyser l’importance et le rôle de la production primaire dans la production globale de l’estuaire de la Gironde. Le présent manuscrit résume ainsi l’ensemble des travaux réalisés et lesrésultats obtenus sur les principaux groupes de producteurs primaires (phytoplancton et microphyto-benthos) présents le long du continuum fluvio-estuarien de la Gironde. Les principales questions qui sont développées dans ce travail structurent ce rapport en trois axes de recherche. Le premier axe permet, au moyen d’une modélisation 1D de transport et réaction, de simuler,dans l’espace et le temps, la dynamique de la chlorophylle-a et des sels nutritifs, témoins d’uneproduction primaire dans le milieu. Les résultats indiquent que la dynamique de la chlorophylle-adans la Gironde reste fortement dépendante des débits et des temps de résidence très courts des massesd’eau, renforçant ainsi une origine allochtone du phytoplancton. Parmi les sources potentielles deproduction d’origine allochtone présents dans la colonne d’eau, les microalgues benthiques jouent unrôle majeur puisqu’elles peuvent être remises en suspension au cours de chaque marée. L’analyse dece compartiment et de sa production a permis dans un second axe de travail, de montrer que les zonesintertidales situées en aval de l’estuaire sont les plus productives et sont majoritairement autotrophes.Elles produiraient relativement plus de matière que les zones situées en amont qui elle, sont fortementinfluencées par les débits des fleuves.Finalement dans le troisième axe, les différentes voies de transfert de la matière organique au seindu réseau trophique, où les copépodes occupent une place prépondérante, sont analysées au moyendu traçage par les isotopes stables de carbone et de l’azote (13C et 15N) / Abstract

L’estuaire de la Gironde est sujet à des épisodes d’hypoxie très marqués en été dans la Garonne estuarienne autour de Bordeaux, lorsque le bouchon vaseux y est très concentré, le débit fluvial faible et la température élevée. Les observations indiquent que la diminution des concentrations en oxygène est liée à la combinaison des facteurs naturels (apports par le bassin versant et hydrodynamique sédimentaire) et anthropiques (rejets d’eaux urbaines partiellement traitées). Afin de quantifier les mécanismes contrôlant les variations temporelles et spatiales de l’oxygène dissous, un modèle biogéochimique a été couplé à un modèle hydro-sédimentaire à 3D, capable de simuler le transport des variables dissoutes et particulaires, les réactions consommant l’oxygène, et la ré-aération par l’atmosphère. Le modèle biogéochimique reproduit bien les variations d’oxygène dans la Garonne à Bordeaux à l’échelle saisonnière et lunaire et permet de quantifier les contributions relatives des rejets urbains et des apports du bassin versant à la consommation en oxygène. Utilisé pour simuler des conditions futures (d’ici à 50 ans), le modèle indique que les phénomènes d’hypoxie estivale ont tendance à s’amplifier dans la Garonne estuarienne du fait de l’augmentation de la température de l’eau, de la diminution des débits fluviaux et de l’augmentation de la population dans l’agglomération bordelaise. Les simulations de différents scenarii de gestion indiquent que des soutiens d’étiage, une amélioration du traitement des eaux urbaines et éventuellement un transfert des rejets vers l’aval seraient nécessaires pour éviter une altération drastique de la qualité du milieu aquatique. / The Gironde estuary shows frequent events of hypoxia, particularly during summer in the Garonne tidal river near the city of Bordeaux, in the presence of a dense turbidity maximum, when river discharge is low and water is warm. Field observations reveal that decreases in oxygen concentrations are linked to the combination natural processes (inputs from the watershed and sediment hydrodynamics) and anthropogenic processes (loads of partially treated urban waters). In order to quantify the mechanisms controlling the temporal and spatial variations of dissolved oxygen, a 3D biogeochemical model was coupled to the hydro-sedimentary model. It allowed simulate the transport of solutes and suspended material, the biological reactions consuming oxygen, and the re-aeration by the atmosphere. The biogeochemical model reproduces satisfactorily the seasonal and neap-spring time scale variations of dissolved oxygen around the city of Bordeaux and quantifies the relative contribution of urban and watershed inputs to oxygen consumption. When used to simulate future conditions (50 years), the model indicates that summer hypoxia will likely increase in the future, due to the increase in water temperatures and decrease in river discharge (droughts), and increase in population in the megacity of Bordeaux. Simulation of different management scenarios indicate that support for low-water river discharge, improvement of waste water treatments, and eventually a displacement of urban load downstream will be necessary in order to avoid a drastic alteration of the quality of the aquatic system.

L’estuaire de la Gironde est affecté par une pollution polymétallique historique provenant de son bassin versant (affluent du Lot). L’analyse de 320 échantillons de sédiments couvrant l’ensemble de la surface estuarienne nous a permis d’établir les premières cartographies à haute résolution spatiale de la contamination métallique des sédiments de surface. Elles révèlent des zones d’accumulation préférentielle des ETM au niveau de la zone des îles en amont de l’estuaire et du chenal nord en aval de l’estuaire. Le facteur de contrôle dominant cette répartition est la granularité des sédiments.L’estimation des stocks métalliques potentiellement re-mobilisables, des facteurs d’enrichissement et de la toxicité potentielle du cocktail des ETM prioritaires nous ont permis d’évaluer un risque de toxicité faible à moyen des ETM vis-à-vis du biota. La contamination en ETM des bassins versants affluents de l’estuaire de la Gironde inclus dans le périmètre du SAGE Estuaire a été appréhendée en couplant sous SIG les caractéristiques typologiques de 57 bassins versants et la géochimie des sédiments prélevés à l’exutoire de ces bassins.Les anomalies les plus importantes concernent les bassins proches de l’agglomération bordelaise et correspondent au cortège des « traceurs urbains » : Ag, Cd, Cu, Hg, Sb et Zn, ainsi que Cu pour les bassins viticoles. L’étude des variations temporelles et spatiales des concentrations en ETM sur les chenaux drainant deux bassins versants agricoles montre des apports ponctuels ou chroniques en Ag,As, Cu et U attribués aux activités anthropiques. Les zones de marais jouent un rôle important dans la spéciation des ETM en lien avec les transformations de la matière organique (e.g. As). Des expérimentations de laboratoire ont permis de caractériser les processus affectant les ETM issus des sols agricoles lors de leur transfert et de leur transport dans les systèmes aquatiques. Les phénomènes de relargage à long terme de Cu soulignent le rôle important des colloïdes organiques dans la mobilité et la biodisponibilité potentielle de cet élément. / The Gironde estuarine system is impacted by historic polymetallic pollution due to mining and smelting activities in the upper watershed. Based on a high spatial resolution sampling strategy, wepropose the first maps of trace element (TE) contamination in the surface sediment at the estuarine scale. The highest TE concentrations occurred in the North Channel in the downstream estuary and inthe island zone in the upper estuary. Estimation of potentially releasable TE fraction, of enrichment factors and a comparison between measured TE concentrations and sediment quality guidelines allow us to class a major part of the estuary as a low to medium priority zone in terms of potential toxicityfor aquatic organisms.The TE contamination in the intra-estuarine watersheds included in a project of water quality management of the Gironde estuary (SAGE), was assessed for 57 watersheds by coupling into GIS,typological characteristics of the watersheds and geochemical analyses of stream sediments. Highest anomalies were found for urban watersheds for which urban tracers were identified as Ag, Cd, Cu, Hg,Sb and Zn, and for vineyard watersheds with Cu. A study of temporal and spatial variations of TEconcentrations in two small agricultural watersheds lead us to identify inputs from point and diffusive sources, especially for Ag, As, Cu and U related to anthropogenic activities. Marsh areas also play an important role in TE reactivity mainly due to organic matter transformations. In laboratory experiments simulating the transportation of TE from agricultural soils to aquatic systems and the maturing process of soil particles in the stream help us to identify processes responsible for TE release in the environment. Long term release of copper was mainly attributed to organic colloid transformation which implies an increase in the mobility, and consequently, the potential bioavailability/toxicity of Cu for aquatic organisms.

Antimoine (Sb) et tellure (Te), sont des contaminants peu étudiés (isotopes stables) et leurs radionucléides artificiels peuvent être rejetés dans le milieu aquatique lors des accidents nucléaires. La connaissance de leurs comportements biogéochimiques respectifs est nécessaire à l'évaluation du risque radiologique post-accidentel.Ce travail présente des données originales sur le comportement biogéochimique de Sb et de Te dans les systèmes de transition continent-océan, tels que l'estuaire de la Gironde et la rivière du Rhône. Un suivi de 14 ans et des campagnes océanographiques dans le bassin versant de l’estuaire de la Gironde ont permis d’identifier des concentrations, des flux, et des réactivités (variabilités spatio-temporelles et distribution solide/liquide) plus élevés pour Sb que pour Te, mettant en évidence un comportement additif pour Sb et de soustraction pour Te le long des gradients de salinité et de turbidité estuariennes. Des expériences couplant l’adsorption d’isotopes marqués sur des matières en suspension (MES) et des extractions sélectives des phases porteuses, suggèrent que les formes apportées de Sb et de Te sont plus mobiles et potentiellement plus biodisponibles que leurs équivalents naturels. De plus, l’observation de la bioaccumulation non-négligeable de Sb et de Te naturels dans les huîtres sauvages à l’embouchure de l’estuaire permet d’envisager une absorption potentielle de leurs homologues radioactifs.Ainsi, le développement de scenarios de dispersion de radionucléides rejetés dans les zones de transition dépendra (i) de la position géographique de la source (Rhône) et/ou de la zone de turbidité maximale (ZTM; système fluvio-estuarien de Gironde), (ii) de la situation hydrologique pendant et post accident, ainsi que (iii) de la réactivité biogéochimique et des temps de demi-vies des radionucléides. Les premiers scénarios de dispersion de radionucléides dans l'estuaire de la Gironde suggèrent (i) un transport préférentiel de Sb dissous vers la zone côtière, et (ii) une forte rétention de Te radioactif dans la ZTM si la dernière est présente en aval du site d’accident, impliquant le risque de migration saisonnière de la radioactivité vers la ville de Bordeaux pendant l’étiage suivant. Ainsi, la dynamique intra estuarienne (marée, débit et migration de la ZTM) sera le facteur prédominant dans le devenir de Te radioactif, depuis son rejet jusqu’à sa désintégration complète en iode radioactif. L’ensemble de ce travail met en évidence la nécessité d’une évaluation plus approfondie de la radiotoxicité potentielle de Sb et Te lors de leurs rejets en milieu aquatique. / Antimony (Sb) and tellurium (Te) are relatively uncommon contaminants (stable isotopes) and may form short-lived fission products (radionuclides) released into the environment during nuclear power plants accidents. Little is known about their respective biogeochemical behaviours, necessary for general contamination studies and post-accidental radiological risk assessment.This work provides original knowledge on Sb and Te biogeochemical behaviour in highly dynamic continent-ocean transition systems: the Gironde Estuary and the Rhône River. Concentrations, spatial/temporal variations, solid/liquid partitioning (Kd), and fluxes are studied from long-term records at the watershed scale. Four estuarine sampling campaigns during contrasting hydrological conditions show higher Sb solubility and Te particle affinity in the estuary than in the upstream fluvial reaches. Historical records (1984-2017) in wild oysters from the estuary mouth do not show clear trends of past or recent contamination, but measurable bioaccumulation suggests that potential uptake of radionuclides is likely to occur. Combined adsorption experiments using isotopically-labelled (spiked) Sb and Te, and subsequent selective extractions of carrier phases from suspended particulate matter (SPM) suggest that spiked Sb and Te are more mobile and potentially bioaccessible than their environmental (inherited) equivalents. Radiotracer adsorption experiments using environmentally representative concentrations of both Gironde and Rhône systems underpin that highly soluble elements may show contrasting reactivity between inherited and spiked forms.Radionuclide dispersion will greatly depend on (i) the geographical position of the source (Rhône) and/or the maximum turbidity zone (MTZ; Gironde fluvial-estuarine system), (ii) the succession of hydrological situations during and after the accident, and (iii) the biogeochemical reactivity and half-lives of the radionuclides. First scenarios on hypothetical dissolved radionuclide dispersion in the Gironde Estuary suggest (i) low sorption of Sb to the SPM, implying a transport of radionuclides in dissolved phase towards the coast, and (ii) high retention of Te within the MTZ, especially for accidental releases during flood conditions, linking the fate of radioactive Te to long estuarine SPM residence times (1-2 years). Potential upstream migration of Te radionuclides in the MTZ towards the city of Bordeaux during the following summer season and Te decay into radioactive iodine warrants further evaluation of the associated potential radiotoxicity.

Dans le contexte de la contamination quasi-généralisée des eaux de surface par les médicaments, les travaux de cette thèse portent sur l’étude des niveaux de concentration et du devenir de ces micropolluants organiques dans la Garonne estuarienne, recevant les effluents traités de l’agglomération bordelaise. Après le développement et la validation des outils analytiques associés à la détection multi-résidus dans les matrices eau et sédiment, la composition et la variabilité des effluents urbains bordelais ont été caractérisées, avant et après traitement en station d’épuration. La contamination globale des compartiments eau, matières en suspension et sédiment a ensuite été évaluée sur une rivière périurbaine de l’agglomération. Par ailleurs, le suivi réalisé en Gironde montre l’importance relative des apports amont et urbains et met en évidence la dégradation in-situ de certains médicaments, par ailleurs confirmée par une expérience d’incubation d’eau estuarienne réalisée in-vitro. / Ubiquitous presence of pharmaceuticals in the environment is of great concern. In this Ph.D. work, occurrence and fate of these organic contaminants were studied in the estuarine Garonne River, receiving treated effluents of the Bordeaux urban area (France). After developing and validating the analytical methods for multi-residue detection of 53 pharmaceuticals in water and sediment, composition and variability of the Bordeaux wastewater treatment plant influents and effluents were characterized. Presence of analytes in river water, suspended solids and sediments was then investigated on a periurban river located in the suburbs of Bordeaux. Besides, a long-term monitoring of estuarine Garonne River revealed the relative importance of local and upstream inputs and clearly showed a seasonal in-situ degradation of certain pharmaceuticals. This degradation was further confirmed and examined through batch experiments simulating the mixing conditions of wastewater and estuarine river water, highlighting the importance of suspended solid concentration in biodegradation rates.

Ce travail présente un premier bilan quantitatif des principaux processus contrôlant le cycle de Hg (distribution, spéciation, dynamique) dans l’estuaire de la Gironde, affecté par une contamination historique. Des extractions sélectives sur des sédiments et des matières en suspension du système Lot-Garonne-Gironde, indiquent que ~70 % du flux en Hg (100-800 kg.an-1) est lié à des phases organiques et sulfurées. L’observation de Hg effectuée dans les différents compartiments (colonne d’eau, air, sédiments) tient compte de la variabilité spatiale et temporelle à multiples échelles ainsi que des gradients géochimiques estuariens. Les profils le long du gradient de salinité (9 profiles) montrent une augmentation (facteur 2 à 5) des concentrations en Hg dissous (niveau de base ~1 ng.L) dans la zone de turbidité maximale (ZTM), attribuée à la dégradation d’une phase porteuse majeure : la matière organique. Les niveaux de methyl-mercure dissous (MeHgD) de la colonne d’eau sont en général faibles (<0,05 ng.L-) mais peuvent atteindre jusqu’à 0,5 ng.L-1 dans les conditions les plus turbides. La relation entre MeHgD et la turbidité s’explique par la dégradation bactérienne de phases porteuses ou par la méthylation in situ de Hg, la photodégradation de MeHg étant négligeable. L’augmentation systématique de MeHg particulaire à l’embouchure suggère son accumulation dans le phytoplancton, particulièrement intense entre Mai et Septembre, période de forte production primaire. Des profils verticaux à haute résolution spatiale dans les sédiments du chenal de navigation, des zones non-draguées et de l’estran ont dévoilé une augmentation des teneurs en Hg dissous, mais surtout en MeHgD (jusqu’à 2 ng.L-1) directement sous l’interface. L’évolution en parallèle des paramètres indiquant la sulfato-réduction (déficit de sulfates) et la ferri-réduction (Fe dissous) suggère des processus de methylation biotique de Hg et/ou de libération de MeHg par dissolution des oxy-hydroxydes de Fe. Des expérimentations d’incubation de sédiments non perturbés avec traçage isotopique 199 Hg) ont permis d’estimer la vitesse de méthylation à 0,012 %-Hg méthylé.h-1. Les flux vers la colonne d’eau par diffusion ont été évalués à 0,1 pour HgD et 0,08 kg.an-1pour MeHgD, ce qui est très inférieur aux apports fluviaux (35 kg.an-1 et 1,4 kg.an1). Les activités de dragages déplacent et remettent en suspension ~1100 kg.an-1 de Hg et 3,2 kg.an-1de MeHg, associés aux sédiments réduits dragués. Si cette activité peut localement et temporairement modifier les distributions de Hg dans la colonne d’eau, leur impact sur le bilan global de l’estuaire semble faible. Dans les eaux de surface, des cycles diurnes de concentration en Hg gazeux dissous (DGM) ont été attribués à la photo-réduction de Hg(II) en Hg°. Au-delà de la variabilité du rayonnement solaire, la turbidité contrôle la pénétration de la lumière dans eau, et par conséquent, le cycle de Hg° dissous est fortement lié à l’ampleur et la position de la ZTM. Les flux journaliers vers l’atmosphère indiquent que la surface de l’estuaire est une source de Hg° en été, et un puits en hiver en période de forte turbidité. A l’échelle annuelle, l’évasion de Hg° à l’interface eau-atmosphère (~ 4 kg.an-1), est compensée par la déposition (5-8 kg.an-1). / This study presents a first quantitative assessment of the main processes controlling the Hg cycle in the Gironde Estuary (speciation, distribution, fluxes, dynamics) affected by historical polymetallic pollution. Selective extractions on sediments and suspended solids showed that in the Lot-Garonne-Gironde fluvial-estuarine system ~70% of total Hg fluxes (100-800 kg yr-1) are associated with organic matter and/or sulphides. Sampling of the different environmental compartments (water, air, sediments) addresses spatial and temporal variability at multiple scales, covering the major estuarine geochemical gradients. Longitudinal profiles (9 cruises) over the salinity gradient showed a 2-5 times increase in dissolved Hg concentrations (baseline ~1 ng L-1) in the Maximum Turbidity Zone (MTZ), mainly attributed to microbial degradation of particulate organic matter, a major Hg carrier phase. Dissolved MeHg (MeHgD)levels are generally low (<0,05 ng L-1) but may reach up to 0.5 ng L-1 under very turbid conditions. The relation between MeHgD and turbidity was attributed to dissolution of particulate carrier phases and/or in situ methylation of Hg (sediment or water column), MeHg photodegradation being negligible due to turbidity. A systematic increase in particulate MeHg near the estuary mouth suggests uptake and accumulation by phytoplankton, especially from May to September when light conditions allow intense primary production. In surface sediment (0-20 cm; dredged and non-dredged; subtidal and intertidal), MeHgD concentrations increased parallel to diagenetic reduction of Fe-phases and sulphate, suggesting biotic Hg methylation and/or MeHg release by Fe oxyhydroxyde dissolution. Incubation experiments in undisturbed sediment using stable isotope (199Hg) spikes suggest an average methylation rate of 0.012 %-Hg methylated.h-1. Diffusive exportation of dissolved Hg and MeHg into the water column at the whole estuary scale has been evaluated to 0.1 kg.yr-1and 0.08 kg.yr-1,respectively. These fluxes are negligible compared to fluvial inputs (35 kg.yr-1 and 1.4 yr.an-1). Dredging-related re-suspension of reduced sediment and pore water may recycle ~1100 kg of Hg and 3.2 kg of MeHg in the water column. This may locally and temporarily modify Hg distribution in the water column, but does not seem to modify the estuarine Hg balance. Diurnal cycles of dissolved gaseous mercury (DGM; mostly Hg°) concentration in surface water have been attributed to photo-reduction of Hg(II). However, turbidity may efficiently reduce light penetration and DGM production. Therefore, the DGM cycle in turbid estuaries depends on seasonal variations in MTZ intensity and position. The Gironde Estuary is a Hg° source to atmosphere in summer, but may turn into a sink during turbid periods in winter. The annual Hg° evasion (~4 kg.yr-1) is counterbalanced by dry and wet deposition (5-8 kg.yr -1).

Depuis plusieurs dizaines d’années, la population des anguilles européennes a souffert d’un dramatique déclin et est classée parmi les espèces hors de leurs limites biologiques depuis 1998. Différents phénomènes, tels que la pêche, les obstacles aux migrations, ou le réchauffement climatique, en sont à l’origine. Cependant, les perturbations environnementales, telles que les contaminations métalliques et organiques ou les épisodes d’hypoxie, participent probablement à la vulnérabilité de cette espèce. Or, l’estuaire de la Gironde est soumis à des contaminations poly-métalliques historiques, ainsi qu’à des contaminations organiques de différentes origines, et à des épisodes hypoxiques réguliers. Les travaux menés au cours de cette thèse, se sont donc composés d’études de terrain visant à identifier les contaminants majeurs chez les anguilles jaunes de l’estuaire de la Gironde, ainsi que leur voie de bio-accumulation et leurs impacts au niveau physiologique, biochimique et moléculaire. Ces études ont nécessité la mise en place d’expériences préliminaires ayant pour objectifs de vérifier les impacts de certaines procédures, telles que l’anesthésie et la mise en cage des anguilles jaunes. D’autre part, les impacts des deux principaux contaminants métalliques et organiques des anguilles européennes de l’estuaire de la Gironde, ont été testés, de façon individuelle et combinée, ainsi que ceux de l'hypoxie sur des anguilles pré-contaminées ou non, lors d’une étude expérimentale.Ainsi, ces travaux ont mis en évidence que les anguilles européennes installées dans la zone avale de l’estuaire, étaient susceptibles d’être soumises à des contaminations poly-métalliques plus importantes, essentiellement d’origine trophique, responsables d’une croissance pondérale moins élevée et de perturbations transcriptionnelles hépatiques et cérébrales. De plus, bien que les contaminations métalliques de ces anguilles ne mettent pas ne danger la santé humaine, les contaminations en PCB sont, en revanche, supérieures aux normes de consommation. D’autre part, ces travaux ont également mis en évidence des dérèglements mitochondriaux ainsi qu’un stress oxydant, au niveau branchial et cérébral chez des anguilles contaminées au Cd, et au niveau cérébral, branchial, hépatique et rénal chez les anguilles contaminées aux PCB. Enfin, la concomitance de ces deux contaminants et/ou d’un épisode d’hypoxie, réduit et/ou retarde les capacités de réponses transcriptionnelles de ces anguilles. Il semble donc que les différentes perturbations chimiques subies par les anguilles européennes au stade jaune au sein de l’estuaire de la Gironde participent de façon non négligeable à la vulnérabilité de cette espèce. / For several decades, the European eel has been suffering from a dramatic decline and has been classified among species beyond their biological limit since 1998. Different phenomena, as fishing, migration barriers, or global warming, are to blame. Environmental perturbations, as metallic and organic contaminations, or hypoxic episodes, probably take part to the vulnerability of this species. The Gironde estuary has been submitted to historic poly-metallic contaminations, to organic contaminations from different origins, and to regular hypoxic episodes. This thesis work is composed of field studies aimed to identify the main contaminants in yellow eel living in the Gironde estuary, their major bioaccumulation way and impacts on physiological, biochemical and molecular parameters. These studies needed preliminary experiments aimed to verify whether some field and handling procedures are consistent with ecotoxicological analyses. Moreover, impacts of the two main contaminants in European eels from the Gironde estuary have been assessed individually or combined, with those of hypoxia on pre-contaminated eels.Thus, these studies have demonstrated that European eels installed in the downstream area of the estuary, were likely to be subject to largest poly-metallic contaminations, mostly by food web, and responsible for a less weight gain and high liver and brain transcriptional disturbances. Furthermore, although the metal contamination of eels does not endanger human health, PCB contaminations are higher than consumption standards. On the other hand, these studies have also revealed oxidative stress and mitochondrial disorders in gills and brain of Cd-contaminated eels, and in brain, gills, liver and kidneys of PCB-contaminated eels. The combination of these two contaminants and/or an episode of hypoxia, reduces and/or delays the transcriptional responses ability of these eels. It seems that the different chemical disturbances, suffered by the yellow eels in the estuary of the Gironde, participate significantly to this species vulnerability.

L’objectif de ce travail est d’étudier la dynamique du bouchon vaseux, ainsi que la dynamique saline, dans l’estuaire de la Gironde. La stratégie adoptée consiste à examiner, par le biais du modèle de simulation SIAM-3D, l’impact du paramétrage hydro-sédimentaire, du débit fluvial et de la bathymétrie, sur le comportement des sédiments et sur l’évolution de la salinité. L’effet de la vitesse de chute sur la dynamique sédimentaire est l’un des cas étudiés ; son impact sur la distribution des suspensions est considérable. Ainsi, la diminution de ce paramètre entraîne l’homogénéisation de la concentration sur la verticale, mais aussi l’étalement du bouchon vaseux et l’évacuation d’une masse de sédiment hors de l’estuaire. Nous avons également mis en évidence lors d’une période de débits moyens ou faibles précédée par une crue, la partition du bouchon vaseux simulé en deux masses turbides, l’une remonte l’estuaire alors que l’autre se maintient en aval. La dynamique saline a été étudiée, entre autres, par l’analyse des gradients de salinité, calculés dans l’estuaire aval et en situation de forts débits. On observe, la diminution de ces gradients avec l’augmentation de l’intensité de la marée à l’échelle des cycles vives-eaux/mortes-eaux, toutefois, de fortes valeurs sont maintenues lors de la phase d’augmentation de cette grandeur à l’échelle de la marée. D’autres résultats ont permis de vérifier la capacité du modèle à simuler des dynamiques sédimentaires observées in-situ ; on peut citer entre autres, le détachement du bouchon vaseux de la rive gauche dans l’estuaire aval et son transfert vers la rive droite, en situation de forts débits. Afin d’évaluer l’impact de l’évolution du fond des fleuves de 1959 à 2002 sur l’hydrodynamique et les dynamiques sédimentaire et saline, nous avons comparé deux simulations, l’une effectuée avec l’ancienne bathymétrie de 1959, l’autre avec la nouvelle bathymétrie de 2002. Les résultats montrent l’augmentation de la masse sédimentaire dans les fleuves avec la bathymétrie de 2002 comparée à celle de 1959, ainsi que la hausse de la salinité dans la Garonne et l’amplification de la marée dans la Dordogne. Ces résultats sont en accord avec les mesures et observations in-situ. / The aim of this work is to study the turbidity maximum dynamics as well as the salinity dynamics in the Gironde estuary. The adopted strategy consists in analysing, by means of the SIAM-3D simulation model, the impact of hydro-sedimentary parameters, the fluvial flow and the bathymetry on sediment behaviour and salinity evolution. The effect of settling velocity on sediment dynamics is one of the studied cases; its impact on suspended sediment distribution is goodly. Thus, the diminution of this parameter leads to homogenisation of concentration in water column, but also spreading the turbidity maximum and evacuation of a sediment mass outside the Gironde estuary. We gave also prominence to the division of the turbidity maximum into two parts during low or mean water flow preceded by peak high water discharge, one of the parts migrates upstream whereas the other remains downstream. We studied the salinity dynamics, among others things, by means of analysing the calculated salinity gradients in the lower estuary during high water discharge. We observe the decrease of these gradients with increase of the tide intensity on a scale of spring tides/neap tides cycles, however, on a scale of tide, these gradients reach high values during the augmentation phase. Others results indicate the model capacity to simulate in-situ observations of the sediment dynamics; for example, the detachment of turbidity maximum from the left bank in the lower estuary and its transfer to the right bank during high water discharge. In order to evaluate the impact of the bed river evolution from 1959 to 2002 on hydrodynamics, sediment and salinity dynamics, we compared two simulations performed using the former (1959) and recent (2002) bathymetries. The results demonstrate that the sediment mass increase in the rivers with recent bathymetry, as well as, the salinity in the Garonne river and the tide amplitude in the Dordogne river. These results are in accordance with the in-situ measures and observations.

L’estuaire de la Gironde est affecté par une pollution polymétallique historique, dont la contamination persistante en cadmium (Cd) empêche une reprise complète et le développement de la conchyliculture girondine, avec un risque potentiel pour le 1er site ostréicole français (Marennes-Oléron). D’autre part, le suivi de l’état de la qualité chimique des masses d’eau, mis en place par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE) a déclassé en 2009 la masse d’eau « Gironde centrale » à cause de niveaux élevés en tributylétain (TBT), hautement toxique et interdit depuis plusieurs décennies, détecté dans l’estuaire de la Gironde.Ce travail se base sur 12 campagnes océanographiques comprenant un suivi temporel mensuel pendant l’année 2015 aux sites de surveillance DCE (PK52 et PK86), à PK 30 et 3 profils longitudinaux sur l’ensemble du gradient salin depuis Bordeaux jusqu’à l’embouchure. Les mesures in-situ et les échantillons visaient à caractériser l’état actuel de la qualité des eaux girondines pour Cd et butyl-étains dans le contexte historique de décontamination et de résilience du système fluvio-estuarien. Les résultats ont montré les plus faibles additions en Cd dissous (Cdd) dans le gradient salin depuis 2002, pour des conditions hydriques contrastées. Le développement de plusieurs méthodes de calcul a permis de montrer une diminution des flux nets de Cdd au cours des 30 dernières années d’un facteur ~10. Les concentrations en Cd particulaire (Cdp) présentent des valeurs de l’ordre de 0,45 ± 0,07 mg/kg ces 10 dernières années. Cette valeur est supérieure au bruit de fond géochimique de l’estuaire salin (0,2 mg/kg) suggérant la persistance d’un potentiel de contamination de la zone côtière par désorption. Des mesures ADCP à l’embouchure de l’estuaire couplées à des analyses géochimiques ont permis d’estimer quantitativement les flux nets en matières en suspension (MES) et Cdp pour des conditions hydrologiques extrêmes. La prise en compte de l’ensemble de résultats scientifiques (mesures et modélisation hydrosédimentaire) antérieures et l’analyse des évènements de crue et des coefficients de marée depuis 1990 ont permis de proposer un modèle conceptuel d’export de MES et Cdp en zone côtière. Le suivi mensuel sur l’année 2015 montre que l’estuaire de la Gironde reste déclassé en TBT avec deux valeurs ponctuelles supérieures à la NQE-CMA et avec des moyennes annuelles supérieures à la NQE-MA pour les PK30, PK52 et PK86. Les enregistrements longitudinaux des butylétains (TBT, dibutylétain (DBT) et monobutylétain (MBT)) dans les compartiments eaux, MES et sédiments de l’ensemble de l’estuaire de la Gironde ont permis de mettre en évidence plusieurs sources potentielles actuelles localisées au niveau de Bordeaux, du Bec d’Ambès, mais surtout au niveau de la masse d’eau aval. / The Gironde Estuary is affected by historical multi-metal pollution. Persistent contamination by cadmium (Cd) prevents complete recovery of the Gironde oyster farming, and implies potential risks for the most important oyster farming areas in France (Marennes-Oléron). In addition, the water quality survey governed by the Water Framework Directive (WFD), has downgraded the "Central Gironde" water body in 2009 due to the presence of TBT, a highly toxic organo-metallic compound, on the list of priority substances and banned for several decades.This work relies on 12 oceanographic campaigns, including a monthly survey at the WFD monitoring sites (KP52 and KP86) in 2015 with additional sampling at KP30. Furthermore, 3 longitudinal profiles were carried out along the salinity gradient to characterize the current state of water quality in the Gironde Estuary for Cd and butyltin species, in a perspective of decontamination and resilience. The results showed the lowest dissolved Cd additions (Cdd) along the salinity gradient since 2002, for contrasting hydrological conditions. The development of several calculation methods has shown a decrease in net Cdd flows over the past 30 years by a factor of ~10. Particulate Cd (Cdp) concentrations were in the range of 0.45 ± 0.07 mg/kg during the past 10 years. This value is higher than the geochemical background of the saline Gironde Estuary (0.2 mg/kg) suggesting the persistence of potential contamination of the coastal zone by desorption. Physical and chemical measurements at the estuary mouth coupling ADCP with geochemical analyses have provided estimates of the suspended particulate matter (SPM) and Cdp fluxes, for extreme hydrological conditions. The set of previous scientific results (measurements and hydro-sedimentary modeling), the analysis of time-series of flood events and tidal coefficients since 1990, have been integrated into a conceptual model for the export of SPM and Cdp to the coastal zone. The 2015 monthly survey according to the WFD has produced two distinct values and annual average concentrations both exceeding the respective environmental quality thresholds showing that the Gironde Estuary remains downgraded with respect to TBT. Longitudinal records of butyltins (TBT, dibutyltin (DBT) and monobutyltin (MBT)) in water, SPM and sediment of the entire Gironde Estuary have pointed to several potential sources including urban discharges (from Bordeaux), industrial releases (Bec d’Ambès) and estuarine dredging activities (from downstream harbours).