Les adduits exocycliques à l’ADN paraissent être la conséquence indirecte, sous la médiation de la peroxydation lipidique, du stress oxydant cellulaire induit par les composés aromatiques nitrés (CANs) de l’environnement. Ces derniers, formés le plus souvent in situ dans les environnements complexes sont un sujet de préoccupation croissante en santé environnementale. Le but étant de comprendre les mécanismes de formation et de dégradation de ces adduits afin d’en apprécier leur place dans la toxicité des CANs et leur intérêt en tant que biomarqueurs du stress oxydant induit par l’environnement.Nous avons réalisé la synthèse de deux adduits exocycliques : le 1,N²-éthéno-2’-déoxyguanosine (εdG) et le 1,N²-propano-2’-déoxyguanosine (pdG-HNE) et étudié leurstabilité en présence d’une oxydation radicalaire. Il est apparu que le pdG-HNE semble être lemeilleur candidat en tant que biomarqueur du stress oxydant.Pour approcher au mieux la chimie du vivant, nous nous sommes posés la question dela stabilité de ces adduits en milieu cellulaire. Une étude préliminaire de génotoxicité a étéréalisée et montre que seuls les hydrocarbures aromatiques polycycliques nitrés présententune potentialité mutagène significative. Nous avons donc étudié le pyrène et ses dérivés nitrés(1-Nitropyrène/1,3-Dinitropyrène/1,6-Dinitropyrène/1,8-Dinitropyrène) afin d’étudier leurcapacité à générer des adduits dans les lymphocytes humains.Nos résultats montrent que le 1-Nitropyrène génère in vitro des adduits stables dans letemps ; ce qui pose la question de leur réparabilité par les systèmes cellulaires et de leurspotentialités cancérogènes pour l’homme. / Exocyclic DNA adducts seem to be the indirect consequence, mediated by lipidperoxidation, of oxidative stress induced by nitro aromatic compounds (NACs). The latterusually formed in situ in environmental complex mixtures are a matter of concern inenvironmental health. The aim is to understand the mechanisms of formation and degradationof these adducts to assess their place in toxicity of NACs and their importance as oxidativestress biomarkers induced by the environment.We synthesized two exocylic adducts: 1, N²-etheno-2’-deoxyguanosine (εdG) and 1,N²-propano-2'-deoxyguanosine (pdG-HNE) and studied their stability when a radicaloxidation is present. It appeared that pdG-HNE seems a suitable biomarker of oxidative stress.To come close to life chemistry, we were wondering whether these adducts are stablein cellular environment. A preliminary study of genotoxicity was carried out and showed thatonly nitro polycyclic aromatic hydrocarbons have a significant mutagenic potency. Thereforewe studied pyrene and nitropyrenes (1-Nitropyrene/1,3-Dinitropyrene/1,6-Dinitropyrene/1,8-Dinitropyrene) to examine their ability to produce adducts in human lymphocytes.Our results show that 1-Nitropyrene give rise to stable adducts in vitro, which raisesthe question of their repairability by cellular systems and their potential carcinogenic tohumans.

Le nombre croissant de sites affectés par la présence de matériaux technogéniques rend nécessaire l’étude du (bio)fonctionnement des Technosols, qui s’y développent. Un matériau technogénique, issu d’une ancienne friche industrielle de cokerie et présentant une multipollution en HAP et en métaux a été disposé dans des parcelles lysimétriques pour une étude in situ (site d’Homécourt, www.gisfi.fr). La caractérisation morphologique et analytique à différentes échelles du matériau initial nous a permis d’y définir, en analogie avec la classification pédologique standard, la présence (1) de constituants primaires tels que quartz, oxydes de fer, gypse et matières organiques anthropiques, (2) de pseudo-sables technogéniques, soit des laitiers, (3) d’agrégats technogéniques stables à l’eau (12% de la masse du sol) néoformés grâce au rôle agrégeant de la fraction fine (0-20µm). Matières organiques anthropiques et ETM (Zn Pb, Ba) contribuent à la formation de ces associations organo-minérales. Ce matériau d’origine anthropique, tout spécifique qu’il soit, contient des constituants minéraux et organiques capables de s’associer et donc susceptibles, au même titre que ceux des sols naturels, d’évoluer sous l’effet des facteurs pédogénétiques et former ainsi un technosol. Si les deux années d’expérimentation n’ont pas été suffisantes pour mettre en évidence une modification de la stabilité structurale de ce jeune Technosol, les résultats y soulignent l’impact des plantes colonisatrices et de la microflore rhizosphérique sur la formation d’associations organo-minérales. L’activité biologique est donc un facteur clef d’évolution de ces sols / The increasing number of sites affected by the presence of technogenic materials makes necessary the study of (bio)functioning of Technosols, developed there. A technogenic material, resulting from an old industrial coking plant and presenting a multipollution of HAP and metals was laid out in lysimetric pieces for an “in situ” study (site of Homécourt, www.gisfi.fr). The morphological and analytical characterization at different scales of initial material enabled us to define, in analogy with standard pedological classification, the presence (1) of primary constituents such as quartz, iron oxides, gypsum and anthropic organic matters, (2) of technogenic pseudo-sands, like slags, (3) of water-stable technogenic aggregates (12% of the soil mass), generated through the aggregating role of the fine fraction (0-20 µm). Anthropic organic matter and ETM (Zn Pb, Ba) contribute to the formation of these organo-mineral associations. This material of anthropic origin, while it is specific, contains mineral and organic components able to aggregate and is thus, as well as natural soils, able to develop under the influence of pedogenic factors to form a Technosol. If the two years of experimentation were not sufficient to highlight a modification of the structural stability of this young Technosol, the results underline there the impact of the colonizing plants and the rhizospheric microflora on the formation of organo-mineral associations. The biological activity is thus a key factor of evolution of these soils

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques, ubiquistes, potentiellement toxiques et cancérigènes. Dans les sols, la dégradation des HAP est principalement due à l'activité microbienne. Certaines études ont montré que la biodégradation des HAP pouvait être augmentée dans la rhizosphère des plantes où le nombre et l'activité microbienne sont stimulés, grâce aux exsudats racinaires. Cependant les bénéfices des plantes ne sont pas toujours observés, et les exsudats pourraient aussi modifier la biodisponibilité des HAP. Les objectifs de ce travail ont été de mieux comprendre ces interactions sol-plante-microorganismes qui conditionnent le devenir des HAP dans la rhizosphère en suivant notamment (i) les bactéries possédant les gènes codant une HAP-dioxygènase, (ii) les espèces bactériennes impliquées dans la dégradation du phénanthrène, et (iii) la disponibilité et la biodégradation des HAP dans des terres industrielles historiquement contaminées.Les expériences ont été conduites dans des dispositifs à compartiments, lesquels permettent une diffusion des exsudats racinaires dans le sol tout en retenant physiquement les racines, puis en microcosmes avec un ajout d'exsudats racinaires naturels produits à partir d'une culture hydroponique de ray-grass (Lolium perenne, L). Les expériences ont été réalisées dans un premier temps avec du sable en ajoutant du phénanthrène (PHE) et un inoculum bactérien issu d'un sol d'une ancienne cokerie puis directement avec des sols historiquement contaminés en HAP. Les nombres de copies de gènes codant pour l'ADNr 16S et pour des HAP-dioxygènases ont été quantifiés par PCR en temps réel pour estimer la proportion de bactéries dégradantes. Les structures des communautés ont été comparées par électrophorèses (TTGE). En plus de l'analyse des 16 HAP totaux, une extraction non exhaustive des HAP a été réalisée à la cyclodextrine pour en estimer la disponibilité. L'utilisation de la méthode SIP (stable isotope probing) avec du 13C-phénanthrène a permis d'identifier les bactéries directement impliqués sa dégradation dans un sol historiquement contaminé. Les expériences en dispositifs à compartiments ont confirmé que la dissipation du phénanthrène est plus importante lorsque la distance aux racines est plus faible, et montrent que le nombre de copies de gène 16S et de gène de HAP-dioxygénase varie avec l'âge des plantes et du temps de contact des compartiments latéraux avec le tapis racinaire. Mais elles montrent aussi que la dissipation du phénanthrène n'est pas plus importante dans les pots plantés, tandis que dans les expériences en microcosmes une inhibition de la dissipation du PHE a même été observée en présence d'exsudats. La présence d'exsudats racinaires a profondément modifié la structure des communautés dégradant les HAP, et l'expérience SIP a permis d'identifier les bactéries directement impliquées dans la dégradation du 13C-phénanthrène et de montrer qu'elles étaient différentes en présence ou non d'exsudats. En présence d'exsudats, la proportion des bactéries dégradantes dans la population totale est passée de 1 % dans la terre d'origine et dans les traitements sans exsudats à plus de 10 %. Même si les exsudats racinaires ralentissent la dissipation du phénanthrène, en fournissant une source de carbone plus facilement métabolisable, ils ont augmenté la quantité de HAP extractibles à la cyclodextrine dans deux des trois sols historiquement contaminés, suggérant un effet de ceux-ci sur la biodisponibilité des HAP / Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAH) are organics pollutants, ubiquitous, toxics and potentially carcinogenic. In soil, PAH degradation is mainly attributed to microbial organism. Several studies have thus reported enhanced PAH degradation in soil in the presence of plants. Rhizospheric soil increase the number et the activity of microorganisms in soil by the release of roots exudates. However, bene?cial effects of plants in the remediation are not always observed and roots exudates could be limited PAH biodegradation. The object of this study was to investigate the fate of PAHs in rhizosphere, following (i) the PAH-dioxygenase genes DNA to quantify the PAH-degrading bacteria, (ii) species implicated in phenanthrene biodegradation, and (iii) PAH availability and biodegradation from industrial soils.Different experimental devices have been designed to study detailed processes in the rhizosphere. First is a compartments devices were a nylon mesh permits diffusion of plant soluble substances towards the adjacent root free compartment as a rhizosphere. Secondly microcosms were enriched with natural roots exudates from hydroponic culture of ray-grass (Lolium perenne L.). In first time, experiments were conducted using sand and bacterial inoculum from an industrially PAH-contaminated soil and then directly with a soil historically contaminated by PAH. The Real-Time PCR quantification of 16S rRNA gene copy and of functional PAH-RHD? genes permitted to assess the proportion of a degrading bacteria. Bacterial community structure was approached from Temporal Thermal Gradient gel Electrophoresis (TTGE) fingerprinting, and bands sequencing. Nonexhaustive cyclodextrin-based extraction technique provided a estimate of the ?labile? or available pool of PAH in soil. Use of stable isotope probing (SIP) technique with [13C]phenanthrene allowed a bacterial identification of directly implicated in industrial soil.The presence of exudates modified microbial community of PAH-degrading bacteria. SIP experiment showed that 13C-labelled PHE-degrading bacteria was different depending on the exudates input. Many species having to degrade phenanthrene were able to use exudates. Presence of root exudates increased the proportion of PAH-RHD? genes compared to the bulk soil at the beginning and in microcosms without exudates (respectively 10% and 1 %). However, phenanthene dissipation in sand or soil were weaker with root exudates and aged PAH concentrations has not shifted during incubation time. Nevertheless, the root exudates increased the PAH labile fraction extract with cyclodextrin solution into two in three soils historically contaminated

Contrairement aux idées reçues, le sol est une ressource naturelle non renouvelable menacée. La réhabilitation des friches industrielles polluées aux HAP, toxiques et persistants, représente donc un enjeu majeur. Les techniques traditionnelles ne sont pas toujours très appropriées, c’est pourquoi ce travail vise à étudier la pertinence de l’oxydation chimique in situ, habituellement utilisé pour le traitement de nappes contaminées par des polluants moins récalcitrants (COHV, BTEX). Il s’inscrit dans le cadre du projet OXYSOL (ANR-PRECODD) destiné à construire une filière complète de traitement in situ et de refonctionnalisation. Ce travail a consisté à étudier et optimiser ces performances en travaillant avec la terre d’une ancienne cokerie. Ensuite, l’objectif a été de mettre en évidence les principaux paramètres limitants en utilisant différentes terres polluées contrastées. Tout d’abord, les expériences en systèmes fermés ont conduit à sélectionner les deux oxydants les plus adaptés: le réactif de Fenton et le persulfate activé. Ensuite, l’oxydation a été étudiée en systèmes ouverts de l’échelle du laboratoire à l’échelle pilote afin d’optimiser les conditions d’injection. Les résultats obtenus, comparables à ceux en systèmes fermés, ont mis en évidence le caractère très limitant de la faible disponibilité des HAP ainsi que l’existence d’une fraction impossible à atteindre (taux d’abattement inférieur à 50%). Enfin, les derniers résultats ont corroboré la relation entre l’âge de la pollution, la disponibilité des HAP et les performances de l’oxydation chimique. Par ailleurs, ils ont permis d’expliquer et hiérarchiser les effets limitants de différents paramètres (disponibilité des HAP, teneur en carbone organique, en carbonate, pH, structure des HAP et mode d’injection) en fonction de l’oxydant utilisé. Les recherches effectuées soulignent l’importance d’étudier les performances de l’oxydation chimique directement avec la terre prélevée sur le site pollué. / Contrary to general belief, soil is a threatened nonrenewable natural resource. Consequently, the restoration of brownfields contaminated with PAHs, that are toxic and persistent contaminants, is a major challenge. Usual techniques are not always appropriate, so the aim of this work is to study the relevance of in situ chemical oxidation (ISCO), usually used for groundwater treatment contaminated with less recalcitrant pollutants (CVOCs, BTEX). It is a part of OXYSOL project aiming at the conception of a global treatment pathway including in situ remediation and soil construction. This work was to study and optimize oxidation efficiency with the soil of a former coking plant. Then, objective was to highlight main limiting factors using different contrasting soils. First, experiments were run in batch systems to select both most suitable oxidants: Fenton's reagent and activated persulfate. Then oxidation was performed in flow systems from the bench to the pilot scale in order to optimize injection parameters. Results, comparable to those obtained in batch systems, showed that oxidation efficiency was strongly limited because of low PAHs availability and highlighted presence of unavailable PAHs (degradation ratio lower than 50%). The last results confirmed the relationship between pollution aging, PAHs availability and chemical oxidation performance. Moreover, they help to understand and compare the influence of different limiting factors (PAHs availability, organic carbon content, carbonate content, pH, PAHs structure and injection method) depending on the oxidant. The research underlined the need to investigate chemical oxidation performance with soil samples collected from contaminated sites and not with spiked soils.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des polluants organiques persistants potentiellement mutagènes et cancérigènes. Leur transfert de l’atmosphère vers les écosystèmes, notamment vers les plantes, conditionne leur entrée dans les chaines alimentaires mais les modalités de ce transfert restent encore mal connues. L’objectif de ce travail était donc de caractériser le transfert et d’identifier les effets biologiques des HAP atmosphériques sur un système sol-plante-microorganismes symbiotiques.Un dispositif expérimental a été conçu afin de recréer en laboratoire une pollution atmosphérique par les HAP avec comme HAP modèle le phénanthrène (PHE). Le dispositif a fait l’objet d’une validation et d’une calibration élaborée de manière originale par une double approche mêlant l’expérimental à la simulation mathématique. Les niveaux d’exposition en polluant (150 µg m-3), contrôlés par des échantillonneurs passifs, se sont avérés pertinents par rapport aux conditions in situ. Ce dispositif a donc été utilisé pour exposer durant un mois des microsystèmes sol-plante-microorganismes au PHE par voie atmosphérique.Les différentes études ont mis en évidence un transfert du PHE depuis l’atmosphère vers tous les compartiments du microsystème, avec une accumulation majeure vers les feuilles de trèfle ou de ray-grass (respectivement 170 et 70 µg g־ ¹MS) et un transfert phloémien vers les racines est suggéré. Chez le trèfle, la mycorhization n’a pas été affectée, tandis que le nombre de nodules actifs a diminué de manière significative. Contrairement aux racines, la biomasse aérienne du trèfle a été significativement affectée (environ – 25%) par l’exposition au PHE atmosphérique, suggérant un impact sur le métabolisme carboné de la plante. Une expérience de marquage des trèfles au ¹³C-CO2 a effectivement montré un impact négatif du PHE atmosphérique sur la croissance, l’allocation de biomasse et l’allocation carbonée. Pour conclure, ces études ont permis non seulement de caractériser les effets biologiques et physiologiques des HAP atmosphériques sur les végétaux mais également de proposer l’utilisation du potentiel mycorhizien comme indicateur de pollution atmosphérique par les HAP. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are persistent organic pollutants potentially mutagenic and carcinogenic. Transfer from the atmosphere to ecosystems, especially to plants, conditioning their entry into food chains, but the terms of this transfer are still poorly understood. The aim of this study was to characterize the transfer and identify the biological effects of atmospheric PAHs on soil-plant-symbiotic microorganisms.An experimental device was designed to recreate in the laboratory air pollution with phenanthrene (PHE) as a model PAH. The device was been validated and a calibration developed in an original way by a dual approach combining the experimental mathematical simulation. The levels of exposure to pollutant (150 mg m־³), controlled by passive samplers, were relevant with field conditions. This device has been used to expose a month of the soil-plant micro-organisms in the PHE through the air.Various studies have demonstrated a transfer of PHE from the atmosphere to all compartments of the microsystem, with a major accumulation to leaves in clover or ryegrass (respectively 170 and 70 µg g ־¹ dry weight) and a phloemic transfer to the roots is suggested. In clover, mycorrhization was not affected, while the number of active nodules decreased significantly. Unlike roots, aboveground biomass of clover was significantly affected (approximately – 25%) by exposure to air PHE, suggesting an impact on the carbon metabolism of the plant. A labelling experiment with ¹³C- CO2 in clover has actually shown a negative impact of PHE air on growth, biomass and carbon allocation.In conclusion, these studies have not only characterized the biological and physiological effects of atmospheric PAHs on plants but also proposed the use of mycorrhizal potential as an indicator of air pollution by PAHs.

Ce travail vise à étudier le couplage entre écoulement et interactions physico-chimiques dans les sols, dans différentes conditions de saturation en eau, afin d’améliorer la prédiction du devenir des polluants. Il s’agit de comprendre en quoi le taux de saturation du milieu affecte la réactivité du sol vis-à-vis des polluants, et d’évaluer le pouvoir prédictif du transport de solutés réactifs étudié en milieu saturé sur la réactivité en conditions non saturées. Différents processus sont considérés : l’échange de cations calcium-zinc sur un milieu poreux modèle (sable-kaolinite), la sorption et désorption d’un composé organique sur une terre non contaminée, le transport de polluants prioritaires tels que les HAP sur une terre de friche industrielle. Dans chaque cas, des expériences en colonne de laboratoire ont été conduites en conditions d’écoulement saturé et non saturé permanent, permettant tout d’abord la caractérisation de l’hydrodynamique, puis l’étude du couplage avec la réactivité. Les courbes de percée obtenues ont été ensuite modélisées avec des codes tels que CXTFIT. On a montré l’influence de la teneur en eau du milieu sur le transport réactif, variable suivant le type de réaction considéré, la structure des milieux jouant également un rôle important. L’échange d’ions sur le milieu modèle n’est globalement pas affecté par la teneur en eau, dans une gamme proche de la saturation. En revanche, une plus forte sorption et une plus faible mobilisation des polluants organiques ont été observées en conditions non saturées. Le transport réactif de ces composés ne peut donc pas être prédit en conditions non saturées à partir de mesures en milieu saturé, qui peuvent surestimer le transport / The aim of this work was to study the link between water flow and physical and chemical interactions in soils under variably water flow conditions, in order to improve the prediction of contaminants fate. It deals with understanding how the porous media water content can modify soil reactivity towards contaminants, and assessing the possibility to predict reactivity under unsaturated conditions with reactive solute transport studied in saturated porous media. Various processes were considered: cations exchange calcium-zinc on a model porous media (sand-kaolinite), sorption and desorption of an organic compound on a non polluted soil, transport of priority contaminants such as PAHs on an industrial contaminated soil. In each case, experiments were carried out with soil columns at the laboratory scale under saturated and unsaturated steady-state flow conditions, in order to characterize at first hydrodynamics and then to study the link with reactivity. Modeling of the breakthrough curves was then performed with codes such as CXTFIT. We showed an influence of porous media water content on reactive transport which was different as a function of the interaction. Porous media structure must also be taken into account. Ions exchange on a model porous media was not globally modified by the water content varying in a range close to saturation. On the contrary, higher sorption and lower migration of organic contaminants were observed under unsaturated conditions. Reactive transport of these compounds cannot therefore be predicted under unsaturated conditions with tests performed on saturated porous media which may overestimate transport

Le polymer flooding est une des techniques de récupération assistée des hydrocarbures (RAH) ; elle consiste à injecter une solution de polymères de forte masse moléculaire afin de déplacer plus efficacement le pétrole emprisonné dans la roche. Cependant, une limite importante de cette technique est la possible dégradation mécanique des polymères au cours de l'injection et dans le réservoir, due à une scission des chaînes macromoléculaires induite par l’écoulement. Ce travail de thèse a pour objectif de mieux comprendre les mécanismes et scénarios de scission, mais aussi leur impact sur le procédé de polymer flooding. Nous nous sommes intéressés au seuil de dégradation mécanique de solutions de poly(oxyde d’éthylène) et de de polyacrylamide partiellement hydrolysé, pour différents régimes de concentration (solutions diluées et semi-diluées) en régime laminaire et inertiel, et pour des solvants de différentes qualités. L’étude de la dégradation mécanique des solutions et de leur impact sur les propriétés rhéologiques a été menée à l’aide de différents dispositifs de dégradation et de différents rhéomètres, dont un dispositif microfluidique en élongation ; ces techniques de mesure ont été combinées à des mesures de distribution de masses moléculaires par chromatographie d’exclusion stérique couplée à la diffusion de lumière. L’étude montre en premier lieu qu’une composante élongationnelle est indispensable pour dégrader les chaînes macromoléculaires en solution. Les résultats mettent aussi clairement en évidence que les mécanismes de dégradation sont très différents en régime dilué et semi-dilué. En régime dilué, la dégradation mécanique des solutions de polymères est indépendante du régime d’écoulement et affecte préférentiellement les macromolécules de fortes masses, avec une scission en milieu de chaîne. En revanche, en régime semi-dilué, la dégradation mécanique dépend du régime de l’écoulement : en écoulement laminaire, la dégradation est gouvernée par le réseau d’enchevêtrements et la scission des chaînes est aléatoire, tandis qu’en régime inertiel, les chaînes se dégradent comme en régime dilué, avec le même scénario de scission en milieu de chaîne. Par ailleurs, les résultats montrent que les propriétés rhéologiques en élongation peuvent être très fortement impactées par la dégradation mécanique. Enfin, les résultats de l’étude préliminaire des propriétés d’injectivité dans un milieu poreux d’une solution de polymère semi-diluée faiblement dégradée montrent que la dégradation mécanique améliore l’injectivité du polymère aux abords du puits. / Polymer flooding is a technique used in enhanced oil recovery; it consists in injecting high molecular weight polymer solutions in order improve oil sweep efficiency in the reservoir. However, polymer flooding is challenged by possible mechanical degradation of polymer solutions during injection and in the reservoir, due to the flow induced scission of macromolecules. This work aims at better understanding the scission mechanisms and scenarios, but also their impact on polymer flooding. We investigated the onset of mechanical degradation of poly(ethylene oxide) and partially hydrolysed polyacrylamide solutions, for different concentration regimes (dilute and semi-dilute regimes), under laminar or inertial conditions, but also under good or bad solvent conditions. The study of mechanical degradation of polymer solutions and their impact on the rheological properties was performed using different degradation devices and different rheometers, including a microfluidic extensional device; these investigation techniques were combined with measurements of the molecular weight distributions using size exclusion chromatography coupled with light scattering experiments. The study first shows that an extensional component is needed to get a mechanical degradation of polymer chains. The results also clearly show that the degradation mechanisms are very different in dilute and semi-dilute regime. In dilute regime, the mechanical degradation of polymer solutions does not dependent on flow regime and mainly affects the macromolecules with high molecular weights, with a mid-chain scission scenario. On the other hand, in semi-dilute regime, mechanical degradation depends on flow regime: in laminar flows, degradation is governed by the entanglement network and chain scission is random, whereas in inertial flows, chain degradation is similar to that observed in dilute regime, with the same mid-chain scission scenario. Besides, the results show that the extensional rheological properties can be very strongly affected by mechanical degradation. At last, the results of a preliminary study of the injectivity of a slightly degraded semi-dilute polymer solution in porous media show that mechanical degradation improves polymer injectivity near the wellbore.

Les hydrocarbures aromatiques polycyliques (HAPs) figurent parmi les polluants organiques persistants majeurs des sols pollués et présentent une toxicité avérée vis-à-vis de l'homme et des écosystèmes. Parmi les méthodes de remédiation des sols pollués par les HAPs, la phytoremédiation assistée par les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA), pourrait représenter une alternative innovante, écologique et économique. L'utilisation des mycorhizes comme outil de phytoremédiation des sols pollués présente plusieurs avantages dont une meilleure tolérance à la toxicité des HAPs, une meilleure nutrition hydrique et minérale ainsi qu'une meilleure dissipation des HAPs. De rares études ont décrit l'impact des HAPs sur le développement des CMA en lien avec une péroxydation lipidique et une perturbation des teneurs en lipides du CMA, mais ni les cibles d'action de ces polluants au niveau du métabolisme lipidique, ni le rôle de ces modifications dans sa tolérance aux HAPs et dans leur dissipation n'ont été étudiés. C'est pourquoi, le premier objectif de ce travail vise tout d'abord à comprendre l'impact des HAPs sur le métabolisme lipidique. Le radiomarquage par l'acétate [1-¹⁴C] a permis de montrer une perturbation de la biosynthèse des lipides membranaires du CMA extra-racinaire. D'autre part, nos résultats montrent que les HAPs affectent la nutrition phosphatée. Par ailleurs, la capacité des mycorhizes à dégrader et à bioaccumuler le benzo[a]pyrène est démontrée. Enfin, l'implication du métabolisme des lipides de réserve (les triacylglycérols) du mycélium extra-racinaire dans la régénération des membranes altérées, la lutte contre le stress oxydant induit par les HAPs et dans leur métabolisation/bioaccumulation est discutée. / Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are among the major persistent organic pollutant frequently found in the polluted soils and are harmful for human health and its environment. To clean-up the PAHs polluted soils, phytoremediation assisted by arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) could represent an innovative, ecological and cost-effective alternative. The use of mycorrhizas, as phytoremediation tool, has several advantages including increased tolerance to the pollutant toxicity, improved water and mineral nutrition as well as a better pollutant dissipation. Few studies have described the impact of PAHs on the AMF development related with lipid peroxidation and total lipid content disturbance. However, so far neither the target action of these pollutants on the metabolism, nor the role of these lipid changes in PAH tolerance and in their dissipation have been studied. Therefore, the present work aims firstly to improve our understanding of the PAHs impact on the CMA lipid metabolism. Thanks to radiolabeling experiments with [1-¹⁴C] acetate, our results showed a disruption of the membrane lipid biosynthesis pathways in the AMF extraradical mycelium, grown in the presence of PAHs. Secondly, it was highlighted that the PAHs affectef the phosphate nutrition. Finally, the mycorrhizas abilities to degrade and to bioaccumulate the benzo[a]pyrene, were pointed out. The involvement of extraradical mycelium storage lipid (triacyglycerols) metabolism in the membrane regeneration, the fight against the PAH induced-oxidative stress and the PAH metabolism/bioaccumulation is discussed.

Classés parmi les Polluants Organiques Persistants, les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP) sont des composés ubiquitaires dans l'environnement, auxquels l'Homme est exposé principalement via l'ingestion d'aliments contaminés. Les HAP sont connus depuis les années 1990 comme pouvant être neurotoxiques tant chez l'Homme que chez l'animal. Le transfert des HAP entre la mère et le foetus via le placenta ainsi que la présence de ces composés dans le lait maternel ont été montrés à plusieurs reprises, posant ainsi la question du risque lié à une exposition survenant lors de phases précoces du développement de l'individu. Parce que ce risque n'a été que partiellement étudié, le travail de thèse présenté dans ce manuscrit a eu pour objectif d'évaluer la toxicité à court et à long terme pour le système nerveux en développement, d'un mélange de 16 HAP ingéré par la rate gestante et/ou allaitante. Les HAP ont été administrés via un aliment contaminé à deux doses, 2 et 200 µg/kg/jour La dose la plus faible correspond aux niveaux de contamination environnementale via l'alimentation de la mère pendant les périodes de gestation et/ou d'allaitement. Les résultats montrent que l'exposition périnatale au mélange de HAP n'a pas induit d'effets à court terme sur le développement neuromoteur et sensoriel des jeunes rats. En revanche, une augmentation à long terme des niveaux d'activité et d'anxiété a été relevée chez les animaux exposés. Par ailleurs, des modifications du métabolisme énergétique cérébral, évalué par l'activité enzymatique de la cytochrome oxydase sur des coupes de cerveaux prélevés à différents âges ont été observées, notamment au niveau du système limbique. La mesure des concentrations de HAP dans le compartiment cérébral des ratons a montré la présence de l'ensemble des molécules mères, y compris chez les animaux témoins, ce qui laisse supposer l'existence d'un bruit de fond environnemental non négligeable dans ce type d'étude. Finalement, plusieurs facteurs modulent la toxicité induite, parmi lesquelles la période d'exposition, et l'administration d'un mélange et non d'une molécule seule. En conclusion, ce travail a permis de mettre en évidence, chez le rat, une neurotoxicité retardée suite à une exposition précoce à un mélange de 16 HAP tant sur le plan comportemental que métabolique, ce qui pose la question du risque pour l'Homme, et en particulier pour l'individu en développement, d'une exposition à ce type de composés / Compounds in the environment to which human is exposed mainly through ingestion of contaminated food. PAHs are known since the 1990s as being neurotoxic both in humans and in animals. PAH transfer between mother and fetus through the placenta, and the presence of these compounds in breast milk have been shown, thus raising the question of risk exposure occurring during early stages of development of the individual. Because this risk was only partially studied, the thesis presented in this manuscript was designed to assess the short-term and long-term toxicity for the developing nervous system, of a mixture of 16 PAHs ingested by the pregnant and / or breastfeeding rat. PAHs were administered via a contaminated food at two doses, 2 and 200 µg/kg /day dose. The lowest one corresponds to the levels of environmental contamination via the mother's diet during gestation and/or lactation. The results show that perinatal exposure to the mixture of PAHs did not induce short-term effects on neuromotor and sensory development on pups. In contrast, a long-term increase in activity and anxiety levels was observed in the exposed animals. In addition, changes in cerebral energy metabolism, as assessed by the enzymatic activity of cytochrome oxidase on brain sections taken at different ages were observed, particularly in the limbic system. Measures of the concentrations of PAHs in the pup brain compartment showed the presence of all the parent compounds, including control animals, suggesting the existence of an environmental noise significant. Finally, several factors modulate PAH toxicity, including the exposure period, and the administration of a mixture instead of a single molecule. In conclusion, this work has highlighted, in rats, delayed neurotoxicity due to early exposure to a mixture of 16 PAHs, which raises the question of risk to humans, and in particular for the individual developing exposure to such compounds

Le thème principal de cette recherche est la remédiation des sols contaminés par des hydrocarbures en utilisant des traitements d'oxydation chimique à pH neutre. Les minéraux à base de fer sont susceptibles de catalyser cette réaction d'oxydation. L'étude concerne donc dans un premier temps la synthèse des minéraux réactifs contenant des espèces FeII et FeIII (la magnétite et la rouille verte) et, dans un second temps, leur utilisation pour catalyser l'oxydation chimique. Les procédés d'oxydation testés incluent l'oxydation de type « Fenton-like (FL) » et de type persulfate activé (AP). La formation de la magnétite et de la rouille verte a été étudiée par des transformations abiotiques de différents oxydes ferriques (ferrihydrite, goethite, hématite et lépidocrocite) mis en présence de cations FeII. La magnétite a été utilisée pour catalyser les oxydations (FL et AP) dans la dégradation des hydrocarbures aliphatiques et aromatiques polycycliques (HAP) à pH neutre. Une dégradation importante des hydrocarbures aliphatiques a été obtenue par ces deux oxydants, aussi bien pour des pétroles dégradés naturellement que pour un pétrole brut. L'oxydation catalysée par la magnétite a également été efficace pour la remédiation de deux sols contaminés par HAP provenant d'anciens sites de cokerie. Aucun sous-produit n'a été observé dans nos expériences d'oxydation. En revanche, une très faible dégradation des hydrocarbures a été observée lorsque les espèces FeII solubles ont été utilisées comme catalyseur. Des expériences d'oxydation ont également été réalisées en colonne. Ces études d'oxydation ont révélé l'importance du type de catalyseur utilisé pour l'oxydation, la disponibilité des HAP dans les sols et l'effet de la matrice du sol. Les résultats suggèrent que la magnétite peut être utilisée comme source de fer pour activer les deux oxydations par Fenton-like et persulfate à pH neutre. Ce travail a de fortes implications sur la remédiation par oxydation chimique in situ des sols pollués par des hydrocarbures / The main theme of this research is the use of reactive iron minerals in the remediation of hydrocarbon contaminated soils via chemical oxidation treatments at circumneutral pH. The contribution of this thesis is two-fold including the abiotic synthesis of mixed FeII-FeIII oxides considered as reactive iron minerals (magnetite and green rust) and their use to catalyze chemical oxidation. Oxidation methods tested in this study include Fenton-like (FL) and activated persulfate oxidation (AP). The formation of magnetite and green rust was studied by abiotic FeII-induced transformations of various ferric oxides like ferrihydrite, goethite, hematite and lepidocrocite. Then, the ability of magnetite was tested to catalyze chemical oxidation (FL and AP) for the degradation of aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) at circumneutral pH. Significant degradation of oil hydrocarbons occurring in weathered as well as in crude oil was obtained by both oxidants. Magnetite catalyzed oxidation was also effective for remediation of two PAHs contaminated soils from ancient coking plant sites. No by-products were observed in all batch slurry oxidation systems. Very low hydrocarbon degradation was observed when soluble FeII was used as catalyst under the same experimental conditions. Magnetite also exhibited high reactivity to catalyze chemical oxidation in column experiments under flow through conditions. Oxidation studies revealed the importance of catalyst type for oxidation, PAHs availability in soils and the soil matrix effect. Results of this study suggest that magnetite can be used as iron source to activate both Fenton-like and persulfate oxidation at circumneutral pH. This study has important implications in the remediation of hydrocarbon polluted soils through in-situ chemical oxidation