Les gliomes malins, tumeurs du système nerveux central les plus fréquentes ont un pronostic particulièrement sombre. Parmi les traitements standards de ce type de tumeurs, la radiothérapie occupe une place prépondérante mais son utilisation est limitée en raison de la mauvaise tolérance du tissu cérébral normal. Une des stratégies visant à améliorer l’efficacité de la radiothérapie consiste en l’administration concomitante d’un agent radiosensibilisant. Les inhibiteurs de protéasome sont une nouvelle classe d’agents anticancéreux et le bortézomib (Velcade®), chef de file de cette nouvelle classe, possède une AMM dans le traitement du myélome multiple. Les objectifs de nos travaux sont d’évaluer le potentiel radiosensibilisant du bortézomib sur deux modèles de gliome malin humain xénogreffés chez la souris nude. Nous avons apporté une attention particulière à l’impact du fractionnement du bortézomib et de la radiothérapie sur l’efficacité antitumorale de l’association. Nos résultats montrent que le bortézomib est un radiosensibilisant puissant sur les deux modèles de gliome malin utilisés mais que ce pouvoir est perdu lorsque les deux modalités thérapeutiques sont délivrées selon des doses et des schémas d’administration pertinents au regard de la clinique. En condition de traitement fractionné, nos études montrent également que le bortézomib induit une diminution de l’apoptose radio-induit, probablement en lien avec une perte de son activité inhibitrice du protéasome au fil des injections. Enfin, la place du facteur de transcription NF-?B dans la réponse à la radiothérapie fractionnée ou non pour le type tumoral que nous avons étudié est discutée. En conclusion, nos travaux insistent sur la nécessité de réaliser des études précliniques dans des conditions les plus proches possibles de la situation clinique, afin d’apporter des éléments plus prédictifs de la réponse chez l’Homme. / Malignant gliomas are the most common neoplasm of the central nervous system and patients prognosis remains dismal, despite aggressive surgery, radio- and chemotherapy. Radiotherapy is a major treatment modality in this tumoral type but its usefulness is limited by normal brain tissue toxicity. The concomitant administration of a radiosensitizing agent is an innovative strategy to improve ionizing radiations efficacy. Bortezomib (Velcade®) belongs to a new class of anticancer agents, i.e. the proteasome inhibitors, and this molecule has been approved for the treatment of multiple myeloma. Our objectives are to study the radiosensitizing properties of bortezomib on two human malignant glioma models xenografted onto nude mice. Our work was designed to evaluate the impact of treatment fractionation on the antitumor activity of the concomitant association of bortezomib and radiotherapy. Our results show that bortezomib is a potent radiosensitizer on our two malignant glioma models but these properties are lost when treatments are fractionated according to a typical clinical schedule. In conditions of fractionated treatment, we demonstrate that bortezomib reduces the radio-induced apoptosis. This may be linked to the loss of the inhibitory properties of bortezomib secondary to consecutive infusions. We also evaluate the importance of the transcription factor NF-?B in the radioresponse of the malignant glioma xenografts used. Finally, our work emphasizes on the importance of performing preclinical studies using doses and therapeutic schedule mimicking the clinical settings to provide more predictive results of treatment response in Humans.

La connaissance des cycles biogéochimiques dans les écosystèmes, et celle des processus biologiques responsables de la mobilité des éléments dans les sols reste encore aujourd’hui un challenge. Un certain nombre de travaux montrent bien le rôle important des plantes sur l’altération des minéraux et la mobilisation des éléments dans l’environnement. Cependant, l’identification et la quantification des mécanismes biologiques à l’origine de la dynamique du cycle des éléments restent encore à améliorer. A l'échelle globale, ou même à celle, plus petite, d'un bassin versant, l'impact des plantes sur les flux d'éléments dissous transportés par les rivières demeure difficile à quantifier. L'objectif de cette thèse était de développer, puis d'exploiter un nouveau traceur isotopique pour permettre une identification plus précise des phases minérales altérées et des processus biologiques impliqués. Parmi les éléments dont on peut, depuis peu, caractériser la signature isotopique de façon précise, le magnésium (Mg) a été choisi (1) en raison de son lien avec le cycle du carbone, et (2) parce qu’il représente un macroélément essentiel pour les organismes vivants : il est particulièrement très important pour la croissance des plantes. Ainsi, la dynamique du cycle du magnésium va dépendre des mécanismes biologiques et physico-chimiques mis en oeuvre pour le mobiliser ou l’assimiler. La première partie de cette thèse a été consacrée au développement d'un protocole chimique et analytique pour l'analyse des isotopes du Mg, dans une large gamme d'échantillons. Ce protocole a été validé par la mesure des compositions isotopiques en Mg de divers matériaux de références incluant des roches typiques de la croûte continentale, des plantes et des eaux. Il a ensuite été appliqué à l'étude du rôle de la végétation sur le cycle biogéochimique du Mg. Une première étude a permis de quantifier les fractionnements isotopiques du Mg lors de la croissance en conditions contrôlées de plantes réalisée avec deux espèces végétales et deux sources de Mg différentes (disponible (en solution) ou peu (dans la structure de minéraux). Les deux espèces de plantes sont systématiquement enrichies en isotopes lourds par rapport aux sources de nutriments. Au sein de la plante, les isotopes légers migrent préférentiellement depuis les racines vers les feuilles. Ce fractionnement, lors de la translocation du Mg à l’intérieur de la plante, semble d’autant plus fort que la source est pauvre en Mg, suggérant un rôle clé du milieu de croissance. Pour la première fois, des analyses isotopiques en Mg de plantes naturelles sont réalisées, et affichent une gamme non significativement distincte de celle des roches et eaux de la croûte continentale. Une étude menée sur un petit bassin versant silicaté vosgien (Nord-Est de la France) démontre que la composition isotopique en Mg des végétaux de la strate herbacée ou de jeunes épicéas s’explique par les mêmes fractionnements isotopiques que ceux identifiés expérimentalement. Pendant la saison de végétation, la composition isotopique du Mg des solutions de sol dans les horizons de surface n’est pas le résultat d’un simple mélange et s'explique par le rôle essentiel du prélèvement et du recyclage biologique. La composition isotopique du ruisseau fluctue avec le débit. Elle est alimentée, soit par les eaux de ruissellement, soit par des eaux ayant un trajet plus long reflétant les interactions eau-roche en profondeur, et qui masquent, sur ce site d'étude, l'éffet de la végétation observé dans les horizons supérieurs du sol. L'ensemble de ces études démontre l'intérêt d'exploiter ce nouveau traceur isotopique à l'échelle d'un sol ou d'un écosystème, mais met également en évidence ses limites à plus grande échelle. / The knowledge of biogeochemical cycles in ecosystems and the biological processes responsible for the mobility of elements in soil is still a challenge. Some studies show the important role of plants on mineral weathering and mobilization of elements in the environment. However, identification and quantification of biological mechanisms behind the dynamics of the elements are still improving. On a global scale, or even a smaller scale such as a watershed, the impact of plants on dissolved elements carried by rivers is difficult to quantify. Therefore, the objective of this thesis was to develop and use a new isotopic tracer to allow identification of altered mineral phases and biological processes involved. Among the elements for which it is now possible to characterize accurately the isotopic signatures, magnesium (Mg) has been chosen (1) because of its link with the carbon cycle, and (2) because it represents a macronutrient essential for living organisms: it is particularly important for plant growth. Thus, the dynamics of Mg will depend on the biological and physico-chemical mechanisms implemented to its mobilization and/or assimilation. The first part of this thesis has been devoted to the development of a protocol for chemical and analytical analysis of Mg isotopes in a wide range of samples. This protocol was validated by measuring the Mg isotope compositions of various reference materials including typical continental crust rocks, plants and waters. It was then applied to study the role of vegetation in the biogeochemical cycling of Mg. A first study was carried out under controlled conditions to quantify the Mg isotope fractionation during plant growth, using two plant species and two different sources of Mg (directly available for plant nutrition (in solution) or not (in the structure of minerals). Both plant species are systematically enriched in heavy isotopes relative to Mg initial sources. Within the plant, the light isotopes preferentially migrate from roots to leaves. This fractionation during the translocation of Mg within the plant seems even stronger the source is poor in Mg, suggesting a key role in the growth environment. For the first time, Mg isotope compositions of natural plants were analyzed, and show a range not significantly different from that of the continental rocks and silicate rivers. A study conducted on a small silicate watershed in Vosges (Northeast of France) shows that the Mg isotope compositions of the herbaceous plant or young spruce reflects the same sense of fractionation than those identified experimentally. During the growing season, the Mg isotopic composition of soil solutions in the surface horizons cannot be explained by a simple mixture and reflect the essential role of Mg uptake by plant and biological recycling via litter degradation. The isotope composition of Mg of the stream varies with the discharge. The streamwater results from either soil surface runoff or water, with a long residence time in the saprolith reflecting water-rock, precipitation-dissolution, interactions. All these studies demonstrate the interest to exploit this new tracer isotope at a soil or ecosystem scale, but also highlight its limits on a larger (continental) scale.

Il y a quelques quatre milliards et demi d’années, l’effondrement d’une région dense d’un nuage moléculaire a donné naissance à une étoile (notre Soleil) entourée d'un disque composé de poussières et de gaz. L’étude des premiers solides du disque et de leurs rapports D/H a révélé un enrichissement important en deutérium comparé au réservoir principal, l’étoile en formation. L’irradiation ionisante par l’étoile pourrait avoir joué un rôle important dans l’évolution de cette matière finement divisée. Au cours de cette thèse, une étude expérimentale des effets des irradiations ionisantes sur le fractionnement isotopique de l’hydrogène a été menée sur des d’analogues de poussières du disque. L’irradiation d’analogues de matière organique insoluble (MOI) a montré un enrichissement significatif en deutérium en fonction de l’énergie déposée. L’ensemble des modifications structurales, chimiques et isotopiques sont corrélées et suivent une même loi cinétique du premier ordre. La présence de plateaux isotopiques pour les doses maximales et les facteurs de fractionnement intramoléculaires associés suggèrent que l’irradiation ionisante pourrait être à l’origine de la signature isotopique de la MOI de la chondrite primitive Orgueil, à partir d’un précurseur possédant une signature terrestre.L’irradiation d’analogues de silicates hydratés a montré un enrichissement en deutérium dépendant de la dose mais cependant moins élevé que pour la MOI. Ces résultats vont dans le sens d’une évolution découplée entre une matière organique très riche en deutérium et des silicates hydratés très proches de la signature terrestre, observations reportées pour l’ensemble des chondrites carbonées. / About four and a half billions years ago, the collapse of a dense region of an interstellar cloud resulted in the formation of a young star (our Sun), surrounded by a disk of gas and dust. The study of the first solids in the protoplanetary disk has revealed a large variability of the hydrogen isotopic signature. This signature is highly enriched in D compared to the main reservoir, the newly formed star. In this context, ionizing irradiations could act as a powerful mechanism to transform the dust in the disk. In this thesis, an experimental study of the effects of ionizing irradiation on the hydrogen isotopic fractionation has been carried out, on dust H-bearing analogues. The ionizing irradiation of insoluble organic matter (IOM) has shown significant deuterium enrichment as a function of the deposited energy. The structural, chemical and isotopic evolutions are correlated and can be fairly described using a first-order rate law formalism. Plateau values, corresponding to the maximum bulk isotopic composition, allow a direct determination of the intramolecular fractionation factors. These fractionation factors point out the ionizing irradiation as a possible mechanism to explain the isotopic signature of the IOM of the Orgueil primitive chondrite, from an organic precursor with a terrestrial isotopic signature. The ionizing irradiation of hydrated silicates has revealed a limited deuterium enrichment compared to the IOM. These results are consistent with isotopic measurements made in carbonaceous chondrites. In these objects, the IOM is highly enriched in deuterium compared to the hydrated silicates, with an isotopic signature close to the terrestrial oceans value.

L’injection de CO2 dans un réservoir géologique n’a rien d’un processus anodin : les impacts sur la roche hôte peuvent menacer l’intégrité du stockage suite à des modifications des propriétés pétrophysiques. Nous proposons ainsi d’envisager l’utilisation des isotopes stables du chlore comme indicateurs des processus physicochimiques générés par une injection de CO2. L’ion chlorure Cl- est en effet un élément conservatif et ubiquiste dans les eaux des réservoirs, et le rapport δ37Cl est connu pour être modifié par divers processus (diffusion, filtration ionique, précipitation de sel, changements de phase). La méthodologie adoptée a consisté à investiguer les effets de ces différents processus sur le signal isotopique du Cl en conditions P-T d’un réservoir de stockage. Des expériences en autoclaves ont montré que le Cl était solubilisé dans le CO2sc, mais en quantités suffisamment faibles pour ne pas impacter le signal isotopique dans les saumures si fractionnement isotopique il y a. Des expériences de migration d’une saumure réactive par advection (banc de percolation ICARE1, Université de Montpellier) et par diffusion (cellule développée à IFPEN) ont également été réalisées. Aucune évolution de δ37Cl n’a été mesurée au cours de la percolation (transport advectif conservatif) et les effets de la diffusion restent à évaluer et à mettre en relation avec les évolutions de porosité et perméabilité des roches. Les expériences de séchage et de précipitation de sel en milieu poreux ont montré que les concentrations en Cl et les valeurs de δ37Cl permettaient de caractériser les processus de transport en jeu. Ces résultats expérimentaux ont permis d’identifier des processus capables de modifier les abondances isotopiques de Cl et indiquent l’intérêt des isotopes pour le monitoring de site de stockage de CO2 / CO2 injection in a reservoir leads to physicochemical processes which can have harmful consequences on the reservoir integrity due to porosity and permeability alteration. In this work, we propose to test the possibility that stable chlorine isotopes could be used as a geochemical tool to assess these effects. Indeed, chloride is a conservative and a major component of reservoir brines, and it is already known that several processes can modify the ratio of its two stable isotopes δ37Cl (diffusion, ionic filtration, salt precipitation or phase change). To test this possibility, several types of experiments were performed to investigate the effects generated by a CO2 injection on Cl-isotopes. Autoclave experiments have shown that Cl can be solubilized in CO2SC, but the amounts would be too low to modify the isotopic signal of brines in case of any fractionation process. Reactive brine migration experiments by advection (ICARE1 percolation apparatus in Montpellier University) and diffusion (diffusion cell developed at IFPEN) were also conducted. No δ37Cl was observed during percolation (conservative advective transport) and the effects of diffusion remain to be investigated with regard to the evolution of rock porosity and permeability. Drying and salt precipitation experiments on porous media have shown that Cl concentrations and δ37Cl values can give information about transport processes during water evaporation. These experimental results allowed us to identify the processes capable of modifying the δ37Cl signal, and that Cl-isotopes can be of use for the monitoring of CO2 storage site

Le houblon, Humulus lupulus L. (Cannabaceae), est connu pour son pouvoir antimicrobien. Ses cônes femelles sont utilisés par l’industrie brassicole pour la conservation de la bière. Ce potentiel n’est en revanche pas exploité pour lutter contre la résistance microbienne. Dans cette étude, l’activité́ antimicrobienne des cônes femelles de houblon a été́ évaluée vis-à-vis de bactéries pathogènes de l’Homme, ainsi que de phytopathogènes. En suivant un processus de fractionnement bioguidé, les composés responsables des diverses activités antimicrobiennes ont été purifiés par chromatographie de partage centrifuge (CPC) et par chromatographie liquide haute performance (CLHP). Une attention particulière a été́ portée sur deux chalcones : le xanthohumol et le desméthylxanthohumol, ainsi que sur un dérivé́ d’acylphloroglucinols : la lupulone. Ils présentent des perspectives prometteuses, notamment dans la lutte contre des souches de S. aureus résistantes à la méticilline (SARM). / Hop, Humulus lupulus L. (Cannabaceae), is known for its antimicrobial properties. Female inflorescences are used by the brewing industry for beer conservation. This potential is however not exploited to fight against microbial resistance. In this study, the antimicrobial activity of female hop cones was assessed against human-pathogenic bacteria and some phytopathogens. By following a bioguided fractionation process, centrifugal partition chromatography (CPC) and high performance liquid chromatography (HPLC) allowed to purify antimicrobial products. Particular attention was focused on two prenylated chalcones: xanthohumol and desmethylxanthohumol, as well as one acylphloroglucinol derivative: lupulone. They raise promising prospects, especially in the fight against strains of methicillin-resistant S. aureus (MRSA).

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

Les mycobactéries, dont les plus connues sont Mycobacterium tuberculosis et Mycobacterium leprae, agents étiologiques de la tuberculose et de la lèpre respectivement, présentent une enveloppe complexe et atypique faisant l'objet de nombreuses études dans le cadre de la lutte contre ces pathologies. Cette enveloppe est composée d'une couche externe aussi appelée capsule dans le cas de bactéries pathogènes, d'une paroi (mycomembrane - arabinogalactane (AG) - peptidoglycane (PG)) et d'une membrane plasmique. La membrane externe des mycobactéries, appelée mycomembrane est composée de protéines et majoritairement d'acides mycoliques, acides gras à très longues chaînes a-ramifiés et ß-hydroxylés. Ces derniers sont retrouvés covalemment liés, d'une part au complexe AG-PG dans le feuillet interne de la mycomembrane, et d'autre part au tréhalose au niveau du feuillet externe de la mycomembrane. On trouve également en fonction des mycobactéries des lipides complexes dont la localisation exacte dans l'enveloppe n'est à ce jour pas clairement connue et reste sujette à débats. Ce travail a permis de mettre au point un protocole, en deux étapes majeures, permettant le fractionnement cellulaire de deux espèces mycobactériennes, M. aurum et M. smegmatis. Le but étant d'isoler les deux membranes mycobactériennes afin de déterminer leur composition en terme de lipides mais aussi de protéines. Tout d'abord, des culots enrichis en mycomembranes (liées à l'AG-PG) ou en membranes plasmiques sont obtenus par ultracentrifugations différentielles puis purifiés sur gradients de densité discontinus de saccharose. L'absence de contaminations des membranes entre elles est vérifiée grâce à des marqueurs spécifiques. Il a été montré que les phospholipides qui sont les composants majoritaires de la membrane plasmique sont également présents dans la mycomembrane à côté des mycolates de tréhalose. De plus ce travail a permis de montrer que les lipoglycanes, lipoarabinomannanes et lipomannanes, lipides possédant des propriétés antigéniques, sont retrouvés dans les deux fractions membranaires. Ce travail de fractionnement a été le point de départ d'une étude de protéomique afin d'identifier les protéines retrouvées spécifiquement au niveau de la mycomembrane-AG-PG mais également les protéines de la membrane plasmique, les protéines sécrétées et les protéines solubles, provenant des cytosol et périplasme. Une étude de dynamique par RMN sur les fractions membranaires natives menée conjointement avec l'étude protéomique, devrait permettre de mieux comprendre l'organisation de l'enveloppe cellulaire des mycobactéries ainsi que certains des mécanismes impliqués dans la pathogénicité. / Mycobacteria, including Mycobacterium tuberculosis and Mycobacterium leprae, etiological agents of tuberculosis and leprosy respectively, are composed of a complex and atypical cell wall, which is the focus of numerous studies in the context of the fight against these pathologies. This cell envelope, to which many biological properties have been attributed, is composed of three entities: an outer layer also called capsule in the case of pathogenic species, a cell wall and a plasma membrane. Within the mycobacterial cell wall, the outer membrane, called mycomembrane, is mainly composed of proteins and mycolic acids, very long chain a-branched and ß-hydroxylated fatty acids. These mycolic acids are found in the inner leaflet of the mycomembrane, covalently linked to the arabinogalactan-peptidoglycan complex (AG-PG), and in the outer leaflet where they are linked to trehaloses. Complex lipids are also known in mycobacteria, and may vary depending on the species, however their exact localization within the cell envelope is not yet clearly known and remains open to debate. In order to better delineate the composition of the two mycobacterial membranes, mycomembrane and plasma membrane, a two-step protocol was developed for cell fractionation of two mycobacterial species, M. aurum and M. smegmatis. Firstly, pellets enriched in mycomembranes (linked to AG-PG) or plasma membranes are obtained by differential ultracentrifugations. Then, these membrane pellets are purified using a sucrose step density gradient. To ensure the absence of cross-contaminations of the membranes, specific markers of each membranes are used. Phospholipids, which are the major components of the plasma membrane, are also found in the mycomembrane with trehalose mycolates. Moreover, this study allowed us to demonstrate that immunogenic lipoglycans, lipoarabinomannans and lipomannans, are found in the two mycobacterial membranes. Once the fractionation successfully achieved, it was possible to initiate proteomic studies in order to identify proteins that are specific of the mycomembrane-AG-PG but also those secreted or present in the soluble fraction, derived from the cytosol and periplasm compartments. Future NMR dynamic studies, to be performed on the native membranes, combined with the proteomic studies will help deciphering the organization of the mycobacterial cell envelope as well as the mechanisms involved in pathogenicity.

La présence avérée de produits pharmaceutiques et de soin personnels (PPSP) dans le milieu aquatique est principalement due à leur élimination incomplète dans les stations d’épuration (STEP). Ces molécules sont susceptibles de générer des effets néfastes sur les organismes vivants du milieu naturel. Une évaluation préalable des risques qui peuvent être engendrés par les PPSP est nécessaire pour qu’ils puissent être gérés correctement et sûrement par les principaux acteurs du cycle de l’eau tels que les pouvoirs publics et les grandes entreprises de l’environnement, dont fait partie Veolia. La démarche d’évaluation des risques nécessite d’avoir accès à des données sur les processus de biodégradation des PPSP dans l’environnement. Actuellement, les données disponibles sont qualitatives ou semi-quantitatives en raison de l’absence d’outils de mesure quantitatifs adéquats. L’objectif de ce travail de thèse a ainsi consisté à développer des outils pour quantifier spécifiquement les processus de biodégradation des PPSP in situ à des concentrations environnementales. Deux outils complémentaires ont été sélectionnés pour être évalués : le fractionnement énantiomérique, dans le but de quantifier la biodégradation des PPSP chiraux, et le fractionnement isotopique, limité à celui du chlore, dans le but de mesurer la biodégradation des PPSP chlorés. Pour évaluer ces outils, des analyses d’occurrence sur le terrain et des études cinétiques et mécanistiques en laboratoire ont été réalisées sur cinq molécules modèles : deux produits pharmaceutiques chiraux (un bêtabloquant, le métoprolol et un antidépresseur, la venlafaxine) et trois PPSP chlorés (deux biocides, le triclocarban et le triclosan, et un anti-inflammatoire non stéroïdien, le diclofénac). Nos travaux ont démontré que l’utilisation du fractionnement isotopique du chlore seul est peu adaptée à l’étude quantitative de la biodégradation des PPSP chlorés. Une approche isotopique multiéléments serait plus propice pour quantifier les processus de biodégradation. Par ailleurs, les expériences réalisées ont permis d’approfondir l’état des connaissances sur les voies et mécanismes de biodégradation des PPSP étudiés. La déchloration du triclosan dans les sédiments en aval des STEP a été mise en évidence pour la première fois. Concernant le triclocarban, cette réaction était déjà connue mais les mécanismes réactionnels de déchloration sous-jacents ont été élucidés en milieux aérobie et anaérobie. Les résultats obtenus sur l’outil énantiomérique sont très encourageants. Ils démontrent, à l’aide du métoprolol, l’existence d’une relation linéaire entre biodégradation et variations énantiomériques à la fois en conditions contrôlées et dans les STEP. Le fractionnement énantiomérique constitue donc un bon outil quantitatif de la biodégradation du métoprolol. Des études supplémentaires sont néanmoins nécessaires pour étendre ces résultats à d’autres molécules. D’autre part, l’analyse des concentrations et de la stéréochimie des produits de transformation du métoprolol a confirmé que ce composé se biodégrade stéréosélectivement en métoprolol acide et un mécanisme réactionnel a été proposé pour expliquer ces observations. Les cinétiques associées aux réactions de dégradation des PPSP étudiés doivent être mesurées in situ pour évaluer la capacité du milieu naturel à éliminer ces composés, d’où l’importance de rendre opérationnels les indicateurs quantitatifs étudiés au cours de la thèse. Croisées avec des données d’écotoxicité, les informations quantitatives sur la biodégradation peuvent aider les pouvoirs publics à cibler les PPSP qui nécessitent d’être régulés en priorité. Elles peuvent également aider les opérateurs privés à orienter leurs stratégies de réduction d’émission à la source et l’optimisation des procédés de traitement des eaux afin que ces derniers éliminent en priorité les micropolluants les plus à risque. / The widespread occurrence of pharmaceutical and personal care products (PPCP) in surface waters, due to their incomplete removal in wastewater treatment plants (WWTP), is of concern since these compounds may be harmful to living organisms. Environmental risks associated with the presence of PPCP in aquatic environment have to be evaluated in order to help the main actors involved in the water cycle such as public authorities and environmental companies, including Veolia, to manage them properly. Quantitative and qualitative assessment of in situ biodegradation of PPCP is a major need in the context of risk assessment. Quantitative information remains scarcely available due the lack of appropriate methods. The objective of this work was then to develop tools able to quantify specifically in situ biodegradation of PPCP at trace levels. Two different tools have been selected to be evaluated, namely enantiomeric fractionation dedicated to chiral compounds and isotopic fractionation limited to chlorine-isotope analysis dedicated to chlorinated PPCP. To evaluate these tools, environmental occurrence studies and in vitro mechanistic and kinetic studies were together performed using five probe compounds : two chiral PPCP (a beta-blocker, the metoprolol and an antidepressant, the venlafaxine) and three chlorinated PPCP (two biocides, the triclocarban and the triclosan, and a nonsteroidal anti-inflammatory drug, the diclofenac). These experiments demonstrated that chlorine isotope fractionation can hardly provide quantitative information on in situ biodegradation of chlorinated PPCP. Multi-dimensional isotopic fractionation might be better adapted to quantify biodegradation. Furthermore, through the experiments, new insights on biodegradation pathways and mechanisms of the studied compounds have also been gained. Dechlorination of triclosan within sediment has been evidenced for the first time. Concerning triclocarban, dechlorination of this compound in environment had already been reported in previous studies but aerobic and anaerobic dechlorination mechanisms have been elucidated in the present study. Results obtained on enantiomeric fractionation demonstrated that this tool is very promising. Experiments using metoprolol as probe compound showed existence of a linear relationship between enantiomeric enrichment and the extent of biodegradation both under controlled conditions and within WWTP. Enantiomeric enrichment might then constitute a good indicator of in situ biodegradation of metoprolol. Supplementary studies are needed to extrapolate these results to other micropollutants. In addition, stereoselective degradation of metoprolol in acid metoprolol within WWTP and under controlled conditions has been observed similarly to other studies and one degradation mechanism has been proposed to explain the reaction stereochemistry. In situ kinetics associated with degradation pathways of the studied PPSPs have to be measured to assess the ability of the environment to eliminate these compounds, hence the importance of making operational the quantitative indicators studied in this thesis. Crossed with ecotoxicity data, quantitative information on biodegradation can help public authorities to target PPCPs that need to be regulated first. They can also help private operators to direct their source reduction strategies and their water treatment process optimization so that they eliminate in priority the most risked micropollutants.

L'atmosphère terrestre a subi, au cours de son histoire précoce, de très violents changements dans sa composition chimique. L'émergence des premiers êtres vivants photosynthétique a provoqué la mise en place et la modification des grands cycles biogéochimiques. L'usage des isotopes comme traceurs des processus physico-chimiques actifs pendant ces périodes s'est développé depuis les années 80. L'observation de compositions isotopiques anormales dans certaines molécules atmosphériques (ozone notamment), similaires à celles observées dans les météorites par Clayton (1973), pose question. De nombreuses hypothèses ont été proposées pour expliquer ce phénomène "anormal". L'objectif principal de cette thèse de doctorat est de développer, par l'expérimentation, l'étude d'un certain nombre de réactions en phase plasma du point de vue isotopique. Seront particulièrement étudiées des réactions appelées réactions à trois corps de formation de l'ozone, où la formation d'un complexe intermédiaire excité entre en jeu dans les mécanismes de génération de ces fractionnements isotopiques anormaux. / The Earth's atmosphere has undergone, during its early history, very violent changes in its chemical composition. The emergence of the first photosynthetic living beings has led to the establishment and modification of major biogeochemical cycles. The use of isotopes as tracers of active physico-chemical processes during these periods has been developed since the 1980s. The observation of abnormal isotopic compositions in certain atmospheric molecules (ozone in particular), similar to those observed in meteorites by Clayton (1973), raises questions. Many hypotheses have been proposed to explain this "abnormal" phenomenon. The main objective of this doctoral work is to develop, through experimentation, the study of plasma reactions from an isotopic point of view. In particular, ozone formation third-body reactions, where the formation of an excited intermediate complex is involved in the mechanisms of generating these abnormal isotopic fractionations, will be studied.

L’objectif principal de ce travail de thèse est d’évaluer l'impact des activités anthropiques sur le fonctionnement des systèmes aquatiques. L’impact des rejets urbains de Fès sur le Sebou, l'une des plus grandes rivières du Maroc, a été choisi pour cette étude. Les eaux usées domestiques et industrielles de la ville de Fès (~1M hab), véhiculées par son affluent l’oued Fès, sont rejetées dans le Sebou quasiment sans traitement. Deux sites du Sebou, en amont et en aval des rejets de la ville de Fès, et un site situé sur l’oued Fès ont été étudiés. Une campagne de prélèvement de carottes de sédiments et onze campagnes mensuelles de prélèvement d’eau et de matières en suspension (MES) ont été effectuées dans le but de quantifier les apports en nutriments, éléments traces métalliques (ETM) et carbone organique afin d’étudier la dynamique de ces polluants. Les résultats obtenus ont mis en évidence une augmentation des concentrations de presque tous les éléments étudiés en aval de la ville de Fès aussi bien dans la colonne d’eau que dans les sédiments. L’étude des carottes sédimentaires a révélé une contamination modérée par les butylétains totaux (ΣBT) avec la prédominance du monobutyétain dans les trois sites d’étude et sur toutes les profondeurs. Les sédiments du Sebou, en amont de la ville de Fès se caractérisent par les teneurs les plus faibles en métaux alors que ceux de l’oued Fès présentent une forte pollution polymétallique, accentuée dans les sédiments de surface, ce qui reflète clairement la signature d'apports anthropiques récents résultant des rejets non traités de la ville de Fès. L’augmentation consécutive des teneurs des métaux dans les sédiments du Sebou en aval de la confluence Fès-Sebou traduit l'influence significative des particules polluées de l’oued Fès. Dans la colonne d’eau, les concentrations mesurées dans le Sebou en amont de la confluence Fès-Sebou sont proches des rivières naturelles, à l’exception de Cl-, Cr, Na+ et NO3- dont les concentrations traduisent des pollutions agricoles et/ou domestiques. En revanche, la signature anthropique des rejets de la ville de Fès apparait évidente dans les eaux de l’oued Fès qui montrent des concentrations très élevées en ETM dissous et particulaires. La majorité des ETM provenant des apports anthropiques subissent des changements importants de leur coefficient de distribution Kd et présentent un comportement non conservatif dans le mélange entre les eaux du Sebou et celles de l’oued Fès. Ces résultats ont été confirmés par le modèle WHAM qui permet de prédire correctement le fractionnement dissous/particulaire, du Cu, Pb et Zn. La spéciation chimique de ces éléments ainsi que leur répartition dissous/particulaire apparaissent significativement influencées par les conditions particulières (anoxie, forte contamination, teneurs importantes en matière organique) des eaux de l’oued Fès. Ces conditions sont aussi à l’origine du comportement non conservatif de la majorité des éléments lors d'un mélange Sebou/Fès, observé aussi bien dans la colonne d’eau que dans les sédiments. / The main goal of this PhD was to evaluate the impact of the anthropogenic activities (urban, industrial or agricultural activities) on aquatic systems. The Fez metropolitan area and its impacts on the Sebou River, the main Moroccan river, were chosen as a case study. The Fez agglomeration (~1M hab), is surrounded by the Fez River, receiving the wastewaters of this developing city and then flowing into the Sebou. This work was performed on two sites along the Sebou River (upstream and downstream from the confluence with Fez River), and one site in the Fez River, downstream from the Fez city. One sampling campaigns of sediment cores and eleven sampling campaigns were performed during low flow conditions to quantify nutrients, organic carbon and trace metals and to study the dynamic and the transport of trace elements in the Sebou and Fez rivers. The obtained results revealed a global increase of studied elements in the Sebou River from upstream to downstream sampling site, in both sediments and water column. A moderate level of contamination by butyltins was observed, with monobutyltin being the dominant species across all sites and depths. The lowest level of metal pollution was identified in the Sebou's sediments upstream Fez city. Whilst the Fez' sediments were heavily polluted and exhibited bottom-up accumulation trends, which clearly evidence recent inputs from the untreated wastewaters of Fez city. The increase of metal levels in Sebou downstream sediments reflects a significant contribution of polluted particles from the Fez River. Dissolved and particulate concentrations of most of the analyzed elements in the Sebou, upstream from Fez city, are close to the natural rivers, except Cl-, Cr, Na+ et NO3- probably due to untreated urban inputs from several small/medium-size towns located upstream Fez. In the opposite On the contrary, high dissolved and particulate trace metals concentrations in the Fez River clearly indicated strong anthropogenic inputs from Fez city. Most of the studied trace metals originated from anthropogenic sources, underwent significant changes of Kd and behaved non-conservatively in the Sebou/Fez waters mixing due to drastic changes of the waters quality (anoxic condition, high concentration, high organic matter content). Dissolved/particulate partitioning were correctly assessed by WHAM-VII modeling for Cu, Pb and Zn, depicting significant differences in chemical speciation in Fez River when compared to Sebou one.